Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

А. В. ИВАНОВ

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ПЕРСОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по дисциплине «Программируемые персональные электронные средства»

Тамбов 2012

УДК 621.396.61(076.5)

ББК з841-01я73-5

Д-183

Р е ц е н з е н т ы:

доктор технических наук, профессор Ю.Т. Зырянов

Иванов А.В.

Программируемые персональные электронные средства: Лабораторный практикум /А.В.Иванов. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2012. – 35 с.

Рассматриваются вопросы организации лабораторных работ по дисциплине «Программируемые персональные электронные средства».Предназначено для студентов дневного и заочного отделений специальности 210303 – Бытовая радиоэлектронная аппаратура и бакалавров направления 210400 - Радиотехника.

УДК 621.396.61(076.5)

ББК з841-01я73-5

Обсужден и утвержден на заседании Научно-методического совета по специальности 210303.65 – Бытовая радиоэлектронная аппаратура протокол № 2 от 24 . 06 . 2012 г.

Председатель НМСН Пудовкин А.П.

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………..4

2. Лабораторная работа №1 «Исследование ждущего мультивибратора, собранного на 555 таймере» ……………………………...............................5

3. Лабораторная работа №2 «Исследование двухтонального генератора»…………………………………………………….…………….11

4. Лабораторная работа №3 «Исследование кодовых замков»……………...15

5. Лабораторная работа №4 «Исследование системы охранной сигнализации на основе активного ИК датчика» ………………………...18

6. Лабораторная работа №5 «Исследование резонансных электронных кодовых замков» ……………………………………………………….…...18

Введение

Целью проведения курса лабораторных работ по дисциплине является подтверждение теоретических сведений полученных на лекциях или при самостоятельном изучении материала и овладение практическими навыками работы с элементами программируемых персональных электронных устройств.

1. Исследование ждущего мультивибратора, собранного на 555 таймере Цели работы

1. Изучение принципа построения и работы ждущего мультивибратора, собранного на 555 таймере.

2. Исследование влияния элементов ждущего мультивибратора на характеристики выходного сигнала.

Содержание работы

1. Изучение функциональной схемы и принципа работы таймера 555.

2. Исследование работы ждущего мультивибратора, собранного на ИМС LM555CN.

3. Составление отчета.

4. Защита лабораторной работы.

1. Изучение функциональной схемы и принципа работы таймера 555

1.1 Общие сведения

555-й таймер — одна из наиболее популярных и простых в применении микросхем.

Её история началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine).

За прошедшие 35 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. Но при всем при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий у всех этих версий нет. Все они полные аналоги друг друга.

Помимо стандартных, выпускается еще две разновидности микросхем — 556 и 558. 556 — это сдвоенная версия таймера, 558 — счетверенная.

Микросхема содержит около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Состав и количество компонентов могут несущественно меняться в зависимости от производителя. Выходной ток может достигать 200 мА, потребляемый — на 3- 6 мА больше. Напряжение питания может изменяться от 4,5 до 18 вольт. При этом точность таймера практически не зависит от изменения напряжения питания и составляет 1 % от расчетного.

Таймер 555 выпускают многие всемирно известные производители электронных комплектующих. Они, как правило, предлагают несколько версий исполнения данной микросхемы, отличающихся характеристиками, граничными параметрами, строением корпуса и технологией изготовления. Texas Instruments производит несколько типов таймеров 555, выполненных по технологии TTL и CMOS, с обозначением NE555, SE555, SA555, NE556, SE556, SA556, TLC551, TLC552C, TLC555. National Semiconductor производит таймеры 555, выполненные по технологии TTL и CMOS, с обозначением LM555, LM555C, LM556C, LMC555. Philips Semiconductors производит несколько типов таймеров 555, выполненных по технологии TTL и CMOS, с обозначением NE555, SE555, SA555C, ICM7555, NE556, SE556, NE558. С использованием CMOS технологии таймер 555 выпускают следующие производители: Maxim - ICM7555, ICM7556; Intersil - ICM7555, ICM7556; STMicroelectronics - TS555C, TS555I, TS555M. С использованием биполярной технологии таймер 555 выпускают: STMicroelectronics - NE555, SA555; Hitachi - HA17555; Fairchaild Semiconduktor - KA555, KA556; JRC - NJM555, NJM556; Sanyo - LB8555D, LB8555S, LB8555M; KEC - KIA555P/F; Micrel - MIC1555, MIC1557.

1.2 Функциональная схема 555 таймера

Функциональная схема 555 таймера представлена на рис.1.

1. Земля (GND). Вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.

2. Запуск (TRIGGER). Вход компаратора № 2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb, см. функциональную схему) и конденсатором С — это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным. Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.

3. Выход (OUT). Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий — высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.

4. Сброс (RESET). При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания — это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод настоятельно рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.

5. Контроль (CONTROL). Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора № 1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45 % до 90 % напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем FM модулированный сигнал на выходе. Если же этот вывод не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.

6. Останов (THRESHOLD). Этот вывод является одним из входов компаратора № 1. Он используется как своего рода антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.

7. Разряд (DISCHARGE). Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т1, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.

8. Плюс питания (Vcc). Как и в случае с выводом 1 особо ничего не скажешь. Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт. У военных версий микросхемы верхний диапазон находится на уровне 18 вольт.

Рис 1. Функциональная схема 555 таймера.