Методические_указания_к_КП_МЭП_v1_2

III ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА

Данный, третий раздел курсового проекта включает в себя разработку цифровой электронной схемы, состоящей, по выбору обучающегося, из нужных компонентов – счётчиков, мультиплексоров, логических, триггеров и т.п. Эта схема, в зависимости от варианта курсовой работы, должна выполнять разные функции. Рассмотрим основные элементы цифровых схем,

используемых для решения таких задач.

Логические элементы И, ИЛИ, НЕ

Логическими элементами называют цифровые блоки, выполняющие булевы функции. Таблицы истинности этих элементов и описание их работы приведено ниже:

1.Элемент НЕ (инвертор) – логический элемент, имеющий один вход и один выход. Состояние выхода противоположно состоянию входа:

если на входе логического элемента 1 то на выходе будет 0 и

наоборот.

Рисунок 13. Условное обозначение инвертора по ГОСТу

31

Таблица 5. Таблица истинности инвертора

2.Элемент ИЛИ – логический элемент, 1 на выходе которого есть в том случае, если единицы будут на любом из входов, или на обоих сразу.

Рисунок 14. Условное обозначение элемента ИЛИ по ГОСТу

Таблица 6. Таблица истинности элемента ИЛИ

3.Элемент И – логический элемент, 1 на выходе которого будет в том случае, если единицы будут одновременно на обоих входах. В ином случае на выходе будет 0.

32

Рисунок 15. Условное обозначение элемента И по ГОСТу

Таблица 7. Таблица истинности элемента И

P.S. Элементы И и ИЛИ могут иметь большее число входов – логика их работы сохраняется.

33

Мультиплексор/демультиплексор (на примере К561КП2)

Мультиплексор – цифровая микросхема, способная подключать любой из своих сигнальных входов к своему выходу, по выбору.

Рисунок 16. Мультиплексор

Вариант условного представления мультиплексора 4 в 1 дан на рисунке

16. Можно представить мультиплексор как переключатель, замыкаемый с одним из четырёх входов (0, 1, 2, 3) подключающий выбранный вход к выходу.

Управляется этот переключатель двоичным числом на входах А и В.

Например, если А = 0 и В = 0 то вход 1 соединён с выходом, как на иллюстрации. Если А = 1 и В = 0, то теперь уже вход 1 будет соединён с выходом и так далее.

Существует парный этому элемент, называемый демультиплексор – он выполняет обратную операцию: у него один вход и много выходов.

Мультиплексор/демультиплексор является элементом, сочетающим обе функции – ему можно подавать сигнал на входы и снимать с выхода, как

34

мультиплексору, или поступать наоборот, как с демультиплесором, так что он универсален.

Рассмотрим распространённую микросхему К561КП2.

Микросхема К561КП2 представляет собой мультиплексор/демультимплексор - коммутатор цифровых и аналоговых сигналов. Микросхема К561КП2 имеет 8 каналов коммутации (аналоговых ключей), которые управляются четырьмя сигналами: A, B, C и D. При этом сигналы A, B и C задают двоичный номер включенного канала, а D дает общее разрешение работы (активный уровень - низкий).

Микросхема К561КП2 может коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы (например, в аудиоаппаратуре).

Рисунок 17. Условное графическое обозначение К561КП2

Распиновка микросхемы отражена в таблице 8.

35

Как видно из таблицы, микросхема имеет общий вывод Y, 8 входов (выходов) X, любой из которых можно присоединить к выводу Y, подав требуемое двоичное число на входы адреса. Например, если С = 1 В = 1 и А =

1 – с Y будет соединён X7. D служит для разрешения работы (если на нём высокий уровень – работа микросхемы запрещена и ни один из X не может быть соединён с Y.

36

Соединив такую микросхему с двоичным счётчиком, можно собрать

коммутатор, по очереди опрашивающий выводы Х.

Двоичные счётчики (на примере К561ИЕ10)

К561ИЕ10 представляет собой микросхему, содержащую в себе два независимых четырёхразрядных двоичных счётчика, способных считать от 0

до 15, или до меньшего значения, если добавить к ним цепи сброса, что и является целью этой части курсового проекта. Рассмотрим УГО и распиновку этой микросхемы:

Рисунок 18. Условное графическое обозначение К561ИЕ10

37

Видно, что микросхема состоит из двух абсолютно идентичных счётчиков, имеющих общие выводы земли (8) и питания (16). Счётчики обладают четырьмя выходами Q1-Q4, на которых выдают двоичные числа от 0000 до 1111. Входом счёта по положительному фронту импульса является вход 1 и 9, входом разрешения работы – вход 2 и 10 и входом сброса – 7 и 15.

В том случае, если вход разрешения работы Е подтянут к плюсу питания, вход сброса R подтянут к земле и на вход С подаются импульсы – счётчик считает эти импульсы. Если требуется изменить коэффициент пересчёта – можно как включить счётчики каскадом – подключить вход следующего счётчика к выводу Q4 предыдущего, получив счётчик на 8 бит, так и уменьшить коэффициент пересчёта – подключив логическую схему, подающую сигнал сброса, когда счётчик досчитает до нужного числа.

Грамотно комбинируя описанные выше элементы цифровой электроники, можно создать цифровые схемы, указанные в задании.

38

IV АНАЛОГОВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА

Несмотря на широкое использование в настоящее время цифровой, а в особенности, программируемой электроники, аналоговые схемы не менее часто применяются, например, в средствах обработки аудиосигнала (микшеры и прочие пульты для музыки), в лабораторных блоках питания, измерителях и т.д. Данный, заключительный раздел курсового проекта посвящён расчёту простенького аналогового устройства (усилителя, сумматора, вычитателя и т.п.), основанного на универсальном кирпичике современных аналоговых схем – операционном усилителе (ОУ).

Операционный усилитель (ОУ) представляет собой электронное устройство, которое выполняет функцию усиления разности напряжений на его входах. У ОУ обычно есть один выход, и его выходное напряжение может быть значительно больше разницы напряжений на входах - за счет высокого коэффициента усиления.

Исторически ОУ начали применяться в аналоговых компьютерах и были широко использованы в линейных, нелинейных и частотно-зависимых схемах. Однако с течением времени они нашли свое применение во многих других областях, благодаря своей универсальности и гибкости. Важной особенностью ОУ является то, что их характеристики могут быть настроены внешними компонентами, что делает их идеальными для различных задач.

Операционные усилители имеют широкий спектр применений и используются в потребительской электронике, промышленности и научных устройствах. Стандартные микросхемы операционных усилителей доступны по низкой цене, но специализированные модели с уникальными характеристиками могут стоить значительно дороже.

Операционные усилители выпускаются как отдельные компоненты и могут быть также интегрированы в более сложные электронные схемы.

39

Операционные усилители обладают весьма большими коэффициентами усиления (если у транзисторов общего применения коэффициент усиления примерно 150-600, то для ОУ данный коэффициент может превышать 100 000 - 1 000 000), высоким входным и маленьким выходным сопротивлением. Ими осуществляется изменение выходного сигнала почти в полном диапазоне входящего напряжения питания.

Условно-графическое обозначение ОУ на схемах представлено на рисунке 19, которое встречается чаще всего. Согласно ГОСТ 2.759-82 на схемах можно увидеть обозначение, представленное на рисунке 20, на примере К140УД6 и упрощенное обозначение ОУ.

Рисунок 19. Распространённое графическое обозначение ОУ

Рисунок 20. Обозначения ОУ согласно ГОСТ 2.759-82

40