ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ УСТАНОВКАМИ

Методические указания

Омск - 1999

Составители: Ю.З. Ковалев, д-р техн. наук, профессор;

Е.М. Кузнецов, канд. техн. наук

Методические указания включают в себя описание лабораторных работ по исследованию цифровых функциональных узлов, входящих в состав контроллеров, электронных аппаратов и автоматических регуляторов состояния промышленных объектов. Работы выполняются на учебном лабораторном стенде, выпускаемом отечественной промышленностью. При домашней подготовке к работе студент, ознакомившись с описанием, должен четко уяснить себе методику эксперимента, выполнить расчетную часть и включить ее в бланк отчета. Выполнению экспериментальной части предшествует собеседование студента с преподавателем. По окончании исследований студенты оформляют индивидуальные отчеты и после краткого опроса по существу проделанной работы получают зачеты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Назначение

Универсальный стенд предназначен для изучения на лабораторных занятиях основных элементов и узлов цифровых устройств, получивших применение в системах управления, а именно:

• базовых логических элементов (ЛЭ) НЕ, И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ,ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ;

• комбинационных узлов, выполненных на базовых ЛЭ и в виде самостоятельных интегральных микросхем (ИМС);

• последовательностных элементов и узлов, собранных на базовых ЛЭ,а также в виде самостоятельных ИМС;

• модели микроЭВМ.

Состав и конструкция

Стенд состоит из общего блока ввода-вывода информации (рис. 1) и шести сменных плат, на которых смонтированы исследуемые цифровые элементы, узлы и устройства. Платы подключаются к блоку через разъем. С помощью тумблеров SА1...SА5 и кнопок SВ1...SВЗ производится ввод информации и задание режимов работы. Вывод данных осуществляется на светодиодный дисплей. Он состоит из девяти светодиодов НL1...НL9 для индикации в 9 разрядах уровней логической 1 (светодиоды светятся) и логического 0 (не светятся), а также семисегментного индикатора НG1 для высвечивания числа в десятичном или шестнадцатеричном коде.

Рис. 1. Лицевая панель стенда

Лабораторная работа № 1 исследование основных логических элементов и простейших комбинационных устройств

Цель работы

Овладеть основами алгебры логики, ознакомиться с элементной базой транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ ), исследовать работу логических элементов и комбинационных устройств.

Пояснения к лабораторному стенду

Лабораторная работа проводится на плате П1. Принципиальная схема платы приведена на рис. 1.1 внутри прямоугольника, обведенного пунктирной линией. Цифры на гранях прямоугольника означают номера контактов на разъеме. Блоки управления и индикации расположены в основном блоке ввода-вывода.

ЛЭ на плате П1 исследуются при подаче на их входы логических сигналов (0 или 1) от тумблеров SА1...SА5. Уровень сигнала определяется по положению подвижного контакта тумблера (вверху -1, внизу - 0), уровень выходного сигнала ЛЭ определяется по свечению индикаторов НL1...НL9.

В ходе выполнения работы используются девять сменных технологических плат (шаблонов). На них изображена принципиальная схема исследуемого устройства в виде соединений ЛЭ, выполняющих определенные функции.

Карта 1.1 разрешает использование SА1, SА2 и индикатора НLЗ. В этом случае реализуется ЛЭ И-НЕ.

Карта 1.2 -разрешается использование SА1, SА2 и НL5. Реализуется ЛЭ И,

Карта 1.3 - разрешается использование SА1, SА2 и НL2. Элемент ИЛИ-НЕ.

Карта 1.4SА1.SА2и НL4. Элемент ИЛИ.

Карта 1.5 SА1,SА2 и НL6. Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (сумматор по модулю 2)

Карта 1.6 SА1.SА2 и НL7. Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ (равнозначность ).

Карта 1.7 SА1, SА2, SАЗ и НL9. Трехразрядное устройство проверки на четность.

Рис.1.1Схема платы П1 и её подключения к основному блоку.

Карта 1.8 SА1 SА2, SА4, SА5 и НL1. Устройство сравнения двух двухразрядных чисел Х1(SА1) Х2(SА4) и Z1(SА2) Z2( SА5). При выполнении условия Х1Х2 = Z1Z2 на выходе появляется 1 ( не светится НL1 ).

Карта 1.9 SА1,SА2 и НL8,НL5. Одноразрядный сумматор по модулю 2. Выход суммы - НL8, выход переноса в следующий разряд - НL5.

Домашняя подготовка

1. Изучить основы алгебры логики. Выписать основные законы алгебры логики.

2. Ознакомиться с элементной базой ТТЛ. Зарисовать принципиальную схему базового элемента ТТЛ. Уметь объяснить его работу.

3. Зарисовать условно-графические обозначения изучаемых логических элементов и привести их логические уравнения.

4. Продумать и зарисовать в тетради схемотехническую реализацию на плате П1 логических функций И-НЕ, И, ИЛИ-НЕ, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, РАВНОЗНАЧНОСТЬ.

5. Зарисовать в тетради принципиальные схемы комбинационных устройств, реализующих на плате П1 функцию четности, сравнения двух пар чисел и одноразрядный сумматор.

Экспериментальная часть

1. Последовательно используя технологические карты, исследовать работу изучаемых логических устройств. Комбинации входных сигналов набирать с помощью тумблеров SА1...SА5.

2. По результатам исследований составить таблицы истинности для каждого устройства (соответственно для каждой технологической карты). Таблицы должны содержать все возможные комбинации входных сигналов.

XI	Х2	У

XI
Х2
ХЗ
V

XI
Х2
21
22
У						7

3. На основании таблиц истинности привести словесное описание работы исследуемых устройств. Сделать выводы.

Вопросы к защите

1. Установить, какие узлы базового элемента ТТЛ определяют тип выполняемой им логической функции.

2. Как изменятся логические функции заданных преподавателем устройств, если все их прямые входы заменить на инверсные?

3. Пользуясь законами алгебры логики, преобразовать заданную преподавателем схему в более простой вид.

4.Привести примеры контактных устройств, выполняющих логические функции в электрических аппаратах и электроприводах.

Библиография

1. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. - М.: КУбК - а, 1997. - 576 с.

2. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М-Энергоатомиздат, 1988.-320с.

3. Игумнов Д.В., Королев Г.В. Основы микроэлектроники. - М.: Высш.шк., 1991.-496 с.

4. Техническая электроника: Учеб. пособие / Ю.З.Ковалев, Е.М.Кузнецови др. Омск: Изд. ОмПИ, 1986.-81 с.