Раздел 5. Микропроцессорные системы.

Тема 5.1. Полупроводниковая память.

Студент должен:

Знать назначение, область применения, принцип работы запоминающих устройств(«ЗУ»).

Уметь определять по маркировке функциональное назначение данных элементов.

Содержание учебного материала

Назначение и классификация напоминающих запоминающих устройств. Статические, динамические, перепрограммируемые запоминающие устройства. Флэш-память. Область применения.

Вопросы для самоконтроля

1. Каково назначение запоминающих устройств цифровой техники?

2. По каким признакам классифицируют запоминающие устройства?

3. Какими основными параметрами характеризуется ЗУ?

4. Почему быстродействие и информационная емкость ЗУ являются противоречивыми характеристиками?

Тема 5.2. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые устройства.

Студент должен:

Знать достоинства, недостатки, области применения, принцип работы аналого-цифровых и цифро-аналоговых устройств.

Уметь по паспортным данным анализировать их основные технические характеристики.

Содержание учебного материала

Цифровая обработка электрических сигналов: дискретизация, квантование. Принцип работы аналого-цифрового преобразователя, применение. Принцип работы цифро-аналогового преобразователя, применение.

Вопросы для самоконтроля

1. Чем отличаются цифровые сигналы от аналоговых?

2. Какие задачи выполняют аналого-цифровые преобразователи(АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи(ЦАП).

3. Какие важнейшие характеристики имеют АЦП и ЦАП?

4. Что называется разрешением АЦП?

Тема 5.3. Микропроцессоры.

Студент должен:

Знать структуры микропроцессоров, назначение блоков и регистров, область применения.

Уметь изображать простейшие структурные схемы микропроцессоров, объяснить их работу, обосновывать экономическую необходимость применения микропроцессоров на ПС.

Содержание учебного материала

Структура процессора, назначение структурных блоков. Архитектура процессоров. CISC-, RISC-,VLIW-процессоры. Микропроцессоры, разновидности, применение. Цифровые сигнальные процессоры, применение. Микроконтроллеры, системы на кристалле, применение.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое микропроцессор?

2. Какова структурная схема обобщенного микропроцессора?

3. Каковы основные характеристики микропроцессора?

4.Что называют микропроцессорной системой?

5. Какова структурная схема микропроцессорной системы?

№ п/п		Наименование разделов и тем	Количество аудиторных часов при очной форме обучения
			всего	в том числе
				Лабораторных работ	Практических занятий
1		Введение	2
Раздел 1		Электронные приборы	35
Тема 1.1		Физические основы полупроводниковых приборов	2
Тема 1.2		Полупроводниковые диоды	4	2
Тема 1.3		Тиристоры	3	2
Тема 1.4		Транзисторы	6	2
Тема 1.5		Интегральные микросхемы	2
Тема 1.6		Полупроводниковые фотоприборы	2
Раздел 2		Электронные усилители и генераторы	19
Тема 2.1		Электронные усилители	4	2
Тема 2.2		Электронные генераторы	4	2
Раздел 3		Источники вторичного питания	23
Тема 3.1		Неуправляемые выпрямители	4	2
Тема 3.2		Управляемые выпрямители	4	2
Тема 3.3		Сглаживающие фильтры	4	2
Тема 3.4		Стабилизаторы напряжения и тока	4	2
Раздел 4		Логические устройства	19
Тема 4.1		Логические элементы цифровой техники	4
Тема 4.2		Комбинационные цифровые устройства	2
Тема 4.3		Последовательностные цифровые устройства	4
Раздел 5		Микропроцессорные системы	16
Тема 5.1		Полупроводниковая память	2
Тема 5.2		Аналого-цифровые и цифро-аналоговые устройства	4
Тема 5.3		Микропроцессоры	4
		Всего:	114

Пояснительная записка

Дисциплина «Электроника и микропроцессорная техника» предусматривает изучение электронных устройств и приборов применительно к подвижному составу (ПС), поэтому, в ответах контрольной работы необходимо проводить конкретные примеры применения электронных приборов и устройств в электрических схемах ПС, работу электронного устройства или прибора в электрической схеме, и не забывать указывать серию или тип ПС. Для этого нужно ознакомиться с дополнительной литературой в соответствии с дальнейшей специализацией студентов №190623 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог» (Локомотивы).

Причины разработки данного методического указания:

1.Переход на новые госстандарты

2.Изменения по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника» и отсутствие контрольной работы в соответствии с новой программой.

3.Существующая старая контрольная работа является, репродуктивной и не соответствуют новым образовательным стандартам.

Структура контрольной работы

Контрольное задание в соответсвии с отраслевым стандартом и состоит из 5 заданий, охватывающих основные вопросы 5 разделов «Электроника и микропроцессорная техника»:

В целях развития навыков самостоятельной работы и лучшего выявления уровня знания студентов, задание контрольной работы составлено в 50-ти вариантах, в каждом варианте по 5 вопросов. Номер варианта выбирается по двум последним цифрам шифра студентов, номера первых пяти вопросов указаны в таблице вариантов, пятый вопрос и варианте в таблице №4.

Первые задания теоретического характера репродуктивного типа, для ответа на них необходимо изучить темы №1;№2;№4[1]. П Элементы основы электроники:[1];микроэлектроники»; [1]

4- элементы импульсивной техники»:[1]

Для ответа на третий вопрос необходимо знать схемы выпрямления, уметь производить расчеты по заданным величинам, на основании полученных расчетов и таблицы №3 «Параметры выпрямительных диодов» подобрать диоды и составить схему выпрямителя. См.стр.5-9 методических рекомендаций,стр.38-41 [1] тема «Выпрямители».

Для ответа на четвертый вопрос необходимо знать схемы: усилителей, генераторов. Из набора заданных элементов уметь составлять соответствующие схемы и объяснить их принцип действия, а также объяснить изменения в работе схем при изменении параметров ее элементов или отключении одного из элементов. Рекомендуется изучить страницы 50-58[1];стр.191-195[1];стр.541-575[5]

В ответе на шестой вопрос (смотри вопросы, варианты, задания №6) необходимо указать применение микросхем на Э.П.С. Прежде чем выполнять пятый вопрос необходимо изучит материалы учебника [2] стр.76-80,а так же тему №2 «Микроэлектроника» данного учебника. Список основной и дополнительной литературы предоставлен в методических рекомендациях [стр.23.]

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:

1.Контрольная работа должна быть написана чернилами(пастой) синего или фиолетового цвета. Для замечаний рецензента следует оставлять поля.

2.Рекомендуется все задачи сначала выполнить в общем виде, затем в формулы подставлять числовые значения величин, указывая размерности. Вычисления необходимо производить с точностью не менее чем до сотых или тысячных долей, в зависимости от величины. К решению задач необходимо представить подробные объяснения..

3. При выполнении схем необходимо соблюдать требования ГОСТа по изображению элементов схем и обозначению единиц измерения.

ГОСТ-2.729-68 ГОСТ-2.728-74

ГОСТ-2.723-68 ГОСТ-2.321-84

4.Работа должна быть подписана студентом.( Шифр, назначение работы, Ф.И.О., домашний адрес.)

5. В конце работы указывается используемая в работе литература.

Контрольная работа №1.

Таблицы вариантов

Две последние цифры шрифта	Номер варианта	Номер вопросов					Две последние цифры шрифта	Номер варианта	Номер вопросов
01 или 51	1	1	43	44	64	1	26 или 76	26	26	21	49	69	26
02 или 52	2	2	29	45	65	2	27 или 77	27	27	20	50	70	27
03 или 53	3	3	27	46	66	3	28 или 78	28	28	19	51	71	28
04 или 54	4	4	18	47	67	4	29 или 79	29	29	18	52	72	29
05 или 55	5	5	30	48	68	5	30 или 80	30	30	17	53	73	30
06 или 56	6	6	42	49	69	6	31или 81	31	31	16	54	64	31
07 или 57	7	7	41	50	70	7	32 или 82	32	32	15	55	65	32
08 или 58	8	8	34	51	71	8	33 или 83	33	33	14	56	66	33
09 или 59	9	9	38	52	72	9	34 или 84	34	34	13	57	67	34
10 или 60	10	10	37	53	73	10	35 или 85	35	35	12	58	68	35
11 или 61	11	11	36	54	64	11	36 или 86	36	36	11	59	69	36
12 или 62	12	12	35	55	65	12	37 или 87	37	37	10	60	70	37
13 или 63	13	13	34	56	66	13	38 или 88	38	38	9	61	71	38
14 или 64	14	14	33	57	67	14	39 или 89	39	39	8	62	72	39
15 или 65	15	15	32	58	68	15	40 или 90	40	40	7	63	73	40
16 или 66	16	16	31	59	69	16	41 или91	41	41	6	44	64	41
17 или 67	17	17	30	60	70	17	42 или 92	42	42	5	45	65	42
18 или 68	18	18	29	61	71	18	43 или 93	43	43	34	46	66	43
19 или 69	19	19	28	62	72	19	44 или 94	44	10	25	47	67	44
20 или 70	20	20	27	63	73	20	45 или 95	45	14	26	48	68	45
21 или 71	21	21	26	44	64	21	46 или 96	46	15	27	49	69	46
22 или 72	22	22	25	45	65	22	47 или 97	47	26	4	50	70	47
23 или 73	23	21	24	46	66	23	48 или 98	48	27	3	51	71	48
24 или 74	24	24	23	47	67	24	49 или 99	49	35	2	52	72	49
25 или 75	25	25	22	48	68	25	50 или 00	50	43	1	53	73	50

Вопросы контрольной работы №1.

Задание 1,2

1. Физические основы работы полупроводниковых приборов. Общие сведения. Виды проводимостей. Краткая характеристика.

2. Принцип действия полупроводникового диода.

3. Устройство и классификация диодов.

4. Конструкция и основные параметры силовых диодов.

5. Транзисторы. Общие сведения, классификация, устройство.

6. Устройство, принцип действия, усилительные свойства биполярного транзистора.

7. Характеристика схем включения транзисторов.

8. Полевые транзисторы. Условное обозначение, устройство, принцип действия, параметры. Достоинство и недостатки полевых транзисторов по сравнению с биполярными.

9. Схемы включения и их характеристики для полевых транзисторов.

10. Принцип действия тиристора.

11. Конструкция, классификация и основные параметры тиристоров.

12. Фоторезисторы, фотодиоды, условное обозначение. Устройство, принцип действия. Параметры.

13. Фототранзисторы. Фототиристоры. Условное обозначение, устройство, принцип действия, параметры.

14. Светодиоды. Условное обозначение. Устройство, принцип действия. Параметры. Применение в ЭПС.

15. Оптроны. Условное обозначение. Устройство, принцип действия. Параметры. Применение.

16. Тиристоры. Условное обозначение, устройство, принцип действия.

17. Структурная схема управляемого выпрямителя. Назначение и принцип действия отдельных блоков. Однофазный управляемый выпрямитель.

18. Управляемый однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель. Схема. Принцип действия схемы. Применение в ЭПС.

19. Классификация, параметры выпрямителей. Принцип действия однофазного выпрямителя.

20. Однофазный, мостовой двухполупериодный выпрямитель. Схема. Принцип действия. Временные диаграммы. Применение в ЭПС.

21. Компенсационный стабилизатор тока. Схема. Принцип действия. Параметры.

22. Сглаживающие фильтры и реакторы, схемы. Принцип действия. Пример применения в ЭПС.

23. Электронные усилители, назначение, классификация, основные параметры.

24. Режим работы усилителей. Выбор рабочего режима.

25. Полупроводниковые интегральные микросхемы. Общие сведения

26. Гибридные интегральные микросхемы. Принцип изготовления. Основные параметры и обозначения интегральных микросхем.

27. Микропроцессоры, назначение, структурные схемы. Пример применения в схемах ПС.

28. Основные параметры электрических импульсов. Формирование электрических импульсов.

29. Электронные ключи, назначение и принцип действия.

30. Генераторы пилообразных импульсов, назначение и принцип действия.

31. Автогенератор RC-типа. Схема. Принцип работы. Временные диаграммы.

32. Мультивибраторы. Определение. Классификация. Несимметричный мультивибратор. Схема. Принцип действия. Параметры.

33. Назначение симметричного мультивибратора. Схема. Принцип действия.

34. Мультивибраторы на микросхемах. Условное обозначение. Параметры. Принцип работы.

35. Общие сведения о логических элементах и операциях.

36. Диодно-резисторные схемы логических операций.

37. Транзисторно-резисторные схемы логических операций.

38. Логические элементы на микросхемах.

39. Интегральные схемы МДП транзисторах.

40. Триггеры на цифровых (логических) элементах, RS-триггеры.

41. Триггеры на цифровых (логических) элементах, D-триггеры.

42. Триггеры на цифровых (логических) элементов, T-триггеры.

43. Микропроцессор. Определение. Структура. Назначение блоков.

Задание 3 вопросы 44-53

От двухполупериодного выпрямителя, схема которого задана, потребителю подается выпрямленное напряжение U_d при мощности P_d. Подберите полупроводниковые диоды по допустимому току I_доп и обратному напряжению U_обр для работы в качестве вентилей в заданной двухполупериодный схемы выпрямителя.

Начертите схему выпрямителя и опишите процесс выпрямления переменного тока в ней, пояснив ответ графиками зависимости изменения выпрямленного напряжения и тока при активной нагрузке от изменения переменного напряжения.

Данные для своего варианта взять из табл. 1,2.

Пояснение. Схема со средней точкой имеет полное название: с выводом со средней точки вторичной обмотки трансформатора

Задание 3 вопросы 54-63

Потребитель подключен к однополупериодному выпрямителю и потребляет ток I_d, при мощности P_d. Подберите полупроводниковые диоды по допустимому току I_доп и обратному напряжению U_обр для работы в качестве вентилей такой схемы выпрямления.

Начертите схему выпрямителя и опишите процесс выпрямления переменного тока в ней, пояснив ответ графиками зависимости изменения выпрямленного напряжения и тока при активной нагрузке от изменения переменного напряжения.

Данные для своего варианта взять из таблицы 1,2

Таблица 1 задание 3

Номер вопроса	Схема	Ud, B	Pd, Вт	Номер вопроса	Схема	Ud, B	Pd, Вт
44	Мостовая	50	500	49	Мостовая	30	240
45	Со средней точкой	40	400	50	Со средней точкой	25	250
46	Мостовая	30	300	51	Мостовая	80	400
47	Со средней точкой	80	400	52	Со средней точкой	90	300
48	Мостовая	60	120	53	Мостовая	15	100

Таблица 2 задание 3

Номер вопроса	Id, А	Pd, Вт	Номер вопроса	Id, А	Pd, Вт
54	10	300	59	2	240
55	8	800	60	1	16
56	5	120	61	2	60
57	7	600	62	30	450
58	3	100	63	1,5	575

Таблица параметров выпрямительных диодов.

Задание 3

Тип диода	Iдоп, А	Uобр, В	Тип диода	Iдоп, А	Uобр, В
Д205	0,4	400	-	-	-
Д207	0,1	200	Д243А	10	200
Д211	0,1	600	-	-	-
-	-	-	Д221	0,4	400
Д214А	10	100	Д222	0,4	600
КД202	5	200	Д224	5	50
КД202В	5	100	Д224А	10	50
КД202А	5	50	Д224Б	2	50
КД202Б	3,5	50	Д226	0,3	400
КД202Г	3,5	100	-	-	-
-	-	-	КД203А	10	600
Д234Б	5	600	Д231Б	5	300
Д242А	10	100	Д232Б	5	400
Д242Б	2	100	Д244	5	50
-	-	-	Д303	3	150
Д244Б	2	50	Д304	3	100
Д302	1	200	Д305	6	50
ВЛ200 (11)	200	1100	ВК200 (7)	200	700
ВЛ200 (9)	200	900	В200 (8)	200	800

64. Составить схему резонансного транзисторного усилителя ,из заданных элементов объяснить назначение элементов и принцип действия схемы. Что измениться в работе схемы если изменить емкость конденсатора С4?

65. Составить из данных элементов схему однокаскадного усилителя с емкостной связью между каскадами. Объяснить назначение элементов схемы. Принцип действия схемы. Как применяется работа схемы при отключении конденсатора в цепи эмиттера.

V

;

66. Составить из данных элементов схему усилительного каскада на полевом транзисторе? транзисторе с общим истоком. Объяснить назначение элементов схемы. Что изменится в работе усилителя при увеличении емкостей разделительных конденсаторов.

67. Составить схему фотореле из заданных элементов. Объяснить назначение элементов схемы. Принцип работы схемы.

C

68. Из заданных элементов составить схему управляемого однофазного мостового выпрямителя. Объяснить назначение элементов схемы. Принцип действия схемы. Начертить временные диаграммы выпрямленного напряжения на активной нагрузке при углах регулирования

C. У.

6 9. Из данных элементов составить схему электронного реле времени. Объяснить назначение элементов и принцип действия схемы. Что изменяется в работе схемы при изменении емкости конденсатора.

C

70. Составить схему двухтактного выходного каскада усилителя из заданных элементов.

Объяснить назначение элементов схемы. Принцип действия схемы. Укажите преимущества двухтактной схемы по сравнению с однотактной.

71. Составить из данных элементов схему симметричную мультивибратора. Объяснить назначение элементов и принцип действия схемы. Что измениться в работе мультивибратора при увеличении емкости конденсаторов

R1 R2 R3 R4

V1 V2

Ек

C1 C2 C3

72. Из элементов составить схему генератора пилообразующего напряжения. Объяснить назначение элементов, принцип действия схемы. При каком соотношении между постоянной времени заряда емкости τ=RC и времени заряда Т, а транзисторе будет обеспечена хорошая линейность выходного напряжения?

R1 R2 C1 C2 Ек

V

73. Из заданных элементов составить схем автогенератора. Объяснить назначение элементов, принцип действия. Как зависит частота колебаний от индуктивности катушки ?

R1 R2 R3

C1 C2 C3

V Eк

Loc Lr

Варианты		Микросхема	Варианты		Микросхема
1		133ЛА88709 К1УС181А4	26		140УД78805 К2УС245;
2		К1УТ401Б 133ЛА88709	27		К1УТ191;К1ЛБ874
3		К5УС041И; К2ЛС151	28		К5УС041Б;К1ЛП551
4		К1УТ181Б; К1ЛБ947А	29		К2УП183;К1ЕН4215
5		К2УП431; К2ЛС152	30		К1ГФ192;К1ЛБ8713
6		К2УС242; К1УТ981А	31		К2УС181;К2ЛБ011
7		КУТ182В;К155ЛА4	32		К2ЛН181;К1ЛБ336
8		К5УС041А;К2ЛБ171Б	33		К1УБ221А;К2ЛС011
9		К2ЛН641;К553УД	34		К5УС042А;К1УТ401А
10		К1ТШ181Г;К155ЛА	35		К2ГФ182;К1ЛБ877
11		К2ГФ181;К2ЛР171	36		К1УС221В;К2ЛС021
12		К2УБ241;К2ТШ191Б	37		К2УН182;К1ЕН421Б
13		К1УБ181А;К2ЛН431	38		К1УТ981Б;К1ЛБ337
14		К2УС244;К1ЛР361	39		К2ЛН182;К2УЛ151
15		К2ПН451;К155ЛА1	40		К1ТШ221В;К1ЛБ8715
16		К1УС222Б;К2ЛН433	41		К2УС262Б;К1ЛБ338
17		К1УБ221В;К2ЛБ172Б	42		К1УТ181В;К1ЛБ551
18		К2ЛН641;К1УС671	43		К1ТШ181А;К2ЛБ171А
19		К1ТШ221Г;К1ЛР332	44		К2УС263В;К1ЛБ334
20		К1УБ191;К1УТ401Б	45		К2УС282;К1УТ401А
21		К1УБ191,К1ЛБ947А	46		К2УС265В;К1ЛБ941А
22		К5УС041В;146АЛ2А	47		К1ТШ181Б;К1ЛБ333
23		К2УС243;К1ЛБ557	48		К1УС192;К1ЛБ558
24		К1УС192;140УД1А	49		К2УС262А;К1ЛБ9412А
25	140УД78805;133ЛА88709		50	140УД78805;133ЛА88709

Варианты, вопросы, задания №5