АУЭС
№ 1 Емтихан билеті
Микропроцессорлық жүйелердің негізгі міндеттері қандай?
Микропроцессорлық жүйелерді кеңінен қолдану микропроцессорлардың габаритінің кішілігі, қуат көзін аз тұтынуы, басқару арналарына көп санды процессорларды қосу мүмкіндігі, программалық орнатуларының қарапайымдығы сияқты артықшылықтарына байланысты. Микропроцессорлар және микроЭЕМ-дер көптеген салаларда қолданылатындықтан, микропроцессорлық жүйелерді келесідей жіктеуге болады: - бақылаудың және басқарудың орнатылған жүйелері; - ақпаратты жинау және өңдеудің жергілікті жүйелері; - күрделі объектілерді басқаратын үлестірілген басқару жүйелері; - қатарластырылған жоғары жыдамдықты үлестірілген есептеу жүйелері. Қазіргі кезде микропроцессорлық жүйелер келесі салаларда кеңінен қолданылуда: - басқару жүйелері және бақылаушы-өлшеуіш аппаратуралары; - байланыс техникасы және тұрмыстық және сауда аппаратуралары; - көлік (транспорт) және әскери техника; - есептеу машиналары, жүйелері, кешендері және желілері. Микропроцессорлық жүйені кіріс сигналдарын өңдеп, шығыс сигналдарын беретін электронды жүйенің жеке бір қыры сияқты қарастыруға болады МПЖ электрондық жүйе түрінде Дәстүрлі цифрлық жүйе көбінесе «қатаң логикалы» жүйе деп те аталады. «Қатаң логикалы» кез келген жүйелер тек бір ғана есепке немесе алдын ала белгілі болатын бір біріне ұқсас бірнеше есептерге бағытталған арнайы жүйені бейнелейді Жүйеге қосымша басқарушы ақпаратты, жүйе жұмысының программасын енгізсек, онда жүйе (сурет-1.1) әмбебап немесе программаланатын, яғни қатаң емес, икемді жүйе болып саналады. Дәл осы сипаттамаларды микропроцессорлық жүйелер қамтамасыз ете алады. «Қатаң логикалы» жүйелер есептелінетін есептер ұзақ уақыт өзгермейтін, ең жоғары жылдамдық қажет болатын, ақпаратты өңдеу алгоритмдері өте қарапайым жағдайларда ыңғайлы. Ал, әмбебап, программаланатын жүйелер есептелінетін есептер жиі өзгеретін, жоғары жылдамдық аса маңызды емес, ақпаратты өңдеу алгоритмдері күрделі жағдайларда жақсы. Яғни, әрбір жүйе өзінше жақсы. Микропроцессорлық жүйенің ядросы микропроцессор (МП) немесе тек процессор (ағылшынның processor сөзінен шыққан) болып табылады. Қазақша аударғанда дұрысы «өңдеуіш» болып табылады, микропроцессор – үлкен интегралды сұлбалар (ҮИС) технологиясын қолданып жасалынған (көбінесе бір кристаллда), программалық басқару көмегімен ақпаратты өңдеу (сонымен қатар, енгізу-шығару) мүмкіндігіне ие, өңдеуші құрылғы. Басқа түйіндері тек қосымша функцияларды ғана орындайды: ақпаратты сақтау (мұның ішінде басқарушы ақпарат, яғни программа да бар), сыртқы құрылғылармен байланыс орнату, қолданушымен байланыс орнату және т.б.
Электроника және микропроцессорлық техника туралы негізгі ұғымдар мен анықтамалар.
Электроника – заман талабына сай ғылымдардың бірі. Ол әртүрлі аспаптардың физикалық негіздерін және тәжірибелік қолданылуын оқытады. Классикалық түсінік бойынша, электроника әртүрлі ортадағы электрондардың бағытталған қозғалысының қасиеттерін қолданатын ғылым болып табылады. Жартылайөткізгішті материалдарда басқа материалдарға қарағанда электрондардың қозғалысы анағұрлым байқалатын із қалдырады. Сол себептен осы заманғы электроника практикалық тұрғыда толық жартылайөткізгіштен жасалады.
Электроника келесі сұрақтарды қарастырады: жартылайөткізгіш аспаптар, олардың сипаттамалары, әрекеттестігі, математикалық моделдер, байланысу ережесі, жұмыс шарты және схемотехника.
“Электроника” түсінігінің көпмәнділігінен және көлемінің кеңдігінен, курс бойынша оқулық таңдауда қиындықтар туындайды. Олардың қайсыбірін ұсыну қиындай түседі. Электрониканың ғылым ретінде жедел дамуы және техниканың әртүрлі салаларындағы толғандырарлық қарқыны, қарастырылатын сұрақтардың көлемінің артуы мен қиындықтарға алып келеді. Ғылымның барлық бөлімдерін бір курста меңгертуге ұмтылу көбінесе ойдағыдай қорытынды бермейді. Оқулықтардың физикалық және математикалық бөлімдерінде, болашақ маманға қажетті ғылым мен ақпараттың тәжірибелік құнсыздануы жиілейді. Мұндай ақпараттар қазір схемотехника бөлімінің, электрондық сұлбаларды жобалаудың негізгі әдістері мен ережелерін қамтамасыздандыруда жоғары дәрежеде шоғырландырылуда.
Көзқарас бойынша схемотехникалық жартылайөткізгішті аспаптар белгілі сызықсыз сипаттамаларымен және өіне тән, ерекше қасиетінің жиынтығымен қарапайым электрлік элементтерге жатады. Схемотехника өзінің жеке заңдарына ие емес, ол толықтай электрониканың жалпы заңдарымен негізделеді, бірақ жартылай өткізгіштердегі тәжірибелік сұлбалар диапазонының шексіздігі электрониканың бұл бөлімін сарқылмастай етеді, ал керек десеңіз электрондық жобалау үрдісінде кейбір авторлар өнер саласының мамандары.
Физикалық электроникаға жатады: Өткізгіштер мен газдардағы электрондық және иондық үрдістер. Вакуум және газдың, қатты және сұйық дененің аралығындағы бөлу аймағы. Техникалық электроникаға электрондық аспаптардың құрылымын оқып, үйрену және оларды қолдану жатады. Электрондық аспаптарды өнеркәсіпте қолдану саласы, өнеркәсіптік электроника деп аталады.
Электрониканың жетістіктері белгілі дәрежеде радиотехниканың дамуына жағдай жасады. Электроник мен радиртехниканың соншалықты тығыз байланыстылығы, оларды 50-ші жылдары біріктіріп және техниканың бұл саласын радиоэлектроника деп атайды. Бүгінгі күнде радиоэлектроника бұл – ғылым және техника саласында, жиіліктің радио және оптикалық диапазонындағы электромагниттік тербелістер мен толқындар көмегімен ақпаратты жіберу, қабылдау және өңдеу мәселелерімен байланысты. Электрондық аспаптар радиотехникалық құрылғының негізгі элементі болып табылады және радиоаппаратураның маңызды көрсеткішін анықтайды. Басқа қырынан қарағанда радиотехникадағы көптеген мәселелер қолданыстағы электрондық аспаптарды әбден жетілдіруге және жаңасын ойлап табуға жол ашты. Бұл аспаптар радиобайланыста, телевиденияда, дыбысты жазу және оны тыңдауда, радиолокацияда, радионавигацияда, радиотелебасқаруда, радиоөлшеуде және радиотехниканың басқада салаларында қолданылады.
Техниканың осызаманғы даму кезеңі бүкіл адамзаттың өмірі мен тіршілік сферасында электроника үлесінің артуымен сипатталады. Америкалық статистиктердің мәліметі бойынша көлемі жөнінен барлық өнеркәсіптің 80%-ға жуығы электрониканың үлесінде. Электроника саласындағы жетістіктер қиын ғылыми-техникалық мәселелерді шешуде табысқа жеткізеді. Ғылыми зерттеулердің тиімдігі, машина және жабдықтардың жаңа түрін жасауды арттырады. Тиімді технологияны және басқару жүйесін өңдеуде: бірегей қасиеттегі материалды алу, ақпаратты жина және өңдеу үдерісін әбден жетілдендіру. Электроника ғылыми-техникалық және өндірістік мәселелерді ауқымды шеңберде қамти отырып, білімнің түрлі саласында жетістікке жетуде.
Осының аясында бір жағынан электроника басқа ғылымдар мен өндірістердің болашақтағы дамуына жағдай жасай отырып, олардың алдына тапсырма қояды. Басқа қырынан қарасақ оларды сапалы жаңа техникалық жабдықтармен және зерттеу әдістерімен қамтамасыздандырады. Электроникада ғылыми зерттеу бұйымдарына келесілер жатады:
Электромагниттік өрістегі электрондар мен басқада зарядталған бөлшектердің өзара әсерлесу заңын оқу.
Энергияны түрлендіру мақсатында қолданылатын электрондық аспаптарды жасау әдістерін өңдеу, ақпаратты өңдеу және сақтау, өндірістік үдерістерді(процесс) автоматтандыру, энергетикалық құралдар жасау, бақылау-өлшеу аппараттарын жасау, ғылыми эксперимент жабдықтарын жасау және басқада мақсаттар.
Арпап ішіндегі макроөріс, атом ішіндегі микроөріс, малекулалық және кристалдық торлардағы сияқты электронның өте аз инерциялылығы электрондардың өзара әсерін тиімді қолдануға мүмкіндік береді және жиілігі 1000ГГц-ке дейінгі электромагниттік тербелістерді түрлендіру және қабылдау.
3.Күрделі инверторлы ТТЛ сұлбасы
Күрделі инвертерлі ТТЛ сұлбасы (сурет 5.2) екі бөліктен тұрады:
а) КЭТ көпэмиттерлі транзисторды қосатын ЖӘНЕ конъюнкторы және R1 резисторы. ЖӘНЕ сұлбасының 2-ден 8-ге дейін кірістері болуы мүмкін (кірістер санының көбеюі ТТЛ-дің логикалық мүмкіндіктерін кеңейтеді);
б) құрамында VT1, VТ2, VТ3, VD, R2, R3, R4 бар ЕМЕС күрделі инвертері.
Күрделі инвертерді фаза-ажыратушы каскад пен кіріс күшейткішінен тұрады деп қарастыруға болады.
Фаза-ажыратушы немесе фазоинверсті каскад (VT1, R2, R3-тен тұрады) VТ2 және VТ3 транзисторларын басқару үшін қызмет етеді. VТ1 транзисторы ауыстырып қосып ажырату шегін үлкейтеді, ТТЛ-дің бөгеуілдерге тұрақтылығын арттырады.
Кірістегі күшейткіш (VТ2, VТ3, VD, R4) эмиттерлік қайталағыш болып табылады. VТ1, VТ3 транзисторлары қосарланған транзисторлар немесе Дарлингтон жұбы болып табылады. Жұмыстың статикалық режимдерінде VT3 сұлбалары VT1 күйін қайталайды. VT1 жабылса, VT3 транзисторының базасы R3 резисторы арқылы корпусқа қосылады, сонда VT3 жабық күйі қамтамасыз етіледі.
VТ2 транзисторы қаныққан және токсыз күйде жұмыс істей алады. Жұмыстың статикалық режимдерінде оның күйі әрқашан VT3 күйіне, сәйкесінше VT1 күйіне қарама-қарсы болады. VT3 транзисторының қаныққан күйінде VT2 жабық немесе керісінше. VТ2, VТ3 транзисторлары екітактілі қуат күшейткіші болып табылады.
VD диоды VТ3 ашық кезінде VТ2 транзисторын берік жабу мақсатында қызмет етеді. VT3 транзисторының қаныққан күйі кезінде VT2 ашылу шегін көтеру арқылы оның жабық күйін қамтамасыз етеді. Шынымен:
UБЭ2 = UКЭН1 + UБЭ3 – UКЭН3 – UVD ≈ U БЭ3 - UVD < Uтаб2, мынадай мәндерге ие болғандықтан: UБЭ = 0,7 В; UКЭ=0,3 В; UVD = 0,7 В; Uтаб = 0,6 В.
UБЭ2 = UБ2 - (UD+UКЭ3) = UКЭ1+UБЭ3 – UVD - UКЭ3 =0,3 + 0,7 - 0,7 - 0,3 = 0.
Егер VD жоқ болса, UБЭ2 = UКЭ1 + UБЭ3 - UКЭ3 = 0,7 В, мұнда VТ2 ашық.
UБЭ2 = UБ2 - UЭ2 = (UКЭ1+UБЭ3н) - (UКЭ3н+UD) = 0.
Егер VT1 қаныққан болса, VT3 базасы арқылы ток ағады
IБ3 = IЭ1 – IR3 = [(EК - UКЭН1 – UБЭ3)/2∙R2] – (UБЭ3/R3). VT2 транзисторы және VD диодының жабық кезіндегі VT3 транзисторының қаныққан күйін қамтамасыз ету үшін келесі шартты орындау кажет
IБ3∙В3 ≥ IКН = n∙I0кір жүкт,
мұндағы В – үлкен сигнал режиміндегі токты жіберу коэффициенті;
n – қарастырылып жатқан сұлбаның шығысына қосылған жүктемелі ТТЛ-сұлбалар саны;
I0кір жүкт – жүктемелі ТТЛ-сұлбаның кіріс тогы.
Осы жерден берілген сұлбаның жүктемелік қабілеттілігін анықтауға , яғни VT3 транзисторы әлі де қаныққан режимде жұмыс істей алатын кездегі жүктемелік сұлбалардың максималды санын анықтауға болады:
nмакс = IБ3∙В3 / I0кір жүкт.
R4 резисторы төменгілер үшін қажет:
а) кірісте қысқа тұйықталу жағдайында VТ2 және VD қорғау;
б) сұлбаны логикалық нөлден логикалық бірге ауыстырған кезде коллекторлық тогын шектеу. VT1 жабылғаннан соң, VT2 транзисторы VT3 қаныққан транзисторынан бұрын ашылады өйткені, транзисторына қанығу режимінен шығу үшін біршама уақыт қажет. Нәтижесінде, біршама уақыт аралығында, VT2 және VT3 транзисторлары ашық, және Ек, VT2, VD и VT3 элементтерінен тұратын тізбек бойынша, Ек қоректендіру көзінен тұтынылып жатқан ток ағады, және қоректендіру шинасы бойыша бөгеуіл импульсі пайда болады. Бөгеуіл амплитудасын шектеу үшін, шамамен бірнеше ондаған Ом-ға тең R4 резисторы қойылады.