Electronica Aplicata

5/20/2018 Electronica Aplicata

1/218

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIOARA

Facultatea de Electronici Telecomunicaii

EXAMEN LICEN

SPECIALIZAREAELECTRONICAPLICAT

2012-2013


2/218

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIOARA

Facultatea de Electronici Telecomunicaii

EXAMEN LICEN

SPECIALIZAREAELECTRONICAPLICAT

2012-2013


3/218

Cuprins

Discipline fundamentale

Uniti de msur..1

Noiuni generale de Fizic.4

Concepte/teoreme matematice de uz practic n exercitarea profesiei de inginer.......9

Circuite electronice fundamentale...17

Circuite integrate analogice.31

Circuite integrate digitale48

Sisteme de prelucrare numericcu procesoare............................... 61

Semnale i sisteme.......82

Zona tematic5 (aplicaii)...94

Discipline de specialitate

Aparate electronice de msurat......112

Bazele sistemelor flexibile inteligente...126

Electronicde putere n comutaie....168

Radiocomunicaii...179

Sisteme cu logicprogramabil.190

Sisteme de achiziii de date...199

Testarea echipamentelor pentru EA..206


4/218

1

UNITTI DE MSUR

ale Sistemului International


5/218

2

1. Specificai unitatea SI pentru mas i simbolul ei. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentrumicro (exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru mas este kilogramul. Simbolul su este kg. Factorul de multiplicare pentru micro este

10-6. Simbolul su este .

2. Specificai unitatea SI pentru lungime. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentru mili (exemplu:atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru lungime este metrul. Simbolul su este m. Factorul de multiplicare pentru mili este 10-

3. Simbolul su este m.

3. Specificai unitatea SI pentru timp. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentru micro (exemplu:atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru timp este secunda. Simbolul su este s. Factorul de multiplicare pentru micro este 10-6.

Simbolul su este .

4. Specificai unitatea SI pentru curentul electric. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentru mili

(exemplu: atto = 10-18

, a).Unitatea SI pentru curentul electric este amperul. Simbolul su este A. Factorul de multiplicare pentru mili

este 10-3. Simbolul su este m.

5. Specificai unitatea SI pentru viteza unghiular. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentru kilo(exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru angular viteza unghiular este radianul pe secund. Simbolul su este rad/s. Factorul

de multiplicare pentru kilo este 103. Simbolul su este k.

6. Specificai unitatea SI pentru frecven. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentru tera(exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru frecven este herul. Simbolul su este Hz. Factorul de multiplicare pentru tera este1012. Simbolul su este T.

7. Specificai unitatea SI pentru energie, lucru mecanic i cldur. Specificai factorul de multiplicare isimbolul pentru mega (exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru energie, lucru mecanic i cldur este joulul. Simbolul su este J. Factorul de

multiplicare pentru mega este 106. Simbolul su este M.

8. Specificai unitatea SI pentru putere i flux radiant. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentrugiga (exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru putere i flux radiant este wattul. Simbolul su este W. Factorul de multiplicare pentru

giga este 10

9

. Simbolul su este G.

9. Specificai unitatea SI pentru for sarcin electric i cantitate de electricitate. Specificai factorul demultiplicare i simbolul pentru femto (exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru sarcin electric i cantitate de electricitate este coulombul. Simbolul su este C.

Factorul de multiplicare pentru femto este 10-15. Simbolulsu este f.

10. Specificai unitatea SI pentru tensiune electric, diferen de potenial i tensiune electromotoare.Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentru nano (exemplu: atto = 10-18, a).


6/218

3

Unitatea SI pentru tensiune electric, diferen de potenial i tensiune electromotoare este voltul.

Simbolul su este V. Factorul de multiplicare pentru nano este 10-9. Simbolul su este n.

11. Specificai unitatea SI pentru intensitatea cmpului electric. Specificai factorul de multiplicare i simbolulpentru mega (exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru intensitatea cmpului electric este voltul pe metru. Simbolul su este V/m. Factorul de

multiplicare pentru mega este 106. Simbolul su este M.

12. Specificai unitatea SI pentru rezisten electric, impedan i reactan. Specificai factorul demultiplicare i simbolul pentru kilo (exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru rezisten electric, impedan i reactan este ohmul. Simbolul su este. Factorul

de multiplicare pentru kilo este 103. Simbolul su este k.

13. Specificai unitatea SI pentru conductana electric. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentrukilo (exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru conductana electric este siemensul. Simbolul su este S. Factorul de multiplicare

pentru kilo este 103. Simbolul su este k.

14. Specificai unitatea SI pentru capacitatea electric. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentrupico (exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru capacitatea electric este faradul. Simbolul su este F. Factorul de multiplicare pentru

pico este 10-12. Simbolul su este p.

15. Specificai unitatea SI pentru inductan. Specificai factorul de multiplicare i simbolul pentru mili(exemplu: atto = 10-18, a).

Unitatea SI pentru inductan este henry. Simbolul su este H. Factorul de multiplicare pentru mili este

10-3. Simbolul su este m.


7/218

4

Noiuni generale de fizic


8/218

5


9/218

6


10/218

7


11/218

8


12/218

9

CONCEPTE / TEOREME MATEMATICE DE UZPRACTIC

N EXERCITAREA PROFESIEI DE INGINER


13/218

10


14/218

11


15/218

12


16/218

13


17/218

14


18/218

15


19/218

16


20/218

17

CIRCUITE ELECTRONICE FUNDAMENTALE

Anul II


21/218

18

1. Pentru un amplificator cu un tranzistor n conexiunea colector comun (repetor pe

emitor), desenai schema si comentai valorile pentru: amplificarea in tensiune,rezistena de intrare i cea de ieire.Curs 14 (pg. 1-2).

ObsLa studiul comportrii cu frecvena a tranzistorului bipolar au fost introduse o serie de frecvene

caracteristice: frecvena de tiere i frecvena de tranziie. Aceste mrimi caracterizeaz tranzistorul n

conexiune EC.

Se definete un parametru similar frecventei de taiere ,, i pentru conexiunea BC.

T

EC

B

BC

ff

ff

n conexiunea BC tranzistorul se comporta mult mai bine cu frecvena deoareceBT fff

Comportarea la frecvene medii a etajului

de amplificare a tranzistorului bipolar

Din analiza precedent a rezultat c la frecvene medii unde pot fi neglijate reactanele condensatoarelordin circuiti la care ns putem utiliza modelul cu parametrii h schema echivalent de semnal mic a unui etaj de amplificare pentruorice tip de conexiune (EC, BC, CC) poate fi redus la o singur schem echivalent:

Obs

S-a preferat utilizarea parametrilor h deoarece analiza poate fi fcut pentru toate cele trei conexiuni

utiliznd o singur schem echivalent i particulariznd valorile parametrilor h corespunztori conexiunii

avute n vedere.


22/218

19

21

11

1

22

211211

121111

1121111221110121111

1

1

22

21

121222

2221212201212

20

1

2

1

L

Lii

iL

iLL

i

L

i

L

L

L

ei

Rh

hhRhZR

AhRhIU

IAhRIhhRIIhUhIhU

I

UZ

Rh

hA

IhRhI

RIhIhhUIhI

RIU

I

I

I

IA

Obs

1. semnul ,,- n expresia unei amplificri semnific faptul c acel amplificator introduce un defazaj de180o

2. se constat apoi c mrimea rezistenei de intrare este influenat de rezistena de sarcinLR

KKR

KR

i

L

100,20,2

1

2. Desenati schema electric a unei reele Wien precum i modul de conectare.pentru a realiza un oscilator Wien. Explicati modul de functionare al oscilatorului.

Curs 26 (pg. 7-8).


23/218

20

3

1

1

1

110

1,

11

1

111

1

11

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

10

2211

0120

21

0

21

2211

2

21

2211

21

21

2211

2

1122

2

22

1

11

22

2

1

11

2

2

2

2

1

1

2

1

2

121

2

C

C

R

R

RCRCRCRC

RCj

RCj

RCRC

RC

RCRC

RCj

RCj

RCRCRCjRCjj

R

RCj

Cj

RCj

RCj

R

Cj

RCj

CjR

CjR

CjR

Z

Z

Z

ZZZ

Z

U

Uj

o

o

r

Se constat comportamentul selectiv ca urmare apariia i mulimea oscilaiilor este determinat nu

numai de condiia de faz dar i de condiia de amplitudine deoarece pentru max,0 j respectiv

min

1

ji prin urmare pentru aceast pulsaie poate fi satisfcut condiia de amplitudine (1).

De regul acest oscilator este cu frecvena reglabil, reglarea frecvenei fcndu-se n trepte, princomutarea capacitilor

21,CC , i continuu, modificndu-se simultan rezistenele 21,RR


24/218

21

D

e regul oscilatoarele cu circuitul Wien se realizeaz n jurul unui amplificator operaional ca n figura:

3. In ce regim (clas) de funcionare a amplificatoarelor apar distorsiunile deracordare? Explicai apariia lor pe baza unei figuri.

Curs 19 (pg. 5-6).

Obs

1. pe durata cte unei semialternane tranzistorul funcioneaz n conexiune CC.2. pentru a asigura o excursie simetric la ieire tensiunile celor dou surse de tensiune se iau egale

EEE

3. Datorit tensiunii de deschidere semnalul de ieire va prezenta distorsiuni neliniare, aa numiteledistorsiuni de racordare.


25/218

22

4. distorsiunile de racordare pot fi diminuate prin prepolarizarea tranzistoarelor finale (aducndu-seuor spre limita de conducie). Polarizarea tranzistoarelor final prezint dezavantajul c poateconduce la ambalarea termic a tranzistoarelor.

5. Exist posibilitatea alimentrii etajului de ieire de la o singur surs de alimentare.

6. ponderea distorsiunilor de racordare (de trecere) scade pentru semnalele de intrare mai mari.

7. Pentru semnale de intrare foarte mari apar distorsiuni datorate intrrii tranzistoarelor n saturaie.

ETAJE DE IEIRE N CONTRATIMP

CU TRANZISTOARE COMPUSE

Etajul de ieire prezentat anterior necesit o putere de comand nsemnat de la etajul prefinal care n precede.Pentru a diminua aceast putere de comand se utilizeaz aa-numitele tranzistoare compuse. Acestea constituie combinaiide dou sau chiar trei tranzistoare astfel conectate nct echivaleaz funcional cu un tranzistor dar care necesit un curen tde comand de baz substanial mai redus.

Se constat uor reducerea substanial a curenilor de comand dar n acelaitimp circuitul prezint dezavantajul nserierii a dou jonciuni emitoare fapt ce reducepanta tranzistorului echivalent.

4. Cum trebuie s fie frecvena polului dominant din metoda decompensare cu

acelai nume, fa de frecvenele polil or amplificatorului necompensat. Justificairspunsul.Curs 25 (pg. 1).


26/218

23

Compensarea cu poli dominant se realizeaz prin conectarea unui condensator de compensare ntre

dou etaje succesive ale amplificatorului.

)2(

1111

)(

)1(

111

)(

321

321

jjjj

AjA

jjj

AjA

d

C

00000

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

RRCjRR

R

RRCjRR

R

Cj

RR

Cj

R

CjR

CjR

R

CjR

CjR

iCi

i

iCi

i

C

i

C

i

Ci

C

i

C

i

C

i

d

d

dCi

T

TCRR

1

0

5. Explicai rolul tranzistorului pilot al unui amplificator in contratimp respectiv cel altranzistoarelor finale.Curs 20 (pg. 2-3).

Etaje de ieire de clas A B


27/218

24

Aceste etaje funcioneaz ntr-un regim care se situeaz ntre regimul de funcionare clas A i regimul

de funcionare clas B (mai aproape de clas B, n lipsa semnalului tranzistoarele nc conduc puin). Etajele n

clas AB prezint distorsiuni de racordare mai reduse.

Aceste distorsiuni sunt cu att mai sczute cu ct tranzistoarele conduc mai mult n lipsa semnalului.

Acest fapt poate conduce ns pe de alt parte la pericolul ambalrii termice. n clas AB randamentul este i el

ceva mai sczut.

Dezavantajul schemei l constituie instabilitatea funcionrii cu temperatura.

2

1

21

2

1

R

Ruu

RR

Ruu

BED

DBE

Neajunsul schemei l constituie lipsa unui control facil al tranzistorului de prepolarizare. Acest neajuns

poate fi eliminat nlocuind cele doua diode cu o superdioda.

Bootstraparea etajului final

Bootstraparea este o metod de a obine excursia maxim posibil la ieire ncondiiile n care se utilizeaz aceleai tensiuni de alimentare.

Vom considera situaia n care conduce T1. Care este valoarea tensiuniide comand?

1EuEuu cesBEicm

Din relaia (1) rezult c etajul prefinal ar trebui alimentat cu o

tensiune EE' pentru a putea asigura comanda necesar pentru excursia maxim la ieire.

Pe de alt parte excursia de la ieirea etajului prefinal este diminuat fa de tensiunea de alimentare

ca urmare a dreptei de sarcin dinamic.


28/218

25

6. Cum se modific rezistena echivalent de intrare i de ieire in cazul introduceriin circuit a unei reacii negative de tip paralel-paralel. Justificati raspunsul prin relatii.Curs 23 (pg. 3).

Reacie serie paralel

Sch,sch,sch,sch,sch

)1(

,:

,:

2221212

2121111

21

21

UHIHI

UHIHU

IUVD

UIVI

0

0

0

if

r

r

I

r

rof

Uif

R

U

if

if

if

I

UR

I

I

I

UR

Se rearanjeaz schema.

7. Calculati frecventa limita la inalte a unui amplificator cu reactie, cunoscind frecventa limita la

inalte pentru amplificatorul fara reactie si factorul de desensibilizare F=1+A.Curs 21 (pg. 7-8).

Efectul reaciei negative asupra caracteristicii de frecven

Vom considera pentru nceput comportarea la nalt frecven. Cazul unui amplificator avnd funcia de rspuns lafrecven cu un singur pol.


29/218

26

ii

i

r

i

i

i

i

r

i

TATjAjA

Tj

A

A

Tj

AATj

AA

TjATj

A

jA

jAjA

j

Tj

AjA

lg20lg201log20log20log20

1

11

1

111

1

1

11

11

2

r

i

irir

ir

AA

A

AATT

AT

lg201

lg20

1lg20lg201

log20lg201

Obs

Se constat c reacia negativ mrete de A1 ori frecvena limit superioar a benzii de trecere.

Analiza la joase frecvene

Presupunem o funcie cu rspuns la frecven cu un singur pol.


30/218

27

jr

jrr

r

j

j

jj

j

j

jj

j

r

j

j

Tj

TAjA

ATj

ATj

A

A

TjATj

TjA

TjTjATj

TjA

jA

jAjA

ATj

TjjA

111

1

1

11

1

1

11

11

8. Desenati schema echivalenta de zgomot a unui amplificator si definit factorul de zgomot F.Curs 20 (pg. 7-8).

Factorul de zgomot este parametrul prin care se apreciaz performanele de zgomot ale unui amplificator.

22

2

1

1

AU

UF

F

P

PF

zgo

zto

zgo

zto

n general din punct de vedere al zgomotelor unui amplificator este apreciat pe baza urmtoarei

scheme echivalente. Studiul zgomotelor se face ntotdeauna pentru ansamblul generator-amplificator.

t - total


31/218

28

g generatorului

1144

1

4

1

2

222

2

2

22

2

2

22

22222

22

2

Zp

g

g

ZD

z

g

zg

g

z

gzg

zg

zg

zg

z

zgL

L

zgzzg

zg

zto

R

R

R

R

I

RfTK

IR

RfTK

UF

RfTKU

U

IR

U

U

UR

A

R

AIRUU

UA

UF

9. Demonstrati efectul reactie negative asupra variatiei relative a amplificarii.Curs 21 (pg. 1-2).

Zgomotul tranzistorului bipolarSursele de zgomot ce caracterizeaz un tranzistor bipolar se introduc cel mai frecvent n modelul cu parametrii

naturali.

2

1

2

4

1000500

12

14

2

'

2

f

m

z

t

m

bbz

g

fTK

I

Hzcstf

gRfTKU

n cazul tranzistorului bipolar se pot defini mrimilem

bbzsg

RR2

1'


32/218

29

min;1

1

2

FFR

R

R

RF

g

R

zp

g

g

zs

f

m

zp

Obs.

1. Deoarece factorul de zgomot depinde de mrimile mg i mrimi care la rndul lor sunt

determinate de curentul de colector, nseamn c exist o valoare a curentului de colectorcI

pentru care F=Fmin.2. n cataloage se specific o serie de informaii privind zgomotul tranzistoarelor bipolare.

3.4.

3. ntr-un amplificator principalele surse de zgomot sunt rezistenele.4. Pentru a obine un amplificator nezgomotos se minimizeaz efectul surselor de zgomot i se caut

s se fac adaptarea cu rezistena generatorului de semnal pentru a se obine Fmin.Se demonstreaz c n cazul unui amplificator cu mai multe etaje zgomotele primului etaj influeneaz

n cea mai mare msur performanele de zgomot ale amplificatorului.

2

1

2

2

2

1A

F

R

RFF

g

g

10. Prezentati schema si functionarea unui oscilator Colpitts.

Curs 27 (pg. 5-6).

Oscilatorul COLLPITS

Utilizeaz transformatorul capacitiv.


33/218

30

Analizm varianta cu tranzistor cu efectul de cmp.

Tensiunile rU i 0U sunt la rezonan defazate cu 180 deoarece amplificatorul introduce i el un

defazaj de 180 nseamn c exist reacie pozitiv i prin urmare, pot aprea oscilaii.

Frecvena oscilaiilor este egal cu frecvena de rezonan a circuitului oscilant.

21

210 ;

1

CC

CCC

LC e

e

Pentru stabilirea condiiei de amplitudine se va calcula separat amplificarea respectiv j cecaracterizeaz circuitul de reacie.

amorsaredeconditia-11

1

1

1

1

1

2

2

1

0

2

1

1

2

0

0

p

m

pm

r

pm

gs

pgsm

gs

RC

Cg

C

CRg

jA

C

C

CjI

CjI

U

Uj

RgU

RUg

U

UA

Obs

1. bobina de oc LX asigur alimentarea cu tensiune continu a circuitului n condiiile n careblocheaz componenta variabil spre sursa de semnal (care reprezint pentru aceast component unscurtcircuit).

2. la acest oscilator frecvena este dificil de reglat n mod continuu, de aceea, se utilizeaz pentrugenerarea unor frecvene fixe.


34/218

31

CIRCUITE INTEGRATE ANALOGICE

Anul II


35/218

32

1. Specificati si definiti cinci parametri referitori la circuitul de intrare a AO. (2.2, pag.68-69)

1. Parametri referitori la circuitul de intrare:

- tensiunea de decalaj iniial Uio (sau decalaj iniial de tensiune ori offset de tensiune) reprezentnd

o tensiune de eroare cauzat de inegalitatea tensiunilor U BE (UGS) ale tranzistoarelor de la intrrile etajului

diferenial de intrare. Acest decalaj iniial se msoar prin tensiunea ce trebuie aplicat la o intrare, cu o

polaritate sau alta, pentru a realiza o tensiune de ieire nul (exemplu: 1...5 mV la amplificatoare operaionale

cu tranzistoare bipolare uzuale, 10 mV la cele cu intrare pe TECJ sau MOS, 10 V la amplificatoare hib ride cu

pereche TECJ, 1 V la amplificatoare hibride cu chopper);

- deriva termic de tensiune, Uio/T, denumit i sensibilitate termic sau coeficient de temperatur

al tensiunii de decalaj iniial; arat variaia cu temperatura a acestei tensiuni i se msoar n V/oC;

- curentul de polarizare a intrrilor (sau curent de intrare), reprezentnd valoarea medie a curenilor

de la cele dou intrri. Exemplu:

2

III 2B1BB

pentru intrare pe tranzistoare bipolare. Valoarea acestui curent depinde de tipul etajului diferenial de intrare;

- curentul de decalaj iniial, Iio (sau offset de curent) reprezentnd eroarea cauzat de inegalitatea

curenilor de intrare ai etajului diferenial; este msurat ca diferen a curenilor de la cele dou intrri n

situaia cnd Ue=0 (de obicei Iio


36/218

33

2. Specificati si definiti doi parametri referitori la comportarea in regim dinamic a AO. (2.2, pag.70)

2. Parametri referitori la comportarea n regim dinamic (ca amplificator):

- amplificarea de tensiune, fr reacie, la semnal mare, n condiii de E i RS precizate. Valoarea

amplificrii este n mod obinuit 100.000...300.000;

- banda de frecven la amplificare unitar, ce reprezint frecvena de tiere a axei logf de ctre

caracteristica de frecven a amplificatorului fr reacie corectat (sau frecvena de tiere a amplificatorului cu

reacie n regim de repetor, cnd Aur=1, respectiv cnd 20log Aur =0);

- viteza maxim de cretere a tensiunii de ieire, slew-rate, notat SR, pentru semnal mare. La uneleamplificatoare (cu corecie extern) se d viteza maxim realizabil pentru diferite corecii ( care se aleg n

funcie de amplificarea cu reacie dorit).

Pentru ca un semnal sinusoidal cu anumit amplitudine s sufere distorsiuni mici - 1% - la trecerea prin

amplificator, trebuie ca mrimea SR s aib o valoare:

SR 2fmax (uem)max,

iar pentru distorsiuni mai mici, coeficientul

2 se nlocuiete cu unul mai mare (3...4

pentru 0,5% sau chiar 8...10 pentrudistorsiuni neglijabile). Deseori se d n

catalog caracteristica (uem)max = F(f max)

rezultat din relaia de mai sus, pentru

semnal sinusoidal cu distorsiuni 1% i o

anumit corecie (deci o anumit vitez

SR), (fig.2.9). Abaterea de la forma de

variaie hiperbolic este datorat atingerii

excursiei maxime de tensiune la ieirea AO

impus de alimentare i sarcin.

3. Prezentati oglinda de curent cu tranzistor tampon si analizati valoarea raportului dintre curentii depe cele doua ramuri in contextul utilizarii sale ca si sarcina activa pentru un etaj diferential deintrare dintr-un AO integrat. (1.1, pag.26)

E, RS

sinus cu

fmax log f

uem

E-1V

CC dat

(uem)max

Fig. 2.9. Amplitudinea maxim a semnalului

sinusoidal de la ieirea AO n funcie

de frecven, n condiiile n care


37/218

34

3. Oglinda de curent cu tranzistor tampon

Schema acestei oglinzi, folosit ca sarcin activ n etajul diferenial de intare al amplificatoarelor

integrate (operaionale) este dat n fig.1.6. Tranzistorul T3, denumit tampon, prelund un curent foarte mic

din Iref, face ca cei doi cureni Ie i Irefs fie foarte apropiai.

Efectul Early apare i aici deoarece tranzistoarele

lucreaz la tensiuni colector-emitor diferite. Astfel, UCE2 =UBE3+UBE2 1,2 V iar UCE3>UCE1>UCE2, ceea ce face ca

3>1>2 (tranzistorul tampon prezint cea mai maretensiune colector-emitor deoarece are colectorul legat la

+E). Aa cum e de ateptat, inegalitatea factorilor vaconduce la apariia unei diferene semnificative ntre

curentul de ieire al sursei i cel de referin. Astfel,

admind c T2 i T3 au cureni de baz egali, conform cu

cele din fig.1.6 i n absena rezistenei RE3 (al crei rol se

va vedea puin mai trziu) se obine:

Fig. 1.6. Oglind cu tranzistor tampon

Ie = 1IB i Iref= B3

232

3

BB2 I

1

2

1

I2I

caz n care:

2

1

32

31

232

131

ref

e

2I

I

Aadar raportul este net supraunitar (tensiunile UCE ale celor dou tranzistoare nu mai sunt att de apropiateca i la oglinda Wilson). Pentru a compensa acest lucru se introduce rezistena RE3 care mrete artificial

curentul prin T3 i prin intermediul curentului su de baz, mrete i pe Iref. Astfel se obine:

Iref= B3

232

3

BB2 I

1

2n

1

I)2n(I

i raportul devine:

T1

2IBRe

RE

Ie

RE

2IB

Iref

+E

T3

T2IBIB

23+1

IB =1 IB

RE3

(nIB)


38/218

35

1n2I

I

232

131

ref

e

care poate fi fcut apropiat de 1 alegnd potrivit valoarea rezistenei R E3. Aceast rezisten are i rolul de a

asigura o mai bun stabilitate termic circuitului.

Rezistenele RE pot mri sensibil rezistena de ieire Re a sursei de curent (n colectorul lui T1). n unele

amplificatoare integrate rezistenele RE permit legarea ntre emitoarele lui T1 i T2, din exteriorul integratului, a

unui poteniometru care poate ajusta fin raportul Ie / Iref(echilibrarea amplificatorului).

4. Ce este o sursa band-gap, care este forma generala a tensiunii sale de iesire si explicati pe bazaacestei formule principiul sau de functionare. (1.2, pag.32, 33, 34)

4. Surs de tensiune de referin de tip band-gap

Coeficientul de temperatur de 2mV/K al tensiunii UBE se poate compensa dac se nsumeaz cu

aceasta o tensiune avnd un coeficient de temperatur de +2mV/K. Acest procedeu este utilizat n circuitul dinfig.1.19, unde A este un amplificator diferenial. Aici prin T2 se realizeaz o reacie negativ mai puternic dect

reacia negativ introdus prin T1. Rezistena de ieire a acestei surse de tensiune este foarte mic datorit

reaciei negative n configuraie cu nod la ieire.

Deoarece cele dou intrri ale amplificatorului (care are o amplificare de tensiune 1000) au

aproximativ acelai potenial UI rezult:

URC1 = URC2

deci:

IC2 = n IC1

Cderea de tensiune pe rezistena R1 este:

IC1R1 = UBE2 UBE1 = UTln nlnUI

IlnU

I

IlnU

I

IT

1C

2CT

0C

1CT

0C

2C

Cu aceasta rezult:

1

T1C

R

nlnUI

care este un curent dependent de temperatur prin intermediul lui UT.

Cderea de tensiune pe rezistena R2 este:


39/218

36

UR2 = (IC1 + IC2)R2 = )R

nlnUn

R

nlnU(R

1

T

1

T2 = nlnU)1n(

R

RT

1

2 = NUT

unde s-a notat (R2 / R1)(n+1)lnn = N (constant). Aceast tensiune (UR2) trebuie s aib un coeficient de

temperatur de +2mV/K.

Fig. 1.19. Surs de tensiune de referin de tip band-gap

Cunoscnd c UT = kT/q (n care k este constanta lui Boltzmann iar q sarcina electronului), se scrie:

q

kN

dT

dUN

dT

dU T2R

care este o constant independent de temperatur. Se obine n continuare:

K

mV2

T

NU

qT

kTN

dT

dU T2R

Considernd o anumit situaie, de exemplu aceea cu T=300K i UT = 26 mV, rezult:

231026

300102N

3

3

.

+

UBE2

T2

Ue

UBE1

T1

R1

RC1 RC2 =

+E

R2 UR2

+E

A

Ui

UiIC2IC1

IB0

IC1R1


40/218

37

Acest numr este realizat suficient de precis prin rapoarte de rezistene. Astfel:

Ue = UBE2 + UR2 = UBE2 + NUT = const. (T)

adic tensiunea Ue este compensat termic (n realitate nu total).

5. Amplificator inversor cu AO. Schema, expresia amplificarii si conditia de minimizare a erorilorstatice. (3.1)

6. Amplificator neinversor cu AO. Schema, expresia amplificarii si conditia de minimizare a erorilorstatice. (3.1)

5.6. Proprietatile amplificatorului operaional ideal

n multe aplicaii A.O. se poate considera ideal, calculul circuitelor fiind atunci mult mai simplu.

Apropierea funcionrii amplificatoarelor reale de a celor ideale se datorete performanelor atinse n

fabricarea lor.

Amplificatoarele operaionale ideale au urmtoarele proprieti:

- amplificare de tensiune infinit,

- rezisten de intrare diferenial infinit,

- rezisten de ieire nul,

- curent de polarizare (intrare) nul,

-band de frecven foarte larg (astfel nct nu intervine n funcionarea circuitului),

- decalaje iniiale, derive, zgomot nule,

- factor de rejecie a semnalului comun infinit,

- factor de rejecie a variaiei tensiunilor de alimentare infinit.

Pe baza acestor proprieti se poate lucra cu AO folosind conceptele:

- curentul de intrare al AO ideal este nul,

- diferena de potenial dintre intrri este nul.

Calculele circuitelor folosind AO ideal sunt valabile att timp ct erorile AO real nu intervin semnificativ

n tensiunea de ieire. Deci acestea trebuie totui apreciate sau verificate i comparate cu semnalul util de la

intrare.


41/218

38

a) Amplificatorul inversor (fig.3.1).

Amplificarea cu reacie ideal a acestui circuit este:

1

r

11

r1

1

e

ur R

R

RI

RI

U

UA

i poate fi fcut de orice valoare. Rezistena de intrare Rirvzut de sursa U1 este aproximativ egal cu R1 i este de

valoare relativ redus (n 10 K) din cauza reaciei negative de tipparalel-paralel. Pentru a se lucra cu R1 de valoare mare trebuie

folosit un amplificator cu R i foarte mare. Rezistena de ieire este

neglijabil datorit reaciei negative cu configuraie paralel la

ieire.

b) Amplificator neinversor (fig.3.2).

Amplificarea de tensiune cu reacie este:

1

r

r1

1e

e

2

eur

R

R1

RR

RU

U

U

UA

i poate fi doar supraunitar pentru acest circuit. Rezistena de intrare vzut de sursa U2 este foarte mare,

datorit reaciei negative de tipul paralel-serie. Totui ea este limitat la valoarea rezistenei de intrare pentru

semnal comun care a fost ignorat fa de rezistena de intrare diferenial pn acum. La amplificatoareleuzuale rezistena de intrare pentru semnal comun are o valoare de ordinul n 10 M.

Pentru realizarea unei amplificri de tensiune subunitare se poate utiliza un divizor de tensiune la

intrarea + dar n acest caz rezistena de intrare coboar la o valoare obinuit (n 10K), (fig.3.3). Pentru acestcircuit se poate scrie tensiunea de ieire:

1

r

32

32

1

r'e

R

R1

RR

RU

R

R1UU

Fig. 3.1. Amplificator inversor cu AO

+

R2=R1Rr

Rir

RS

R1

Rr

Ue

U1

I1

I1

0V

0V


42/218

39

i acum amplificarea lui U2 poate fi fcut subunitar.

Rezistena de intrare devine ns relativ redus: Rir R2 +R3Pentru dimensionarea divizorului se vor utiliza condiiile:

- realizarea unei divizri impuse de relaia de mai sus;- realizarea unei erori minime prin egalitatea rezistenelor echivalente de la cele dou intrri.

7. Amplificator logarithmic realizat cu un singur AO. (3.2, pag. 91, 92)

7. Amplificatorul logaritmic.

Carcteristica volt-amperic exponenial a diodelor semiconductoare i a tranzistoarelor poate fi

utilizat pentru realizarea unor amplificatoare cu caracteristc de transfer ue = f(u1) logaritmic. Este vorba de

relaia:

T

BE

U

u

CoC eIi sauCo

CTBE

I

ilnUu

Folosirea tranzistoarelor n aceste amplificatoare este justificat de pstrarea caracterului exponenial al

relaiei iC-uBEntr-o gam mai larg de variaie a curentului dect al relaiei iD-uD de la diode.

+R2

Rir

RS

R1

Rr

Ue

U2

U2

U2

+R2

Rir

RS

R1

Rr

Ue

U2

U

U

R3

Fig. 3.2. Amplificator neinversor cu AO Fig. 3.3. Amplificator neinversor cu divizor


43/218

40

Schema de principiu a amplificatorului logaritmic este dat n fig.3.11, iar schema se completeaz n

practic aa cum se arat n fig.3.12.

Pentru amplificatorul din fig.3.11 avnd iC=u1/R1 se scrie:

Co1

1T

Co

CTBEe

IR

ulnU

I

ilnUuu

i se constat c ue este proporional cu ln u1, adic se realizeaz o caracteristic de transfer logaritmic.

Practic, la schema de principiu se mai adaug cteva componente:

Cc pentru corecia caracteristicii de frecven (eliminarea oscilaiei de nalt frecven a

amplificatorului cu reacie negativ);

Rp pentru limitarea curentului de ieire al amplificatorului (n situaii incidentale) dar mai ales pentru

reducerea amplificrii de tensiune a tranzistorului T (Rp realizeaz o reacie negativ local);

D pentru protecia jonciunii emitoare a tranzistorului contra unei tensiuni inverse incidentale mari

(n mod normal este blocat).

Circuitul analizat mai sus prezint ns cteva dezavantaje importante:

- dependena de temperatur a tensiunii de ieire prin mrimile UT i ICo;- domeniul de variaie restrns al tensiunii de ieire (cteva zecimi de V deoarece |ue|=|uBE|).

8. Prezentati amplificatorul de masura (clasic) cu 3 amplificatoare operationale. (3.4, pag.101,102)8. Amplificatorul de masura (clasic) cu 3 amplificatoare operationale.

Totui, schema clasic de amplificator de instrumentaie este mai complicat dar ofer n schimb mai multe

faciliti (fig.3.23). Ea se poate realiza cu 3 AO distincte, din care primele dou trebuie s fie de precizie, sau se

poate gsi sub form de circuit integrat monolitic la care se ataeaz din exterior R A. Simetria circuitului de

intrare duce la o cretere a factorului CMRR global.

+

R1

R1

ue=-uBE

u1>0

iC

iC

0V

0V

uBET

uCE=uBE

+

R1

R1

ue

u1

T

RP

(2k)

D

CC

Fig. 3.11. Schema de principiu a unui Fig. 3.12. Schem practic pentru un amplificator


44/218

41

Relaia tensiunii de ieire se stabilete innd cont c amplificatorul realizat cu A3 este diferenial, iaramplificatoarele cu A1 i A2 sunt neinversoare, fiecare utiliznd rezistena RA care impune amplificarea (i poate

fi deci programabil):

1

23A

A

12

1

23A

1

21e2ee

R

RR2R

R

UU

R

RR2RI

R

RUUU

12ur1

2

A

312 UUA

R

R

R

R21UU

Deci amplificatorul este diferenial i avnd la ambele

intrri rezisten foarte mare este un amplificator de

instrumentaie.

Un astfel de amplificator monolitic prezint pini

pentru intrrile i +, pini pentru conectarea unei

rezistene RA (notai Amplificare), precum i un pin

numit Reacie i un pin numit Referin (marcai n

fig.3.23). Acetia din urm permit eliminarea efectelor

nedorite ale firelor lungi spre sarcin (ambii pini se leag

prin fire separate direct pe bornele sarcinii), iar pinul

Referin mai permite introducerea unui circuit de ehilibrare (fig.3.24). Se cunosc soluii speciale pentrufolosirea amplificatorului de instrumentaie cu fire lungi la intrare i (sau) ieire [3]. n cazul de fa, circuitul de

echilibrare, folosind un AO repetor, nu introduce rezisten n serie cu R2 la pinul Referin, deci nu produce

erori n amplificarea total.

9. Prezentati redresorul de precizie monoalternanta inversor. (3.5, pag.104, 105)

9. Redresor de precizie monoalternanta inversor.

+

+

R1

R2

U2

Ue2

Ue

pini

A1

A3

+

A2+

U1

R1

R2

R3

R3

RA (ext)

I

I

I

Ue1

Etaj de intrare

Sarcin

Etaj diferenialpin

fir

fire

pin

Fig. 3.23. Amplificator de msur clasic

-E

+

+

+E

Echilibrare

RepetorReferin

ReacieR2

R2

A3

A4

Sarcin

Fig. 3.24. Realizarea echilibrrii la amplificatorul de msur


45/218

42

Exist, de asemenea, varianta de redresor de precizie monoalternan inversor (fig.3.28), care poate realiza i

o amplificare.

n semiperioada negativ tensiunea ueA>0 i D1 conduce, iar D2 este blocat. n acest caz se pot scrie

ecuaiile:

u1 = i1R1 + ui (1)

u1 = -i1R2 + ui (2)

ueA = -uiAu (3)

ueA = ud1 + ue (4)

Eliminnd i1, ueA i ui, rezult pentru semiperioada negativ a tensiunii u1:

1

uR

R

u

A

11

A

u

R

R

uu

1d1

21

uu

uu

1d

1

21

e cu:21

1u

RR

R

,

uuA

1

(u = factorul de reacie de tensiune). Deoarece uAu>>1 rezult cu aproximaie:

1

21e

R

Ruu

adic forma tensiunii de la ieire repet forma tensiunii de la intrare. Prin urmare se asigur precizia redresrii i se poaterealiza amplificarea dorit.

Dioda D1 are rolul de redresor dar tensiunea ud1 este mprit cu uAu>>1, i efectul acesteia, inclusiv

efectul termic, este neglijabil. Cu alte cuvinte, dioda D1 prezint o comportare ideal ce se datorete cuprinderii

ei n bucla de reacie.

Pentru semiperioada pozitiv a tensiunii u1 , tensiunea ueA0 n semiperioada urmtoare

ar fi lent, D1 nu se deschide la timp provocnd deformarea tensiunii ue deci imprecizie, ca n fig.3.26. Prezena

diodei D2 asigur evitarea saturaiei ieirii amplificatorului (diod antisaturaie), meni-nnd pe ueA apropiat

de zero (- 0,6 V). Astfel, dioda D2 conduce curentul ce vine de la intrare. Tensiunea ui foarte mic produce prin

divizorul R2, RS o tensiune de ieire:

S2

Sie

RRRuu

care este neglijabil. Pe lng tensiunea ui redus, n semiperioada pozitiv a lui u1 conteaz la intrare i

decalajul iniial de tensiune (nu se face echilibrarea).


46/218

43

Forma tensiunii de ieire a redresorului monoalternan i caracteristica de transfer sunt date n

fig.3.29a i 3.29b.

Se pot redresa tensiuni mici de ordinul milivolilor. Amplificatoarele integrate cu etaj final n clas C (cuzon moart n caracterisitca de transfer) nu sunt ns potrivite pentru redresoare de precizie de semnale mici

(exemplu 709, 324 etc.).

Rezistena de intrare a redresorului de precizie inversor este modest.

Dac se dorete obinerea unei

tensiuni redresate negative se

inverseaz sensul celor dou diode.

Pentru creterea frecvenei

tensiunii ce se redreseaz, cu menine-rea preciziei, s-au mai aplicat unele

soluii de mbuntire a compensrii

de frecven [3]. Astfel, tiind c n

timpul scurt de comutare diodele D1 i

D2 nu conduc, se poate crete factorul

SR prin suspendarea coreciei. Cnd

corecia e prin efect Miller, condensatorul de corecie nu se conecteaz direct la ieirea amplificatorului ci prin

diodele D1, respectiv D2 (fig.3.30). Cnd o diod conduce corecia acioneaz normal.

10. Precizati cateva tipuri de comparatoare, desenati-le caracteristica de transfer si explicati caredintre acestea elimina riscul bascularilor multiple atunci cand tensiunea de intrare este insotita dezgomote. (3.11)

10. Comparatoare.

Comparatoare simple (fr reacie)

u1

ue

0

0

t

t

ue

u10

-R2/R1

Fig. 3.29a. Formele de und la intrarea i ieirea Fig. 3.29b. Caracteristica de transfer a

redresorului

u1

+RS

ueD1

D2R1

R2

R1R2

Cc

Cc

pin de corecie

Fig. 3.30. Redresor cu frecvena de lucru mrit


47/218

44

Comparatoarele sunt circuite care indic, prin tensiunea de ieire, situaia relativ a dou tensiuni

aplicate la intrri (fig.3.74). Este vorba aici de un comparator pentru tensiuni cu acelai semn. De obicei una din

tensiuni este variabil iar cealalt este fix, reprezentnd cu aproximaie pragul comparatorului. Cnd

tensiunea variabil este U1 comparatorul este inversor, iar cnd tensiunea variabil este U2 comparatorul

este neinversor.Caracteristica de transfer a acestor comparatoare este prezentat n fig.3.75a (pentru inversor) i b

(pentru neinversor).

Pentru situaia U1 < U2 rezult la ieire Ue = Uemp nivelul logic

superior (pozitiv), iar pentru U1 > U2 rezult Ue = Uemn nivelul logic inferior

(negativ de obicei, dac se alimenteaz AO cu dou surse). Se folosete

comparator inversor dac se dorete bascularea ieirii de la nivel superior

spre inferior, atunci cnd tensiunea de intrare cresctoare depete

tensiunea fix i comparator neinversor n caz contrar.

Dac ns tensiunile U1 i U2 (sau una dintre ele) conin zgomote,cnd tensiunea variabil ajunge n dreptul zonei de indecizie apare fenomenul de vibraie (oscilaie) a

tensiunii de la ieirea comparatorului (fig.3.76) care nseamn schimbarea de cteva ori, consecutiv, a deciziei

logice deci comenzi false (uneori suprtoare) pentru circuitele i dispozitivele conectate la ieire. Acesta este

dezavantajul major al comparatorului simplu din fig.3.73; tensiunile ce se compar trebuie s fie foarte

curate pentru evitarea vibraiilor.

Comparatoare cu reacie pozitiv (cu histerezis)

Pentru eliminarea fenomenului de vibraie a tensiunii de ieire a comparatorului, cnd tensiunile U1 i

U2 (sau una dintre ele) conin zgomote, se utilizeaz o reacie pozitiv (fig.3.79). Prin aceasta apare n

caracteristica de transfer un histerezis (fig.3.80), care este mult mai lat dect zona de indecizie de la

comparatorul fr reacie. Aceasta conduce la o eroare de comparare sensibil mai mare, dar n schimb decizia

logic este ferm.

+

U1

U2Ue

Fig. 3.74. Comparator simplu cu AO

Ue

U1

Ui

0

pant Au

U2 (prag)

Uemn

Uemp

a

Ue

U2

Ui

0 pant Au

U1 (prag)

Uemn

Uemp

bFig. 3.75. Caracteristicile de transfer pentru comparatorul simplu inversor (a) i neinversor (b)

+

U1

U2Ue

Rr>>R2

R1R2

R2

Fig. 3.79. Comparator cu reacie pozitiv


48/218

45

i n acest caz ntlnim comparator inversor i neinversor, dup intrarea la care este aplicat

tensiunea variabil.

a) Comparatorul inversor

Acest comparator se folosete atunci cnd se dorete bascularea ieirii de la nivel superior spre inferior,dac tensiunea de intrare cresctoare depete tensiunea fix. Caracteristica de transfer a acestui comparatoreste prezentat n fig.3.80.

Pentru explicarea funcionrii comparatorului se consider iniial c U1 < 0 i de valoare absolut mare

(punctul A de pe caracteristica de transfer), iar U2 > 0. Atunci U2 >> U1 i la ieire se obine nivelul Uemp. Pe

divizorul Rr R2 rezult la intrarea + o tensiune, notat cu'1U , care ndeplinete inegalitatea

'1U > U2. Dac

tensiunea U1 crete

Ue

U10U2

Uemn

Uemp

0

0 t

t

Ue

U1

t2t1

U2

t1

t20,1mV

U1med

C

Ue

0

Uemn

A

U1

Uemp

U1 U1

D

B

Uemn

R2

R2+Rr UempR2

R2+Rr

U2R2

R2+Rr

U2

UH

Fig. 3.80. Caracteristica de transfer a

comparatorului inversor


49/218

46

i atinge valoarea '1U (punctul B pe caracteristic) intervine bascularea comparatorului care are loc din cauza

situaiei tensiunilor existente direct la intrrile + i . Datorit reaciei pozitive realizat prin Rr , bascularea se

accelereaz pentru c diferena dintre tensiunile de la intrrile + i se mrete rapid prin scderea tensiuniiUencepnd din punctul B. Astfel, trecerea la nivelul Uemn are loc pentru o variaie foarte mic a tensiunii U1 i

n caracteristica de transfer apare o ramur practic vertical.

Creterea n continuare a tensiunii variabile U1 conduce la atingerea unui punct C pe caracterisitic.

Acum, pe divizorul Rr R2 apare la intrarea + o tensi-une notat cu''

1U i de valoare''

1U < U2 (fig.3.80). Dac n

continuare U1 scade, bascularea spre nivelul logic superior ncepe la atingerea valorii''

1U - punctul D - i are loc

la fel de brusc ca i prima basculare, datorit accenturii diferenei tensiunilor de la intrri prin reacie pozitiv.

Nivelurile '1U i''

1U , la care apar basculrile se numesc pragurile comparatorului. Ele se pot calcula innd

cont de cele dou situaii ale tensiunilor pe divizorul Rr R2 (fig.3.81) la momentul nceperii basculrii.

Eroarea de comparare n acest caz este determinat n primul rnd de distanele dintre praguri i

tensiunea fix U2 i se consider cea mai mare dintre cele dou distane.

(dac acestea nu sunt egale ntre ele). Limea zonei de histerezis este stabilit de utilizator, ntruct ea

trebuie s depeasc amplitudinea vrf-la-vrf a zgomotelor nsumate ale tensiunilor ce compar, U1 i U2 ,

(fig.3.82). n acest fel nu mai apar vibraiile ieirii comparatorului. n concluzie, se adopt:

.v.v.zgH U2,1U

pentru a avea sigurana c la traversarea zonei de histerezis nici un vrf negativ al zgomotelor nsumate nu va

duce la coborrea tensiunii U1 dup momentul t1 pn sub pragul''

1U . Bascularea va fi ferm i are loc n

momentul t1 al atingerii pentru prima dat a pragului'1U dac UH este bine adoptat. Desigur, n prealabil se

va face tot posibilul ca zgomotele suprapuse peste cele dou tensiuni s fie ct mai reduse, spre a se putea

lucra cu UH mic.


50/218

47

Fig. 3.82. Comportarea comparatorului cu histerezis de tip inversor

Ue

U10 U2

Uemn

Uemp

0

0 t

t

Ue

U1

t1

U2

t1

UH

U1med

U1U1


51/218

48

CIRCUITE INTEGRATE DIGITALE

Anul II


52/218

49

1. Prezentai funcionarea unui decodificator pe post de demultiplexor

Utilizarea DCD 74HC(T)138 pe post de DMUX se poate face n urmtoarele moduri:

- dac intrarea de date (Di) este o intrare de validare activ pe 0 (G2A sau G2B) i codul de selecie este

A = 1, B=1, i C = 0, datele prezente la intrarea de date se vor regsi la ieirea Y3. Pentru Di= 0, circuitul

este validat corect i ieirea selectat este Y3 = 0(figura 1). Pentru Di = 1, circuitul nu este validat i ieirea

selectat este Y3 = 1(figura 2). Astfel datele prezente la intrarea de date se regsesc nemodificate la ieirea

selectat.

- dac intrarea de date (Di) este o intrare de validare activ pe 1 (G1) i codul de selecie este A = 0,

B=1, i C = 1, datele prezente la intrarea de date se vor regsi la ieirea Y6. Pentru Di = 1, circuitul este

validat corect i ieirea selectat este Y3 = 0 (figura 3). Pentru Di = 0, circuitul nu este validat i ieirea

selectat este Y3 = 1 (figura 4). Astfel datele prezente la intrarea de date se regsesc negate la ieirea

selectat.

Figura 1; Figura 2; Figura 3; Figura 4.

Concluzie: Nu se fabric DMUX. Pe post de DMUX se poate folosi orice DCD care are o intrare de

validare. Dac aceasta este activ pe 0 se obine un DMUX neinversor iar dac este activ pe 1 se obine un

DMUX inversor.

Y0Y1Y2Y3

G1

AB

74HC138

C

G2AG2B

Y4Y5Y6Y7

1

10

1

1

11

1

1

11

110

Y0Y1Y2Y3

G1

AB

74HC138

C

G2AG2B

Y4Y5Y6Y7

1

00

1

1

11

1

1

10

011

Y0Y1Y2Y3

G1

AB

74HC138

C

G2AG2B

Y4Y5Y6Y7

0

00

1

1

11

1

1

11

011

Y0Y1Y2Y3

G1

AB

74HC138

C

G2AG2B

Y4Y5Y6Y7

1

00

1

1

01

1

1

11

110

Di Di

DiDi


53/218

50

2. Desenai reprezentarea simbolic a unui bistabil de tip D care comut pe frontul cresctor al impulsului de

tact, tabelului lui de funcionare i formele de und aferente

Unul dintre cele mai simple bistabile care se produce sub form integrat este bistabilul de tip D, activ

pe frontul cresctor al impulsului de tact aplicat la intrarea CK (figura 5).

Figura 5. Bistabilul D care comut pe frontul cresctor al tactului.

Informaia aflat la intrarea D este transferat la ieirea Q pe frontul cresctor al tactului (conform

tabelului 1). Dac semnalul CK este pe palier (durata ct are valoarea 1 sau 0), semnalul aplicat la intrarea

D nu influeneaz ieirea.

Tabelul 1

D Q

0 0

1 1

Pe lng intrarea D, circuitul poate avea i dou intrri asincrone prioritare /S i /R. Funcionarea se

bazeaz pe tabelul 2 cu observaia c dac ambele intrri prioritare sunt inactive circuitul funcioneaz sincron

conform tabelului 1.

Tabelul 2

/S /R Q /Q

0 1 1 0

1 0 0 1

1 1Funcionare sincron conform

tabelului 1

0 0 1 1 Stare interzis

CK

tD

t

Q

t/Q

t


54/218

51

3. Desenai reprezentarea simbolic a unui bistabil de tip T care comut pe frontul descresctor al impulsului

de tact, tabelului lui de funcionare i formele de und aferente

Bistabilul T se obine numai din CBB JK-MS prin conectarea mpreun a intrrilor J i K (CBB JK-MS esteforat s funcioneze doar n situaiile J = K = 0 i J = K = 1).

Tabelul de funcionare:

Obs:

Dac T este permanent 1, nn QQ 1 ,

bistabilul basculeaz la fiecare impuls de tact.

4. Descriei modalitile de realizare a conversiei serie-paralel,

respectiv paralel-serie a datelor

Conversia serie-paralel necesit utilizarea unui registru SIPO; ea se face n n tacte corespunztoare

celor n bii ai cuvntului binar.

Funcionare:

Se terge coninutul registrului punnd intrarea /CLR la 0 (cu toate c principial nu este necesar

iniializarea coninutului registrului, deoarece el se va suprascrie oricum dup n impulsuri de tact).

Considernd un registru SIPO de 8 bii, secvena de nscriere a informaiei este D7, D6 ,..., D0 fiind

necesare 8 impulsuri de tact pentru ca bitul D7 (cel mai semnificativ) s ajung la ieire pe poziia corect Q7.

n acest moment cuvntul este nscris n totalitate n registru i poate fi citit paralel.

Ritmul n care sunt adui biii la intrarea serial SIN trebuie s fie corelat cu secvena de aplicare a

impulsurilor de tact. Registrul comut pe frontul cresctor al tactului (chiar dac bistabilele comut pe frontul

descresctor). Secvena care se convertete este 10101101.

CK

t

SIN

t

Di7 Di6 Di5 Di4 Di3 Di2 Di1 Di0


55/218

52

Obs.: Fiecare ieire Qipoate fi folosit ca ieire serial (circuitul se poate folosi ca SISO1, ... SISO8).

Conversia paralel-serie necesit utilizarea unui registru PISO. Conversia se face n n tacte

corespunztoare celor n bii ai cuvntului binar.

Pentru nscrierea paralel a datelor Di7, ..., Di0 se pune intrarea SH//LD = 0 i se aplic un impuls detact (nscrierea propriu-zis se face pe frontul cresctor al semnalului de tact). Pentru citirea serial a datelor (a

cuvntului de n bii) se pune intrarea SH//LD = 1 i se aplic n-1 impulsuri de tact.

ntreaga operaie de conversie necesit n perioade de tact, prima fiind destinat pentru ncrcarea

paralel, iar restul pentru citirea serial.

5. Descriei, pe scurt, principalele de realizare a memoriilor temporare FIFO i LIFO

Memoriile temporare sunt organizate pe n cuvinte binare de cte b bii compuse din b registre de

deplasare seriale SISO de cte n bii fiecare.

Memoria FIFO (First In First Out) se realizeaz cu ajutorul unor registre SISO care permit deplasarea

ntr-un singur sens (spre dreapta).

nscrierea cuvintelor binare de b bii n memorie se face n paralel pe cele b intrri seriale prin aplicarea

a cte unui impuls de tact i deplasarea acestora spre dreapta.

Memorie este plin atunci cnd s-au nscris toate cele n cuvinte binare. Dup umplerea complet a

memoriei, primul cuvnt citit(paralel pe cele b ieiri seriale) este primul cuvnt nscris n memorie.

n procesul de citire, informaia se deplaseaz n continuare spre dreapta cu fiecare impuls de tact

aplicat. Prin citire, informaia se pierde!

Acest tip de memorie poate fi utilizat la gestionarea adreselor altor memorii pe durata ntreruperilor

unui sistem cu microprocesor.


56/218

53

Memoria temporar LIFO (Last In First Out) necesit registre SISO care pot deplasa informaia n

ambele sensuri (o intrare LR / - Right//Left - specific sensul deplasrii).

nscrierea cuvintelor se face ca la memoria FIFO, prin deplasarea spre dreapta a datelor ( 1/ LR ) iar

citirea se face prin deplasarea acestora spre stnga ( 0/ LR ).

Astfel ultimul cuvnt nscris va fi primul citit.

Memoria LIFO se utilizeaz ca memorie stiv n sistemele cu microprocesoare.

6. Desenai schema unui numrtor asincron binar, pe 4 bii, explicai funcionarea sa,

i trasai formele de und aferente

Un numrtor asincron binar, pe 4 bii, este format din 4 bistabile de tip T (provenite din JK -MS) cu T

permanent pe 1. Impulsurile de tact se aplic doar primului bistabil. Urmtoarele bistabile au ca semnal detact ieirea Q a bistabilului anterior (MR Master Reset este o denumire sinonim cu R - Reset sau CLR).

fCLK

fCLK/2

fCLK/4

fCLK/8

fCLK/16


57/218

54

Obs:

1). Numrtorul numr n sens cresctor (direct) adic cu fiecare impuls de CK aplicat, valoarea

numrtorului crete cu o unitate.

2). Numrtorul este modulo 16 (are 4 bistabile), al 16-lea impuls de tact ncheie ciclul, el aducndnumrtorul pe zero. Cel de-al 17-lea tact global este primul impuls de tact din cel de-al doilea ciclu.

3). La un moment dat, codul binar obinut citind ieirile corespunde cu numrul de impulsuri de tact

aplicate n ciclul respectiv (citind ieirile dup 11 tacte rezult Q3Q2Q1Q0 = 1011 care corespunde cu numrul 11

codat binar). Aceasta este practic funcia de numrare.

4). Bistabilele funcioneaz ca divizoare de frecven cu 2. Ieirea Q0 divizeaz cu 2 frecvena tactului,

Q1 divizeaz cu 2 frecvena semnalului Q0 i cu 4 frecvena tactului, etc.

5). Pentru extinderea capacitii de numrare se pot conecta mai multe numrtoare n cascad prin

conectarea ieirii Q3 la intrarea de tact a urmtorului numrtor.

7. Desenai schema unui numrtor sincron binar, pe 4 bii, explicai funcionarea sa, i trasai formele de

und aferente

Numrtoare sincrone sunt numrtoare la care impulsul de tact se aplic simultan tuturor bistabilelor

(de tip T) permind, astfel funcionarea la frecvene de tact mult mai mari (tipic 35MHz).

n cadrul unui ciclu de numrare, la trecerea dintr-o stare n alta, unele bistabile trebuie s comute,

altele nu. nseamn c numrtoarele trebuie realizate cu bistabile de tip T care au intrarea T accesibil pentru

a permite ca, naintea aplicrii urmtorului impuls de tact, intrarea T a bistabilului ce trebuie s comute s fie

conectat la 1 iar intrarea T a bistabilului ce nu trebuie s comute s fie conectat la 0.

Apare, astfel, necesitatea utilizrii unor circuite logice pentru generarea valorilor T ce corespund celor n

bistabile folosite pentru ca funcionarea numrtorului s decurg n conformitate cu tabelul de funcionare

dorit.

Din tabel se deduc urmtoarele:

bistabilul 0Q trebuie s basculeze la fiecare impuls de tact, deci

10 T ;

bistabilul 1Q basculeaz numai dac naintea aplicrii tactului

10 Q deci 01 QT ;

bistabilul 2Q basculeaz numai dac naintea aplicrii tactului 0Q

i 1Q sunt pe 1 adic: 11102 TQQQT

.


58/218

55

bistabilul 3Q basculeaz numai dac naintea aplicrii impulsului de tact 0Q , 1Q i 2Q sunt pe 1

deci 222103 TQQQQT

.

n general se poate scrie:222101 ... nnnn QTQQQT

.

n funcie de modul de scriere al valorilor T se disting dou metode de generare a acestora:

serial dac valoarea curent a lui T se obine din cea anterioar:

112 QTT i 223 QTT .

Schema numrtorului sincron obinut prin metoda serial:

Durata minim a impulsului de tact este:

ttntT PSIQPCLKCLK 2min .

Dezavantaj: - tp

mai mare dect n cazul generrii paralele a valorilor T.

Avantaj: - se utilizeaz numai pori I cu dou intrri.

paralel dac valorile lui Tse obin direct din valorile lui Q:

102 QQT i 2103 QQQT

Schema numrtorului sincron obinut prin metoda paralel:


59/218

56

n cazul generriiparalele a valorilor Tdurata minim a impulsurilor de tact este:

tttT PSIQPCLKCLK min .

Se observ c tp este mai mic ceea ce conduce la o frecvena de tact mai ridicat. Din acest motiv

aceasta este varianta preferat la realizarea numrtoarelor sincrone integrate.

Semnalul Carry (semnalul de transport) se genereaz din semnalele Q0, Q1, Q2, i Q3.

3210 QQQQCy i se aplic intrrii T a numrtorului (bistabilului) urmtor n cazul extinderii capacitiide numrare (cascadarea numrtoarelor).

8. Prezentai, sumar, principalele metode de obinere

a divizoarelor de frecven programabile

Divizoarele de frecven programabile sunt divizoare de frecven la care raportul de divizare se poate

modifica de la un ciclu de divizare la urmtorul.

Varianta 1 cu numrare n sens invers i ncrcare paralel.

Este cea mai utilizat metod de obinere a unui divizor programabil. Se bazeaz pe utilizarea unui

numrtor reversibil cu posibilitatea de a fi ncrcat paralel. Numrul cu care se realizeaz divizarea (k) se

aduce la intrrile paralel i se ncarc n numrtor prin activarea liniei /LD. Numrtorul este decrementat cu

frecvenafCLK aplicat la intrarea Count Down (Dn) pn cnd el ajunge n starea 0000. n acel moment ieirea

Borrow (/Bo) trece pe 0, activeaz intrarea/LD, i iniiaz o nou ncrcare a numrtorului cu numrul k.

Deoarece bistabilele din componena numrtorului nu au acelai timp de ncrcare i, astfel apare

riscul unei ncrcri incomplete, este necesar intercalarea unui bistabil SR de memorare a impulsului de

ncrcare (la fel ca la numrtoarele modulo p).

Astfel, la ieirea /Q a acestuia se obine semnalulfCLK/k.

DnUp

LDCLR

74HCT193

Q0

Cy

Q1BQ2

D Q3

Bo

A

C

X1

Q

X2

1

k

fCLK

fCLK/k


60/218

57

Varianta 2 cu numrare n sens direct i comparator.

Metoda utilizeaz un numrtor asincron (4040) i dou comparatoare pe 4 bii (74LS85) care specific

raportul de divizare k. Numrtorul numr n sens direct, de la 0 pn la valoarea k prestabilit de

comutatoarele [KPD1 i KPD2]. n acel moment comparatoarele sesizeaz egalitatea i activeaz semnalul de

tergere /MR. Schema prezentat este pe 8 bii.

Pentru obinerea unui divizor de frecven pe 12 bii sunt necesare un numrtor i un comparator pe

12 bii.

Schema prezentat este una care funcioneaz foarte bine n regim de simulare digital, dar nu n

realitate deoarece folosete circuite CMOS i TTL LS n acelai montaj. Pentru a rezolva acest neajuns, cel mai

bine este s se foloseasc variantele HC sau HCT ale circuitelor prezentate: 74HCT4040 i 74HCT85, caz n careschema nu va mai prezenta nici un neajuns.

Varianta 3 combinat, cu posibilitatea numrrii n ambele sensuri.

Este cea mai versatil metod. Se bazeaz pe folosirea numrtoarelor 4029 la care intrarea de

ncrcare este comandat de o poart SAU-NU cu un numr de intrri egal cu numrul de circuite 4029

utilizate.

Circuitul ofer:

numrare n sens cresctor, de la numrul prestabilit k la 255 (dac 1/ DU );

numrare n sens descresctor, de la p la 0 (dac 0/ DU );

numrare binar (dac 1/ DB );

numrare zecimal (dac 0/ DB ).


61/218

58

9. Enumerai principalele avantaje i dezavantaje ale memoriilor SRAM

n comparaie cu memoriile DRAM

Memoriile RAM se clasific n:

RAM statice (SRAM Static Random Access Memory) la care celula elementar de memorare este

un latch D realizat n tehnologie bipolar sau unipolar;

RAM dinamice (DRAM Dynamic Random Access Memory) - celula elementar este o capacitate;sunt realizate numai n tehnologie unipolar NMOS sau CMOS.

Memoria SRAM pstreaz datele pentru o perioad de timp nelimitat, pn n momentul n care ea

este rescris. n schimb, memoria DRAM necesit rescrierea permanent, la cteva fraciuni de secund, altfel

informaiile fiind pierdute.

Avantajele memoriei SRAM: utilitatea crescut datorit modului de funcionare i viteza foarte mare(raportul de timp de acces SRAM/DRAM = 8-16).

Dezavantajele memoriei SRAM: densitatea de integrare mai redus i preul mult mai mare dect al

memoriei DRAM (de obicei raportul de capacitate DRAM/SRAM = 4-8 iar raportul de cost SRAM/DRAM = 8-16).

Aplicaiile de baz ale memoriilor RAM se regsesc la PC-urile. Memoria SRAM este folosit cel mai

adesea ca memorie intermediar/cache, pe cnd DRAM-ul este utilizat ca memorie principal a oricrui sistem.

10. Explicai, pe scurt, funcionarea unei memorii DRAM


62/218

59

(citire, scriere, remprosptare)

Citirea informaiei memorate ntr-o memorie DRAM

La liniile de adres se aduce adresa de linie A 0A7. Dup ce aceasta s-a stabilizat se activeaz linia /RAS

pentru ncrcarea adresei de linie n registrul din circuitul de comand. n continuare adresa se decodific, seselecteaz linia i coninutul tuturor celulelor de memorare aferente liniei se scrie n registrul de linii.

Apoi se aduce la intrare adresa de coloane A8A15. Dup ce aceasta s-a stabilizat se activeaz semnalul

/CAS. Pe frontul descresctor al /CAS se investigheaz linia /WE. Aceasta trebuie s fie pe 1 deoarece se

execut o operaie de citire. Tot pe frontul descresctor al semnalului /CAS se memoreaz adresa coloanei

A8A15 n registrul corespunztor din circuitul de comand. Cu ajutorul lor i al MUX-ului, se selecteaz una

dintre cele 256 de coloane ale liniei memorate n registrul de linii, i coninutul celulei selectate se transmite,

prin buffer (aflat n stare normal), spre ieire Dout.

n continuare se dezactiveaz /RAS-ul (coninutul registrului de linii se renscrie n matricea de

memorare) apoi se dezactiveaz i /CAS-ul i linia Dout trece pe Z.

Citirea informaiei Scrierea informaiei

Scrierea informaiei n memorie

Furnizarea adresei locaiei de memorare n care urmeaz s se scrie informaia se face la fel ca la

operaia de citire.

Deosebirile apar pe frontul descresctor al /CAS cnd n urma investigrii se gsete linia /WE pe 0.

Acest fapt nseamn c urmeaz o operaie de scriere i, tot n acel moment datele care urmeaz a fi scrise

trebuie s fie prezente pe linia Din. n continuare se memoreaz adresa coloanei A8A15 n registrul

corespunztor din circuitul de comand. Cu ajutorul lor i al DMUX-ului, se selecteaz una dintre cele 256 de

coloane ale liniei memorate n registrul de linii, i informaia de pe Din se memoreaz n aceast celul.

n continuare se dezactiveaz /RAS-ul (coninutul registrului de linii se renscrie n matricea de

memorare) apoi se dezactiveaz i /CAS-ul.

7


63/218

60

Remprosptarea informaiei memorate

Se folosete un numrtor pe 8 bii, cu funcionare continu care genereaz adresele celor 256 de linii.

Pe frontal descresctor al semnalului /RAS se selecteaz o linia ce corespunde adresei. Coninutul fiecrei

celule ale acestei linii se nscrie n registru de linii. Pe frontul cresctor al semnalului /RAS se renscrie

informaia din registru de linii, regenerat n celulele corespunztoare.

n continuare se trece la urmtoarea adres i se remprospteaz informaiile din celulele liniei

urmtoare.


64/218

61

Sisteme de prelucrare numeric cu procesoare

Anul II


65/218

62

1. Arhitectura i modul de operare al unui microprocesor. Ciclul instruciune, ciclul main, fazele de execuie

ale unui ciclu main.

[1], slide nr. 28, 29; [2], pag. 911;

Arhitectura unui microprocesor

Modul de operare al CPU

Fazele de exectie ale unui ciclu masina:Extragere (fetch),Decodificare (decode),Executie (execute),Scriere rezultat (writeback).

Observatii:Un ciclu masina include de regula 2 operatii de extragere (fetch)Executia unei instructiuni , adica un ciclu instructiune, serealizeaza pe unul sau doua cicluri masina.

Ciclu masina: o succesiune de patruFaze (pasi) intre doua extragerisuccesive de instructiuni din memoria

program.


66/218

63

SPN cuprinde un grup de registre de 8, 16 sau 32 bii, numite interne, avnd funcii dedicate (speciale) prin

structura sistemului. Aceste registre conin date, adrese i informaii de control. Astfel, exist registre dedicate

care se utilizeaz ca surse cu operanzi sau ca destinaii ale rezultatelor pentru anumite operaii. Un registru din

grupul de registre cu funcii dedicate este registrul acumulator, notat cu A sau ACC, utilizat ca surs i

destinaie n multe operaii aritmetice, logice i de transfer.

Transferul de date ntre SPN i echipamentele de intrare/ieire (I/E) se realizeaz prin porturi de I/E,

care pot fi de tip paralel sau serie. n cazul unui port paralel, transferul unui cuvnt nt re SPN i un echipament

de I/E se realizeaz printr-o magistral de I/E cu 8, 16 sau 32 de linii, funcie de lungimea cuvntului. Transferul

unui cuvnt de la un echipament la SPN se numete operaie de intrare, iar transferul invers se numete

operaie de ieire. n cazul unui port serial, transferul de date ntre SPN i un echipament de I/E se realizeaz

prin dou linii de comunicaie, de transmisie i, respectiv, de recepie (din punctul de vedere al SPN). Biii

corespun-ztori unui cuvnt se ncarc n ordine succesiv, cu frecvena de comunicaie, pe linia de recepie

sau transmisie, funcie de sensul transferului. Adresarea porturilor de I/E se realizeaz prin magistrala de

adrese a SPN.

Din cele prezentate mai sus rezult c magistrala de adrese con ine cuvinte de adresare a datelor din:

memoria de date, registrele cu funcii dedicate i porturile de intrare. Aceste componente ale SPN pot ncrca

magistrala de date. Deoarece la un moment dat o singur component a SPN poate ncrca magistrala de date,

rezult necesitatea seleciei componentelor sistemului funcie de operaiile executate de acesta. Aceast

selecie se realizeaz prin magistrala de control a SPN de ctre unitatea de control i sincronizare.

Funcia de prelucrare numeric este realizat de ctre sistem prin execuia secvenial a unor operaii

aritmetice, logice i de transfer. Operaiile de transfer se realizeaz ntre componentele SPN sau ntre SPN i

echipamentele de I/E. O operaie se realizeaz prin execuia de ctre SPN a unei instruciuni. Rezult c o

succesiune de operaii corespunde unei succesiuni de instruciuni, care formeaz un program. O instruciune

este definit prin 16 cuvinte de 8 sau 16 bii, care conin codul operaiei de executat, operanzii sau adreseleoperanzilor i adresa destinaiei. Cuvintele care definesc o instruciune reprezint codul main al instruciunii.

Elaborarea unui program prin scrierea codurilor main ale instruciunilor corespunztoare se numete

programare n limbaj main.

Fiecrei instruciuni i corespunde o scriere simbolic (cu caractere alfa-numerice) care trebuie s

precizeze aceleai informaii ca i codul main, informaii care constau n codul operaiei, operanzii sau

adresele operanzilor i adresa destinaiei. Simbolul corespunztor codului operaie se numete mnemonic.

Elaborarea unui program prin scrierea simbolic a instruciunilor se numete programare n limbaj de

asamblare.


67/218

64

Codurile main ale instruciunilor unui program sunt plasate la adrese succesive n memoria de program a

SPN. Memoria de program, de tip ROM sau RAM, este conectat, ca i memoria de date, la magistralele de

date i de adrese ale SPN. Rezult c magistrala de date se ncarc i cu cuvinte care reprezint codurile

instruciunilor.

Execuia unei instruciuni ncepe cu extragerea din memoria de program a primului cuvnt din codul

main, cuvnt care precizeaz codul operaiei corespun-ztoare instruciunii. Sub comanda unitii de control

i sincronizare, acest cuvnt este transferat prin magistrala de date n registrul de instruciuni al SPN. Registrul

de instruciuni realizeaz memorarea temporar a cuvntului cod operaie n scopul decodificrii. Rezultatul

decodificrii este transmis la unitatea de control i sincro-nizare care comand funcionarea componentelor

SPN pentru execuia instruciunii identificat prin decodificare. Aceast comand se realizeaz prin magistrala

de control a SPN. n cazul n care codul main al instruciunii conine mai mult de un cuvnt, execuia

instruciunii cuprinde i extragerea din memoria de program a celorlalte cuvinte coninnd date i/sau adrese.

Extragerea n ordine succesiv a cuvintelor reprezentnd codurile main ale instruciunilor unui program se

realizeaz prin adresarea memoriei de program cu registrul numrtor de adrese ale programului (PC).

Registrul PC (de 16 bii) se incrementeaz cu o unitate dup fiecare extragere de cuvnt cod instruciune.

Unitatea de control i sincronizare poate comanda ncrcarea n registrul PC i a altor valori dect cele rezultate

din numrare n ordine natural, rezultnd salturi n citirea memoriei de program. Efectuarea unui astfel de salt

se numete transfer al controlului i poate rezulta ca urmare a execuiei unei instruciuni de transfer al

controlului (salt, apel de subrutin, revenire din subrutin) sau ca urmare a unei cereri de ntrerupere.

Din cele prezentate rezult c execuia unei instruciuni de ctre un SPN cuprinde urmtoarele operaii

de baz:

- extragere cod operaie, transferul din memoria de program n registrul de instruciuni al primului

cuvnt din codul main al instruciunii, cuvnt care conine codul operaiei de executat prin instruciune;

- decodificare, analiza cuvntului cod operaie cu circuitele pentru decodifi-carea instruciunilor i

transferul rezultatului decodificrii la unitatea de control i sincronizare;

- transfer operanzi, transferul operanzilor ntre componentele SPN (memorie de program, memorie de

date, registre, porturi de I/E) n scopul execuiei instruciunii;

- execuie, execuia operaiei aritmetice, logice sau de transfer precizat de codul operaie al

instruciunii.

Execuia unei instruciuni ncepe cu extragere cod operaie i decodificare, continund cu o secvenspecific de operaii de baz de transfer operanzi i execuie. Astfel, este necesar funcionarea secvenial i

sincronizat a SPN. Aceast funcionare se obine prin comanda componentelor SPN de ctre unitatea de

control i sincronizare.

Viteza de execuie a instruciunilor este funcie de frecvena semnalului de la generatorul de tact al SPN. n

general, o operaie de baz se efectueaz pe durata a unei perioade sau a mai multor perioade ale semnalului

de tact. Intervalul corespunztor efecturii unei operaii de baz se numete un ciclu main al SPN. Ciclurile

main corespunztoare unei instruciuni definesc un ciclu instruciune. Execuia unei instruc -iuni dureaz


68/218

65

cteva cicluri main incluznd: ciclu de extragere cod operaie, ciclu de decodificare i, apoi, funcie de tipul

instruciunii, cicluri de citire/scriere, cicluri de intrare/ieire i cicluri de execuie. Efectuarea acestor cicluri

poate implica componente diferite din structura SPN. Rezult posibilitatea ca SPN s efectueze simultan cicluri

diferite din execuia unei instruciuni sau din execuia unor instruciuni succesive. Aceast tehnic de

suprapunere n timp a execuiei ciclurilor main (operare paralel) se numete tehnic pipeline i utilizarea ein funcionarea unui SPN conduce la mrirea vitezei de lucru a acestuia.

2. Structura tipic a unui microcontroler. Definii arhitectura Harward i von Neumann. Scheme, avantaje i

dezavantaje.

[1], slide nr. 30, 31; [2], pag. 11.

Arhitectura tipica de microcontroler

Microcontrolerul (uC) este unmicrocalculator pe un singur chiputilizat pentru comanda altordispozitive si circuite electronice.

Un microcontroler include pe chip:Unitatea centrala de procesare (CPU),Memorii,Interfete de intrare/iesire,Dispozitive periferice integrate(interne),Convertoare A/D si D/A.


69/218

66

Microcontroler cu arhitectura HARWARD

Avantaje arhitecturii HARWARD:Viteza de executie mai ridicata,Siguranta sporita in functionare

Observatie: de regula, cele doua memorii suntconectate la CPU printr-o singura magistrala.

n general, realizarea unui SPN se bazeaz pe utilizarea unui circuit integrat pe scar larg de tip microprocesor,

microcontroler sau procesor numeric de semnal, care conine, pentru orice tip, o unitate central de prelucrare

UCP cu urmtoarele compo-nente din structura general a unui SPN: unitate aritmetic i logic, registru cu

indicatorii de condiii, registru numrtor de adrese, registru de instruciuni, circuite de decodificare a

instruciunilor, unitate de control i sincronizare i registre cu funcii dedicate. Toate aceste componente se

numesc interne, relativ la circuitul integrat utilizat ca baz pentru realizarea SPN. n acest sens, registrele din

structura SPN se numesc registre interne. Un circuit de tip microcontroler conine toate componentele dinstructura general a unui SPN, incluznd memorie intern, porturi de I/E, precum i alte periferice.

3. Conectarea unei memorii program externe. Schema de conectare, semnale utilizate.

[1], slide nr. 46; [4], pag. 135.


70/218

67

Conectarea unei memorii program externe

PSEN Program Store Enable

P0 Adrese low (A7-A0) multiplexate in timp cu date (D7-D0)ALEAddress Latch EnableP2 Adrese high (A15-A8)Memorii program externe sunt rar utilizate


71/218

68


72/218

69

4. Memoria stiv. Definiie, funcionare, tipuri de memorie stiv, iniializare.

[1], slide nr. 59, 60; [2], pag. 13.

Memoria stiva (1)

Este o zona de memorie amplasata in memoria interna RAM si carestocheaza temporar urmatoarele tipuri de date:

Automat, adresele de revenire din subrutine (de tratare aintreruperilor sau subrutine apelate prin instructiuni CALL), Prin program, continutul unor registri utilizati in subrutine si caretrebuie recontuit inainte de revenirea in progeamul principal,

Datele sunt manipulate cu instructiunile PUSH (incarca date instiva) si POP (extrage date din stiva).

Stiva este o memorie LIFO (last in, first out ultimul intrat primul iesit,Stiva poate creste in sus ca in figura sau in

jos,Adresele de scriere/citire sunt date de registrulStack Pointer (SP); continutul acestuia indicaadresa ultimei locatii ocupata din stiva.

Memoria stiva (2)

Stabilirea zonei din RAM intern alocata stivei se face prin initializareacontinutului registrului SP.Exixta posibilitatea prevenirii citirii/scrierii inafara limitelor memorieistiva, utilizind 2 registri: Stack Overflow respectiv Stack Underflow,care contin adresele limita ale stivei. La atingerea lor sunt generateintreruperi.Exemple de utilizare a memoriei stiva

CSEG AT 23HPUSH APUSH PSWCALL SBRTPOP PSWPOP ARETI

SBRT: PUSH APUSH PSW----------------------POP PSWPOP ARET


73/218

70

Adresa de revenire este necesar pentru execuia instruciunii de revenire din subrutin, RET. Deoarece o

subrutin, la rndul ei, poate apela alte subrutine, rezult necesitatea unei zone de memorie pentru

memorarea adreselor de revenire. Aceast memorie a SPN se numete stiv, deoarece adresele de revenire

sunt depuse n ea n ordine succesiv, una peste cealalt. Ordinea de scoatere din memoria stiv a adreselor de

revenire este invers n raport cu ordinea de depunere n stiv, adic ultima introdus este prima extras. Altfel

spus, memoria stiv este de tip LIFO.

Un SPN poate conine n structura sa o memorie LIFO dedicat pentru stiv. O alt variant, des utilizat,

const n organizarea stivei n memoria de date a SPN prin utilizarea registrului indicator de stiv SP din grupul

registrelor cu funcii dedicate. Registrul SP este destinat pentru adresarea memoriei stiv. Astfel, coninutul

registrului SP este iniializat la conectarea SPN sau poate fi stabilit, imediat dup conectare, prin programare.

Dup aceste operaii, coninutul registrului SP urmrete adresa corespunztoare vrfului stivei. Aceast

urmrire se realizeaz prin incremen-tare/decrementare cu o unitate a coninutului registrului SP la fiecare

operaie de scriere a unui cuvnt n stiv, respectiv prin decrementare/incrementare cu o unitate la fiecareoperaie de citire (extragere) din stiv. O alt variant de realizare a stivei, utilizat n SPN care nu conin

registru SP, const n implementarea prin program a logicii de funcionare corespunztoare registrului SP. O

astfel de stiv se numete stiv soft. Se precizeaz c memoria stiv poate fi utilizat i ca memorie de uz

general, cu acces rapid, de tip LIFO i adresabil cu registrul SP. Accesul stivei ca memorie de uz general se

realizeaz cu instruciuni de scriere n stiv (PUSH ) i cu instruciuni de citire din stiv (POP). n acest caz,

gestiunea coninutului stivei pentru funcionarea corect la reveniri din subrutine i la extrageri de date din

stiv este sarcina programatorului.

5. Sistemul de ntreruperi. Generaliti privind ntreruperile, reguli privind execuia ntreruperilor.

[1], slide nr. 61, 65; [2], pag. 15,16.


74/218

71

Sistemul de intreruperi

Intreruperile sunt semnale asincrone ale sistemului hardware (intreruperihardware) care solicita atentia unitati centrale de procesare (CPU) sauevenimente sincrone software (intreruperi software), care indicaschimbari in executia programului.Aparitia unei intreruperi determina salvarea starii de executie aprogramului si executia unei subrutine de tratare a intreruperii, dupa carese revine in programul principal, in punctul in care a fost parasit.Intreruperile hardware, sunt generate de regula de evenimente externemicrocontrolerului, de interfetele de intrare/iesire sau de dispozitiveleperiferice interne ale acestuia.Intreruperile software sunt implementate cu instructiuni speciale deintrerupere, incluse in setul de instructiuni ale microcontrolerului. Uneori,

intreruperile software sunt utilizate pentru a implementa apeluri de sistem(System Call), prin care programele de aplicatie solicita servicii sistemuluide operare.

Reguli privind executia intreruperilor:

1. Executia unei intreruperi nu poate fi sistata de aparitia uneiintreruperi avind aceeasi prioritate,

2. O intrerupere cu prioritate ridicate poate intrerupe executia unei

intreruperi cu prioritate scazuta,

3. O intrerupere cu prioritate scazuta poate fi executata numai daca

nici o alta intrerupere nu este in curs de executie,

4. Daca doua intreruperi apar in acelasi timp, va fi executata mai intii

intreruperea cu prioritate ridicata. Daca ambele intreruperi au

aceeasi prioritate, va fi executata mai intii prima intreruperea

deservita de secventa de pooling.

Tehnica ntreruperilor este utilizat pentru sincronizarea i corelarea activitii SPN cu evenimente rezultate din

funcionarea acestuia i a echipamentelor de I/E. De exemplu, tehnica ntreruperilor este utilizat pentru

sincronizarea i realizarea transferului de date ntre un SPN i echipamente de I/E de vitez redus, cu acces

periodic sau aleator.


75/218

72

Conform tehnicii ntreruperilor, SPN i desfoar activitatea de baz n cadrul unui program, numit

program principal, a crui execuie poate fi ntrerupt de o cerere de ntrerupere efectuat de ctre un

echipament de I/E sau rezultat din funcionarea SPN. Recepia i acceptarea de ctre SPN a unei cereri de

ntrerupere determin, dup terminarea instruciunii n curs de execuie, apelul unei subrutine de ntrerupere

specific sursei a crei cerere de ntrerupere a fost acceptat. Astfel, n subrutina de ntrerupere se realizeazun transfer de date sau o funcie, n corelaie cu sursa a crei cerere de ntrerupere a fost acceptat. Dup

execuia subrutinei de ntrerupere, SPN revine la execuia programului principal ncepnd cu instruciunea

urmtoare celei dup care s-a acceptat ntreruperea. Pentru execuia corect a pro-gramului principal se

impune ca la nceputul i la sfritul subrutinei de ntrerupere s se salveze, respectiv s se restabileasc starea

programului ntrerupt. De exemplu, operaiile de salvare i restabilire vizeaz coninuturile regis trelor interne

cu care ope-reaz i programul principal i subrutina de ntrerupere. Salvarea strii programului principal se

poate face, de exemplu, n memoria stiv cu instruciuni PUSH. n acest caz, restabilirea strii programului

principal se face din memoria stiv cu instruciuni POP.

Sursele de cereri de ntrerupere pot fi nemascabile sau mascabile. O surs se numete nemascabil

dac nu exist posibilitatea de blocare prin programare a acceptrii de ctre SPN a cererilor de ntrerupere

corespunztoare sursei. n cazul surselor mascabile exist posibilitatea de validare sau invalidare prin

programare a acceptrii de ctre SPN a cererilor de ntrerupere corespunztoare. Validarea sau invalidarea se

poate realiza global, pentru toate sursele de cereri de ntrerupere mascabile sau individual, pentru fiecare

surs. n general, un SPN conine un bit (bistabil) care poate fi stabilit prin programare la un nivel logic pentru

invalidarea tuturor surselor mascabile sau la nivelul logic complementar, pentru care se permite

validarea/invalidarea individual a surselor. Pentru aceast din urm operaie, SPN conine un registru de

validare (mascare) a surselor de cereri de ntrerupere. Fiecrei surse mascabile i corespunde un bit al acestui

registru, care poate fi stabilit prin programare pentru validarea/invalidarea sursei corespunztoare.

Din cele prezentate mai sus a rezultat c un SPN poate primi cereri de ntrerupere de la mai multe

surse, fiecrei surse corespunzndu-i o subrutin de ntrerupere specific. Deoarece, la un moment dat, un SPN

poate deservi o singur cerere de ntrerupere, prin rularea subrutinei de ntrerupere corespunztoare, rezult

necesitatea stabilirii unei ordini de prioritate a surselor de cereri de ntrerupere, ordine bazat pe criterii

funcionale. Ordinea de prioritate a surselor de cereri de ntrerupere ntr-un SPN se stabilete att prin

structura sistemului, ct i prin programare.

Funcionarea unui SPN la acceptarea unei cereri de ntrerupere ncepe, ca i n cazul instruciunilor de

apel de subrutine, cu salvarea n memoria stiv a adresei de revenire din subrutina de ntrerupere. Aceast

adres de revenire coincide cu coninu-tul registrului numrtor de adrese PC, existent dup execuia ultimei

instruciuni din programul principal, nainte de apelul subrutinei de ntrerupere. Dup salvarea adresei derevenire, se efectueaz apelul subrutinei de ntrerupere, prin ncrcarea coninutului registrului PC cu adresa

de nceput a subrutinei de ntrerupere, n corelaie cu sursa a crei cerere de ntrerupere se servete. n funcie

de tipul SPN, exist dou variante de principiu pentru efectuarea apelului subrutinei de ntrerupere.

Conform primei variante, ntr-o zon a memoriei SPN se construiete, n prealabil, o tabel cu adresele

de nceput ale subrutinelor de ntrerupere cores-punztoare diferitelor surse. Poziia tabelei n memorie,

precum i poziiile n tabel corespunztoare diferitelor surse pot fi stabilite prin structura SPN i/sau prin

programare, funcie de tipul SPN. Astfel, apelul subrutinei de ntreru

Documents

Electronica Aplicata