METOD-CPM

ЗМІСТ

Загальні положення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Вимоги з техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт . . . . . . . . . . 6 1 Дослідження комбінаційних логічних схем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1 Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Вказівки до організації самостійної роботи . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3 Опис лабораторного обладнання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4 Порядок виконання роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.5 Вказівки щодо реєстрації результатів, їх обробки і оформлення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.6 Контрольні запитання та завдання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2 Дослідження тригерів на логічних елементах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1 Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2 Вказівки до організації самостійної роботи . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3 Опис лабораторного обладнання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.4 Порядок виконання роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5 Вказівки щодо реєстрації результатів, їх обробки і оформлення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.6 Контрольні запитання та завдання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3 Дослідження цифрових пристроїв з пам’яттю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1 Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2 Вказівки до організації самостійної роботи . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.3 Опис лабораторного обладнання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.4 Порядок виконання роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.5 Вказівки щодо реєстрації результатів, їх обробки

і оформлення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.6 Контрольні запитання та завдання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4 Дослідження цифро-аналогового та аналого-цифрового перетворювача . 24 4.1 Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.2 Вказівки до організації самостійної роботи . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.3 Опис лабораторного обладнання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.4 Порядок виконання роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.5 Вказівки щодо реєстрації результатів, їх обробки і оформлення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.6 Контрольні запитання та завдання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 5 Дослідження характеристик мультивібраторів на логічних елементах . 30 5.1 Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 5.2 Вказівки до організації самостійної роботи . . . . . . . . . . . . . . . 30 5.3 Опис лабораторного обладнання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5.4 Порядок виконання роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.5 Вказівки щодо реєстрації результатів, їх обробки і оформлення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.6 Контрольні питання та завдання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Перелік посилань . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Додаток А Опис лабораторного обладнання. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Однією з базових галузей сучасної радіоелектроніки є цифрова техніка. Сьогодні майже вся радіотехнічна апаратура містить імпульсні та цифрові пристрої. У зв’язку з цим, дисципліна „ Цифрові пристрої” входить у шістку базових дисциплін підготовки радіоінженера, і актуальність її вивчення важко переоцінити.

За останні роки, у зв’язку з широким використанням цифрових інтегральних схем (ІС) з середнім та великим ступенем інтеграції, методи проектування імпульсних та цифрових пристроїв зазнали значних змін. Якщо раніше, при проектуванні цифрових пристроїв, значне місце займав електричний розрахунок схем на основі теорії імпульсної техніки, то тепер головне місце займає логічне проектування цифрових автоматів на базі логічних елементів за законами функціонального синтезу.

Лабораторний практикум з дисципліни „ Цифрові пристрої” ставить за

мету:

∙закріплення та поглиблення теоретичних знань, отриманих під час лекцій та практичних занять;

∙набуття навичок синтезу та розрахунку схем базових цифрових пристроїв;

∙вивчення фізичних процесів у схемах цифрових пристроїв;

∙набуття навичок експериментального дослідження синтезованих цифрових схем та обробки результатів дослідження;

∙набуття навичок оформлення звіту про експериментальні дослідження згідно з вимогами державного стандарту.

При розробці лабораторних робіт основну увагу приділено індивідуалізації досліджень з метою розвинення навичок самостійного і творчого вирішення інженерних задач, спрямованих на придбання досвіду науководослідної роботи і вирішення метрологічних питань. Усі роботи виконуються на універсальних макетах фронтальним методом на десяти робочих місцях. До лабораторних робіт входять дослідження:

∙комбінаційних логічних схем;

∙тригерів на логічних елементах;

∙цифрових пристроїв з пам’яттю;

∙цифро-аналогових і аналого-цифрових перетворювачів;

∙мультивібраторів на логічних елементах.

Підготовка до лабораторної роботи включає:

∙засвоєння мети, завдань і змісту роботи;

4

∙ознайомлення з описом лабораторного обладнання (додаток А) та умовами проведення запропонованого дослідження;

∙ознайомлення з завданням до експериментальної частини роботи, виконання розрахунків згідно з індивідуальним завданням (задано в таблицях для кожної роботи окремо). Номер завдання відповідає порядковому номеру студента у списку групи;

∙опрацювання методики дослідження, аналіз функціональної схеми пристрою, який підлягає дослідженню, складання таблиць істинності та побудова епюр сигналів у характерних точках схеми;

∙підготовка бланка звіту, в якому відображається мета роботи, структурна схема експерименту, перелік вимірювального обладнання, функціональна та принципова схема досліджуваного пристрою, розрахунки, граф переходів та таблиця істинності, епюри напруг;

∙опрацювання теоретичного матеріалу та підготовка відповідей на контрольні питання та завдання.

До лабораторної роботи допускаються студенти, які пройшли контрольне опитування. Результати опитування оцінюються за чотирибальною системою і заносяться до журналу.

Роботи виконують бригади з двох або трьох студентів. Бригада бере участь у виконанні індивідуального завдання кожного з її членів. Дослідження проводяться по черзі відповідно до складених схем досліджуваних пристроїв, згідно з індивідуальним завданням.

Робота вважається виконаною, якщо протокол випробувань підписано викладачем. Протоколи іспитів і запропоновані розрахунки схем з усіх робіт зберігаються до кінця лабораторного практикуму.

Звіт виконується відповідно до основних питань оформлення технічної документації, в ньому відображаються: мета роботи; початкові дані; перелік вимірювального обладнання; структурна схема експерименту; розрахунок та синтез пристрою; функціональна та принципова схема досліджуваного пристрою; граф переходів та таблиця істинності пристрою; епюри напруг експериментальних досліджень у характерних точках пристрою; висновок.

Залік приймається у студента за наявності оформленого звіту. Зміст запитань, в основному, визначається переліком контрольних питань і завдань до роботи, спрямований на розуміння математичних та фізичних основ побудови і дії пристрою, що досліджується, а також придбання навичок інтерпретації отриманих експериментальних даних.

5

ВИМОГИ З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ ПРИ ВИКОНАННІ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Під час проведення лабораторних робіт студенти зобов'язані виконувати вимоги правил електробезпеки, пожежної безпеки, норм і правил санітарії та гігієни на робочому місці, а також дотримуватися правил внутрішнього розпорядку, встановленого в університеті. До виконання лабораторних робіт допускаються особи, що досягли 18-літнього віку і пройшли інструктаж з техніки безпеки з підписом у журналі. Лабораторні роботи виконуються під безпосереднім наглядом викладача або інженера з навчального процесу, які повинні мати групу з електробезпеки не нижче III. Для виключення можливості травмування електричним струмом та забезпечення збереження приладів і обладнання необхідно виконувати наступні правила техніки безпеки:

∙перед виконанням лабораторної роботи кожен студент повинен ознайомитися з правилами експлуатації всього обладнання, що використовується на робочому місці;

∙отримати допуск на виконання лабораторної роботи;

∙звільнити робоче місце від сторонніх предметів, приладів, устаткування, інструментів, деталей та інших предметів, які не мають відношення до роботи;

∙перед збиранням схеми треба переконатися у надійному підключенні корпусів усіх приладів і макета до контуру заземлення. Про всі помічені пошкодження доповідати викладачеві;

∙забороняється виконувати монтаж схеми, що знаходиться під напругою, застосовувати для з'єднання блоків і приладів дріт з ушкодженою ізоляцією, а також перевіряти руками наявність напруги на струмопровідних частинах схеми;

∙зібрану схему дозволяється вмикати тільки після перевірки її викладачем або інженером з навчального процесу;

∙під час виконання лабораторних робіт забороняється займатися роботами, які не мають відношення до виконання лабораторної роботи, а також ходити по лабораторії без дозволу викладача;

∙виконання експерименту одним студентом з а б о р о н я є т ь с я;

∙з а б о р о н я є т ь с я залишати без догляду включене устаткування;

∙по закінченні робіт необхідно, за вказівкою викладача, вимкнути робочий макет та вимірювальні прилади, розібрати досліджувану схему та упорядкувати робоче місце;

∙у випадку поразки електричним струмом негайно вимкнути електроживлення робочого місця і надати потерпілому першу медичну допомогу.

Втяжких випадках негайно викликати швидку допомогу;

∙при виникненні пожежі в приміщенні необхідно вимкнути електроживлення робочого місця та приміщення лабораторії і приступити до гасіння пожежі всіма наявними протипожежними засобами.

6

1 ДОСЛІДЖЕННЯ КОМБІНАЦІЙНИХ ЛОГІЧНИХ СХЕМ

1.1 М е т а р о б о т и – вивчення принципів синтезу і побудови основних комбінаційних логічних схем (КС); засвоєння методики їх експериментального дослідження.

1.2 Вказівки до організації самостійної роботи

При підготовці до лабораторної роботи необхідно: опрацювати теоре-

тичний матеріал [1, с. 152-166; 2, с. 441-446; 3, с. 79-86; 4, с. 6-45] та кон-

спект лекцій; виконати рекомендації щодо підготовки до лабораторної роботи (див. загальні положення); ознайомитися з описом лабораторного макета (див. п.1.3); виконати синтез КС у відповідності з індивідуальним завданням, наведеним у табл. 1.1.

Таблиця 1.1 –

Варіанти завдань для виконання лабораторної роботи

Варіанти

Комбінаційна схема

Функції

завдань

вхідна

вихідна

16

Вузол заборони

Х1; Х2; V

Y

1, 7

Вузол рівнозначності

Х1; Х2

Y

2, 8

Вузол нерівнозначності

Х1; Х2

Y

3

Напівсуматор

Х1; Х2

S; p+

9, 11

Двійковий суматор

Х1; Х2 p+

S; p+

4, 12

Мультиплексор

X1;X2;V1;V2

Y

5,13

Демультиплексор

Xi;V1;V2

1 ;

2

Y

Y

6, 14

Дешифратор (двійково / де-

Xi2; і=1,2

Yj10; 0,1,2,3

сятковий код)

10, 15

Дешифратор

(двійковий/се-

Xi2; і=1,2

Yj7; j=1, 2 … 7

мисегментний код)

П р и м і т к а:

Хі

–

розряди чисел вхідної змінної;

V1; V2

– розряди чисел функції керування;

S

–

значення суми;

P

–

значення перенесення;

p+

–

значення перенесення до старшого розряду;

Yj

–

розряди чисел вихідної змінної;

і, j

–

індексація змінних (індекси 2, 10, 7 вказують

на систему кодування).

Синтез КС виконується в базисі „ І-НІ”. За необхідності використовується мікросхема „ додавання за модулем 2”.

За результатами синтезу складається схема функціонально розробленої комбінаційної схеми.

7

1.3 Опис лабораторного обладнання

Дослідження проводяться на панелі П1 універсального лабораторного макета (УЛМ) (див. Додаток (рис. А.1)). З'єднання елементів КС виконується за допомогою з'єднувальних дротів.

Рекомендується використовувати логічні елементи (ЛЕ) DD1.3, DD1.7, DD1.12, а також КС DD 1.2, DD1.10 та DD3.4. У разі необхідності розширення можливостей підключення зовнішніх кіл до контактів мікросхеми ЛЕ доцільно використовувати "монтажне АБО", яке знаходиться на полі П1 і на полі керування ПК2.

При дослідженні КС типу мультиплексор, „ виключне АБО”, дешифра- тор-демультиплексор (КС DD1.1, DD1.2, DD1.10 – відповідно) слід керуватися їх логічними можливостями та особливостями побудови.

Комбінаційна схема DD1.1 реалізована на ІМС К155КП2 і являє собою подвійний чотириканальний селектор-мультиплексор. Функціональну схему зображено на рис. 1.1. Вона має два спільні входи для керування V1 та V2 комутаторами каналів А і В, два стробуючі входи V3 і V4, по чотири інформаційні входи у кожному каналі (А0 – А3, В0 – В3) і два виходи Y1 і Y2.

Рисунок 1.1 – Функціональна схема селектора-мультиплексора К155КП2

3				3
Мікросхема реалізує функції: Y = V V A K			(V V );	Y = V V A K			(V V ),
1 3 i =	0	i i	1 2	3 i =	0	i i	1 2

де Кі – мінтерм змінних V1, V2. Схема може бути використана як перетворювач паралельного коду в послідовний.

Комбінаційна схема DD1.1 реалізована на основі ІMC К155ЛП5 і являє собою чотири елементи, які виконують операцію „ складання за модулем 2”

8

("виключне АБО", логічна нерівнозначність). Вона застосовується при складанні схем рівнозначності n-розрядних кодів

n			n
Y = Õ ( Ai	Å Bi ) = V ( Ai				Å Bi )
i =1			i=1

Комбінаційна схема DD1.10 реалізована на ІМС К155ИД4 і являє собою подвійний чотириканальний дешифратор-демультиплексор, функціональну схему якого зображено на рис. 1.2. Схема має два адресні входи D1, D2, по два стробуючі входи V1, V2 та V3, V4, а також по чотири інформаційні виходи А0… А3 і В0… В3 у кожному дешифраторі. Вона виконує функції

Aj =V1×V 2 × K j ×(D1, D2) та B j =V 3×V 4 × K j ×(D1, D2) ,

де j = 0, 1, 2, 3. При V1 =V 3 =V 4 = 0 і V 2 = 1 отримується подвійний дешифратор 2х4 з інверсними виходами. Подвійний демультиплексор з одним входом на чотири виходи отримується, якщо входи V2 та V4 використовувати для першого і другого мультиплексорів, входи V1 і V3 – як стробуючі, а входи D1 і D2 використовуються для вибору (під'єднання) необхідних виходів.

Рисунок 1.2 – Функціональна схема подвійного чотириканального дешифратора-демультиплексора

Якщо прийняти V1 =V 3 = 0 і V 2 =V 4 = D3 , то виходить восьмиканальний дешифратор-демультиплексор. При мультиплексуванні дані подаються на вхід V1(V3), а вибір необхідного виходу здійснюється комбінацією кодів сигналу керування на входи D1(D2) і V2(V4).

Комбінаційна схема DD3.4 реалізована на ІМС К155ИД4 і являє собою шістнадцятиканальний дешифратор-демультиплексор.

Вхідні сигнали і сигнали керування можна отримати з чотирирозрядного кодера, який знаходиться на панелі керування ПК2 (див. Додаток А (рис. А.2)).

Для контролю за логічними рівнями вхідних керуючих та вихідних напруг КС використовується індикатор логічних рівнів або світлодіодний інди-

9

катор, що розміщені на ПК2, а також осцилограф з відкритим входом або цифровий вольтметр.

1.4 Порядок виконання роботи

Дослідження схем логічного додавання та множення виконуються на прикладі двовходових ЛЕ. При виконанні роботи перевіряється стан вихідних комбінацій. Результати представити у вигляді таблиць істинності.

1.Перевірте, як за допомогою схем “ І-НІ” та “ АБО-НІ” можливо виконати операцію “ НІ”.

2.Перевірте, чи можливо за допомогою схем “ І-НІ” та “ АБО-НІ” виконати операцію “ АБО” та “ І” відповідно? При цьому скористайтеся законом заперечення і перевірте отриманий результат.

Перейдіть до виконання індивідуальних завдань, скористайтеся результатами синтезу заданих КС.

3.Реалізуйте КС на макеті і проведіть дослідження для свого варіанта завдання з урахуванням наведених нижче рекомендацій.

Вузол нерівнозначності

4.Перевірте функціонування розробленої КС, задаючи значення X та V.

Складіть таблицю істинності, в якій треба відобразити залежність

Y = f ( X ,V ) .

Вузол рівнозначності 5. Перевірте функціонування розробленої КС у базисі І-НІ при двох

змінних Х1 і Х2, складіть таблицю істинності. Визначте, чи можливо побудувати вузол нерівнозначності на базі вузла рівнозначності та навпаки; який вузол можливо побудувати на базі ЛЕ І-АБО-НІ (DD1.2); як функціонує КС

DD1.2.

6.Перевірте ваші думки експериментально, поясніть отриманий результат і зробіть висновки. Поміркуйте, як побудувати схеми рівнозначності дво-, три-, чотирирозрядних кодів. Реалізуйте схеми на макеті і проведіть експериментальне дослідження.

Мультиплексор та демультиплексор

7.Перевірте функціонування синтезованої КС. Значення вхідної змінної і функції керування треба задавати за допомогою задатчика коду. Складіть таблицю істинності і порівняйте її з теоретичною. Переконайтесь у тому, що підключення входів до виходу (входу до виходів – демультиплексор) відбувається у відповідності з кодом.

8.Визначте можливість побудови потрібної КС на базі ЛЕ І-АБО-НІ (DD1.2) та як функціонує ІМС DD1.1(К155КП2), у чому її особливість. При дослідженні демультиплексора додатково проаналізуйте і перевірте експериментально принцип побудови дешифратора-демультиплексора на ІМС DD1.10 (Л155ИД4). Перевірте можливість мультиплексування та демультиплексування послідовності імпульсів. Використовуйте послідовність імпульсів з генератора сітки частот G (поле керування ПК1).

10

Напівсуматор та двійковий суматор 9. Перевірте роботу синтезованої КС. Правило додавання двох чисел

Х1 та Х2 наведено у табл.1.2 (позначення такі самі, як і в табл. 1.1).

Таблиця 1.2 –			Додавання			10. При розробці КС використовуйте схе-
двох двійкових чисел						му додавання за модулем 2 (DD1.2) та	ЛЕ
X2	X1	S		p+		“ І-НІ”. Поміркуйте, як на базі напівсуматора
0	0	0		0		побудувати суматор, накресліть його функ-
0	1	1		0		ціональну схему, реалізуйте її на макеті і пе-
1	0	1		0		ревірте, чи вірне ваше рішення. Один з варі-
1	1	0		1		антів двійкового суматора наведено	на
						рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Функціональна схема однорозрядного суматора

Дешифратор 11. Перевірте функціонування синтезованої КС, порівняйте отримані

результати з теоретичними. Додатково з'ясуйте принципи побудови та функціонування дешифраторів-демультиплексорів DD1.10 і DD3.4, перевірте їх реалізацію експериментально.

1.5 Вказівки щодо реєстрації результатів, їх обробки і оформлення

При дослідженні всіх КС результати експерименту фіксуйте у вигляді таблиць істинності. Під час дослідження узагальнюйте отримані результати і робіть висновки.

Звіт про роботу треба оформити відповідно до вимог, які висунуто в загальних положеннях.

11

1.6 Контрольні запитання та завдання

1.Що таке комбінаційна схема? Які задачі вирішує комбінаційна схема? Наведіть приклади побудови і застосування.

2.Що є базою для побудови комбінаційних схем? Основи методики їх

синтезу.

3.Вузол заперечення. Призначення, приклади застосування.

4.Вузол рівнозначності. Принцип побудови, галузі та приклади засто-

сування.

5.Вузол нерівнозначності. Принципи побудови, галузі та приклади застосування.

6.Чи можливо побудувати вузол нерівнозначності на базі вузла рівнозначності?

7.Напівсуматор. Правило додавання двійкових чисел. Принцип побудови, приклади застосування.

8.Суматор. Принципи побудови, приклади застосування.

9.Чим відрізняється напівсуматор від суматора? Як побудувати суматор N-розрядних чисел?

10.Мультиплексор. Принцип побудови, приклади застосування.

11.Поясніть, як функціонує ІМС К155КП2?

12.Демультиплексор. Принципи побудови, приклади застосування.

13.Дешифратор. Принципи побудови, приклади застосування.

14.Поясніть, як функціонують ІМС К155ИД3 і К155ИД4?

15.Чи можливо мультиплексувати і демультиплексувати послідовність імпульсів?

16.Наведіть приклади застосування комбінаційних схем у радіотехнічних системах.

2	ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИГЕРІВ НА ЛОГІЧНИХ ЕЛЕМЕНТАХ
2.1	М е т а р о б о т и – вивчення принципів синтезу і побудови в ба-
зисі “ І-НІ” основних тригерних структур (RS, E, RSC, D, JK, T); засвоєння ме-

тодики експериментального дослідження їх статичних і динамічних характеристик.

2.2 Вказівки до організації самостійної роботи

При підготовці до роботи необхідно: опрацювати теоретичний матеріал [1, с. 226-241; 3, с. 89-102; 4, с. 46-51] та конспект лекцій; виконати рекомендації щодо підготовки до лабораторної роботи (див. загальні положення); виконати синтез тригерної структури з реалізацією в базисі „ І-НІ” відповідно до індивідуального завдання (табл. 2.1); обміркувати її експериментальне дослідження за програмою п.2.4, попередньо ознайомившись з описом лабораторного обладнання (п. 2.3).

12