Università degli Studi di Napoli Parthenope
SICSI V Ciclo
Progetto di Laboratorio di architettura degli elaboratori
Docente: Prof. Francesco Giordano
Progettazione e realizzazione di un
circuito 3-STATE didattico
Autori:
Emilia Calzetta
Vincenzo Cervone
SICSI-V CICLO
Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Cos'é un 3-state
Il 3-state é una particolare porta logica la cui uscita può, a
seconda delle entrate, assumere tre stati: i due stati ad alto e a
basso potenziale, e un terzo stato (Enabled) in cui l' uscita è
sconnessa al resto del circuito perché vi risulta collegata
attraverso un' alta impedenza.
In tale stato l' uscita si comporta come un filo volante non
collegato ad alcuna sorgente: il suo potenziale non dipende perciò
da quello delle entrate.
Tecnicamente si dice che le uscite di questo componente hanno 3
stati logici: i consueti 1 e 0 e il terzo stato, detto Hi-Z, appunto
"alta impedenza".
Il simbolo correntemente usato per l' elemento three state è il
seguente:
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Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
In figura è rappresentato lo schema di funzionamento di un
interruttore o porta logica 3-state: quando l’Enabled si trova
nello stato 0, il circuito si comporta come un interruttore chiuso
l’Output coincide con l' Input, quando viceversa l'enable si trova
nello stato 1, il circuito si comporta come un interruttore aperto
e l' uscita è ad alta impedenza indipendentemente dal valore dell'
Input come indicato nella tabella che segue.
Enabled
Input
Output
0
0
0
0
1
1
1
0
HZ
1
1
HZ
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La tecnica dei registri 3-STATE è nata dalla necessità di fare viaggiare
su uno stesso filo i dati nelle due direzioni
Le linee di trasmissione e ricezione prendono il nome di BUS, un sistema
di TRASMISSIONE - RICEZIONE sarebbe :
Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Trasmettitore
Ricevitore
Trasmettitore
Ricevitore
Possiamo pensare di utilizzare un BUS in modo bidirezionale se poniamo
porte di ricezione e trasmissione da ciascun lato e alternativamente
rimuoviamo una coppia ricevente e trasmittente da un lato e dall’altro.
Ciò è possibile con le porte buffer 3-STATE. Queste porte hanno il terzo
stadio ad alta IMPEDENZA che simula la rimozione dal BUS
Trasmissione
Data Source
Ricezione
Data Receive
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Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Analogia con trasmissione half duplex
L'half-duplex è una modalità di invio e ricezione di informazioni
digitali in cui il mezzo trasmissivo è il medesimo per entrambi i
sensi del flusso dati e la trasmissione avviene alternativamente in
un senso e nell'altro.
La trasmissione half duplex e' dovuta alla necessità di condividere
il medesimo canale trasmissivo da parte di due stazioni collegate;
la commutazione tra trasmissione e ricezione avviene quasi sempre
manualmente a seguito di una parola convenzionale (passo).
L'idea è resa bene dalla ricetrasmissione a radio frequenza, come
holky-tolky o City Band (CB), nella gestione delle quali si parla uno
per volta.
In una connessione half-duplex, si usa un protocollo di arbitraggio
per gestire il traffico, che permette la risoluzione della contesa e
la riduzione degli errori.
Esempio: Nelle reti Ethernet (IEEE 802.3) si impiega l'algoritmo
CSMA/CD
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Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Alta impedenza
Supponiamo di collegare una tensione ad un resistore:
la corrente che lo attraversa è soggetta alla Legge di Ohm
"L'intensità di corrente in un circuito è direttamente
proporzionale alla tensione ad esso applicata ed inversamente
proporzionale alla resistenza del circuito stesso".
I = V / R
per cui, a parità di tensione applicata, più grande è la sua
resistenza e minore è la corrente che passa, se la resistenza
elettrica è infinita la corrente è nulla, cioè un resistore con
questa caratteristica si comporta come un circuito aperto,
lasciando scollegati i punti ai quali era collegato.
Dunque, la condizione di alta impedenza delle uscite scollega
praticamente l'oggetto ad esse collegato dall'ingresso, anche se
fisicamente la cosa non si vede!
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Esercizi sulla legge di Ohm
RESISTENZA sui DIODI LED
Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Per accendere un diodo led è necessario applicare in serie alla
tensione di alimentazione una resistenza che limiti la corrente di
assorbimento, così da impedire che il led si bruci. Il valore di tale
resistenza può essere calcolato con la legge di Ohm:
 indichiamo con Vs la tensione di alimentazione cui vogliamo
collegare il nostro led
 indichiamo con Vl la caduta di tensione presente ai capi del
led (per esempio di 1,4 V)
 indichiamo con I il valore della corrente che vogliamo far
passare nel led (il cui valore può variare, da 20 a 40 mA)
Il valore della resistenza(Ohm) sarà calcolato con la formula:
Ohm = (Vs - Vl) / I
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SICSI-V CICLO
Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Esempio (vedere figura): per far funzionare un led con una
tensione di 12 V, limitando la corrente a 20 mA (e cioè a 0,02
A), bisogna calcolare:
R = (12 - 1,4) : 0,02 = 530 ohm
(poiché tale valore non esiste in commercio, useremo il valore
standard più vicino, ad esempio 470 oppure 560 ohm)
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Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Il circuito realizzato
Il circuito realizzato è composto da tre integrati 74373 che
realizzano quattro porte 3-state ciascuno. Le uscite delle porte dei
tre integrati sono collegate ad un unico bus che è stato collegato ad
un display a sette segmenti per la visualizzazione dell’output. La
sincronizzazione degli integrati 3-state è stata realizzata dal
circuito di input descritto di seguito.
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Input
Tavola di verità integrato 7490
Segnale Clock
7490
H= livello logico alto (1)
L= livello logico basso (0)
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X= Valore logico indifferente
BCD 7442
Canale condiviso dai 3-State
Output
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Il circuito realizzato:
ad ogni impulso di clock
viene visualizzato in
uscita il valore di uno
dei 3-state e gli altri
sono settati ad alta
impedenza
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Il circuito di Input
Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Il circuito di input (costituito dagli integrati 7442 e
7490) fornisce la sincronizzazione delle porte 3-state
dei tre integrati 74373.
È stato realizzato da un contatore binario (7490) che
opportunamente collegato come descritto di seguito
realizza un conteggio da 0 a 3 ad ogni impulso di clock.
Gli output del contatore sono stati poi collegati ad un
convertitore binario decimale (7442) per la
realizzazione della sequenza di bit voluta.
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Output del circuito
Gli output prodotti dal circuito di input sono:
Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
111 Nessun integrato è collegato al Bus
011 Soltanto il primo integrato è collegato al Bus
101 Solo il secondo integrato è collegato al Bus
110 Solo il terzo integrato è collegato al Bus
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I componenti utilizzati
Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Di sequito vengono descritti i componenti utilizzati per
la realizzazione del circuito:
74373 Ottuplo flip flop lactch con uscite 3-state
7442 Convertitore binario decimale BCD (Binary
Code Decimal)
7490 Contatore binario asincrono
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Progettazione e realizzazione di un circuito3-STATE didattico
Integrato 74373
L’integrato è servito per la realizzazione delle porte three state.
L’input 1 è stato collegato al primo output del circuito di input
per la sincronizzazione al bus.
I quattro output 2,4,6,8 sono stati collegati al bus comune,
mentre gli input 3,4,7,8 sono i valori che si desidera visualizzare
in uscita al circuito.
La porta 11 è scollegata per disattivare le porte di memoria
dell’integrato e permettere agli input di passare in modo
asincrono sulle uscite corrispondenti
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Integrato 7442
Convertitore binario decimale BCD (Binary Code Decimal) che nel
circuito realizzato prende in input gli output dell’ integrato 7490
e fornisce in output i valori decimali per attivare a turno i 3state 74373.
Si noti che il 7442 può essere usato come decodificatore da 1 a 3
se gli input D e C sono settati a zero.
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Integrato 7490
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Questo integrato è un contatore binario asincrono che nel nostro
circuito è stato configurato per prendere in input un segnale di
clock e scandire ad ogni impulso una sequenza binaria in modo da
realizzare la seguente tabella di verità:
Con la caratteristica che
quando si arriva a 4 il
contatore si resetta a 0. Per
realizzare questo processo si
collega il Pin 8 (output Qc) con
il pin 2 (input R0(1)) e il pin 3
(input R0(2))
Gli input R9(1) e R9(2) sono settati
a zero
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Riferimenti utili
Siti su cui reperire i datasheet degli integrati
http://www.datasheetarchive.com/
http://www.alldatasheet.com/
http://www.datasheetlocator.com/
Informazioni su Codice Retma
http://www.ilriparatore.it/pagine/teoria/resist/retma.htm