Теория Справочник Практикум Контроль знаний Об ЭУМК



Лабораторные работы

Лабораторная работа №1 (4 часа)

«Знакомство с моделирующей программой Electronics Workbench 5.12»

Цель работы: научиться пользоваться виртуальными измерительными  приборами 

Программы EWB для дальнейшего их использования в последующих лабораторных работах.

Описание контрольно-измерительных приборов в программе EWB.

Панель контрольно-измерительных приборов (Instruments) находится над полем рабочего окна программы EWB и содержит цифровой мультиметр, функциональный генератор, двухканальный осциллограф,  измеритель амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик:

Общий порядок работы с приборами такой: иконка прибора при помощи мыши переносится на рабочее поле и подключается проводниками к исследуемой схеме. Для приведения прибора в рабочее (развернутое) состояние необходимо дважды щелкнуть курсором по его иконке или вызвать его контекстное меню и выбрать пункт Open . 

Осциллограф (Oscilloscope)

Описание осциллографа. Лицевая панель осциллографа.

Осциллограф имеет два канала ( Channel) А и В с раздельной регулировкой смещения по вертикали (Yposition). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок AC, 0, DC. Режим AC предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (режим “закрытого входа”, поскольку на входе усилителя осциллографа включается разделительный конденсатор). В режиме 0входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (по умолчанию) можно производить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока (режим “открытого входа”, поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно).

Режим развертки выбирается кнопками Y/T, B/A, A/B. В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуется  следующий режим развертки : по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время; в режиме B/A : по вертикали – сигнал канала В, по горизонтали – сигнал канала А в режиме A/B: по вертикали  - сигнал канала А, по горизонтали – сигнал канала В.

В режиме развертки Y/T длительность развертки ( Timebase) может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div ) до 1 с/дел ( s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, то есть по оси X ( X position).

В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим Trigger с запуском развертки ( Edge ) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала при регулируемом уровне (Level ) запуска, а также в режиме Auto, от канала А, от канала  В или от внешнего источника (Ext), подключаемого к зажиму в блоке управления (Trigger). Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками : AUTO, A, B, EXT.

Можно установить режим однократной развертки через системное меню Analysis, опция Analysis Options на закладке Instruments установить флаг “Pause after each screen”. Для режима непрерывной развертки – выключить флаг “Pause after each screen”. В программе EWB по умолчанию стоит режим непрерывной развертки.

Соединительным проводам можно задать цвет. Выделив нужный провод, щелкните правой кнопкой мыши и из появившегося контекстного меню выберите пункт Wire Properties (Свойство проводов), задайте цвет.

Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы Ground в правом верхнем углу прибора.

При нажатии на кнопку Expand лицевая панель осциллографа существенно меняется:

 

Лицевая панель осциллографа в режиме EXPAND

Увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за ушки можно установить в любое место экрана, при этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями).

Изображение можно инвертировать нажатием кнопки Reverse и записать данные в файл нажатием кнопки Save. Возврат к исходному состоянию осциллографа – нажатием кнопки Reduce.

Содержание лабораторной работы

1. Запустить программу EWB.

2. Из панели контрольно-измерительных приборов (Instruments) выбрать осциллограф  и разместить его на  рабочее поле.

3. Установить режим однократной развертки - “Pause after each screen”.

4. Подключить источник  импульсов (библиотека компонентов Sources) с параметрами по умолчанию 50%,1 кГц, 5В.

4.1. Измерить амплитуду и период импульсов, вычислить скважность импульсов n=T/TИМП.

Осциллограф использовать в режиме однократной развертки Y/T, синхронизация Auto, вход DC.

4.2. Измерить время нарастания и спада импульсов.

Результаты  пунктов 4.1. и 4.2. занести в таблицу:

Амплитуда А, [В]

 

Период Т, [мс]

 

Длительность импульса ТИМП, [мкс]

 

Скважность n

 

Время нарастания ТНАР., [мкс]

 

Время спада ТСПАД, [мкс]

 

5. Собрать цепь, содержащую источник прямоугольных импульсов и интегрирующее RC звено. Ко входу звена подключить зеленым проводом канал А осциллографа, к выходу – канал В красным проводом.

5.1. Определить длительность импульса, период следования, зарисовать осциллограммы, определить нарастание выходного сигнала за время импульса. Полученные результаты занести в таблицу:

Период Т, [мс]

 

Длительность импульса ТИМП, [мкс]

 

Нарастание вых. сигнала, [В]

 

6. Заменить источник прямоугольных импульсов на источник синусоидальных импульсов  с параметрами  5В, 1 кГц.

6.1. Определить амплитуду входного и выходного сигналов, коэффициент передачи звена на выбранной частоте и фазовый сдвиг.

Амплитуда входного сигнала, [В]

 

Амплитуда выходного сигнала, [В]

 

Фазовый сдвиг j , [мкс]

 

Коэффициент передачи звена К

 

6.2. Перейти из режима синхронизации Auto в режим А, затем в режим В. Зарисовать и объяснить полученные осциллограммы.

6.3. Перейти в режим развертки осциллографа В/А. Зарисовать полученную картину и объяснить результат.

6.4. Входы осциллографа переключить в режим АС. Перейти в режим непрерывной развертки (выключить флажок «Pause after each screen»),  Y/T, синхронизация Auto. Пронаблюдать за выходным сигналом в течение нескольких циклов развертки. Объяснить наблюдаемое явление. Почему осциллограмма входного сигнала не меняется, хотя оба входа осциллографа используются в одинаковом режиме АС?

6.5. Повторить пункт 6.1.-6.4., изменив частоту генератора с 1 кГц на 2 кГц.

7. Заменить интегрирующее звено цепью простейшего выпрямителя (использовать режим однократной развертки – « Pause after each screen»):

7.1. Зарисовать осциллограммы, определить максимальное напряжение на выходе во время положительной и отрицательной полуволны входного напряжения. Почему во время отрицательной полуволны на выходе имеется некоторое напряжение, хотя диод закрыт, а во время положительной полуволны выходное напряжение всегда меньше входного?

8. Содержание отчета.

8.1. Таблицы результатов измерений п. 4.1., 4.2., 5.1., 6.1.

8.2. Осциллограммы п.6.2., 6.3., 6.4. и пояснение к ним.

8.3. Что изменилось в осциллограммах при повышении частоты входного сигнала с 1 кГц до 2 кГц?

8.4. Осциллограммы и ответ на вопросы п. 7.1.


Лабораторная работа №2

«Исследование полупроводниковых приборов»

Цель работы: экспериментальное изучение электрических свойств диодов и транзисторов и определение их характеристик

1. Задание: Исследовать параметры полупроводниковых диодов {модуль 1 глава 1.3}.

Порядок выполнения работы:

1.1. Запустите программу EWB 5.12.

1.2. Соберите схему для исследования параметров полупроводниковых диодов:

1.2.1. Из библиотеки компонентов источников питания  Sources на поле поместите источник заданного напряжения  и заземление – .

1.2.2. Из библиотеки пассивных элементов Basic на поле  поместите резистор , подстроечный резистор  и ключ .

1.2.3. Из библиотеки  индикаторных устройств Indicators  поместите амперметры  и вольтметры .

1.2.4. Из библиотеки Diodes  на поле поместить диод .

1.2.5. Соедините все компоненты по схеме. Установите необходимые параметры  компонентов:

 

1.3. Снимите вольтамперные характеристики диода, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20% Увеличение  можно производить нажатием клавиши «R», уменьшение – «Shift+R». Шаг увеличения/уменьшения можно задать.

1.3.1. Исследуйте прямую ветвь диода. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел).

1.3.2. Исследуйте обратную ветвь диода.

1.3.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

Прямая ветвь

Обратная ветвь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I, мА

U, мВ

I, мкА

U, В

1.4. Постройте  график вольтамперной характеристики.

1.5. Измените температуру работы диода (для этого щелкните два раза на диоде и в появившемся окне «Diode Properties» выберите закладку «Analysis Setup» установите температуру равную 60° С) и повторите пункты 1.3. и 1.4.

2. Задание: Исследовать параметры стабилитрона {модуль 1 глава 1.4}.

2.1. Соберите схему для исследования параметров стабилитрона.

Схема аналогична схеме для исследования параметров полупроводникового диода. Из библиотеки Diodes на рабочее поле поместите стабилитрон:

2.2. Снимите вольтамперные характеристики стабилитрона, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20%:

2.2.1. Исследуйте прямую ветвь стабилитрона. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел).

2.2.2. Исследуйте обратную ветвь стабилитрона.

2.2.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

Прямая ветвь

Обратная ветвь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I, мА

U, мВ

I, мА

U, В

2.3. Постройте  график вольтамперной характеристики стабилитрона.

2.4. Измените температуру работы стабилитрона и повторите пункты 2.2. и  2.3.

3. Задание: Исследовать параметры транзистора {модуль 1 глава 1.5}.

3.1. Из библиотеки транзисторов Transistors  поместите на поле  p-n-p транзистор . Соберите схему для исследования параметров транзистора:

3.2. Снимите семейство входных и  выходных характеристик биполярного транзистора, меняя  значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20%. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения два знака после запятой):

 

Uкб=12 В (R2=100%)

Uкб=7,2 В (R2=60%)

Uкб=2,4 В (R2=20%)

Uкб=0 В

(R2=0%)

Iэ=19,69 мА

(R1=100%)

 

 

 

 

 

Iэ=9,35 мА

(R1=80%)

 

 

 

 

 

Iэ=3,24 мА

(R1=40%)

 

 

 

 

 

Iэ=0 мА

(R1=0%)

 

 

 

 

 

 

Iк, мА

Iк, мА

Iк, мА

Iк, мА

Uэб,  мВ

3.3. Построить  графики входных и выходных характеристик транзистора:

IЭ=f(UЭБ) при UКБ=const

IК=f(UКБ) при IЭ=const

3.4. По характеристикам транзистора определить его параметры h11б и h21б при Uкб=0 В и Iэ = 3,24 мА.

3.5. Изменить температуру работы транзистора и повторите пункты 3.2. – 3.4.

4. Содержание отчета.

4.1. Таблицы результатов измерений п. 1.3. (для разных температур работы диода).

4.2. График ВАХ диода п. 1.4. (для разных температур работы диода).

4.3. Таблицы результатов измерений п. 2.2. (для разных температур работы стабилитрона);

4.4. График ВАХ стабилитрона п. 2.3. (для разных температур работы стабилитрона).

4.5. Таблицы результатов измерений п. 3.2. для разных температур работы транзистора.

4.6. Графики п. 3.3.  для разных температур работы транзистора.

4.7. Решение задания п. 3.4.


Лабораторная работа №3

«Выпрямители и стабилизаторы»

Цель работы: изучить процессы, происходящие в схемах выпрямителей и полупроводниковых стабилизаторов {модуль 1 главы 3-4}.

Порядок выполнения работы:

1. Запустите программу EWB 5.0.

2. Соберите схему однополупериодного выпрямителя:

3. Подключите осциллограф  к исследуемой схеме (к каналу А зеленым цветом – входную величину, к каналу В красным цветом – выходную величину).

3.1. Зарисуйте осциллограммы.

3.2. Меняя величину подстроечного резистора R от 100% до 0% (шаг изменения 20%) снимите и постройте внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя без фильтра Uн=f(Iн ).

3.3. Подключите емкостный фильтр с помощью ключа.

3.4. Зарисуйте осциллограммы.

3.5. Меняя величину подстроечного резистора R от 100% до 0% (шаг 20% ) снимите и постройте внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя с фильтром Uн=f(Iн).

4. Результаты  измерений п. 3.2. и 3.5. занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

R, Ом

Без фильтра

С фильтром

I, мА

U, B

I, мА

U, B

1200 (100%)

 

 

 

 

1000 (80%)

 

 

 

 

800 (60%)

 

 

 

 

600 (40%)

 

 

 

 

400 (20%)

 

 

 

 

200 (0%)

 

 

 

 

5. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя:

5.1. Повторите пункт 3.

6. Результаты  измерений занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

R, Ом

Без фильтра

С фильтром

I, мА

U, B

I, мА

U, B

1200 (100%)

 

 

 

 

1000 (80%)

 

 

 

 

800 (60%)

 

 

 

 

600 (40%)

 

 

 

 

400 (20%)

 

 

 

 

200 (0%)

 

 

 

 

7. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и параметрическим стабилизатором:

7.0 Исследуйте как изменяется напряжение на входе стабилизатора и на нагрузке при изменении тока в ней при включенном и выключенном стабилитроне (конденсатор фильтра включен).Объясните происходящее. Как изменяется ток стабилитрона при изменении тока нагрузки?

7.1. Результаты  измерений тока и напряжения на нагрузке при включенном конденсаторе и стабилитроне занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

R, Ом

Параметрический стабилизатор

Iнагр, мА

Uнагр, В

1200 (100%)

 

 

1000 (80%)

 

 

800 (60%)

 

 

600 (40%)

 

 

400 (20%)

 

 

200 (0%)

 

 

7.2. Зарисуйте осциллограммы и постройте график внешней характеристики стабилизированного выпрямителя.

7.3. Отключите конденсатор фильтра и объясните форму напряжения на нагрузке.

8. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и компенсационным стабилизатором:

8.1. Снимите нагрузочную характеристику стабилизатора при среднем положении отвода потенциометра R. Результаты измерений занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

RНАГР, Ом

Компенсационный стабилизатор

Iнагр, мА

Uнагр, В

5000 (100%)

 

 

4000 (80%)

 

 

3000 (60%)

 

 

2000 (40%)

 

 

1000 (20%)

 

 

500 (10%)

 

 

При снятии характеристики обратите внимание также на показания вольтметров, измеряющих напряжение на входе стабилизатора и на стабилитроне, объясните результаты.

8.2 Постройте график внешней характеристики стабилизированного выпрямителя.

8.3. Изменяя положение ползунка потенциометра R определите, как это влияет на выходное напряжение стабилизатора. Объясните происходящее.

9. Содержание отчета.

9.1. Таблицы результатов измерений п. 4.

9.2. Осциллограммы п. 3.1. и п. 3.4.

9.3. Графики внешних характеристик Uн=f(Iн) п.3.2 и 3.5.

9.4. Таблицы результатов измерений п. 6.

9.5. Осциллограммы и графики п. 5.1.

9.6. Таблицы результатов измерений п. 7.1.

9.7. Осциллограммы и графики п. 7.2.

9.8. Таблицы результатов измерений п. 8.1.

9.9. Графики п. 8.2.

9.10 Объяснение результатов п.7.0 , 7.3 и 8.3.

Примечание: все графики построить в одной и той же системе координат.


Лабораторная работа №4

«Усилители»

Цель работы: Изучить работу операционного усилителя в инвертирующем и неинвертирующем включении, научиться определять режимы работы  элементов в сложных схемах усилителей {модуль 1 глава 2.4.2}.

1 Ознакомление с работой операционного усилителя

1.1 Соберите схему инвертирующего усилителя на ОУ с К=10.Для этого используйте модель ОУ с тремя выводами из группы ANA и резисторы в диапазоне 1-100 кОм. Эта модель работает без подключения напряжения питания, что упрощает схему. Ко входу подключите генератор переменного напряжения 1 В, частотой 1000 Гц и осциллограф  ко входу и выходу усилителя. Установите режим однократной развертки.

1.1.1 Пронаблюдайте с помощью осциллографа инверсию выходного сигнала и определите реальный коэффициент усиления усилителя.

1.1.2 Постоянно увеличивая входное напряжение, определите при каком значении Uвых начинается ограничение выходного сигнала.

1.2. Соберите схему неинвертирующего усилителя с К=10 и повторите п.п. 1.1.1, 1.1.2

2. Исследование схемы многокаскадного двухканального усилителя.

2.1. Выберите схему усилителя STEREOAMP из библиотеки программы EWB. Для программы EWB 5.0 путь: File-Open-Samples-STEREOAMP, для EWB 5.12:File - Open - Circuit - Stereoamp. В EWB 5.0 при открытии файла появляется меню Models Clash, в нем выберите Use circuits model.

2.1.1. С помощью мультиметра измерьте напряжения Uбэ и Uкэ для каждого транзистора. По результатам измерений определите, в какой области находятся рабочие точки транзисторов.

2.1.2. Определите коэффициенты усиления каналов стереоусилителя. Почему они разные? Какая причина возникновения нелинейных искажений в верхнем канале усилителя (канал А осциллографа)? В каком каскаде возникают искажения?

2 1.3. Уменьшите входное напряжение так, чтобы обе осциллограммы визуально казались неискаженными. После этого выровняйте усиление обоих каналов усилителя и измерьте коэффициент усиления.

Поскольку оба каскада теперь идентичны, то в дальнейшем исследуется только один из каскадов.

2.1.4. Получите АЧХ усилителя с помощью  измерителя АЧХ-ФЧХ (BodePlotter). Определите нижнюю граничную частоту,на которой спад АЧХ составляет 6дБ. Что вызывает спад АЧХ в области нижних частот?

2.1.5. Переключите канал В осциллографа  на вход усилителя. По осциллограммам сигналов определите приблизительно сдвиг фаз в градусах между выходным и входным напряжениями. Для нормальной работы осциллографа при выполнении этого пункта необходимо отключить  клемму OUT измерителя АЧХ

2.1.6. Уточните величину сдвига фаз на частоте генератора входного сигнала с помощью измерителя ФЧХ.

2.1.7. Исследуйте влияние нагрузки, подключаемой к коллектору выходного транзистора, на величину  выходного напряжения усилителя. Определите величину нагрузочного резистора, при которой выходное напряжение снижается на 20%.

Содержание отчета: Результаты измерений п.п 2.1.1-2.1.7 и ответы на все поставленные вопросы.


Лабораторная работа №5

«Исследование комбинационных логических схем»

Цель работы: научиться реализовывать любые логические функции с помощью элементарных логических схем. Ознакомиться с построением генераторов импульсов, построением формирователей импульсов на основе логических интегральных схем {модуль 2 глава 1}.

1. Реализация простых логических функций. Задание:

1.1. На основании определения логических операций НЕ (инверсии), И (коньюнкции), ИЛИ (дизъюнкции) заполните табл.1.1.

Таблица 1.1.

Входные переменные

Значение выходных функций F

А

В

С

НЕ А

И

И-НЕ

ИЛИ

ИЛИ-НЕ

0

0

0

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

0

1

0

 

 

 

 

 

0

1

1

 

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

 

1

1

0

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

1.2. Нарисуйте принципиальные схемы для реализации функций , , , ,  на логических элементах типа И-НЕ.

Для функции  соберите нарисованную схему и проверьте, что она выполняет логическую операцию ИЛИ для трех переменных А, В, С.

2. Минимизация сложных логических функций и их реализация.

2.1. Пример. Реализуем логическую функцию, представленную в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

А

В

С

F

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

Остальным комбинациям А, В, С, не указанным в таблице, соответствует значение F=0. Табл. 1.2. соответствует логическое выражение .

По правилам алгебры логики проведем минимизацию функции F. Выносим общий множитель за скобки

Используя очевидное соотношение , можем в скобках еще раз повторить любой из членов. Добавим член . Тогда , но , поэтому  (1).

Для реализации выражения (1) с помощью элементов И-НЕ необходимо исключить операцию дизъюнкции, выразив ее по формуле Де Моргана: .

Поэтому (2)

Выражение (2) реализуется в схеме (рис.1.2.).

Рис.1.2.

Соберите схему (рис.1.2) и проверьте, что она реализует функцию, заданную в табл.1.2.

2.2. Задание:

Из табл.1.3 выберите логическую функцию для своего варианта, составьте соответствующее логическое выражение, минимизируйте его и приведите к виду, удобному для схемной реализации.

Из типовых элементов И-НЕ соберите схему и проверьте, что она реализует логическую функцию вашего варианта.

Таблица 1.3.

3. Синтез логических схем.

3.1. Задание:

3.1.1. Синтезируйте и реализуйте схему электронного замка, открываемого (F=1) комбинацией входных сигналов А1А2А3А4, определяющих номер вашего варианта. Например, для варианта 9 замок должен открываться комбинацией 1001.

3.1.2. Синтезируйте и реализуйте схему, моделирующую автомат для голосования на примере трех участников. Алгоритм голосования: решение принято (F=1), когда за него голосует не менее двух человек из трех.

3.1.3. Синтезируйте и реализуйте схему “исключающее ИЛИ” (2 варианта), пользуясь элементами 2И-НЕ схемы К155ЛА3. Первый вариант имеет более простую запись и реализуется на пяти элементах 2И-НЕ, второй более сложную запись, но требует для реализации только 4 элемента.

3.1.4. Синтезируйте и реализуйте схему одноразрядного компаратора, работающего по алгоритму:

F=0, если А12  и F=1, если А12

3.1.5. Синтезируйте и реализуйте схему коммутатора сигналов, работающую по алгоритму: F=В1, если А=1 и F=В2, если А=0.

Здесь А-коммутирующий сигнал, В12-коммутируемые сигналы.

3.1.6. С помощью логического преобразователя подтвердите результаты пп 3.1.4., 3.1.5 (задайте таблицу истинности, на ее основе получите минимизированное логическое выражение и схему устройства только на элементах И-НЕ).

4. Укоротитель импульсов.

4.1. Задание:

4.1.1. Соберите схему (рисунок 1). Зарисуйте осциллограммы в точках А, В, О, D при подаче на вход импульсов от внешнего генератора (соедините канал В осциллографа с выходом D, а к каналу А - поочередно подключите точки А, В, О исследуемой схемы).

Рисунок 1

5. Удлинитель импульсов (одновибратор).

5.1. Задание:

5.1.1. Соберите схему одновибратора (рисунок 2). Подайте на вход одновибратора импульсы от внешнего генератора. Зарисуйте осциллограммы напряжений в точках А, В, О, D.

Рисунок 2

Параметры функционального генератора:

-  вид входных сигналов – прямоугольный;

-  частота – 50 Гц;

-  амплитуда входных сигналов – 10 В;

-  скважность – 10%

6. Схема задержки импульсов.

6.1. Задание:

6.1.1. Синтезируйте схему, обеспечивающую выдачу положительных импульсов постоянной длительности, сдвинутых относительно коротких отрицательных импульсов на некоторое время t. Для этого воспользуйтесь схемами 1 и 2. Постройте диаграммы для характерных точек схемы.

6.1.2. Соберите синтезированную схему и пронаблюдайте ее работу.

7. Содержание отчета.

7.1. Результаты выполнения п. 1.1, 1.2.

7.2. Исходное логическое выражение, его минимизация и схемная реализация по п. 2.2.

7.3. Аналогично для п. 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, 3.1.4, 3.1.5.

7.4. Пункт 3.1.6. продемонстрировать при сдаче отчета.

Параметры функционального генератора:

-  вид входных сигналов – прямоугольный;

-  частота – 50 Гц;

-  амплитуда входных сигналов – 10 В

7.5. Схема рис. 1 и результаты п.п. 4.1.1.

7.6. Схема рис. 2 и результаты п.п. 5.1.1.

7.7. Синтезированная схема задержки и результаты п.п. 6.1.1.


Лабораторная работа №6

«Триггеры»

Цель работы: изучить структуру триггеров различных типов и алгоритмы их работы {модуль 2 глава 6}.

1. Триггеры на логических элементах.

1.1. Асинхронный R-S триггер с инверсными входами.

Соберите схему триггера на логических элементах 2И-НЕ и проверьте таблицу его состояний.

Таблица 1

tn

tn+1

Qn+1

0

0

 

0

1

 

1

0

 

1

1

 

1.2. Тактируемый (синхронный) R-S триггер

Соберите схему триггера  на логических элементах 2И-НЕ и проверьте таблицу его состояний.

Таблица 2

S

R

T

Qn+1

0

0

1

 

 

 

0

1

1

 

 

 

1

0

1

 

 

 

1

1

1

 

 

 

х

х

0

 

 

 

1.3. D-триггер

Соберите схему триггера на логических элементах 2И-НЕ и проверьте таблицу его состояний.

Таблица 3

D

Т

Qn+1

0

0

 

 

 

0

1

 

 

 

1

0

 

 

 

1

1

 

 

 

1.4. Задача: для R-S триггера с инверсными входами даны переменные входные параметры X и Y, изменение которых во времени показано на рис.1. По номеру своего варианта выбрать вид входных сигналов из таблицы:

№ варианта

1

2

3

4

5

6

R

x

y

x

y

S

y

x

y

x

Соберите схему R-S триггера с инверсными входами, подав на входы R и S коды с генератора слова, а на логический анализатор - входы R, S и выходы Q, . Коды генератора слова следует задавать так: биты S и R  соответствуют битам D0 и D1, остальные биты D2…D15 равны 0. Выбрав по номеру варианта последовательность битов R и S для каждого Тшаг, следует записать слово в шестнадцатиричном коде. Таким образом, в генератор слова вводится 10 слов (Tшаг=10).

Таблица 4

№ варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

R

S

Например, в первом шаге R=0, S=1, следовательно в двоичном коде: 0000.0000.0000.0001 или в шестнадцатеричном 0001 – первый код генератора слова. Во втором шаге R=1, S=0: 0000.0000.0000.00102 = 000216 – второй код генератора слова и т.д.

Получите с помощью логического анализатора временные диаграммы для R, S, Q, . Зарисуйте их.

2. Интегральные триггеры.

2.1. D-триггер 74175 (триггер-защелка).

Выберите из библиотеки Digital интегральную схему D-триггера 74175 (Quad D-type FF (clr)) . Данная интегральная схема содержит четыре двухступенчатых Д-триггера. На выходы 1Q, 2Q, 3Q и 4Q поступает информация с входов 1D, 2D, 3D, и 4D при значении стробсигнала CLK=1 информация  “защелкивается”. Сигнал CLR’=0 сбрасывает триггер в исходное состояние. Питание микросхемы: 8 (GND) – общий провод, 16 (VCC)- Uпит.

2.1.1. Задание: Исследуйте поведение триггера, воспользовавшись одним из входов Di и соответствующим выходом Qi. В какой момент происходит защелкивание информации?

Нарисуйте схему подключения ИС 74175 для записи на выходах ее кода Q4Q3Q2Q1=0011. Соберите схему и зафиксируйте на выходах заданный код.

2.2. JK-триггер 7472.

Выберите из библиотеки Digital интегральную схему JK-триггера 7472 (AND-gated JK MS-SLV FF (pre, clr)). Данная интегральная схема содержит: входы - J1, J2, J3, К1, К2, К3; выходы – Q и Q’, а также стробсигнал CLK, сброс – CLR’ и вход предустановки PRE’. Питание микросхемы: 7 – общий провод, 14 - Uпит.

2.2.1. Ознакомьтесь с работой JK-триггера. Запишите таблицу состояний триггера. Какие строчки таблицы соответствуют работе JK-триггера в качестве RS-триггера и Т-триггера?

2.2.2. Задание: Соберите схему включения триггера 7472. На выходы  подключите светодиоды. Проверьте все варианты таблицы состояний. Соберите схему D-триггера на JK-триггере и проверьте ее работу. В качестве инвертора воспользуйтесь соответствующим логическим элементом.

3. Содержание отчета.

3.1. Результаты п. 1.1, 1.2., 1.3., 1.4.

3.2. Схема и результаты п. 2.1.1.

3.3. Таблица п. 2.2.1 и пояснение к ней


Лабораторная работа №7

«Мультиплексоры, дешифраторы, сумматоры»

Цель работы: изучить алгоритмы работы этих схем {модуль 2 глава 5}.

1. Мультиплексор 74151.

Выберите из  библиотеки Digital (библиотека MUX) интегральную схему мультиплексора MUX 74151 [1-of-8 Data Sel/Mux]. Данная интегральная схема содержит: восемь входов - D0…D7; адресные входы А, В и С (С является старшим битом адреса); прямой выход – Y и инверсный выход – W. Питание микросхемы: 8 (GND) – общий провод, 16 (VCC) – +5 В. Примечание: выход G’ не использовать.

1.1. Задание:

1.1.1. Соберите схему включения мультиплексора. На выходы Y и W подключите светодиоды. Поочередно на один из входов D0, D1, .., D7 подайте сигнал и проверьте работу мультиплексора. Результаты занесите в таблицу:

1.1.2. Воспользуйтесь мультиплексором как универсальным логическим элементом и на основе его постройте схему:

а) выполняющую операцию дизъюнкции трех переменных (у=А+В+С). Соберите  схему и проверьте ее работу;

б) выполняющую операцию конъюнкции с отрицанием (). Соберите схему и проверьте ее работу. С какого выхода нужно снимать сигнал?

2. Дешифратор 74155.

Выберите из библиотеки Digital (библиотека DEC) интегральную схему дешифратора 74155 [Dual 2-to-4 Dec/DEMUX]. ИС 74155 –представляет собой сдвоенный дешифратор 2-4. Данная интегральная схема содержит: входы – А, В, 1С и 2С’ (входу А соответствуют младшие биты сигнала); инверсные выходы 1Y0, 1Y1, 1Y2, 1Y3 и 2Y0, 2Y1, 2Y2, 1Y3. Сигналы 1G’ и 1С открывают выходы 1Yi, а сигналы 2G’ и 2С’ – выходы 2Yi. Питание микросхемы: 8 (GND) – общий провод, 16 (VCC) – +5 В.

2.1. Ознакомьтесь с работой дешифратора.

2.2. Задание:

2.2.1. Перепишите таблицу состояний сдвоенного дешифратора 2-4 и проверьте ее, собрав схему.

2.2.2. На основе дешифратора 2-4 постройте схему дешифратора 3-8. Составьте таблицу состояний и проверьте ее на собранной схеме.

Таблица состояний дешифратора 74155.

2. Сумматор 4008 .

Выберите из библиотеки Digital ICs(серия 4ххх) интегральную схему сумматора 4008 [4-bit Binary Full Adder]. ИС представляет собой четырехразрядный сумматор кодов А0…А3 и В0…В3. Выходы S0, S1, S2 и S3. Сигналы СOUT и CIN подключить к общему проводу (земле). Питание микросхемы: 8 (VSS) – общий провод, 16 (VDD) – +5 В.

3.1. Задание:

3.1.1. Соберите схему сумматора, подав на входы А0, А1 и  В0, В1 коды слагаемых (А1А0 + В1В0), остальные входы соедините на общий провод. К выходам S0, S1, S2 подключите светодиоды.

3.1.2. Выполните сложение кодов (А1А0 + В1В0) и проверьте результат, используя сумматор:

       10+01=   ;        11+01=    ;         01+01=    ;         01+11=

3.1.3. Соберите схему полусумматора, построенную из элементарных логических элементов, и проверьте его работу.

4. Содержание отчета.

4.1. Таблица состояний и схема включения п. 1.1.1.

4.2. Схемы п. 1.1.2.

4.3. Таблица и схема п. 2.2.1.

4.4. Результаты п. 2.2.2.

4.5. Схема п. 3.1.1

4.6. Схема п. 3.1.3.


Лабораторная работа №8

«Счетчики и сдвиговые регистры»

Цель работы: Изучить алгоритмы работы последовательных логических схем,научиться строить счетчики с заданным коэффициентом пересчета {модуль 2 главы 7-8}.

1. Счетчик 74190.

1.1. Выберите из библиотеки Digital (библиотека Counter) интегральную схему счетчика 74190 (Sync BCD Up/Down Counter).

Схема представляет собой двоично-десятичный четырехразрядный реверсивный счетчик с предварительной установкой. Питание микросхемы: 8 (GND) - общий провод, 16 (VCC) - Uпит. Счетчик содержит: выходы QA, QB, QC и QD. Вход U/D’ используется для прямого и обратного счета («0» прямой счет, «1» - обратный счет). На входе МAX/MIN появляется «1» после достижения кода 9 или 0 при прямом и обратном счете соответственно. Вход RCO’ является инверсным входу МAX/MIN (в схеме вход RCO’ не использовать). А, В, С и D - входы предустановки, на которые подаются «0» или «1» для задания соответствующего кода. Вход LOAD’ используется для установления на выходах Qi значений входов ABCD (LOAD’= 0). При LOAD’=1 происходит счет от установленного кода. Вход CTEN’ используется для остановки счетчика во время счета (CTEN’ = 0 - счет, CTEN’ = 1 - остановка). Работа интегральной схемы счетчика осуществляется по переднему фронту перепада 0-1 на входе CLK.

1.2. Задание:

1.2.1. Соберите схему счетчика. На вход CLK от генератора слова задайте последовательность импульсов 1-0. На выходы Qi и MAX/MIN подключите светодиоды. Проверьте процесс счета, реверсирования. В каких случаях возникает сигнал MAX/MIN?

1.2.2. Задав необходимый код на входы предустановки А и В, реализуйте счетчик, считывающий 6 импульсов до заполнения. Проверьте его работу.

1.2.3. Синтезируйте схему счетчика, считывающего от 0 до 5, используя ИС 74190 и необходимый логический элемент.

Четырехразрядный универсальный сдвиговый регистр 74194.

2.1. Выберите из библиотеки Digital (библиотека > Shift Regs)интегральную схему сдвигового регистра 74194 (4 - bit Bidrectional).

Питание микросхемы: 8 (GND) - общий провод, 16 (VCC) - Uпит. Регистр имеет последовательные входы данных SR и SL; четыре параллельных входа A, B, C и D;  четыре выхода QА, QВ, QС и QD. Данные на выходах появляются при перепаде с 1 на 0 тактового импульса на входе CLK. Вход CLR’ - сброс схемы в ноль. Для записи параллельного кода устанавливают S1=S0=1. Сигнал S1=0 осуществляет сдвиг влево, а S0=0 осуществляют сдвиг вправо. Для записи последовательного кода используют один из двух входов: SR или SL (SR - сдвиг кода вправо, SL - сдвиг кода влево). При записи данных через вход SR устанавливают S1=0, S0=1, а при значении S1=1, S0=0 происходит сдвиг вправо. При записи данных через вход SL установление сигналов S1, S0 противоположно, а сдвиг записанного кода будет влево.

2.2. Задание:

2.2.1. Занесите в регистр параллельный код 1111, на вход SR подайте «0». Перейдите в режим сдвига влево и пронаблюдайте, как при сдвиге единицы постепенно заменяются нулями.

2.2.2. Занесите в регистр параллельный 1010, на вход SR подайте «1», перейдите в режим сдвига вправо. Какой будет результат?

2.2.3. Занесите в регистр последовательный код 0100 через вход SR, осуществите сдвиг кода.

2.2.4. Повторите п. 2.2.3., используя вход SL.

2.3. Соберите и проверьте схему преобразователя 8 разрядного параллельного кода в последовательный с побайтовым преобразованием (использовать схемы: регистр 74194, счетчик 74160 и другие необходимые логические ИС).

Примечание:

На входы LOAD, ENT, ENP счетчика 74160 подайте «1». На параллельные входы регистра 74194 подайте код от генератора слова: 00AA16=0000.0000.1010.1012, затем 00DB16=0000.0000.1101.10112, затем 008816=0000.0000.1000.10002 и пронаблюдайте передачу кода. На вход S0 и СLR’ подайте «1», вход S1 является переключением  с записи кода на его сдвиг.

На вход CLK регистра 74194 и счетчика 74160 подайте последовательность прямоугольных импульсов от функционального генератора (Function Generator).

3. Содержание отчета.

3.1. Схемные обозначения счетчика 74190, регистра 74194 и описание их работы.

3.2. Схема преобразователя п. 2.3.


[ Теория ] [ Справочник ] [ Практикум ] [ Контроль знаний ] [ Об ЭУМК ]