บท10 วงจรซิงโครไนซ์และไดอะแกรมเวลา

PULS & SWITCHING รหัสวิชา 30105-2006 ห น่ ว ย ที่ 1 0 ว ง จ ร ซิ ง โ ค ร ไ น ซ์ แ ล ะ ไ ด อ ะ ก ร ม เ ว ล า How to be successful at a young age Story to Success แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์

แผนการจัดการเรียนรูท ่ี 10 การซิงโครไนซแ ละไดอะแกรมเวลา

แผนการจัดการเรียนรูท ี่ 10 ชอื่ วิชา วงจรพัลสแ ละสวติ ชิง เวลาเรยี นรวม 72 ช่วั โมง ชื่อหนวย การซงิ โครไนซและไดอะแกรมเวลา สอนคร้ังที่ 18 ช่ือเรือ่ ง การซิงโครไนซและไดอะแกรมเวลา จำนวน 4 ช่วั โมง หนว ยท่ี 10 10.1 การซิงโครไนซ ในระบบการทำงานทางดานคอมพวิ เตอรหรือระบบควบคุมการทำงานในอปุ กรณไฟฟาและอิเล็กทรอนิกส ชนิดตาง ๆ ที่มีการทำงานหลายงานพรอมกัน หากการทำงานเหลานั้น เปนอิสระไมเกี่ยวของกันโดยสิ้นเชิง จะ ไมเกิดปญหาใด ๆ ในระบบการทำงาน แตในความเปนจริงแลวงานเหลานั้นตองใชทรัพยากรรวมกันไมมากก็ นอย ดังนั้นการทำงานของงานหนึ่ง อาจมีผลกระทบทางออมตออีกงานหน่ึง โดยผานทางทรพั ยากรที่ใชร ว มกนั หรือในการทำงานบางอยางระบบการทำงานจำเปนตองสัมพันธและเกี่ยวของกัน เพื่อมิใหงานตาง ๆ สงผล กระทบกันอันจะกอใหเกิดความเสียหายขึ้นได ตอสวนของระบบปฏิบัติการหรือระบบควบคุม จะตองทำการ ควบคุมสวนที่มีผลกระทบรว มกันใหมีการทำงานทส่ี ัมพันธกันระหวางแตละงาน หนา ท่คี วบคุมใหมีการทำงานท่ี สัมพนั ธก ันนถี้ กู เรยี กวา การซิงโครไนซ (Synchronization) หรอื การทำใหพ รอ มกนั การซิงโครไนซเปนวิธีการที่ทำใหเกิดการกำหนดคา การบังคับุหรือการเรียงลำดับของเหตุการณบน สัญญาณขอมูลขาวสาร ในการออกแบบระบบดิจิตอลการซิงโครไนซทำใหแนใจวาการทำงานที่เกิดขึ้นี้เปนไป ตามลำดบั ทถ่ี ูกตอง และในกรณที ตี่ องใชความระมดั ระวัง (Critical) ในการทำงานตองแนใจไดวาการทำงานของ ระบบมีความถูกตองและนาเชื่อถือ ในทางหลักฟสิกสแลวการใชการซิงโครไนซจะทำใหระบบมีขนาดใหญข้ึน และทำใหความเร็วในการทำงานของระบบเพิ่มขึ้น หรือเปนประโยชนตอการทดสอบที่เกิดขึ้น เมื่อนำการ ซิงโครไนซมาใชงานจะมีบทบาทสำคัญตอระบบการออกแบบ การทำงานทางดิจิตอลทั้งหมดจะขึ้นอยูกับ สัญญาณควบคุมในระบบเปนไปตามสถานะของลอจิก ดังนั้นหลักการทำงานทางดิจิตอลจึงขึ้นอยูกับความ เชื่อมั่นของการซิงโครไนซที่มาจากภายนอก การซิงโครไนซทำใหเกิดการควบคุม โดยรับรองการเรียงลำดบั ของ เหตุการณบนทางเดนิ สัญญาณ ดวยสัญญาณของการซิงโครไนซ ซึ่งอาจเกิดการเปลี่ยนแปลงที่เวลาใด ๆ ไดทำ ใหเกิดการทำงานที่พรอมเพรียงกันดวยการควบคุมของสัญญาณนาิกา กอนที่จะถูกนำไปใชเปนอินพุตของ ลอจกิ ทำใหพรอ มกนั (Synchronous Logic) 10.1 การใชง านของการซิงโครไนซ ในระบบการทำงานทางดิจิตอล การควบคุมใหเกิดการทำงานทางดานเครื่องรบั ใหตรงกับการทำงาน ทางดานเครือ่ งสง สามารถแบง การควบคมุ ออกได 2 ระบบ คือระบบไมพ รอ มกัน (Asynchronous System) ใช วิธีการถอดรหัสจากขอมูลเตรียมพรอม (Data Ready) เปนสัญญาณรหัสควบคุมใชเปนสัญญาณนำกอนจะถึง สัญญาณขอมูลขาวสาร และระบบพรอมกัน (Synchronous System) ใชวิธีการควบคุมดวยสัญญาณนาิกา หลกั การทำงานของทงั้ 2 ระบบ

แผนการจดั การเรียนรทู ี่ 10 ช่อื วชิ า วงจรพัลสแ ละสวติ ชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชั่วโมง ช่อื หนวย การซงิ โครไนซแ ละไดอะแกรมเวลา สอนครง้ั ท่ี 18 ชือ่ เร่อื ง การซิงโครไนซและไดอะแกรมเวลา จำนวน 4 ชว่ั โมง 10.2 เวลาและความถี่สญั ญาณนากิ า สัญญาณนาิกาประกอบดวยสวนประกอบหลักสองสวนไดแก สวนแรกเปนอุปกรณใหกำเนิดสัญญาณ นาิกา ใชกำหนดความยาวของชว งเวลาในหนวยวินาทีหรืออาจกลาวไดวาคอื ระยะหางของเวลา อยูในรูปของ ความถี่สัญญาณนาิกา โดยปกติในการประยุกตใชงานทั่ว ไปใชแรคริสตัลในวงจรกำเนิดความถี่ ใหกำเนิด ความถอ่ี า งองิ ท่ตี องการออกมา นำไปตอรวมกบั วงจรอิเล็กทรอนิกส หรอื ก่ีลาวไดใ นอีกลักษณะหน่ึงวาสวนของ สัญญาณนาิกาเกิดจากการสั่น ของสัญญาณคลื่นแมเหล็กไฟฟาที่เกี่ยวของกับการเปลี่ยนแปลงควอนตัม ระหวางสองระดับพลังงานในอะตอม โดยเลือกมาจากคาอางอิง สวนที่สองเปนสวนของวงจรนับ ที่เรียกวาตัว รวมหรือตัวสะสมที่เก็บจำนวนความถี่ของเวลาในจำนวนรอบคลื่นตอวินาทีที่เกิดขึ้นของวงจรกำเนิดความถ่ี แสดงคาความถนี่ ้นั ออกมา 10.3 ไดอะแกรมเวลาดจิ ิตอล ไดอะแกรมเวลาดิจิตอล (Digital Timing Diagram) คอื ผังเวลาทเี่ ขยี นเรียงเปนลำดับกันไปในรูปสัญญาณ คลื่นสี่เหลี่ยมมุมฉาก หรือคลื่นสัญญาณพัลส ที่แสดงคาออกมาแทนคาสัญญาณลอจิก 2 คา คือ 0 และ1 ถูก กำหนดคาการเกิดสัญญาณพัลสดวยคาเวลาที่กำหนดไว ทั้งทางดานอินพุตและทางดานเอาตพุต โดยจะถูก ควบคุมการทำงานดวยสัญญาณนาิกาดวย หรือไมก็ไดไดอะแกรมเวลาดิจิตอลจะเปนตัวบอกถึงสภาวะการ ทำงานของวงจรดิจิตอลชนดิ ตาง ๆเหลานนั้ ไดอะแกรมเวลาดิจิตอลที่แสดงไว สามารถนำมาเขียนนี้เปนตารางความจริงได หรือในทางตรงขามกันก็ สามารถนำตารางความจริงไปเขียนนี้เปนไดอะแกรมเวลาดิจิตอลไดเชนเดียวกัน คาทั้ง หมดที่แสดงออกมาจะ แสดงใหทราบถึงคุณสมบัติการทำงานในแตละตำแหนงขั้วตอทั้ง ดานอินพุตและเอาตพุตของวงจรดิจิตอล เหลานั้นนำไปใชเปนเครื่องมือในการวิเคราะหคาความจริงของลอจิกเกตได ใชในการตรวจสอบวงจรดิจิตอลที่ ตอออกมาได และสามารถใชใ นการออกแบบวงจรดิจิตอลใหมที่เหมาะสมกบั การใชง านได 10.4.1 ไดอะแกรมเวลาดจิ ิตอลควบคมุ ดวยสัญญาณนาิกา สัญญาณนาิกาเปนสิ่งสำคัญของระบบการทำงานของวงจรดิจติ อล ที่มีการทำงานในรูปแบบการ ทำใหพรอมกัน หรือการซิงโครไนซ ดังนั้นสัญญาณนาิกาจึงเขามามีสวนเกี่ยวของในระบบควบคุมการทำงาน ของวงจรดิจิตอล โดยถือวาเปนสวนหนึ่งในระบบการทำงาน เมื่อนำระบบการทำงานของวงจรดิจิตอลไปเขียน ใหอยูในรูปไดอะแกรมเวลาดิจิตอล จึงตองมีสัญญาณนาิกาถูกแสดงคาไวเปนสวนหนึ่งของไดอะแกรมเวลา ดิจิตอล และมักจะแสดงไวในตำแหนงบนสุดของไดอะแกรมเสมอ ใชเปนทั้งไดอะแกรมเวลาดิจิตอลชวยบอก

แผนการจัดการเรยี นรทู ่ี 10 ชอื่ วชิ า วงจรพลั สและสวิตชิง เวลาเรียนรวม 72 ช่วั โมง ช่อื หนวย การซิงโครไนซและไดอะแกรมเวลา สอนครั้งที่ 18 ชื่อเร่ือง การซงิ โครไนซและไดอะแกรมเวลา จำนวน 4 ช่วั โมง ชวงเวลาของการทำงานและเปนทง้ั สัญญาณนาิกาใชเ พื่อควบคุมการทำงานของวงจรดิจติ อลใหเกิดการทำงาน พรอ มกันไดอะแกรมเวลาดิจิตอลท่ีมีสญั ญาณนาิกาใชควบคุมการทำงาน 10.4 บทสรุป หนาที่ควบคุมใหระบบการทำงานมีการทำงานที่สัมพันธกันถูกเรียกวา การซิงโครไนซหรือการทำใหพรอ ม กนั การซิงโครไนซเปนวธิ กี ารท่ีทำใหเกดิ การกำหนดคา การบงั คับหุ รอื การเรียงลำดับของเหตุการณบนสัญญาณ ขอ มูลขาวสาร ในการออกแบบระบบดิจิตอลการซิงโครไนซทำใหแนใจวา การทำงานทีเ่ กิดข้ึนเปนไปตามลำดับท่ี ถกู ตอ ง เมอ่ื นำการซงิ โครไนซมาใชง านจะมีบทบาทสำคัญตอระบบการออกแบบ การทำงานทางดิจติ อลท้งั หมด จะข้นึ อยกู บั สัญญาณควบคมุ ในระบบที่เปนไปตามสถานะของลอจิกในระบบการทำงานทางดิจิตอล การควบคุมใหเกิดการทำงาน ทางดานเครื่องรับใหตรงกับการทำงานทางดานเครื่องสง สามารถแบงการควบคุมออกได 2 ระบบ คือระบบไม พรอมกันใชวิธีการถอดรหัสจากขอมูลเตรียมพรอม เปนสัญญาณรหัสควบคุมใชเปนสัญญาณนำกอนจะถึง สญั ญาณขอมูลขา วสาร และระบบพรอ มกนั ใชว ธิ กี ารควบคุมดว ยสัญญาณนากิ า หนาที่ของการซิงโครไนซก็คือทำใหแนใจวาในการดำเนินงานจะเปนไปตามลำดับท่ีถูกตองการซิงโครไนซ จึงเปนสวนหนึ่งที่สำคัญตอการออกแบบระบบดิจิตอล การใชงานแบบพื้นฐานของการซิงโครไนซ สามารถ นำไปใชงานไดใน 3 วิธีการดังนี้ ใชในการตัดสินการทำงานของความตองการที่ไมตรงกัน ใชในการสุมตัวอยาง สัญญาณที่ไมตรงกันดวยสัญญาณนาิกา และใชในการสงผานสัญญาณที่ไมตรงกันระหวางขอบเขตของ สัญญาณนาิกาสองคา สัญญาณนาิกาประกอบดวยสวนประกอบหลักสองสวนไดแก สวนแรกเปนอุปกรณใหกำเนิดสัญญาณ นาิกา ใชกำหนดความยาวของชวงเวลาในหนวยวินาทีสวนทีส่ องเปน สวนวงจรนบั เก็บจำนวนความถี่ของเวลา เปน จำนวนรอบคลนื่ ตอวินาทีทีเ่ กิดขึ้นของวงจรกำเนิดความถ่แี สดงคาความถี่นั้นออกมา ไดอะแกรมเวลาดิจิตอล คือผังเวลาที่เขียนเรียงเปนลำดับกันไปในรูปสัญญาณคลื่นพัลสที่แสดงคาออกมา แทนคาสัญญาณลอจิก 2 คา คือ 0 และ1 ถูกกำหนดคาการเกิดสัญญาณพัลสดวยคาเวลาที่กำหนดไวโดยจะถูก ควบคุมการทำงานดวยสัญญาณนาิกาดวย หรอื ไมกไ็ ด ตัวไดอะแกรมเวลาดิจติ อลจะเปนตัวบอกถงึ สภาวะการ ทำงานของวงจรดจิ ิตอลชนิดตา ง ๆ นำไปใชเ ปนเครือ่ งมือในการวิเคราะหคาความจรงิ ของลอจิกเกตได ใชในการ ตรวจสอบวงจรดจิ ติ อลท่ีตอออกมาได และสามารถใชในการออกแบบวงจรดจิ ติ อลใหมทเ่ี หมาะสมกบั การใชงาน ได

แบบฝก หัดประจำหนว ยการเรียนท่ี 10 จุดประสงค 1. บอกความหมายของการซงิ โครไนซไ ดถกู ตองไดถูกตอง 2. แสดงวิธเี ขยี นไดอะแกรมเวลาของ T ฟลิปฟลอปไดถกู ตอง แบบฝกหัดตอนท่ี 1 1. จงอธบิ ายความหมาย และหลักการทำงานของการซิงโครไนซใ นทางอเิ ลก็ ทรอนกิ ส -

ใบงานท่ี 10 ใบปฏิบัตงิ าน 9.2 วงจรกำเนิดสญั ญาณนาิกา เครอ่ื งมอื และอุปกรณ 1. แผงทดลองดิจติ อล 1 ชดุ 2. IC เบอร 74107 1 ตัว 3. คมู อื การใชงาน IO TTL 1 เลม 4. สายตอ วงจร 1 ชดุ ลำดบั ขนั้ ตอนการทดลอง 1. ประกอบวงจรตามรปู ท่ี 13.1 พรอมท้ังจา ยแรงดัน 5V ใหตัว IC เบอร 74107 2. ปอนสญั ญาณนากิ าเขา ท่ีอนิ พตุ T ครัง้ ละ 1 ลกู คล่ืน ตั้งแตล ูกที่ 1 ถึงลูกที่ 7 แตล ะคร้งั ของการปอน สัญญาณนาิกา ใหด ผู ลลัพธทเ่ี อาตพุต Q และ ������������� บันทึกผลลงในตารางที่ 13.1 ชองเอาตพุต Q และ ������������ ตง้ั แต สัญญาณนาิกาลกู ที่ 1 ถึงลูกที่ 7 3. นำผลลัพธท่ไี ดจ ากตารางท่ี 13.1 ไปเขยี นไดอะแกรมเวลาดิจิตอลลงในรปู ที่ 13.2

สรปุ ผลการทดลอง ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………