МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ СССРМосковский ордена Трудового Красного Знамениэлектротехнический институт связи

Кафедра вычислительной техники и управляющихсистем

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу

ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Часть I

ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ (факультеты: АЭС, МЭС, Рс и рв и вечерний)

Москва 1988

Лабораторные работыпо курсу

ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Часть I ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ

Составитель Г.Г. Капелин, канд. техн. наук, доцент

Рецензент Л.А. Летник, канд. техн. наук, доцент

Лабораторная работа № I

ИЗУЧЕНИЕ ПРАВИЛ ПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ, ВХОДЯЩИМИВ СОСТАВ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

I. Цель работы

Освоение методики настройки генератора Г5-54, вырабатывающегопрямоугольные импульсы, и измерения параметров импульсных сигналовс помощью осциллографа CI-65,используемых при выполнении последую-щих лабораторных работ.

2. Задание

I. Получить на выходе генератора Г5-54 периодическую последова-тельность импульсов с параметрами, взятыми из табл. I.I, в столб-це, номер которого соответствует номеру бригады студентов в лабо-раторном журнале. Полярность импульсов положительная (_TL ).

Таблица I.I

бригады Пара- метры импульсов	I	2	3	4	5	6	7
Частота f (кГц)	98	96	94	92	90	88	86
Длит-ть tu (мкс)	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7
Амплитуда Um(B)	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	7.6

2. Измерить с помощью осциллографа С1-65параметры сигналов,указанные в индивидуальном задании для бригады (табл. I.I), и,кроме того, длительность фронта ( t_ф ) и длительность среза ( t_с )импульсов (рис. I.I,a).

304

3. Методика выполнения работы

Перед выполнением работы следует убедиться, что земляные кёлем-мы генератора и осциллографа надежно соединены проводниками б зем-ляными клеммами лабораторного стенда.

Следует иметь в виду, что на лицевых панелях приборов приведе-ны международные обозначения единиц измерения: Hz (Гц), V(B)и µ S(мкс), m S (мс).

3.1. Настройка генератора Г5-54

1. Включить тумблер СЕТЬ (слева вверху на лицевой панели генера-тора) . Должна загореться индикаторная лампочка, расположенная тамже.

2. Установить требуемое значение частоты импульсов на выходегенератора. Органы регулирования частоты ЧАСТОТА СЛЕДОВАНИЯ Hzрасположены слева на лицевой панели прибора. Значение частоты вГц определяется как произведение отсчета, снятого по шкале плавно-го регулятора, на множитель, определяемый положением клавишногопереключателя диапазонов.

Нажатием клавиши переключателя следует установить требуемый ди-апазон частоты импульсов (10 Гц). Затем, вращая выступ диска плав-ного регулятора, установить по шкале требуемое по заданию значениечастоты. Отсчет производится по шкале, имеющей тот же цвет, что инажатая клавиша переключателя диапазонов (черный или белый).

3. Установить требуемое значение длительности импульсов. дли-тельность импульсов регулируется такими же органами управления,что и частота. Органы управления ДЛИТЕЛЬНОСТЬ µ S расположены ближек правой стороне лицевой панели. В соответствии с заданием следуетнажатием на белую клавишу переключателя установить диапазон (х1мкс),а затем, вращая край диска плавного регулятора, выставить требуемое

значение длительности импульса, отсчитывая его по белой шкале.

4. Установить требуемое значение амплитуды выходных импульсов.Органы регулирования амплитуды расположены в правой части лицевойпанели генератора. Значение амплитуды определяется как произведениепоказаний стрелочного вольтметра на множитель, определяемый нажатиемклавишного переключателя.

В соответствии с заданием следует нажатием на клавишу х0,1 илих0,3 установить требуемый диапазон амплитуды напряжения, а затем,вращая ручку плавной регулировки АМПЛ, расположенную ниже стрелочногоприбора, по показаниям вольтметра выставить требуемую амплитуду им-пульса с учетом множителя.

5. Полярность выходных импульсов (положительная или отрица-тельная ) устанавливается клавишным переключателем, располо-женным в правом верхнем углу лицевой панели.

В соответствии с заданием следует установить положительную по-лярность импульсов.

6. В лабораторных работах используется лишь выходное гнездо ге-нератора 1:1, расположенное в правом нижнем углу лицевой панели.Гнезда 1:10, 1:100 и связанная с ними клавиша х0,03 не используют-ся. Следует подключить шнур с тонким штеккером к выходу 1:1 гене-ратора.

7. Кроме основной последовательности прямоугольных импульсов,прибор генерирует последовательность синхроимпульсов (СИ), необхо-димых для синхронизации осциллографов. Органы управления синхроим-пульсами размещены в центре в нижней части лицевой панели генера-тора. Здесь имеются переключатель полярности СИ ( ), регу-лятор амплитуды и выходное гнездо.

Следует переключателем установить положительную полярность СИ( ), выставить некоторое значение амплитуды, повернув ре-

гулятор АМПЛ до упора по часовой стрелке, а затем подключить вто-рой шнур в выходное гнездо СИ.

8. В генераторе предусмотрена возможность задержки формируемыхна выходе прямоугольных импульсов относительно синхроимпульсов. Та-кая задержка бывает необходима для устранения искажений изображениясигнала на экране осциллографа, обусловленных инерционностью гене-ратора развертки. Органы регулирования величины задержки размеще-ны в средней части лицевой панели генератора. Следует нажатием кла-виши х0,1 и установкой плавного регулятора примерно в среднее поло-жение шкалы выставить некоторую величину задержки импульсов (ЗА-ДЕРЖКА µ S) либо (ВРЕМЕННЫЙ СДВИГ µ S ).

На этом настройка генератора окончена.

3.2. Настройка осциллографа CI-65A

При исследовании коротких по длительности импульсов с крутымифронтом и срезом, следующих с большими паузами (с высокой скваж-ностью) используется режим развертки осциллографа с внешней синх-ронизацией при наличии временной задержки исследуемых импульсов от-носительно синхроимпульсов.

Для настройки осциллографа на такой режим следует:

1. Включить тумблер СЕТЬ (справа в нижней части лицевой панелиосциллографа). Должна загореться индикаторная лампочка (там же).Дать прогреться прибору в течение одной минуты.

2. С помощью шнура подать исследуемый сигнал на ВХОД У(слева внизу). В данной лабораторной работе исследуемым сигналом яв-ляется периодическая последовательность прямоугольных импульсов нап-ряжения, снимаемых с выхода 1:1 генератора Г5-54.

3. С помощью шнура подать синхроимпульсы с соответствующеговыхода генератора на ВХОД X, расположенный справа вверху налицевой панели осциллографа.

4. Переключатель полярности синхроимпульсов (справа вверху)установить в положение "+".

5. Переключатель РОД СИНХР. (справа в верхней части лицевойпанели) установить в положение ВНЕШНЯЯ 1:1.

6. Переключатель РОД РАБОТЫ (снизу справа на лицевой панели)установить в положение

7. Переключатель V/ДЕЛ. (слева внизу) установить в положение2. На экране должно появиться изображение сигнала.

8. Если изображение отсутствует, то сначала следует еще разубедиться, что на прибор подано питание. Для этого достаточно про-верить, горит ли индикаторная лампочка (слева внизу).

Если питание есть, а изображение не появилось, то нужно ввес-ти полную яркость, вращая ручку (в левом верхнем углу лицевойпанели) до упора по часовой стрелке. Если и в этом случае изобра-жение не появляется, требуется ручками смещения электронного лучатрубки: СМЕЩЕНИЕ (справа под экраном) и СМЕЩЕНИЕ (тамже) вывести изображение из-за пределов экрана и установить его всредней части экрана.

9. Изменяя положение ручки РАЗВЕРТКА (справа от экрана) полу-чить изображение импульса, развернутым по горизонтали примерно натреть ширины экрана. Для этого ручка РАЗВЕРТКА должна быть установ-лена в положение 0,5 j S •

10. Устойчивость изображения при необходимости можно обеспе-чить ручкой УРОВЕНЬ (справа вверху на лицевой панели), регулирующейусиление сигнала синхронизации.

П. Установить умеренную яркость и отфокусировать луч ручкой

3.3. Выполнение измерений с помощью осциллографа

3.3.1. Измерение амплитуды исследуемого сигнала

Измерение амплитуды импульсов (Um на рис. I.I.a) выполняетсяс помощью имеющейся на экране осциллографа масштабной сетки. Приизмерениях напряжения (в нашем случае амплитуды) ручка плавной регу-.лировки усиления сигнала, расположенная соосно с переключателем

V/ДЕЛ., (ручка меньшего диаметра) должна быть повернута до упорапо часовой стрелке. Только в этом случае цена клеток масштабной сет-ки экрана будет соответствовать положению переключателя V/ДЕЛ.

Оценив высоту изображения импульса по числу клеток (с учетомдолей клеток - более мелких делений масштабной сетки), по положениюпереключателя V/ДЕЛ. определяют цену одной клетки. В нашем слу-чае (в положении переключателя 2 вольта на деление) она равна двумвольтам. Значение амплитуды находят путем умножения найденного чис-ла клеток на их цену с учетом дробных частей клеток (мелких делений).Для удобства отсчета изображение можно смещать по экрану. Возможныевыбросы напряжения, возникающие из-за влияния паразитных факторов,при оценке амплитуды следует игнорировать.

3.3.2. Измерение длительности исследуемого импульса и егоэлементов (t_и,t_ф,t_с и Т на рис. I.I.a)

Измерение длительности сигналов производится так же с помощьюмасштабной сетки экрана осциллографа. Масштаб изображения по гори-зонтали задается переключателем ВРЕМЯ/ДЕЛ., расположенным справа отэкрана, При измерениях временных параметров сигнала ручка плавной

регулировки частоты развертки - ПЛАВНО, расположенная соосно с пе-реключателем ВРМЯ/ДЕЛ. (ручка меньшего диаметра) должна быть по-вернута по часовой стрелке до упора.

Производя подсчет количества клеток (с учетом дробных деле-ний), укладывающихся по горизонтали на том или ином элементе сиг-нала, можно с учетом цены клеток (в милисекундах - m S , или в мик-росекундах - µ S ) определить его\ длительность. Чем меньше длитель-ность элемента сигнала, тем меньшая цена клеток необходима для точ-ного измерения. При выполнении измерений в данной лабораторной ра-боте для определения длительности импульса следует использовать це-ну 0,5 µ S на деление, а при определении длительности фронта исреза - 0,2 µ S на деление. Причем в последнем случае отсчет про-изводится по мелким делениям масштабной сетки, цена которых в дан-ном случае будет составлять 0,2/5 =0,04 мкс. Для удобства отсчетадлительности фронта и среза импульса изображение можно смещать поэкрану.

Измерение частоты следования импульсов производится косвеннымметодом - путем измерения периода Т (рис. I.I.6) и расчета частотыf = I/T . Очевидно, что для этого на экране осциллографа требуетсяразвернуть два соседних импульса, уменьшая частоту развертки осцил-лографа переключателем ВРЕМЯ/ДЕЛ., путем установки его в положение

2 µ S .

4. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе оформляется на двойном листке тет-радной бумаги. Отчет по данной работе должен содержать сведенныев таблицу:

1. исходные данные задания на бригаду;

2. результаты измерений;

3. рассчитанные относительные погрешности измерений.Отчет выполняется один на бригаду.

зистора в качестве инвертора. Действительно, если на входе инвер-тора действует низкий уровень напряжения (логический ноль), такой,что U⁰_вх < U_nop = 0,65 В, то транзистор закрыт, работает в режи-ме отсечки (ключ разомкнут, см. рис. 2.2,а). В этом случае

I_вых *R =0, так как I_вых = 0, U°_вых = Е_к - I_bыx * r_к = Е_к ,что соответствует высокому уровню логической единицы. Если же навход инвертора поступает высокий уровень напряжения (логическаяединица), такой что I_Б = U_вх/R > I_бн = E_к/ h_21Э * R_к, где I_бн - ток базы

на границе насыщения, то транзистор открыт, работает в режиме на-сыщения (ключ замкнут, см.рис. 2.2,6). В этом случае I_вых = I_{вых m} ⁼

= E_к/R_к; U⁰_вых=E_K-(E_к/R_к)*R_к= 0, что соответсвует логическому нулю.

Транзисторный инвертор, хотя и обладает высоким быстродействи-ем, тем не менее ему присуща инерционность. Инерционность инверто-ра на биполярном транзисторе в основном обусловлена действием двухфакторов:

влиянием барьерных емкостей переходов,

процессами накопления и рассасывания заряда неосновных носителей.

Рис. 2.3

Инерционность инвертора проявляется в том, что при быстрых из-менениях сигнала на его входе выходной сигнал изменяется болееплавно и притом с задержкой во времени. Так, если входной сигналпредставляет собой идеальный прямоугольный импульс (рис. 2.3,а),

10