Progetto di Laboratorio di architettura degli elaboratori

Progettazione e realizzazione di un Progettazione e realizzazione di un circuito 3-STATE didatticocircuito 3-STATE didattico

Autori:Autori:

Emilia Calzetta Emilia Calzetta

Vincenzo CervoneVincenzo Cervone

Università degli Studi di Napoli ParthenopeUniversità degli Studi di Napoli Parthenope

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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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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.

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EnableEnabledd

InputInput OutputOutput

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 :

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

Trasmettitore Ricevitore

Trasmettitore Ricevitore

Data SourceData Source Data ReceiveData Receive

Trasmissione Ricezione

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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/CDP

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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 / RI = 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!

Alta impedenza P

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Esercizi sulla legge di OhmRESISTENZA sui DIODI LED

Per accendere un diodo led è necessario applicare in serie alla tensione di alimentazione una resistenza che limiti la corrente diassorbimento, così da impedire che il led si bruci. Il valore di tale resistenza può essere calcolato con la legge di Ohm:

indichiamo con VsVs la tensione di alimentazione cui vogliamo collegare il nostro led

indichiamo con VlVl la caduta di tensione presente ai capi del led (per esempio di 1,4 V)

indichiamo con II 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) Ohm = (Vs - Vl) // I IPro

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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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Il circuito realizzatoIl 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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Segnale Clock

Canale condiviso dai 3-State

Output

Input

BCD 7442

7490

H= livello logico alto (1)

L= livello logico basso (0)

X= Valore logico indifferente

Tavola di verità integrato 7490P

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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

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:

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

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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Integrato 74373L’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 7442Convertitore 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 3-state 74373.

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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 7490Questo 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 utiliSiti su cui reperire i datasheet degli integrati

http://www.datasheetarchive.com/

http://www.datasheetlocator.com/

http://www.alldatasheet.com/

Informazioni su Codice Retma

http://www.ilriparatore.it/pagine/teoria/resist/retma.htm