Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

METOD-CPM

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
16.03.2016
Размер:
370.83 Кб
Скачать

горитму, складіть таблицю істинності. При динамічному дослідженні – зафіксуйте діаграми вихідних сигналів у контрольних точках схеми. З’ясуйте, за яким фронтом вхідного сигналу (позитивним чи негативним) здійснюється перемикання тригерів. Визначте поетапно затримку вихідних сигналів відносно моменту інформаційного збудження вхідним сигналом. Пам’ятайте про синхронізацію.

3.5 Вказівки щодо реєстрації результатів, їх обробки і оформлення

Результати статичних досліджень занести в таблицю істинності.

При динамічному дослідженні зафіксуйте осцилограми напруг на вході цифрового пристрою і виході елементів пам'яті в одному часовому масштабі. Синхронізацію здійсніть вихідним сигналом тригера старшого розряду. Оцініть час відпрацювання вхідного сигналу цифровим пристроєм.

Переконайтесь, що статичні і динамічні дослідження дають повну уяву про алгоритм роботи цифрового пристрою.

Звіт оформити відповідно до рекомендацій, поданих у загальних положеннях.

3.6Контрольні запитання та завдання

1.Призначення та принцип побудови регістрів з паралельним вводом виводом чисел. Приклади побудови і галузі застосування.

2.Як побудувати оперативний запам’ятовуючий пристрій?

3.Принцип і приклади побудови регістрів зсуву.

4.Як визначити напрямок зсуву інформації у регістрі?

5.Принцип побудови і дії ІМС К155ИР1.

6.Приклади застосування регістрів у радіотехнічних системах.

7.Принципи побудови кільцевих лічильників.

8.Методика синтезу кільцевих лічильників на регістрах зсуву.

9.Як забезпечити автоматичний вихід з невикористовуваного стану при побудові кільцевого лічильника?

10.Як побудувати генератор кодових послідовностей?

11.Приклади застосування кільцевих лічильників у радіотехнічних си-

стемах.

12.Принцип побудови і методика синтезу лічильників із заданим мо-

дулем.

13.Принцип побудови і приклади реалізації реверсивних лічильників із заданим модулем.

14.Принцип побудови і дії ІМС К155ИЕ5

15.Принцип побудови і дії ІМС К155ИЕ8.

16.Приклади застосування лічильників із заданим модулем у радіотехнічних системах.

23

4 ДОСЛІДЖЕННЯ ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО ТА АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА

4.1 М е т а р о б о т и – вивчення принципів побудови цифроаналогових (ЦАП) і аналого-цифрових (АЦП) перетворювачів; навчитися проводити експериментальну оцінку їх характеристик.

4.2 Вказівки до організації самостійної роботи

При підготовці до роботи необхідно: опрацювати теоретичний матеріал

[2, с. 198-201; 6, с. 3-16, 32-85, 218-224, 233-241], а також конспект лекцій;

виконати рекомендації щодо підготовки до лабораторної роботи (див. загальні положення); проаналізувати принцип побудови і дії ЦАП на мікросхемі К572ПА1 і АЦП на мікросхемі К572ПВ1 (п. 4.3); проаналізувати індивідуальні завдання (табл.4.1) та його виконання (п.4.4).

Таблиця 4.1 –

Варіанти індивідуальних завдань

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Номер

ЦАП

 

 

АЦП

 

Номер

 

ЦАП

 

АЦП

завдання

1

 

2

 

1

 

2

завдання

1

 

2

1

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

П р и м і т к а:

 

ЦАП1

– зі зваженими резисторами R;

 

 

 

 

 

 

 

ЦАП2

– з матрицею R - 2R(К572ПА1);

 

 

 

 

 

 

 

АЦП1

– послідовного лічення;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АЦП2

– слідкуючого типу.

 

 

 

 

 

Побудуйте теоретичні характеристики перетворювачів, оцініть їх коефіцієнт перетворення, похибку перетворення, лінійність перетворення.

4.3 Опис лабораторного обладнання

Дослідження проводяться на полі П3 УЛМ. Мікросхема К572ПА1 являє собою десятирозрядний помножуючий ЦАП [7] (рис. 4.1).

Струм I0 задається джерелом опорної напруги U0 та послідовно ділиться в вузлах матриці типу R-2R. В аналітичній формі напруга на виході операційного підсилювача А з кодом хn … х1 на вході пов’язана співвідношенням:

24

 

= U0

x

n

+

x

n −1

+ K+

x

+

x

 

U y

 

 

 

 

2

 

1

,

2

0

 

1

2

n −1

2

n

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

де хn – значення старшого розряду; n – число розрядів.

Рисунок 4.1 – Функціональна схема ЦАП К572ПА1

Крок квантування, тобто розрахункове прирощення Uy при зміні вхідного коду на одиницю молодшого розряду

h = U0 . 2n

Напівпровідникова ВІС двадцятирозрядного АЦП К572ПВ1 є універсальним багатофункціональним вузлом для пристроїв аналогового входу – виходу мікропроцесорної системи низької і середньої швидкодії. Разом із зовнішніми компараторами напруги (КН) або операційними підсилювачами (ОП), джерелом опорної напруги, генератором тактових імпульсів мікросхема виконує функції АЦП послідовних наближень із виводом паралельного двійкового коду через вихідні каскади з трьома станами, а також помножуючого ЦАП з паралельним та послідовним виводом інформації [7]. У складі мікросхеми присутні пристрої для організації побайтового обміну інформацією з восьмирозрядною шиною даних мікропроцесора (МП).

Функціональна схема АЦП К572ПВ1 зображена на рис. 4.2, призначення виводів наведено в табл. 4.2 (СР – старший розряд, МР – молодший розряд). Дві групи прецизійних резисторів призначені для створення разом із зовнішнім ОУ чи КН функціонально завершених схем АЦП і ЦАП.

25

Таблиця 4.2 – Призначення виводів ІМС К572 ПВ1

Вивід

Призначення

Вивід

Призначення

 

 

 

 

1

Послідовний вхід

29

Вхід синхронізації ЦАП

2

Вхід керування СР

30

Цифрова „ земля”

3

Напруга джерела Uживл1

31

Кінцевий вивід R-2R

4,5

Цифровий вхід-вихід

32

Загальний вивід резисторів

 

 

 

R/2, R/4

16

Вхід керування МР

40

Вивід резистора R/4

17

Вхід керування режимом

41

Вивід резистора R/2

22

Вихід "Цикл"

42

Опорна напруга

23

Вхід порівняння

43

Аналоговий вхід1

24

Напруга джерела живлення

44

Аналоговий вхід2

 

Uживл2

 

 

25

Вхід тактових імпульсів ТІ

45

Загальний вивід резисторів

 

 

 

аналогових входів 1,2

26

Вихід "Кінець перетворення"

46

Аналоговий вихід 1

27

Вхід "Запуск"

47

Аналоговий вихід 2

28

Вхід "Цикл"

48

Аналогова "земля"

Робота схеми у режимі АЦП здійснюється у відповідності з принципом послідовних наближень з програмованим зсувом [7,8]. Схема вмикання АЦП К572ПВ1 показана на рис.4.3.

Рисунок 4.2 – Функціональна схема ВІС К572ПВ1

26

Рисунок 4.3 – Схема вмикання ВІС К572ПВ1

4.4 Порядок виконання роботи

Дослідження перетворювачів зводиться до оцінки:

коефіцієнта перетворення (відношення додавання вихідної змінної до додавання вхідної);

цілковитої похибки перетворення в кінцевій точці шкали (відхилення значень вхідного для АЦП та вихідного для ЦАП напруження від номінального значення в кінцевій точці шкали);

нелінійності (для АЦП – відхилення дійсної характеристики перетворення від обумовленої прямої лінії, для ЦАП – відхилення від обумовленої прямої лінії крапок характеристики перетворення, які ділять навпіл відстань між середнім значенням рівнів квантування).

Характеристики перетворення побудуйте „ за крапками” в статичному режимі. Напругу контролюйте цифровим вольтметром. Обумовлену пряму лінію проводять через початкову нульову та кінцеву точку шкали перетворення (отримайте розрахунковим шляхом).

Дослідження проведіть спочатку в статичному, а потім у динамічному режимах.

У в а г а. Вмикати макет тільки після завершення складання схеми. При проведенні досліджень правильно виберіть точку синхронізації. Рекомендується здійснити синхронізацію в початковий момент перетворення.

Під час дослідження ЦАП вхідний код отримайте з виходу лічильника СТ2 (DD3.3) у режимі лічення одиничних імпульсів (подати від генератора одиничних імпульсів F – від кнопки) для статичного дослідження і в режимі

27

безперервного лічення періодичної послідовності імпульсів (подавайте від генератора імпульсів сітки частот G) – для динамічного.

Простішим ЦАП (зі зваженими R) дослідіть при різних значення опору навантаження (зміну опору робіть плавно, значення вказані на шкалі). Опір резистора R=1 кОм, чотирьохрозрядний ЦАП (DA3.1) з матрицею R-2R (мікросхема К572ПА1 – з'ясуйте, куди підключено входи, які не займані) дослідіть при U0 =var (задати змінним резистором, значення вказано на шкалі). Вказаний ЦАП дослідіть як помножуючий, подавши замість U0 – напругу від зовнішнього генератора (наприклад, Г3-34 – допустима зміна напруги ± 10 В) при різних значеннях етапно заданого вхідного коду. З'ясуйте, який результат можна отримати, якщо лічильник буде працювати в режимі безперервного лічення (частота імпульсів лічення повинна бути приблизно на два порядки більша, ніж частота U0).

Під час дослідження АЦП послідовного лічення скористайтеся схемою рис. 4.4 з урахуванням специфіки з'єднання функціональних вузлів на макеті.

Рисунок 4.4 – Функціональна схема АЦП послідовного лічення

Рекомендується для організації "скиду" в "0" тригера керування DD3.7 його вхід R з'єднати з виходом компаратора через формувач імпульсу DD3.6. Для дослідження в статичному режимі використовуйте окремі імпульси, а в динаміці з виходу генератора сітки частот, розташованого на полі керування з частотою 1 кГц, імпульси лічення з частотою 50 кГц. Зверніть увагу, як частота імпульсів лічення впливає на характеристики перетворення. Еталонну напругу на ЦАП подавайте номінальну; напругу по входу Uх – від зовнішнього джерела живлення на панелі керування. Вхідний код фіксується лічильником DD3.3.

На базі АЦП послідовного лічення побудуйте АЦП відстежуючого типу і проведіть необхідні дослідження. Знявши статичні і динамічні характеристики, з'єднайте аналоговий вхід АЦП з виходом звукового генератора і переконайтесь в ефективності АЦП відстежуючого типу (контрольна епюра з

28

виходу ЦАП). Запропонуйте функціональне рішення, яке забезпечує контроль процесу входу у режим стеження з метою оцінки його тривалості.

Аналогічно дослідженню відстежуючого АЦП проведіть дослідження АЦП DА3.3 на мікросхемі К572ПВ1. Сигнал запуску і тактові імпульси візьміть з виходу генератора поля керування F та G відповідно.

З'єднайте виходи АЦП DА3.3 і ЦАП DА3.4 (К572ПА1) і оцініть вірність перетворення вхідного сигналу. У випадку зміни його за якимось законом (наприклад, гармонічний сигнал) ви отримаєте ступеневу апроксимацію. Переконайтесь у цьому.

У макеті передбачено підключення АЦП DA3.3 та ЦАП DA3.4 до мік- ро-ЕОМ на базі МП КР580ИК80. При цьому програмне керування перетворювачем виконує МП.

4.5 Вказівки щодо реєстрації результатів, їх обробки і оформлення

Побудуйте характеристики перетворення у відповідності з рекомендаціями п. 4.3, нанесіть обумовлену пряму і визначте коефіцієнт перетворення, абсолютну похибку в кінці шкали, нелінійність.

Зафіксуйте у звіті часові діаграми напруги у всіх характерних точках і оцініть параметри сигналів.

Звіт оформити відповідно до рекомендацій, поданих у загальних положеннях.

4.6 Контрольні запитання та завдання

1.Принцип побудови ЦАП. Його параметри і характеристики.

2.Принцип побудови АЦП. Параметри і характеристики.

3.Особливості матриць типу R-2R.

4.Чим визначається похибка ЦАП?

5.Принцип побудови відстежуючого АЦП;

6.Як перетворити відстежуючий АЦП у АЦП послідовного лічення?

7.Особливості побудови АЦП послідовного лічення.

8.Чим визначається похибка АЦП?

9.Принцип роботи ЦАП на ІМС К572ПА1.

10.Принцип роботи АЦП на ІМС К572ПВ1.

11.Зобразити функціональну схему дослідження ЦАП.

12.Зобразити функціональну схему відстежуючого АЦП.

13.Галузі і приклади застосування ЦАП.

14.Галузі і приклади застосування АЦП.

15.Як побудувати на базі АЦП та ЦАП генератор ступеневої напруги з заданою функцією?

29

5 ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК МУЛЬТИВІБРАТОРІВ НА ЛОГІЧНИХ ЕЛЕМЕНТАХ

5.1М е т а р о б о т и – вивчення принципів побудови мультивібраторів на логічних елементах (в очікуваному та автоколивальному режимах); придбання навичок розрахунку схем та їх експериментального дослідження.

5.2Вказівки до організації самостійної роботи

При підготовці до роботи необхідно: опрацювати теоретичний матеріал

[1, с. 264-270; 2, с. 310-313; 3, с. 136-147, 151, 153; 5, с. 148-165] та конспект лекцій;

виконати рекомендації з підготовки до лабораторної роботи (див. загальні положення); розрахувати часові параметри вихідних імпульсів мультивібратора за формулами (5.1), (5.9) у відповідності з номером завдання (табл. 5.1). Схеми мультивібраторів, які досліджуються, зображено на рис. 5.1-5.4.

Таблиця 5.1 – Варіанти індивідуальних завдань

Номер

 

 

 

Схема мультивібратора для досліджень

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

5.1

Рис. 5.2

 

Рис. 5.3

 

 

Рис. 5.4

 

зав-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1,

 

C1,

R1,

C1,

R1,

C1,

R2,

C2,

R1,

 

R2,

 

C1,

дання

 

 

 

 

кОм

 

нф

кОм

нф

кОм

нф

кОм

нф

кОм

 

кОм

 

нф

1

0,62

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

0,62

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

1,2

10

1,2

10

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2

 

1,2

 

22

5

1,2

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

0,62

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

0,62

22

0,62

22

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,62

 

0,62

 

22

9

0,62

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

1,2

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

0,62

22

1,2

10

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2

 

0,62

 

22

13

1,2

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

1,2

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

0,62

10

1,2

22

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2

 

1,2

 

10

Розрахунок часових параметрів вихідних імпульсів мультивібраторів рекомендується виконати, використовуючи такі співвідношення:

30

tн

= τ ln

 

E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вих

,

 

 

 

 

 

(5.1)

U

1

 

 

 

 

 

 

 

 

пор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де:τ = C1( R1 + Rвих )

 

 

 

 

tв » ( R || Rвих1

)C1 ×ln

 

 

+

 

 

10 ×Uд

 

 

 

(5.2)

10

 

 

 

 

 

I

1

 

1

 

Рисунок 5.1 – Схема муль-

 

 

 

 

вх

( R1 || Rвх

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тивібратора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tл

= С1( R1 + Rвих1

)ln

 

E1R1

 

(5.3)

U 1

( R1 + R1

)

 

 

 

пор

вих

 

 

tв

3C1( R1 + Rвих0

)

без діода

 

(5.4)

tв

3C1( Rвих0 + τ Д )

з діодом

 

(5.5)

Рисунок 5.2 – Схема мультивібратора

Рисунок 5.3 – Схема мультивібратора в автоколивальному режимі

Рисунок 5.4 – Схема мультивібратора вавтоколивальному режимі

 

= ln

( R2 + R1

 

)U 0

 

 

+ E1

R2

(5.6)

tі

 

вих

пор

 

 

 

вих

 

 

 

 

 

 

( R2 + R1

 

 

)U 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вих

 

 

 

 

пор

 

 

 

 

 

 

 

≈ τ ln

( R1 + R1

 

)U 0

 

 

 

+ E1

 

R1

(5.7)

ti

 

вих

 

пор

 

 

вих

 

 

 

 

( R1 + R1

 

 

)U 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вих

 

 

 

пор

 

 

 

 

 

 

де: τ

1

= ( R2 + R1

)C1 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

 

 

вих

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

= ( R1 + R1

)C2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вих

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ti1

 

R2C1ln 2Eвих1

Uпор1

U Д

 

 

 

 

 

(5.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпор1 U Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ti2

 

R1C1ln 2E1

 

U

1

 

U

Д

 

 

 

 

 

вих

 

 

пор

 

 

(5.9)

 

 

 

 

U 1

 

U

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де:

 

 

ti

тривалість вихідного імпульсу;

 

 

 

tв

час встановлення первинного етапу

очікувального мультивібратора;

 

U0пор, U1пор – порогове вихідне напруження, яке відповідає початку зміни рівня вихідного сигналу ЛЕ відповідно від одиничного до нульового та від нульового до одиничного;

31

I1вх, R1вх, U1вих, E1вих, R1вих – вхідний струм, диференційний вхідний опір, вихідне напруження навантаженої схеми, вихідне напруження ненавантаженої схеми, диференційний вихідний опір, відповідні нульовому рівню сигнали ЛЕ;

UД, τД – падіння напруги на діоді і диференційний опір при прямому зміщенні переходу.

Досліджувані мультивібратори виконані на ЛЕ серії К155. Типові значення параметрів вказаних ЛЕ, необхідних для розрахунку, наведені в табл. 5.2.

Таблиця 5.2 – Типові значення параметрів даних ЛЕ серії К155

I1вх= 0.8мА,

I0вх= 0мА,

E1вих= 4.28В,

E0вих= 0В,

U1вих= 2.4В,

U0вих= 0.4В,

U1пор= 1.5В,

U0пор= 0.5В,

R1вх=10кОм,

R0вх= кОм,

R1вих=200 кОм,

R0вих=5...10 кОм,

Uвх max=5.5В,

Uвх min=-0.4В,

Iвих max=10мА,

fmax=10МГц,

Pпот≤ 25мВт,

Dіоди-UД ≈ 0.8В,

τД=50...150 Ом.

 

Для спрощення розрахунків рекомендується скористатися пакетами прикладних програм Mathematika або MatCad.

5.3 Опис лабораторного обладнання

Дослідження проводять на полі П1 УЛМ (див. рис. А.2). Використовують ЛЕ DD1.4, DD1.7 та навесні елементи з набірного поля "Набір R, C, VD" ПК2. Номінальні значення елементів набірного поля: резистори 620 Ом

(2шт), 910 Ом (2шт), 1.2 кОм (2шт), 3.3 кОм (2шт), 6.8 кОм (2шт); кон-

денсатори 10 нФ (2шт), 22 нФ (2шт), 0.1 мкФ; діоди 6 шт.

Схему досліджуваного мультивібратора збирають за допомогою дротів. За необхідності розширення можливостей з’єднання елементів схем використовують „ монтажні АБО”.

При дослідженні очікувальних мультивібраторів зовнішній генератор імпульсів підключають до схеми за допомогою формувача „G зовн.” ПК1. Полярність вихідного імпульсу зовнішнього генератора позитивна, амплітуда менше або дорівнює 5В.

Передбачено дослідження мультивібратора в мікросхемному варіанті К155АГ. Функціональна схема мультивібратора зображена на рис. 5.5.

Схема являє собою одновібратор, який містить RS-тригер та тригер Шмітта, має два входи RS-тригера А1 та А2, вхід тригера Шмітта – В, а також

прямий та інверсний виходи Q і Q – відповідно. Запуск може здійснюватись на один із виходів А як негативним перепадом вхідного сигналу (незалежно від тривалості його фронту) при В=1, так і позитивним перепадом, який по-

дається на вхід В, при А1 = 0, А2 = х (при цьому Q =1). Наявність тригера Шмітта на виході одновібратора дозволяє перемикати схему повільними фронтами при швидкості зростання напруги 1В/с, забезпечуючи підвищену

32

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]