З'єднання цифрових схем. Інтерпретація та підготовка принципових схем Назва модуля вимоги: Використання засобів вимірювань, виконання вимірювань Номер модуля вимоги: 396-6 Ідентифікаційний номер та цільова група елемента вмісту: SzT-22-3
U U t t a b U U c t Рисунок 2. Регулярні імпульси: а) квадратний імпульс; б) трикутний імпульс; в) трапецієподібний імпульс; г) пилоподібний імпульс У разі реального імпульсу (рис. 3) кожна зміна відбувається за скінченний час, тому форма імпульсу лише наближається до форми ідеального імпульсу. Наступні позначення та визначення використовуються для характеристики реальних імпульсів, показаних на малюнку 3:. Амплітуда імпульсу (U) Максимальне значення імпульсу. 2. Час наростання імпульсу (t f) Час, протягом якого імпульс підвищується з.u до 9u. 3. Тривалість імпульсу (t l) Час, протягом якого імпульс зменшується з 9u до u. d t 4. Час імпульсу (T i), виміряний при амплітуді 5U. 5. Час періоду імпульсу (T) Тривалість двох імпульсів, виміряна при 5u. T = T i + T 3
U U ε U U t, 9 U, 5 U, U 6. Перевитрата (ε) Співвідношення Uε до U, виражене у% 7. Падіння даху (ε 2) T i T T Рисунок 3. Реальний імпульс U U U% U U t Відношення U t до U, виражене у%. 2% U 8. Коефіцієнт заповнення (α) Зв'язок між часом імпульсу та часом періоду 9. Частота імпульсу (повторення) (fi) Ti% та 2 Ti T t fi Ti TT Імпульсні схеми також можуть складатися з дискретних елементів, інтегрованих елементів та їх комбінації. 4
3. Основні цифрові основні схеми Схеми формування імпульсів, виготовлені з пасивних елементів R-L-C Диференціальна схема У імпульсній технології, крім наявного квадратного сигналу, часто потрібно виробляти короткі імпульси. Для цього ми використовуємо диференціюючі схеми, які генерують короткочасні імпульси (стрілкові імпульси) з квадратних сигналів (стрибки напруги). Схема диференціації - це простий елемент R-C, насправді C-R дільник напруги. Ube C Рисунок 4. Диференціальний контур Подайте прямокутний імпульс на вхід. Форма вихідної напруги U визначається залежністю між постійною часу та тривалістю імпульсу. Падіння напруги на резисторі буде пропорційним струму, що протікає через нього. Інтегральна схема Якщо замінити резистор диференціюючої схеми та конденсатор, виходить інтегруюча схема. Ube R R C Uki Uki Рисунок 5. Інтегральна схема Конденсатор C заряджається висхідним фронтом вхідного квадратного імпульсу, що призводить до збільшення напруги на конденсаторі C. Конденсатор С спрацьовує заднім фронтом імпульсу. 5
+UT R2 C2 C R R Q Q2 R4 R3 Q T2 T R6 R5 S -U на рисунку 6. Схема реалізації бістабільного мультивібратора з транзисторами (a) та затворами (b) Моностабільний мультивібратор S R Q Як на попередньому кроці Не зрозуміло Рисунок 7. Таблиця істинності сховища RS, побудована з воріт NV Коли Рис. 8a. Як показано на рис. 1, якщо один із зворотних зв'язків постійного струму усунутий, а залишився лише зворотний зв'язок змінного струму, отримується коромислове коло, яке матиме лише один стабільний стан. Наша схема залишається в цьому стабільному стані, поки вона не нахилиться з цього стану зовнішнім сигналом, що подається на її вхід. Потім він переходить у нестабільний стан, з якого повертається до початкового, стабільного стану через час, визначений елементами C 2 -R 4. Моностабільний мультивібратор також може бути реалізований за допомогою схем 8b логічного затвора. як показано на малюнку. Вхід x знаходиться на рівні логіки в стані спокою, тоді вихід виходить на логічний рівень. Якщо вхід x переміщено на логічний рівень, то через ефект затримки терміна R-C вихід виходить на високий рівень, тобто логіку. Час віддачі визначається резистором R і конденсатором C. b Q2 7
+UT Q2 R2 C2 R4 C R3 R Q x R Q T2 T R5 C -U на малюнку 8. Впровадження моностабільного мультивібратора з транзисторами (а) і затворами (б) Стійкий мультивібратор Коли, згідно досвіду моностабільного мультивібратора, також усувається інший зворотний зв'язок постійного струму, отримується схема, яка не має стабільного стану. A 9a. Розглядаючи схему, показану на рис. 1, ми бачимо, що вона потім періодично коливається між двома нестабільними станами. Цей ланцюг нахилу називається нестабільним (вільно працює) мультивібратором. Оскільки кожен із зворотних зв'язків має конденсатор, конденсатори з обох сторін заряджаються по черзі. Цей час зарядки визначається умовами C -R 3 і C 2 -R 4. Відповідно, дві постійні часу становитимуть τ = .7 R 3 C і τ 2 = .7 R 4 C 2. Подібним чином можна створити нестабільний мультивібратор, використовуючи затворні схеми - інвертори (Рисунок 9b). Якщо маркування інвертора замінено конструкцією схеми інвертора, виходить схема 9а. Час нахилу визначається резисторами R і конденсаторами C. Q2 T2 R2 C2 R4 R3 C R T + UT Q + U + U R R b C C Q Q2 a b Рисунок 9. Реалізація нестабільного мультивібратора з транзисторами (а) та затворами (б) тригера Шмітта 8
+U R A B OR gate (OR) D D2 is Y A B AND gate. Схема реалізації (а) та креслення (б) ворота І. З дошки істинності також ясно, що сигнал з'являється на виході АБО, навіть якщо один з його входів знаходиться на високому рівні, тобто на логічному рівні. Його роботу можна описати наступною функцією: Y = A + B, де додавання означає відношення АБО. b Y
+U Інвертор A B D D2 R a Y АБО затвор Рисунок 3. Реалізація схеми АБО (АБО) (а) та креслення (б) A B Y A B Рисунок 4. ІЛИ затвор (АБО) щит істини Схема схеми та креслення інвертора проілюстрована на рисунку 5, де видно, що транзистор у заземленому перемикачі емітера працює в режимі перемикання. Його роботу можна описати Y A з наступною функцією:. Накладання над входом A вказує на інверсію. Його таблицю істини видно на малюнку 6. b Y
+U R NO GATE Y A Y A T -U NO-AND-GATE (NAND) показано на малюнку 5. Реалізація схеми інвертора (а) та креслення (б) Рисунок 6 Y. Інверторна плата правди Схема реалізації та креслення затвора NAND проілюстрована на рисунку 7. A 7a. Досліджуючи з’єднання на рис. 1, можна чітко помітити, що до входу інвертора підключений затвор І. Виходячи з таблиці істинності (рис. 8), ми можемо простежити її роботу, яка показує, що ми отримали заперечення результату роботи And Gate, про яке вже йшлося раніше. Його роботу можна описати за допомогою такої функції: з'єднання, а заміщення - це заперечення. Y A B, де множення означає AND- b 2
+U A B D D2 R НЕ-АБО (NOR) RC T на рис. 7. Впровадження схеми воріт NAND та креслення A B Y Y Рисунок 8. Плата правди воріт NAND Схема реалізації та креслення шлюзу NOR проілюстрована на малюнку 9. A 9a. Розглядаючи з'єднання з рис. 1, можна чітко побачити, що затвор АБО підключений до входу інвертора. Виходячи з таблиці істинності (рис. 2), ми можемо простежити її роботу, яка показує, що ми отримали мінус результату виходу АБО, обговореного раніше. Його роботу можна описати за допомогою такої функції: з'єднання, а заміщення - це заперечення. -U A B NA ND Y A B, де додавання означає АБО- b Y 3
+U RC A B D D2 T Y A B NOR Y R a Рисунок 9. Впровадження схеми воріт NOR і креслення A B Y -U Рисунок 2. Таблиця справедливості NOR b 4
BC 82 Корпус та з'єднання Рисунок 22. Бела Маджарі: Сторінка атласу транзисторів та сторінка корпусів та з'єднань Джерело: Бела Маджарі: ТРАНЗИСТОРНИЙ АТЛАС. Технічне видавництво, Будапешт, 984. 7
Малюнок 23. Одна сторінка цифрового ІТ-атласу Béla Magyari: 2 2 Джерело: Béla Magyari-Péter Glofák-Péter Theisz: DIGITAL IC ATLAS. Технічне видавництво, Будапешт, 977. 8
Малюнок 25. Визначник коду кольору диска Перша сторона Визначник коду кольору, показаний на рис. 25, підходить для визначення резисторів, що мають чотири кольорові позначки. Перші два сигнали дають числове значення опору, третій - мультиплікатор, а четвертий - величину допуску. Відповідно, значення, прочитане з рисунка, має значення: перше число: 3, друге число: 7, яке потрібно помножити на 37, і поки що третє число, яке в даному випадку дорівнює MΩ. Відповідно, значення опору становить 37 МОм. Значення допуску відображається четвертим числом, яке зараз становить ± 0,5%. Якщо ви маєте справу з вищим значенням опору, ви можете використовувати іншу сторону колірного коду, який його визначає (рис. 26). У цьому випадку перші три цифри дають числове значення опору, а четверта цифра буде множником. П’яте та шосте значення опору знаходяться внизу кольорового детермінатора. Відповідно, значення опору: перші три цифри: 6, 5 і 2, що дає 652, і це потрібно помножити на четверту цифру, яка в цьому випадку дорівнює kω. Значення опору, таким чином, становить 652 кОм. Малюнок 26. Код кольору диска, що визначає другу сторінку 2
У бібліотеці програми моделювання Тіни також є готові схеми, які можна перевірити безпосередньо. Одночасно можна виконати імітаційне дослідження розробленої та підготовленої нами схеми. Коли ви запускаєте програму, на панелі інструментів та панелі деталей з'являється користувальницький інтерфейс, як показано на малюнку 27. До підготовлених схем можна отримати доступ, відкривши бібліотеку ПРИКЛАДІВ (Рисунки 28а та b). Малюнок 27. Інтерфейс користувача 3 У бібліотеці виберіть схему, яку потрібно відкрити, в даному випадку схему, виконану з інтегральної схеми 749. Якщо ви хочете виконати імітаційний тест, клацання на аналізі відкриє спадне вікно, де ви зможете обрати метод тестування, який у цьому випадку буде перехідним аналізом (рис. 29), і встановити необхідні параметри. Принципова схема та результат аналізу проілюстровані на малюнку 3. 3 Джерело: TINA для Windows Повна лабораторія електроніки, версія 7.24 DT-DS 22
Малюнок 28. Розмикання ланцюга Рисунок 29. Налаштування перехідного аналізу 23
Малюнок 3. Схема підключення та результат аналізу У випадку, якщо ми хочемо самостійно спроектувати та зібрати схему, ми використовуємо порожній користувальницький інтерфейс, де розміщуємо кожен елемент. Після підключення елементів ми встановлюємо їх значення та проводимо аналіз. МЕНЕДЖЕР НАВЧАННЯ. завдання На вашому робочому місці вам дають завдання використовувати схеми нахилу для складання асинхронного двійкового лічильника, який нараховує до десяти. Використовуйте програму моделювання Tina для проектування. опишіть, як це працює! Рішення Зробіть підключення та забезпечте необхідні умови роботи 24
Малюнок 32. Часова діаграма чотирирозрядного асинхронного лічильника Реалізацію схеми можна побачити на малюнку 3, де ми можемо використовувати затвор І, щоб переконатися, що відлік починається з нуля після десятого імпульсу. Робота та схема лічильника проілюстрована на малюнку 32. Завдання 2 На вашому робочому місці доручено впровадити схему лічильника, описану вище, за допомогою синхронного десяткового двонаправленого лічильника мікросхеми SN92. Скористайтеся перевагами двонаправленого підрахунку, встановивши перемикач. Доступні дані з каталогу IC (рис. 33) та програми моделювання Tina. Виконайте перевірку роботи ланцюга за допомогою програми імітації. 26
Рішення: Малюнок 33. SN7492 синхронний десятковий лічильник 4 Каталог (рис. 33) може використовуватися для підключення висновків мікросхеми та визначення логічних рівнів кожного входу з операційної таблиці, що означає, що імпульс повинен бути направлений на вхід COUNT UP і COUNT DOWN повинен бути підключений до рівня Н, тобто логіки. При підрахунку назад два входи міняються місцями, тому доцільно використовувати подвійний перемикач під час проектування. Схема реалізації проілюстрована на малюнку 34. 4 Джерело: Béla Magyari-Péter Glofák-Péter Theisz: DIGITAL IC ATLAS. Технічне видавництво, Будапешт, 977. 27
Imp QE U Підрахунок вперед U Підрахунок назад K K CLR ВГОРУ ВНИЗ ВАНТАЖЕННЯ A B C D QJ QK QL QM U6 CLR UP DOWN LOAD A B C D U6 a b CO BO QA QB QC QD CO BO QA QB QC QD Рисунок 34. Підрахунок вперед і назад QA QB QC QD При маркуванні виходів доцільно проводити безперервне маркування, оскільки це відокремлює сигнали двох станів на схемі (рис. 35) 28
Малюнок 35. Діаграма синхронізації лічильників BCD 29
ЗАВДАННЯ САМООЦІНКИ. Завдання Студентам на робочому місці пропонується коротко ознайомити їх з основними функціями логіки. Завдання 2 Учні пропонують пояснити, чим справжній квадратний знак відрізняється від ідеального квадратного знака. Для розв’язання намалюйте справжній квадратний знак і вкажіть його характеристики. Малювання: 3
Характеристики імпульсу:.) 2.) 3.) 4.) 5.) 6.) 7.) 8.) 9.) Завдання 3 Ваш керівник робочого місця просить вас ознайомити студентів на практиці з роботою бістабільного мультивібратора та до сховища RS, реалізованого за допомогою логічних шлюзів. Складіть принципову схему для перевірки роботи. Завдання 4 Учням пропонується намалювати принципову схему тригера Шмітта та пояснити суть її роботи. 3
Завдання 5 Ваш керівник робочого місця просить вас пояснити структуру NAND Gate та як це працює для студентів там. Завдання 6 Учні не можуть визначити значення резистора в ланцюзі. Вас просять допомогти їм. Опір показано на малюнку 36. 32
Малюнок 36. Кольоровий резистор Значення опору. Завдання 7 Учні хочуть розімкнути цифрову схему в програмі моделювання Тіни і просять вас допомогти їм. 33
Тривалість вимірювання при 5u двох імпульсів. T = T i + T 6. Перевитрата (ε) Співвідношення Uε до U, виражене у% U U U% 7. Падіння даху (ε 2) Співвідношення Ut до U, виражене у%. 8. Коефіцієнт заповнення (α) Зв'язок між часом імпульсу та періодом часу 9. Частота імпульсу (повторення) (fi) U ε UU t, 9 U, 5 U, UUUU 2 U t% Ti% і 2 TT fi TT i TT i T it T Рисунок 37. Справжній імпульс 35
Завдання 3 + UT R2 C2 C R R Q R4 R3 Q2 T2 R6 -U R5 a Q T Q2 S Рисунок 38. Схема реалізації бістабільного мультивібратора з транзисторами (а) і затворами (б) Характеристика бістабільного мультивібратора полягає в тому, що він має два стабільних стану і виходить з цього стану, лише якщо сигнал, необхідний для перекидання, подається на його вхід. 38а. Коли схема, показана на рис. 1, підключена до напруги живлення, завдяки провідності одного транзистора і позитивного зворотного зв'язку, інший транзистор переходить у замкнутий стан і залишається в цьому стані, поки це не зміниться сигналом, що подається на вхід . S R Q Як і в попередньому такті Малюнок 39 незрозумілий. Стіл "Правда RS" із воріт NV Рис. 38b. На малюнку 1 показаний бістабільний мультивібратор, реалізований з логічними затворами, який також називається сховищем R-S. Це характеризується тим, що якщо обидва входи є логічними, вихід не буде чітким (рис. 39) b 36
Завдання 4 + UT RC2 C RC Ub e T2 R3 R Uki T R2 на малюнку 4. Тригер Шмітта та його передавальні характеристики Тригер Шмітта - це бістабільна схема нахилу (рис. 4а), яка нахиляється при заданому значенні вхідного сигналу, а коли вхідний сигнал зменшується, коли сигнал досягає певного значення, схема нахилу нахиляється назад . Контур нахилу не нахиляється і не відхиляється назад на одному рівні напруги. Ця різниця між двома рівнями напруги називається напругою гістерезису, або просто гістерезисом схеми (рис. 4b), що також наводиться в каталогах як важлива характеристика. Тригер Шмітта найчастіше використовується, коли форма сигналів така, що вони непридатні для безпосередньої обробки в цифровій технології. Завдання 5 A B D D2 R RC T Y + U b A B NA ND Y -U a b Рисунок 4. Впровадження схеми та креслення затвору NAND 37
Реалізація та креслення схеми проілюстровано на малюнку 4. A 4a. Досліджуючи з’єднання на рис. 1, можна чітко помітити, що до входу інвертора підключений затвор І. Спираючись на таблицю істини (рис. 42), ми можемо стежити за її функціонуванням протягом усього, що показує, що ми отримали негатив вихідних даних І-воріт, про які йшлося раніше. Його роботу можна описати за допомогою такої функції: з'єднання, а заміщення - це заперечення. Y A B, де множення означає AND - Завдання 6 A B Y Рисунок 42. NAND Gate Drawing and Truth Board Для вирішення цієї проблеми ми можемо використовувати ідентифікатор кольорового коду з чотирьох кольорів, оскільки чотири кольорові позначення показані на резисторі, показаному на рис. 43. Малюнок 43. Кодований резистор Колірні циферблати встановлюються на кольори на резисторі (рис. 44), а потім зчитуються значення. Перше число:, друге число: 5, тобто читабельне числове значення буде 5, яке потрібно помножити на значення в третьому місці (). Отриманий таким чином результат дорівнює 5 Ом, тобто 5 кОм. Четверте числове значення дає допуск опору, який у цьому випадку становить ± 5%. 38
Завдання 7 Малюнок 44. Визначник коду кольорового набору Коли ви запускаєте програму Tina, на панелі інструментів та панелі деталей з'являється користувальницький інтерфейс. Щоб розімкнути схему, потрібно спочатку відкрити каталог EXCAMPLES (рис. 45), тут ви виберете та відкриєте каталог «LOGIC_IC». Схема, яку слід відкрити, в даному випадку схема 749 TSC, вибирається в бібліотеці (рис. 46). Малюнок 45. Відкриття каталогу 39
Малюнок 46. Розмикання ланцюга 4
БІБЛІОГРАФІЯ ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА Бела Мадьярі-Петер Глофак-Петер Тейс: Цифрова ІЦ АТЛАС. Műszaki Könyvkiadó, Будапешт, 977. Бела Маджарі: ТРАНЗИСТОРНИЙ АТЛАС. Видавництво технічної книги, Будапешт, 984. Доктор Отто Сіття: Вступ до електроніки. Навчальний центр LSI, Будапешт, 996. У. Тітце - Ч. Шенк: Аналогові та цифрові схеми. Műszaki Könyvkiadó, Будапешт 993. Доктор Ласло Шнелл, головний редактор: Технологія вимірювання сигналів та систем. Műszaki Könyvkiadó, Будапешт, 985. РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА László Hegyesi-László Mihály: Симуляція в електроніці Видавництво General Press Будапешт, 22. Човор Ковач: Видавництво Digital Electronics General Press Будапешт, 22. 4
Елемент 22 змісту професійного підручника модуля 396-6 може бути використаний для таких професійних кваліфікацій: Ідентифікаційний номер OKJ професійної кваліфікації: Назва професійної кваліфікації 3 522 Монтажник електричних машин та обладнання Рекомендована кількість годин на обробку змісту професійного підручника елемент: 2 години
Публікація базується на новому плані розвитку Угорщини SROP 2.2. 8/-28-2 Створено в рамках поліпшення якості та змісту навчання. Проект підтримується Європейським Союзом та співфінансується Європейським соціальним фондом. Опубліковано Національним інститутом професійної освіти та освіти дорослих 85 Будапешт, Барос. 52. Телефон: () 2-65, факс: () 2-63 Відповідальний видавець: Ласло Надь, генеральний директор