_методички / АСЭ и АиТ / Чертков-21.80

1.2.Порядок выполнения работы

1.2.1.Подготовка к выполнению работы

1)Составьте таблицу истинности исследуемой схемы (см. рис. 2) и определите функцию выхода f4 аналитическим методом:

а) определите функции выхода каждого элемента и заполните табл. 1 (определять конечное значение функции и выполнять минимизацию каждой функции в отдельности не надо);

б) вычислите количество наборов входных переменных; в) составьте таблицу истинности по образцу табл. 2;

г) запишите выходную функцию в СДНФ и получите минимальное выражение, применяя законы и тождества алгебры логики (прил. 1);

д) запишите выходную функцию в СКНФ и получите минимальное выражение и сравните полученные значения функций.

2)Проведите минимизацию функции f4, применяя карты Карно.

1.2.2.Задание на выполнение работы

1)Вставьте микросхему К561ЛА7 в гнездо и с помощью соединительных проводов соберите схему (см. рис. 2) на наборном поле лабораторного модуля.

10

Схема подключения приборов

и источника питания приведена на

рис. 4.

2) Напряжение на микросхему

подавайте от источника Е4, распо-

ложенного в правом нижнем углу лабораторного стенда.

Следует помнить о том, что Рис. 4. Схема подключения микросхемы гнездо 17 на наборном поле лабора-

вать клемме 8, гнездо 18 – клемме 9 и т. д. Тогда клемме 14 микросхемы будет соответствовать гнездо 24.

3) На входы 1, 2 DD1.1, 6 DD1.2 и 9 DD1.3 подавайте потенциал лог. 0 или лог. 1 в соответствии с графой «Переменные» таблицы истинности

(п. 1.2.1, в).

1.2.3.Экспериментальные исследования

1)После проверки преподавателем правильности собранной схемы подключите источник питания, настройте осциллограф (вместо осциллографа можно применять вольтметры измерительного блока).

2)Подавая на входы а,

11

1.2.4. Исследование схемы заданного блока

с помощью программы MultiSim 10

Эта часть работы выполняется самостоятельно. В качестве примера для первой лабораторной работы исследование выполнено с помощью программы

MultiSim 10.

Зарубежным аналогом микросхемы К561ЛА7 является 4011 (прил. 3). Проанализируйте работу логических элементов данной микросхемы по временной диаграмме на рабочем поле программы.

Таблица 3 Результаты исследования работы фрагмента блока кодирования

1.3.Контрольные вопросы

1)Что такое логическая переменная и сигнал?

2)Как на логических элементах И-НЕ собрать схему И?

3)Как будет работать схема И-НЕ, если на одном из ее входов вследствие внутренней неисправности будет постоянно присутствовать лог. 1 (лог. 0)?

4)Записать функцию выхода логических элементов И и ИЛИ в СНКФ и

СНДФ.

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ В ПЕРЕДАЮЩЕМ ПОЛУКОМПЛЕКТЕ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ

Цель работы: практически ознакомиться с принципом работы триггеров, применяемых в системах телеуправления.

2.1. Краткие теоретические сведения

Триггеры – электронные схемы, имеющие два устойчивых состояния, которые устанавливаются в состояние «1» или «0» при подаче соответствующей

12

комбинации сигналов на управляющие входы триггера и которые сохраняются в течение заданного времени после окончания действия этих сигналов. В зависимости от типа применяемых элементов памяти триггеры подразделяются на два класса: статические и динамические. Триггеры со статическим управлением срабатывают в тот момент, когда входной сигнал достигает порогового уровня. При динамическом управлении триггеры реагируют на перепад управляющего сигнала. Входы также делятся на статические и динамические. Инверсные статические входы и выходы триггера обозначаются символом логического отрицания ○, а динамические прямые и инверсные входы – указателями и соответственно. Прямые статические входы и выходы триггера указателей не имеют.

В устройствах автоматики и телемеханики применяется значительное количество различных триггеров, которые классифицируются по ряду признаков: способу записи информации, логической структуре, типу функционирования, элементной базе.

Структура статических триггеров показана на рис. 6, где в качестве выходного элемента памяти применяется бистабильная ячейка (БЯ), представляющая собой два инвертирующих логических элемента (чаще всего в устройствах телемеханики, И-НЕ). Переключение ячейки осуществляется сигналами S (set – установка), R (reset – сброс), поступающими с выходов схемы управления.

Состояние триггера определяется значением выходного сигнала Q. Если переключение триггера, происходит

только при поступлении синхронизи-

рующего сигнала (синхроимпульса) на специальный вход С (clock – времязадающий), то триггер называется синхронным.

Триггеры могут синхронизироваться уровнем или фронтом синхроимпульсов. Триггеры, синхронизируемые уровнем, могут изменять свое состояние в течение длительности синхроимпульса несколько раз. В течение паузы между синхроимпульсами состояние триггера сохраняется при любых изменениях входных сигналов. Триггеры, синхронизируемые фронтом синхроимпульсов, изменяют свое состояние при поступлении на синхронизирующий вход соответствующего фронта (положительного или отрицательного) синхроимпульса, а затем это состояние сохраняется при любых изменениях входных сигналов Х.

13

В асинхронных триггерах нет входа синхронизации, поэтому их переключение зависит только от входных сигналов (комбинации входных сигналов Х).

RS-триггер имеет два управляющих входа – S и R, с помощью которых выполняются функции установки триггера в состояние Q = 1 (при S = 1, R = 0) и сброса (обнуления) триггера в состояние Q = 0 (при S = 0, R = 1). В нулевом положении триггер работает в режиме хранения, т. е. сохраняет ранее установленное состояние (Q = 0 или Q = 1). Комбинация входных переменных S = R = 1 (установка и сброс одновременно) запрещена, так как она может привести к не определенному состоянию выхода Q. Во избежание возникновения сбоев комбинацию S = R = 1 исключают.

Широкое распространение в схемах автоматики и телемеханики получили D-триггеры. Схемы триггеров, синхронизируемых уровнем и фронтом синхроимпульсов, приведены на рис. 7.

Микросхемы КМОП включают в себя все типы триггеров: RS, D и JK. Микросхема К561ТМ2 (рис. 8) содержит два D-триггера, причем каждый из них имеет два входа асинхронного управления – R и S. Все состояния триггера ТМ2 представлены в табл. 4. Триггер переключается в состояние «1» или «0» по положительному перепаду импульсов на тактовом входе С.

а б

Входы сброса R и установки S триггера независимы от тактового входа С и имеют высокие активные уровни. Установка триггера по входам R и S принудительная, поэтому сигналы синхронизации С и информационного входа D не изменяют состояние триггера на выходе во время действия сигналов R и S.

14

мени tn, где X = (X1, Х2, ..., Xm) представляет собой набор двоичных сигналов Хi (1 ≤ i ≤ m) на входах триггера.

Рассмотрим процесс составления аналитического описания работы триггера на примере RS-триггера (см. табл. 5, рис. 9), для этого введем следующие

Выходная функция RS-триггера запишется в следующем виде: Q = S qR .

15

2.2.Порядок выполнения работы

2.2.1.Исследование D-триггера, выполненного на микросхеме К561ЛА7

В схеме модуля ТУ-ДП передающего полукомплекта телеуправления системы телемеханики МСТ-95 триггер защиты (рис. 10) собран на элементах микросхемы К561ЛА7.

1)Изучите схему триггера защиты передающего полукомплекта телеуправления. Составьте таблицу выходных функций схемы.

2)Составьте таблицу истинности, полученную аналитическим методом, и математическое описание схемы.

а

16

нал подавайте с помощью кнопок лабораторного модуля. Вольтметры подклю-

чите к выходам Q (10 DD1.3) и Q (11 DD1.4).

6)Подавая импульсы на D и С входы триггера, исследуйте его работу и постойте временные диаграммы (рис. 11, а).

7)Смоделируйте исследуемую схему с помощью программы MultiSim 10

ипроанализируйте работу полученной схемы.

8)Сделайте выводы по результатам исследований.

2.2.2. Исследование триггеров, выполненных на микросхеме К561ТМ2

Микросхема К561ТМ2 применяется во всех схемах телемеханики. Фрагмент схемы блока управления передачей приведен на рис. 12. Триггер начала передачи (ТНП) предназначен для разрешения работы блока кодирования при

схему.

3)Вставьте микросхему К561ТМ2 в гнездо и подключите клемму 14 к источнику напряжения Е4, а клемму 7 – к общей точке.

4)Соедините клеммы с помощью проводов. На входы 3, 4 и 5 DD2.1 сигнал подавайте с помощью кнопок лабораторного модуля. Вольтметры подклю-

чите к выходам Q1 (1 DD2.1) и Q2 (13 DD2.2).

5)Подавая импульсы на вход D, С и R триггера DD2.1 согласно временным диаграммам, приведенным на рис. 11, б, исследуйте работу блока и постойте временные диаграммы.

6)Смоделируйте исследуемую схему с помощью программы MultiSim 10

ипроанализируйте работу полученной схемы.

7)Сделайте выводы по результатам исследований.

17

2.3.Контрольные вопросы

1)Что представляют собой триггеры как электронные устройства?

2)В чем состоит отличие динамического триггера от статического?

3)Чем отличаются RS- и D-триггеры друг от друга?

4)Пояснить работу RS-триггера. Докажите, что RS-триггер имеет два устойчивых состояния.

5)Чем принципиально отличаются синхронный и асинхронный триггеры друг от друга?

6)Что представляет собой и для чего применяется триггер-делитель частоты на два?

7)Чем определяется быстродействие триггеров?

Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРОВ В ПОЛУКОМПЛЕКТАХ ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ

Цель работы: практически ознакомиться с принципом работы мультиплексоров и демультиплексоров, применяемых в системах телеуправления.

3.1. Краткие теоретические сведения

Мультиплексором (селектором) называется функциональный узел, обеспечивающий передачу информации, поступающей по нескольким входным линиям связи, на одну выходную линию. Выбор той или иной выходной линии осуществляется в соответствии с поступающим адресным кодом A0, А1, … .

При наличии n адресных входов можно реализовать M = 2n комбинаций адресных сигналов Ai, каждая из которых обеспечивает выбор одной из M входных линий.

В общем случае выходная функция мультиплексора

18

Кроме информационных и управляющих входов схемы мультиплексоров имеют вход разрешения EI, при подаче на который лог. 0 мультиплексор переходит в активное состояние. При подаче на вход разрешения лог. 1 мультиплексор перейдет в пассивное состояние, для которого сигнал на выходе сохраняет постоянное значение независимо от значений информационных и управляющих сигналов. Если обозначить сигнал на входе разрешения g , то выходная функция мультиплексора при наличии двух адресных входов запишется так:

Логическое произведение адресных сигналов равно единице только для той входной переменной, номер которой совпадает с требуемым адресом.

По принципу работы различают аналоговые и цифровые мультиплексоры. Аналоговые мультиплексоры электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико). Цифровые мультиплексоры не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь копируют на выход логический уровень (лог. 0 или лог. 1) с выбранного входа.

Демультиплексор – устройство, в котором сигналы с одного информационного входа поступают в необходимой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора.

Выбор нужной выходной шины в демультиплексоре, как и в мультиплексоре, обеспечивается установкой соответствующего кода на адресных входах.

В схемах микроэлектронной системы телемеханики МСТ-95 применяются мультиплексоры на микросхемах К561КП2 (рис. 13), на которых построены распределители передающего и приемного полукомплектов телеуправления. Мультиплексоры и демультиплексоры, применяемые в системах телемеханики, работают в цифровом режиме.

Микросхема К561КП2 представляет собой восьмиканальный мультиплексор, который имеет восемь входов и один выход. Микросхема имеет два вывода питания: положительное напряжение (+Uип) подается на вывод 16;

19