3472

Задатчик состоит из трех трехпозиционных переключателей П1 П3 , источника питания и токоограничивающего резистора R1 . В верхнем положении переключателя соответствующий выход задатчика через резистор R1 подключается к источнику питания 5 В (что соответствует логической 1 на выходе задатчика). В нижнем положении переключателя выход задатчика подключается к общей шине (что соответствует логическому 0). В среднем положении переключателя выходная цепь задатчика разомкнута, на этом выходе не формируется напряжение какого-либо определенного уровня, т. е. логический 0 или логическая 1. Значение каждого выходного сигнала задатчика отображается двумя индикаторами (светодиодами). В верхнем положении переключателей светятся верхние светодиоды (что соответствует логической 1), в нижнем положении переключателей – нижние светодиоды (логический 0); в среднем положении переключателей оба светодиода не светятся.

Нагрузкой ЛЭ является активное сопротивление Rн , значение которого изменяется переключателем П 4 (в положении 10 переключателя П 4 нагрузка отключена от выхода ЛЭ, т. е. Rн ). Последовательно с нагрузкой включен миллиамперметр ( PA1 ), контролирующий выходной ток исследуемого ЛЭ (ток нагрузки), а параллельно нагрузке – вольтметр ( PV ), контролирующий напряжение на выходе ЛЭ.

ПРОГРАММА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготовка к работе

1.1. Изучить следующие теоретические вопросы (используя учебники [1–8], лекционный материал и краткие сведения из теории настоящих методических указаний):

-основные БФ одной, двух и более переменных (отрицание, конъюнкция, дизъюнкция, штрих Шеффера, стрелка Пирса, сумма по модулю два);

-реализация этих функций на полупроводниковых приборах (можно ограничиться схемами, приведенными на рис. 3–11);

-особенности использования изучаемых ЛЭ при построении дискретных устройств (использование их на меньшее число входов).

1.2. Подготовить ответы на контрольные вопросы, приведенные в данных методических указаниях.

1.3. Ознакомиться с устройством лабораторной установки и методикой проведения экспериментальной части работы.

1.4. Сделать заготовку для отчета по лабораторной работе, который оформляется в процессе выполнения работы в соответствии с содержанием отчета, приведенным в данных методических указаниях (разделы отчета, соответствующие пп. 1–3, должны

быть оформлены до выполнения экспериментальной части работы).

11

2.Экспериментальная часть работы

ВН И М А Н И Е ! При работе с лабораторной установкой следует соблюдать максимальную осторожность. Неправильные соединения могут привести к выходу из строя логических элементов.

А. Этап № 1

Первый этап экспериментальной части включает в себя исследование всех ЛЭ в двух режимах:

а) при отключенных входах; б) при подаче на входы ЛЭ различных комбинаций (наборов) входных сигналов.

Исследование логического элемента ИЛИ на диодах (блок № 1)

2.1. Ознакомиться с имеющимися образцами микросхем (выдаются преподавателем), а также с устройством всех ЛЭ, смонтированных на лабораторной установке. Сопоставить реальные ЛЭ № 1 – № 5 с их принципиальными схемами.

2.2. Подключить входы исследуемого ЛЭ (гнезда x1, x2 , x3 ) к выходам задатчика (гнезда 1, 2, 3) соединительными проводами; при этом один из входов (по указанию преподавателя) следует подключить к задатчику через дополнительный миллиамперметр PA2 (рис. 13).

2.3. Подключить измерительную часть установки (гнездо Н) к выходу исследуемого ЛЭ (гнездо у). Переключатель П 4 установить в положение 10 (нагрузка логического элемента отключена).

2.4. Переключатели П1 П3 установить в средние положения (при этом входы ЛЭ отключены от источника входных сигналов).

2.5.Включить установку тумблером «Сеть» ( П5 ).

2.6.Определить напряжение на выходе ЛЭ и соответствующее ему логическое значение выходного сигнала (0 или 1). Определить также напряжения на входных выводах ЛЭ и логические значения входных сигналов [измерение указанных напряжений производится вольтметром PV , для чего соединительный провод, подключенный к гнезду Н отключается от выхода ЛЭ (гнезда у) и поочередно подключается к входным выводам ЛЭ (гнездам x1, x2 , x3 ), которые при этом должны отключаться от задатчика].

Данные занести в табл. 1.

2.7. Устанавливая переключателями П1 П3 различные комбинации (наборы) входных сигналов ЛЭ, определить по показаниям вольтметра значения выходного напряжения ЛЭ (U вых ) и соответствующие ему логические значения выходного сигнала f (0 или 1). При этом следует контролировать также значение и направление входного тока ЛЭ ( Iвх ) для входа, подключенного к задатчику через миллиамперметр. Данные занести в табл. 2 и 3 (см. Примечания к табл. 2 и 3).

12

Примечание. Названия ЛЭ в блоках № 6 и № 8 даны в соответствии с реализуемыми ими БФ.

датчика к ЛЭ (в табл. 2 записывать со знаком «плюс»), за отрицательное – от ЛЭ к задатчику (записывать со знаком «минус»).

13

«Расчетные» записываются только логические значения выходных сигналов.

2.8.На каждом наборе входных сигналов определить расчетные (теоретические) значения выходных сигналов (0 или 1). Данные занести в табл. 3 в графу «Расчетные». Сравнить экспериментальные данные с расчетными.

2.9.Отключить от задатчика вход x3 и проверить работу ЛЭ как двухвходового

элемента, т. е. 2ИЛИ. Данные занести в табл. 4.

2.10.Сделать выводы о возможности работы трехвходового элемента ИЛИ как двухвходового.

2.11.Объяснить все результаты, сравнить их с теоретическими, сделать выводы.

2.12.Выключить лабораторную установку.

Исследование элемента И на диодах (блок № 2)

2.13. Применительно к элементу 3И повторить эксперименты по пп. 2.2–2.12.

Исследование элемента НЕ (блок № 3)

2.14. Используя только один выход задатчика (гнездо 1), применительно к элементу НЕ повторить эксперименты по пп. 2.2–2.8, 2.11 и 2.12 (при заполнении табл. 1, 2 и 3 следует учитывать только значение сигнала x1).

Исследование диодно-транзисторных элементов 3ИЛИ-НЕ (блок № 4), 3И-НЕ (блок № 5) и микросхем (блоки № 6 и № 7)

2.15. Исследование элементов № 4–№ 7 производится аналогично исследованию ЛЭ № 1, т. е. необходимо повторить эксперименты по пп. 2.2–2.12 для каждого исследуемого элемента.

Примечание. При заполнении табл. 1 для ЛЭ № 6 – № 8 (микросхем) за уровень логической 1 следует принять Uвх 1,5 В .

Исследование элемента МОД-2 (блок № 8)

2.16. Используя только два выхода задатчика (гнезда 1 и 2) применительно к элементу МОД-2 повторить эксперименты по пп. 2.2–2.8, 2.11 и 2.12 (значения сигнала на третьем выходе задатчика при этом не учитывать).

Б. Этап № 2

Этап № 2 экспериментальной части включает исследование нагрузочных характеристик ЛЭ.

Исследование нагрузочных характеристик диодно-транзисторных ЛЭ (ДТЛ)

2.17.Подключить входы одного из диодно-транзисторных ЛЭ (блок № 4 или № 5 по указанию преподавателя) к задатчику, а выход элемента – к измерительной части (гнезду Н).

2.18.Установить такой набор входных сигналов ЛЭ, при котором на выходе ЛЭ устанавливается высокий уровень напряжения (логическая 1).

2.19.Изменяя значения сопротивления нагрузки переключателем П 4 (для всех его

положений) измерить ток и напряжение на выходе ЛЭ ( Iвых и U вых ). Данные занести в табл. 5.

2.20. По данным табл. 5 построить график нагрузочной характеристики элемента

Uвых (Iвых ) .

15

Исследование нагрузочных характеристик элементов ТТЛ

2.21.Для одного из элементов ТТЛ (блок № 6 или № 7 по указанию преподавателя) повторить все эксперименты по пп. 2.17–2.20; нагрузочную характеристику этого ЛЭ следует построить на том же графике, где была построена соответствующая характеристика элемента ДТЛ.

2.22.Сравнить построенные нагрузочные характеристики и определить ЛЭ с лучшей нагрузочной способностью. Объяснить результаты.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Цель работы.

2.Схема лабораторной установки.

3.Принципиальные или функциональные схемы исследуемых ЛЭ (рис. 3–10), их условные изображения и обозначения, условные записи функций, которые реализуются соответствующими ЛЭ.

4.Результаты экспериментов: таблицы с экспериментальными данными, графики экспериментальных зависимостей, построенные по данным таблиц (при выполнении пп. 2.20 и 2.21).

5.Выводы (выводы следует давать после каждого эксперимента); при отсутствии выводов или, если выводы не раскрывают основных результатов эксперимента, отчет не принимается.

16

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется булевой функцией? Дать определение основных булевых функций одного и более аргументов (отрицания, дизъюнкции, конъюнкции, стрелки Пирса, штриха Шеффера и суммы по модулю два).

2.Какими ЛЭ реализуются эти функции (их названия и условные графические обозначения)? Как эти функции записываются аналитически? Какую БФ реализует элемент

И-ИЛИ-НЕ?

3.Объяснить работу всех исследуемых ЛЭ (по принципиальным и функциональным схемам).

4.Можно ли (а если можно, то какими способами) использовать исследуемые ЛЭ (кроме инвертора) на меньшее число входов? Для каждого ЛЭ ответ обосновать на логическом уровне и на уровне процессов в схеме. Привести схемы включения.

5.Для каждой схемы объяснить, чем определяются уровни выходного напряжения,

соответствующие логическим 0 и 1 (Uвых0 и Uвых1 ).

6.Какое логическое значение (0 или 1) выходного напряжения установится на выходе каждого ЛЭ, если входы ЛЭ отключены от источника сигнала? Каким значениям входных сигналов соответствует работа каждого ЛЭ при отключенных входах?

7.Чем определяются значения напряжений на входных выводах всех ЛЭ при отключенных входах (объяснить по принципиальным схемам ЛЭ)?

8.Как влияет на работу ЛЭ отключение одного его входа от источника входного сигнала? Все ответы обосновать.

9.От чего зависит нагрузочная характеристика каждого исследуемого ЛЭ? Каким образом можно повысить нагрузочную способность ЛЭ? Какие ЛЭ имеют лучшую нагрузочную способность?

10.Какое направление имеют входные и выходные токи каждого исследуемого логического элемента?

11.В чем заключаются свойства направленности и независимости ЛЭ? Во всех ли исследуемых ЛЭ эти свойства обеспечиваются? Ответы обосновать, используя принципиальные схемы ЛЭ.

17

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Сапожников В.В. Дискретные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи : учебник для вузов / В.В. Сапожников, Ю.А. Кравцов, Вл.В. Сапожников. – М. : УМК МПС России, 2001. – 307 с.

2.Сапожников В.В. Теоретические основы железнодорожной автоматики и телемеханики : учебник для вузов / В.В. Сапожников, Ю.А. Кравцов, Вл.В. Сапожников ; под ред. В.В. Сапожникова. – М. : Транспорт, 1995. – 320 с.

3.Пухальский Г.Н. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах : справочник / Г.Н. Пухальский, Т.Я. Новосельцева. – М. : Радио и связь, 1990.

–304 с.

4.Сороко В.И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики : справочник / В.И. Сороко, В.А. Милюков. – В 2-х кн. – 3-е изд. – М. : НПФ «Планета», 2000.

–Кн. 1. – 960 с.

5.Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги : справочник. В 12-ти кн. – М. : ИП РадиоСОФТ, 1999.

6.Дмитренко И.Е. Электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи : учебник для вузов ж.-д. транспорта / И.Е. Дмитренко, В.В. Дубровский, Н.В. Лаврентьев, А.В. Шилейко ; под ред. А.В. Шилейко. – М. : Транспорт, 1989. – 327 с.

7.Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. – М. : Энергоато-

миздат, 1988. – 320 с.

8.Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационноизмерительной аппаратуре. – Л. : Энергоатомиздат, 1986. – 280 с.

18