Министерство общего и профессионального образования

Российской федерации

Томский политехнический университет

Е.Л. Собакин

Цифровая схемотехника

Лабораторный практикум

Томск 1999

УДК 681.325.6

Собакин Е.Л. Цифровая схемотехника: Лабораторный практикум. – Томск: Изд. ТПУ, 1999.-96 с.

Приведена методика выполнения лабораторных работ по практическому ознакомлению с функциональными свойствами логических модулей и элементов в интегральном исполнении (серии ИМС К155). Имеются задания, описания установок, требования к содержанию отчётов и вопросы для самоконтроля. Работа подготовлена на кафедре автоматики и компьютерных систем томского политехнического университета и предназначена для студентов специальности 210100 – «Управление и информатика в технических системах».

Печатается по постановлению Редакционно-издательского Совета Томского политехнического университета

Рецензенты:

В.М. Дмитриев - В.М. Дмитриев - Заведующий кафедрой теоретических основ электротехники Томского университета систем управления и радиоэлектроники, профессор, д.т.н.

С.И. Королёв - С.И. Королёв - Директор ТОО НПО «Спецтехаудитсервис», к.т.н.,

старший научный сотрудник.

С 30 3013-99

Темплан 1999

© Томский политехнический университет, 1999

Лабораторный практикум Общие сведения и требования

Лабораторные работы выполняются фронтальным методом на стендах унифицированной конструкции. Каждая работа оформлена на отдельном субблоке стенда с индивидуальным наименованием и с индивидуальной лицевой панелью. Все субблоки установлены в основной несущей конструкции и являются съёмными. Кроме субблоков, предназначенных для лабораторных работ, имеется субблок общего назначения под наименованием «Секундомер», на котором расположен тумблер СЕТЬ, и встроенный блок источника напряжений лабораторного электропитания. Первичным напряжением служит общая сеть ~220 В переменного тока f=50 Гц, а вторичное напряжение, используемое для питания лабораторных субблоков, составляет 5В постоянного тока (номинальное напряжение для микросхем транзисторно-транзисторной логики (ИМС ТТЛ)). На лицевой панели каждого субблока имеется отдельный тумблер с гравировкой ПИТАНИЕ, служащий для включения и отключения напряжения =5В. Включение напряжения контролируется по свечению соответствующего светодиода.

Все лабораторные макеты выполнены на микросхемах серии К155, поэтому уровни логического нуля и логической единицы (лог.0) и (лог.1), соответственно, равны 0,4В и не менее 2,4В. Это следует учитывать при пользовании осциллографами для наблюдения сигналов на входах и выходах исследуемых элементов и модулей. Кроме того, тактовые частоты при исследовании работы субблоков в динамических режимах выбраны так, чтобы можно было осуществить контроль сигналов визуально по светодиодам.

Для выполнения лабораторной работы необходимо получить разрешение преподавателя, включить тумблер СЕТЬ на субблоке «Секундомер» и затем тумблер ПИТАНИЕ на соответствующем субблоке. Убедитесь, что контролирующий подачу напряжения светодиод загорелся.

На лицевых панелях субблоков приведены упрощенные функциональные схемы лабораторных установок и условие графические обозначения (УГО) исследуемых микросхем. Кроме того, на лицевую панель вынесены коммутационные гнёзда, тумблеры и элементы индикации (светодиоды). Загорание (свечение) светодиода соответствует сигналу логической единицы на входе\выходе рассматриваемого элемента или логического модуля. Проконтролировать значения сигналов можно также при помощи осциллографа, подключив его к соответствующим гнёздам.

Одним из обязательных пунктов задания на выполнение лабораторной работы является ознакомление с конструкцией лабораторной установки. Под этим следует понимать: уяснение назначения и расположения всех коммутационных элементов (гнёзд, тумблеров, кнопок), элементов индикации, а также изучение приведённых на лицевых панелях субблоков функциональных схем и УГО ИМС.

При выполнении работ необходимо соблюдать элементарные правила техники электробезопасности. Так как вторичное напряжение (+5В) не опасно для жизни, то специальных мер не требуется. Однако с целью обеспечения безотказной работы лабораторных установок и лабораторного стенда в целом следует придерживаться ниже перечисленных правил:

• перед включением напряжения сети убедитесь, что тумблеры ПИТАНИЕ на всех субблоках стоят в положениях «выключено» (ВЫКЛ.) Включать напряжение можно только на один субблок;

• при сборке схем не допускается подключать выход элемента к шине логического нуля (лог. 0), то есть к корпусу лабораторного стенда или, что то же самое, к общему полюсу источника питания;

• сборку схем производить при выключенном напряжении питания;

• по окончании работы следует выключить напряжение питания и напряжение сети.

Одна лабораторная работа выполняется бригадой студентов их двух человек с оформлением одного отчёта. Отчеты оформляются согласно принятым на кафедре требованиям, а затем производится защита лабораторной работы. (Образец формы титульного листа приведён в Приложении 1). Защита заключается в ответах на вопросы как по отчёту, так и по соответствующему разделу теоретического курса. Преподаватель имеет право назначить студентам индивидуальные отчёт по выполненным лабораторным работам. Студент, выполнивший, но не защитивший более трех работ, к следующим работам не допускаются.

Методические указания составлены для каждой работы и оформлены подразделами. Причём собственно указания приводятся в порядке следования пунктов задания на выполнение работы. Не рекомендуется ни пропускать отдельные пункты, ни изменять их последовательность выполнения, так как получаемые результаты взаимно связаны. И нарушение последовательности может привести к затруднениям в ходе работы.

Кроме непосредственно методических указаний в данном пособии по каждой работе приведены: цель лабораторной работы; основные сведения из теоретической части курса; краткое описание субблока; задание на работу; содержание отчета и вопросы для самопроверки.

Основные сведения содержат необходимый для выполнения задания теоретический материал. Поэтому с ними следует ознакомится в первую очередь и сделать выписки для отчёта.

Задание (программа работы), как правило, включает в себя ознакомление с лабораторной установкой, экспериментальную часть и анализ результатов экспериментов. Частично анализ результатов может быть выполнен в ходе работы, но основные выводы по работе можно сделать только после домашнего анализа полученных результатов. Чтобы не возникло конфликтов, студентам по окончании занятий следует показать результаты выполнения работы преподавателю.

Подраздел «Содержание отчёта» содержит минимальный перечень материала, который должен быть приведен в отчёте, чтобы защита работы была успешной. Преподаватель имеет право изменить этот перечень, учитывая активность студентов на занятиях, их дисциплинированность и степень подготовки.

Рекомендуемые литературные источники содержат дополнительный материал методологического или справочного характера, позволяющий углубить знания по тем или иным вопросам, возникающим при выполнении лабораторных работ.

В данных указаниях приведены контрольные вопрос или вопросы для самопроверки. Поиск ответов на эти вопросы при самостоятельной подготовке позволит студенту качественно подготовиться к защите.

Работа 1. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ