Manual de Operação do Kit Educacional XD102

XD102 – Eletrônica Digital e CPLD
MANUAL DE OPERAÇÃO
E MANUTENÇÃO
O manual de operação e manutenção descreve os
circuitos do kit didático, detalhando seu funcionamento.
São também apresentados os esquemas elétricos desses
circuitos e valores de componentes, de forma a permitir
a manutenção do equipamento.
Exsto Tecnologia
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Parabéns! Você acaba de adquirir um produto de alta qualidade e tecnologia de ponta. O Kit
de Eletrônica Digital será de grande auxílio no aprendizado e desenvolvimento de sistemas digitais,
na elaboração de cursos e treinamentos que envolvam componentes digitais.
A Exsto Tecnologia é uma empresa situada em Santa Rita do Sapucaí, Minas Gerais, cidade
conhecida como “Vale da Eletrônica” por seu destaque na indústria eletroeletrônica e pela
excelência de suas instituições de ensino. Nossa missão é sempre fornecer as melhores ferramentas
para o desenvolvimento e aprendizado em eletrônica. Visite nosso site www.exsto.com.br para
conhecer outras soluções e produtos oferecidos.
Este documento contém as principais características do kit de eletrônica digital e visa ser o
guia de instalação, testes e utilização desse sistema.
O kit de eletrônica digital é um ambiente de desenvolvimento composto por um hardware
que visa facilitar o aprendizado e o desenvolvimento de sistemas digitais de pequeno e grande porte,
além de maximizar as possibilidades de experimentos para cursos.
O hardware do kit de eletrônica digital foi desenvolvido procurando disponibilizar o máximo
de recursos possíveis ao usuário. Nesse sentido, o kit contém diversos módulos, compostos de
circuitos elementares, que através de conectores, permite com que qualquer projeto de eletrônica
digital montado nas protoboard’s possam ter acesso facilitado a todos os módulos de entrada e
saída.
Algumas das suas características:
g) Quatro módulos de protoboard para montagem;
h) Modulo de resistência variável, com quatro potenciomentos;
i)
Modulo gerador de freqüência;
j)
Modulo com quatro display’s de sete segmentos;
k) Modulo de acesso externo com dois reles;
l)
Modulo gerador de pulsos;
m) Modulo de fonte com cinco valores de tensão, sendo uma ajustável;
n) Modulo de chaves com leds indicativos;
o) Modulo de leds;
Adicionalmente, o kit XD102 possui um módulo CPLD incorporado a placa principal. Esse
módulo trás, além do CPLD e alguns circuitos de aplicação, um gravador paralelo integrado.
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3 Hardware do kit
A Figura 2 apresenta a serigrafia da placa do Kit Educacional XD102, sem o módulo CPLD.
Figura 2.
Serigrafia do Kit XM118
O kit de eletrônica digital é dividido vários módulos, visando facilitar o aprendizado através da
visualização imediata dos blocos eletrônicos. A seguir temos a descrição de cada um deles em
detalhes:
3.1 Modulo da fonte
O kit de eletrônica digital possui na sua placa principal uma fonte de alimentação fornecendo
quatro valores de alimentação fixa (+5VDC, -12VDC, +12VDC e +15.5VDC) e uma alimentação variável que
vai de 0v até 12VDC.
O valor de +5VDC é fornecido através do regulador 7805 presente na placa e o valor ajustável
é dado pelo componente LM317.
O ajuste da tensão variável é feito através do potenciômetro VADJ. A corrente drenada de VADJ
não deve ultrapassar 250mA.
Os demais valores são obtidos diretamente da fonte do kit, sendo esta dotada de proteção
contra curto.
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A alimentação do Kit é feita por uma fonte chaveada com tensão de entrada bivolt, tolerando
variações entre 90V até 230V. E possui como corrente individuais máximas:
δ) Saída +15.5V – Corrente máxima de 700mA;
ε) Saída +12V – Corrente máxima de 1A;
φ) Saída +5V – Corrente máxima de 3A;
γ) Saída -12V – Corrente máxima de 1A.
3.2 Módulo dos potenciômetros
Este módulo é composto de quatro potenciômetros de 10Kohm’s que atuam de forma
independente no circuito em desenvolvimento. Assim como nos outros módulos, ele possui vários
pinos de conexão, permitindo usá-lo em várias aplicações simultâneas.
3.3 Módulo de chaves
O módulo de chaves é uma das partes mais interativas do kit, permitindo com que você
possa gerar sinais de ativação e desativação de forma manual.
Este módulo possui dez alavancas retentivas, onde cada uma delas ativa +5VDC em suas
saídas. Ainda, para cada chave, temos um LED indicador de status da chave.
Ainda temos para cada chave um capacitor de amortecimento para evitar o ruído gerado
pelas chaves quando mudam de estado.
3.4 Módulo gerador de pulsos
O módulo gerador de pulsos fornece ao usuário do kit vários tipos de pulsos quadrados. Este
módulo pode gerar cinco pulsos de forma independente, dois pulsos alto ativos indo do nível lógico
alto (valor +5VDC) para o nível lógico baixo (valor +0v), dois outros baixo ativos atuando de forma
inversa e um outro que serve como valor de reset, indo do nível alto para o baixo.
O circuito é composto de um buffer TTL 74HC244 com proteção, um push-bottom para cada
pulso, sendo que para cada push-bottom existe um capacitor para minimizar o efeito do ruído ao
fechar o push-bottom.
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3.5 Módulo de relés
Este módulo é composto de dois elementos de chaveamento ou comutação mecânico que
possuem dois estados acessíveis pelo kit, um indicado como NF e o outro NA.
A nomenclatura NF significa normalmente fechada, indicando a posição da chave dentro do
relé. Isto significa que quando o relé não possuí alimentação, a chave está colocando em curto os
pontos C e NF, intuitivamente vemos que a chave estará em aberto nos pontos C e NA.
Entretanto, quando o relé é alimentado através dos seus pinos de acesso a chave muda sua
posição, fazendo com que os pontos NA e C fiquem curto-circuitados e ainda a conexão entre NF e C
fique aberta.
Figura – Funcionamento de um relé
3.6 Módulo gerador de freqüência
O módulo gerador de freqüência é um dos módulos mais interessantes do kit, sendo gerador
de sinais quadrados com nove possibilidades de freqüência.
As saídas deste micro controlador são nove, possuindo proteção contra sobre tensão e curto.
Cada pino é responsável por gerar uma freqüência distinta, indicada na serigrafia do próprio módulo.
As freqüências disponíveis são: 0,1Hz, 0,5Hz, 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz e 1MHz.
Estas freqüências são geradas através da programação do microcontrolador.
3.7 Módulo de display
O módulo de display possui quatro displays de sete segmentos ligados diretamente a um
CMOS CD4511, que atua como um decodificador BCD-sete segmentos.
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letrônica Digital e CPLD
Com isso temos quatro displays independentes que nos permitem colocar nas suas entradas
a palavra BCD diretamente. Entretanto sua contagem é feita de zero a nove, pois para qualquer valor
BCD diferente deste o display fica apagado.
A entrada para cada pino BCD de cada display é composta de dois pinos em curto para serem
usados em conjunto.
Entrada BCD
D C B A
Saída nos segmentos display
a b c d e f g
0
0
0
0
1 1 1 1 1 1 0
0
0
0
1
0 1 1 0 0 0 0
0
0
1
0
1 1 0 1 1 0 1
0
0
1
1
1 1 1 1 0 0 1
0
1
0
0
0 1 1 0 0 1 1
0
1
0
1
1 0 1 1 0 1 1
0
1
1
0
0 0 1 1 1 1 1
0
1
1
1
1 1 1 0 0 0 0
1
0
0
0
1 1 1 1 1 1 1
1
0
0
1
1 1 1 0 0 1 1
•
Tabela – Relação entrada e saída do CD4511
3.8 Módulo de Leds
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Este módulo foi feito para sinalizar ao usuário quando houver um nível de tensão em cada
pino correspondente. Vemos que no módulo temos o indicativo de cada pino com o seu LED
correspondente, fazendo de forma fácil à associação.
Ainda para cada pino não temos uma ligação direta com o LED, pois há um Driver TTL
74HC244 que fornecerá a tensão suficiente para excitar o LEDs. Qualquer dúvida, verificar o manual
do componente.
3.9 Conteúdo do CD:
Além do conteúdo listado acima, os kits contem uma caixa com os componentes necessários
para as experiências, que são:
•
01 Resistor de 2K2 ohm’s;
•
01 Resistor de 180 ohm’s;
•
01 Resistor de 47Kohm’s;
•
07 Resistor de 150 ohm’s;
•
05 Resistores de 1Kohm;
•
05 Resistores de 5.6Kohm’s;
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•
05 Transistores BC548.
•
02 TTL 74LS04 – 6 portas “NOT”;
•
01 TTL 74LS02 – 4 portas “NOR” de 2 entradas;
•
01 TTL 74LS06 – 6 portas “NOT” c/ alta tensão de saída;
•
03 TTL 74LS08 – 4 portas “AND” com 2 entradas;
•
02 TTL 74LS00 – 4 portas “NAND” com 2 entradas;
•
01 TTL 74LS32 – 4 portas “OR” com 2 entradas;
•
01 TTL 74LS48 - Decodificador “BCD” – Sete segmentos;
•
01 TTL 74LS86 – 4 portas “XOR” com 2 entradas;
•
02 TTL 74LS74 – 2 Flip-Flop D;
•
04 TTL 74LS73 – 2 Flip-Flop J-K c/ Clear;
•
01 TTL 74LS138 – Decodificador/Demultiplexador 3:8;
•
02 TTL 74LS83 – Somador completo de 4 bits com carry;
•
02 TTL 74LS85 – Comparador de quatro bits;
•
01 CMOS 4049UB – 6 portas “NOT”.
Caso ocorra a falta de algum destes itens ou defeito, consulte a Exsto Tecnologia para
esclarecimentos.
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3.10 Procedimento de uso e testes
Após esta verificação inicial, ligue o equipamento na tomada e verifique os seguintes itens:
•
Se os LED’S verde da fonte estão acessos, exceto o LED indicativo do VADJ, pois o
mesmo tem sua luminosidade variável.
•
Se os quatro displays estão com o valor zero;
•
Acione todas as chaves do módulo de chaves (parte inferior central), verificando se
para cada ativação ocorreu o acendimento do LED correspondente.
Se o procedimento adotado acima funcionou de forma correta, vamos para o segundo passo
do teste do equipamento. É importante lembrar que o equipamento, assim que for ligado já está
pronto para o uso, com isso evite tocar nas partes aquecidas, principalmente no LM317, que é parte
integrante da fonte.
Agora vamos para um segundo passo que é testar os outros módulos do kit de eletrônica
digital. Vamos iniciar pelo o módulo de LEDS que fica na parte central superior do kit. Para testá-lo é
só usar um fio metálico comum e ligar o +5 v do modulo da fonte em cada entrada do mesmo,
fazendo com que o LEDS correspondente acenda. Se todos acenderem significa que o módulo está
OK.
Uma observação importante é que todos os elementos de entrada do módulo trabalham
com +5 v, então seria ideal que se pudesse evitar a inserção de uma tensão maior que esta, apesar
das proteções existentes.
Agora que testamos o módulo de LEDS, vamos testar o módulo de potenciômetros. Para
fazer isso, podemos utilizar dois procedimentos, a primeira seria através do multímetro na escala de
medição da resistência, verificando o valor resistivo do potenciômetro do inicio ao fim da sua
excursão. Ou ainda, de forma menos precisa, é só ligar o potenciômetro em algum LED do módulo de
LEDS e variá-lo, assim verificaríamos se o potenciômetro está funcionando, mas não o faríamos com
precisão.
O próximo módulo a ser testado é o módulo gerador de pulsos, o mesmo fica localizado na
parte inferior esquerda do kit e conta com cinco saídas. Este módulo pode ser testado facilmente
através da ligação de suas saídas a um LED e depois pressionando os push-bottom’s
correspondentes.
O módulo de relés segue a mesma linha de pensamento, sua ativação é feita através da
colocação de um nível TTL +5VDC na sua entrada. Para testá-lo, ligue sua entrada ao módulo gerador
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de freqüência em 1Hz, coloque as pontas de prova do multímetro nas posições NA e C. Após isto,
coloque o multímetro na escala de medição de continuidade, verificando que ele indicará a
continuidade/ descontinuidade a cada um segundo para cada um desses estados.
Para o teste do gerador de freqüência ser feito de forma precisa, é necessário ter um
osciloscópio para verificar se a freqüência de cada pino corresponde à serigrafia. Mas um teste que
pode ser feito para as freqüências mais baixas é ligá-la em um LED e verificar se ele está piscando,
contudo, é uma medida muito imprecisa e não recomendada.
O nosso ultimo módulo, o modulo de display, pode ser testado facilmente inserindo um
conjunto de bits na sua entrada, isto pode ser feito através do módulo de chaves diretamente.
Caso aconteça de algum procedimento falhar, verifique o procedimento e execute-o
novamente. Se mesmo assim não funcionar, verifique no esquemático em anexo o circuito
correspondente.
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3.11 Módulo CPLD
O kit XD102 tem integrado a placa principal o módulo CPLP, cuja serigrafia pode ser vista na
figura abaixo.
Módulo CPLD
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O módulo CPLD é equipado com um EPM3064 da Altera, em soquete PLCC. Ele possui alguns
circuitos de aplicação complementares (display de 7 segmentos e chave dip switch de 8 dígitos).
Além disso o CPLD pode conectar-se aos demais recursos do kit através dos conectores de expansão
(COM1 , COM2 e COM3) que dão acesso aos seus pinos.
Incorporado a placa existe um gravador paralelo que é reconhecido pelo QUARTUS II como ByteBlaster.
Opcionalmente pode ser fornecido também um gravador USB, o USB-Blaster. Este é um item
opcional e deve-se verificar no pedido de compra se foi incluso.
O USB-Blaster, ou outro gravador com interface JTAG deve ser ligado ao conector TARGET.
O esquema elétrico nos anexos desse manual detalha a pinagem de todos os conectores e
informa os valores de componentes.
4 Resolvendo Problemas
4.1 Suporte Técnico
A Exsto Tecnologia oferece suporte técnico gratuito para questões de utilização de seus produtos
através do e-mail [email protected] ou do telefone (35) 3471-6898.
5 Garantia
O Kit tem garantia total contra defeitos de fabricação pelo período de 1 (um) ano. Não estão
cobertos quaisquer danos causados pelo ou ao kit por mau uso do mesmo.
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6 Apêndice A - Esquemas elétricos
6.1 Placa Principal
6.1.1
Módulo de chaves – Parte 01
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6.1.2
Modulo de chaves – Parte 02
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6.1.3
Módulo do display – Parte 01
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6.1.4
Módulo do display – Parte 02
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letrônica Digital e CPLD
6.1.5
Módulo da fonte
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6.1.6
Módulo dos Leds
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letrônica Digital e CPLD
6.1.7
Módulo dos potenciômetros
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6.1.8
Módulo gerador de pulsos e freqüência
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letrônica Digital e CPLD
6.1.9
Módulo dos relés
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6.2 Módulo CPLD
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