Моделювання роботи функціональних вузлів цифрової техніки

Ціль роботи - придбання навиків розробки і моделювання функціональних вузлів цифрової техніки на інтегральних мікросхемах.

 

Теоретичні відомості

 

В програму роботи входить розробка і моделювання наступних функціональних вузлів цифрової техніки:

1. Схема автоматичного "старт-стопного" приладу.

2. Схема перетворення двійкового коду в число імпульсів.

3. Схема формувача імпульсів зі змінною скважністю.

4. Схема автоматичного скануючого приладу на основі універсального регістру.

5. Схема сканування з завданням робочої зони.

6. Схема селектора тривалості з автоматичним блокуванням на основі тригера-защіпки.

На рис. 9.1 наведена схема автоматичного «старт-стопного» приладу. Такі прилади знайшли широке застосування для запуску і автоматичної зупинки в системах управління і контролю.

 

 

Рисунок 9.1 – Схема автоматичного «старт-стопного» приладу

 

Схема виконана на основі лічильника з дешифратором "старт-стопного" тригера DD7 і логічного елементу DD11. Запуск схеми здійснюється від ГОІ: при натискуванні кнопки на вході ГОІ формується перепад з 0 в 1, на прямому виході Q тригера DD7 встановлюється рівень 1, а на інверсному - 0. Імпульси від ГТІ надходять на підсумовуючий вхід лічильника. На виходах дешифратору, починаючи з виходу "1" мікросхеми, послідовно встановлюється рівень 0. Коли рівень 0 встановиться на виході, сполученому зі входом R тригера DD7, на виході Q останнього встановлюється 0, а на виході Q - 1, що викличе скид лічильника і припинення надходження на вхід "+1" тактових імпульсів, такий стан схеми буде зберігатися до надходження наступного імпульсу запуску від ГОІ. Вихідним сигналом схеми може бути сигнал з виходу тригера DD7 або імпульсний сигнал, який знімається з виходу елемента DD11. В залежності від того, з якого виходу дешифратора подається сигнал на вхід R тригера, залежить тривалість імпульсу на виході тригера або кількість імпульсів на виході елементу DD11.

На рис. 9.2 наведена схема перетворення двійкового коду в число імпульсів. Схема включає в себе дільник частоти на 16, виконаний на регістрі і тригер, двійковий лічильник, "старт-стопний" тригер, схему "І". ГОІ використовується для запуску дільника частоти: при натиснутій кнопці ГОІ регістр переходить у режим паралельного запису коду D0...D7 10000000.

Після натиску та відпускання кнопки ГОІ на кожному з виходів регістру, працюючого в режимі зсуву інформації, встановлюється імпульсний сигнал з частотою в 8 раз меншою, чим частота ГТІ. Тригер в рахувальному режимі забезпечує ділення частоти на 2. Сигнал запуску з виходу тригера надходить на вхід "С" "старт-стопного" тригера. Перед надходженням запускаючого імпульсу на виході тригера встановлюється рівень 0, що надходить на вхід WR лічильника. На виході лічильника встановлюється код D0...D3, заздалегідь набраний за допомогою перемикачів. Після надходження запускаючого імпульсу сигнал "WR" знімається, лічильник переходить в режим віднімання до встановлення на виході комбінації "0000". По досягненні цього стану на виході BR лічильника встановлюється логічний "0" і тригер встановлюється у вихідний стан. В підсумку на виході елементу "&" формується послідовність з серії імпульсів, число яких - від 0 до 15 визначається кодом D0...D3.

 

 

Рисунок 9.2 – Схема перетворення двійкового коду в число імпульсів

 

На рис. 9.3 наведена схема формувача імпульсів зі змінною скважністю. Схема виконана на основі розподільника імпульсів на 16 виходів (лічильника і дешифраторів) і RS-тригерів.

Залежно від того, до якого виходу розподільника підключені R і S входи тригерів (допускаються будь-які комбінації), залежить тривалість вихідних імпульсів на виході кожного тригера і їх взаємний фазовий зсув. Схема може бути використана для формування керуючих сигналів зі заданими часовими відношеннями.

На рис. 9.4 наведена схема автоматичного сканування, виконана на основі універсального регістру.

 

 

Рисунок 9.3 – Схема формувач імпульсів зі змінною скважністю

 

На виходах "0"..."7" регістру схеми періодично переміщується імпульс (логічна "1") спочатку від виходу "0" до виходу "7", після цього від виходу "7" до виходу "0". Для забезпечення роботи схеми в такому режимі необхідно на початку установити за допомогою перемикачів D0...D7 комбінацію 01000000, натиснути і відпустити кнопку ГОІ. При цьому в регістр записується паралельний код 0100000. Далі регістр переходить в режим зсуву інформації з періодичністю, визначеною станом тригера, та зміною напрямку зсуву.

 

 

Рисунок 9.4 – Схема автоматичного скануючого пристрою

 

Така схема сканування застосовується для періодичного опитування станів різноманітних цифрових датчиків, що можуть знаходиться в стані "0" або "1", в системах телеуправління та телесигналізації, в приладах обігаючого контролю і реклами на основі елементів візуальної індикації, створюючи ефект світлових зображень, що рухаються. Подібна схема сканування може бути виконана також на основі лічильника і дешифраторів (рис. 9.5). В схемі використовується переключення лічильників у режим додавання або віднімання під впливом вихідних сигналів дешифратора.

Напрямок рахунку в будь-який момент часу визначається станом тригера. Ширина "робочої зони" приладу визначається в залежності від того, з яких виходів дешифратора знімаються сигнали управління тригером.

 

 

Рисунок 9.5 – Схема сканування з завданнями робочої зони

 

На рис. 9.6 наведена схема селектора тривалості імпульсів з автоматичним блокуванням його роботи після надходження на вхід селектора першого імпульсу з заданою тривалістю. Часові діаграми селектора наведені на рис. 9.7.

 

 

Рисунок 9.6 – Селектор тривалості імпульсів

 

 

Рисунок 9.7 – Часові діаграми селектора тривалості імпульсів

 

Сигнал "Сброс" подається шляхом короткочасного з'єднання входу елементу "1" з загальним проводом. При цьому конденсатор С7 розряджається, а на виході встановлюється логічна "1".

Така схема селектора може бути використана для визначення одиночного імпульсу із параметрами, котрі виходять за межі заданих, в схемах автоматичної аварійної сигналізації та ін.

Завдання і порядок виконання роботи

Зібрати послідовно схеми (рис. 9.1 - 9.7).

Замалювати осцилограми сигналів в контрольних точках. Побудувати часові діаграми роботи схем, що досліджуються.

 

Зміст звіту

У звіті повинні бути представлені схеми, що досліджуються, часові діаграми, що ілюструють їх роботу, виміряні параметри, результати досліджень, висновки.

 

 

Література

1. Скаржепа В.А. Электроника и микросхемотехника. / В.А. Скаржепа, А.А. Новицкий, В.И. Сенько Лабораторный практикум. Под общ. ред. А.А. Краснопрошиной. - К.: Вища школа. – 1989. – 279 с.

2. Скаржепа В.А. Электроника и микросхемотехника. / В.А. Скаржепа, А.Н. Луценко Учебник: в 2 ч. Под ред. А.А. Краснопрошиной. - К: Вища школа. – 1989. – 303 с.

3. Хоровиц П. Искусство схемотехники. / П. Хоровиц, У. Хилл Искусство схемотехники. - М.: Мир. – 1984. – 598 с.

4. Князьков О.М. Лабораторные работы по основам промышленной электроники. / О.М. Князьков, А.Є. Краснопольський, П.С. Культиасов Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высшая школа. – 1989. – 176 с.

5. Куценко В.М. Импульсные и цифровые узлы ЭВМ и техники связи. / В.М. Куценко, А.В. Згурский, Л.Д. Стащук Лабораторний практикум. - К.: Вища школа. – 1989. – 156 с.

6. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. - М.: Высшая школа. – 1987. – 318 с.

7. Кривогубченко С.Г. Функціональні перетворювачі систем автоматики і управління / С.Г. Кривогубченко, А.Я. Кулик, М.М. Компанець, А.Ф. Хомчук. Навчальний посібник. – Вінниця, ВНТУ, 2011. – 185 с.

8. Партала О.Н. Цифровая электроника / О.Н. Партала. СПб.: Наука и техника, Издательство Додэка –XXI. – 2007. – 224 с.

9. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника / Е.П. Угрюмов. – СПб.: БХВ –Петербург. – 2004. – 528 с.

10. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования / Ю.В. Новиков. – М.: Мир. – 2001. – 379 с.

11. Гусев В.Г. Электроника и микропроцессорная техника / В.Г. Гусев. – М.: Высшая школа. – 2005. – 237 с.

12. Лаврентьев Б.Ф. Аналоговая и цифровая электроника / Б.Ф. Лаврентьев. – Йошкар-Ола: МарГТУ. – 2000. – 155 с.

13. Никамин В.А. Аналогово - цифровые и цифро-аналоговые преобразователи / В.А. Никамин. – М.: Техносфера. – 2003. – 145 с.

14. Комарова М.А. Использование LPT- порта ПК для ввода/ вывода информации / М.А. Комарова. – М.: НТ Пресс. – 2008. – 160 с.

15. Бабич Н.П. Основы цифровой схемотехники / Н.П. Бабич, И.А. Жуков. – М.: Издательство Додэка –XXI. – 2007. – 224 с.

16. Ан П. Сопряжение ПК с внешними устройствами / П Ан. – М.: ДМК Пресс. – 2001. – 320 с.

17. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника / Т.С. Ратхор. – М.: Техносфера. – 2004. – 376 с.

 

 

 

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт з курсу «Комп’ютерна електроніка»

для студентів спеціальності 7.05020101

«Комп’ютеризовані системи управління та автоматики»

 

Редактор …

Укладачі: Кривогубченко С.Г.

Кулик Я.А.

 

Оригінал-макет підготовлено …

 

 

Підписано до друку ……..

Формат 29,7´42¼. Папір офсетний.

Гарнітура Times New Roman.

Друк різографічний. Ум. др. арк. …...

Наклад … прим. Зам. № 2015-

 

 

Вінницький національний технічний університет,

навчально-методичний відділ ВНТУ.

21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95,

ВНТУ, к. 2201.

Тел. [phone].

Свідоцтво суб’єкта видавничої справи

серія ДК № 3516 від 01.07.2009 р.

 

 

Віддруковано у Вінницькому національному технічному університеті

в комп’ютерному інформаційно-видавничому центрі.

21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95,

ВНТУ, ГНК, к. 114.

Тел. [phone].

Свідоцтво суб’єкта видавничої справи

серія ДК № 3516 від 01.07.2009 р.

Додаток Б