Глотов А.Н., Жаркова Н.А., Кузьмина Е.К. Исследование типовых узлов цифровых устройств (2013)

Московский государственный технический университетим. Н.Э. БауманаФакультет Радиоэлектроники и лазерной техникиКафедра Радиоэлектронные системы и устройстваА.Н. Глотов, Н.А. Жаркова, Е.К. КузьминаИССЛЕДОВАНИЕ ТИПОВЫХУЗЛОВ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВЭлектронное учебное изданиеМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине«Цифровые устройства и микропроцессоры»Под редакцией Г.Н.

СоловьеваМосква(С) 2013 МГТУ им. Н.Э. БАУМАНА2УДК 621.374Рецензент: к.т.н. доцент Масленникова С.И.Н.А. Жаркова, А.Н. ГлотовИсследование типовых узлов цифровых устройств. Электронное учебное пособие.– М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2013.28 с.В лабораторных работах по курсу "Цифровые устройства и микропроцессоры"исследуются характеристики широко используемых типовых функциональных устройствцифровой и микропроцессорной техники: счетчиков, регистров, шифраторов,дешифраторов, мультивибраторов, триггеров, аналого-цифровых и цифро-аналоговыхпреобразователей.Базой для исследования являются: пакет программы моделирования устройствэлектронной техники Micro-Cap v.7.0 фирмы Spectrum Software и лабораторные макетымультивибраторов, триггеров, АЦП-ЦАП, разработанные на кафедре РЛ1 МГТУ им.

Н.Э.Баумана. Предполагается, что студенты владеют навыками работы с пакетом Micro-Capv.7.0, приобретенными в ходе освоения курса "Основы электроники"В Исследованиях типовых узлов цифровых устройств приведен порядоквыполнения и контрольные вопросы по каждой лабораторной работе.При самостоятельной подготовке к лабораторным работам используются лекции иУчебное пособие «Типовые узлы цифровых устройств» по данному курсуРекомендованоучебно-методическойкомиссиейфакультета«Радиоэлектроники и лазерной техники» МГТУ им. Н.Э.

БауманаЭлектронное учебное изданиеЖаркова Надежда АлексеевнаГлотов Александр НиколаевичКузьмина Елена КонстантиновнаИССЛЕДОВАНИЕ ТИПОВЫХ УЗЛОВ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ©2013 МГТУ имени Н.Э. БауманаОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов, Е.К. Кузьмина «Исследование типовых узлов цифровыхустройств»3ОглавлениеОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ .............................................................................4Работа 1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ШИФРАТОРОВ, ДЕШИФРАТОРОВ иМУЛЬТИПЛЕКСОРОВ .............................................................................................................5Порядок выполнения работы ...............................................................................................5Контрольные вопросы............................................................................................................7Работа 2.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ ...........................................................................8Порядок выполнения работы ...............................................................................................8Контрольные вопросы............................................................................................................9Работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКОВ ........................................................................10Порядок выполнения работы .............................................................................................10Контрольные вопросы..........................................................................................................12Работа 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ МУЛЬТИВИБРАТОРОВ ....................................................13Порядок выполнения работы .............................................................................................13Контрольные вопросы..........................................................................................................16Лабораторная работа №5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ ..........................................18Порядок выполнения работы .............................................................................................18Контрольные вопросы..........................................................................................................21Лабораторная №6.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРО-АНАЛОГОВЫХПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ...........................................................................................................25Порядок выполнения работы .............................................................................................25Контрольные вопросы..........................................................................................................26Лабораторная №7 ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (АЦП) ..............................................................................................27Порядок выполнения работы .............................................................................................27Контрольные вопросы..........................................................................................................30ОглавлениеН.А.

Жаркова, А.Н. Глотов, Е.К. Кузьмина «Исследование типовых узлов цифровыхустройств»4ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ1.При компьютерном моделировании файлы схем, необходимые для изучения,находятся в разделе, который указывает преподаватель. Временные файлы, возникающиев процессе работы программы Micro-Cap, необходимо размещать только в каталогах,указанныхпреподавателемилисистемнымадминистратором.Запрещаетсямодифицировать файлы, не имеющие отношения к исследуемой работе.2.При выборе цифровых компонентов схемы следует обращать внимание наих быстродействие.

Цифровые компоненты среднего и низкого быстродействия включеныв серии 74xx и 74Lxx (отечественный аналог серии 155,555), а высокого быстродействия –в серии 74Fxx,74Sxx (отечественный аналог серии 530,1530).3.При подготовке к лабораторной работе следует предварительноознакомиться с Учебным пособием, в котором подробно изложена работа исследуемыхустройств.4.Для работы с физическими макетами мультивибраторов, триггеров, АЦП иЦАП необходимо изучить принципиальную схему исследуемого макета. Перед началомработы следует проверить правильность подключения источников питания иизмерительных приборов.

В ходе работы необходимо строго соблюдать мерыэлектробезопасности в соответствии с инструкциями, полученными от преподавателя.Расписка о получении инструкции должна быть в лабораторном журнале.5.Отчет должен содержать краткое описание работы анализируемых схем и,при необходимости, расчеты. В отчете необходимо привести схемы исследуемыхустройств для каждого режима отдельно. Необходимо также приводить эпюрынапряжений, логические диаграммы и графики, поясняющие принцип работыисследуемых устройств. Графический материал оформлять в соответствии с требованиямиЕСКД с обязательным указанием физических размерностей переменных и их масштабов.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов, Е.К.

Кузьмина «Исследование типовых узлов цифровыхустройств»5Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ШИФРАТОРОВ, ДЕШИФРАТОРОВ иМУЛЬТИПЛЕКСОРОВЦель работы: изучение принципов построения и исследование основныххарактеристик шифраторов, дешифраторов и мультиплексоров.Шифраторами (кодерами) называют устройства, позволяющие преобразоватьсигнал (импульс или потенциал), поступающий на один из несколько входов, в код,представленный в произвольной системе счисления.

Обычно это преобразованиепозиционного кода в двоичный код. Функция преобразования шифратора задается либо ввиде переключательной функции, либо в виде таблицы истинности.Дешифраторы (декодеры) выполняют задачу обратную кодированию. Входнаяинформация имеет вид кода, выходная – импульса или потенциала на одной из выходныхшин.Мультиплексоры и демультиплексоры – управляемые кодом коммутаторы. Воснове лежит принцип работы шифраторов и дешифраторов.Порядок выполнения работыДля выполнения работы запустите пакет схемотехнического моделирования MicroСap и откройте файл, содержащий исследуемую схему.Задание 1.

Исследования шифратора на диодах.Схема для моделирования находится в файле "KODDIOD.CIR".Напряжение источника питания V1 должно быть больше прямого падения напряжение надиоде Uд.пр. При анализе необходимо использовать режимы анализа Dynamic DCпрограммы MicRo-Сap.1.Запустите схему на моделирование и составьте таблицу истинности шифратора.№сост128Вход (название входных шин)«0» «1»«2»«3»«4»«5»«6»«7»Выход (разряды)1р2р3р1001000000000000000001000000011112. Объясните, почему на выходных зажимах напряжение меньше, чем напряжениеисточника питания.3. Уменьшая напряжение источника V1, определите, минимальное значение, при которомсохраняется работоспособность шифратора.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов, Е.К.

Кузьмина «Исследование типовых узлов цифровыхустройств»64. Измените схему шифратора и закодируйте его согласно приведенной таблицеистинности приведенной ниже, для этого добавьте недостающие шины и разряды.Название шины(десятичное число)0123456789Двоичный код(код Грея длядесятичных чисел)0000000100110010011001110101010011001000Задание 2. Исследование шифратора на логических элементах.Схема для моделирования находится в файле "KODLOG.CIR".

Напряжениеисточника V1 установите в диапазоне +5…10В.1.Запустите схему на моделирование. Составьте таблицу истинности шифратора, включивнее сигнал управления.№1234Вход (название шин)01231111011110111101411115111161111711118111191111Выход (разряды)1р 2р 3р 4рВыхУпр112. Уменьшая напряжение источника V1, определите, при каком напряжении шифраторперестает функционировать. Объясните причину.3. Закодируйте шифратор согласно таблице Задания 1, п.4.4. Определите предельную частоту работы шифратора, используя характеристики(максимальное время задержки) элементов схемы.Задание 3.

Исследования дешифраторов.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов, Е.К. Кузьмина «Исследование типовых узлов цифровыхустройств»7Схемы для анализа находятся в файлах "DEC2х4.CIR" и "DEC4x10.CIR".1. Поочередно запустите схемы дешифраторов на исполнение и, по полученным данным,постройте для них таблицы истинности.2. Определите предельные частоты, до которых работают дешифраторы (2х4) и (4х10).3. Опишите с помощью логических функций работу дешифратора (2х4).4. Постройте схему дешифратора(3х4) выполняющего логические функции:Y1  x1 x2  x3 , Y 2  x1 x2  x3 , Y 3  x1 x2  x3 , Y 4  x1 x2  x3 и проверьте его работу потаблице истинности.Задание 4. Мультиплексоры и демультиплексоры1.