Министерство
образования и науки Украины
Севастопольский национальный технический университет
Кафедра
кибернетики и вычислительной техники
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторных работ по дисциплине «КОМПЬЮТЕРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА»
для студентов дневной и заочной форм обучения
по направлению подготовки 6.0915 – «Компьютерная инженерия»
Часть 2
Севастополь
2002
УДК 621.396.6
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению лабораторных работ по дисциплине «КОМПЬЮТЕРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА» для студентов дневной и заочной форм обучения по направлению подготовки 6.0915 – «Компьютерная инженерия». Часть 2 / Сост. Е.С. Ядовина, Ю.Л. Явкун, Е.А. Романова. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2002. – 47 с.
Целью методических указаний является оказание помощи студентам в выполнении и оформлении лабораторных работ по дисциплине «Компьютерная электроника и схемотехника». Излагаются цели, основные теоретические положения, порядок выполнения лабораторных работ, содержание отчета, контрольные вопросы, рекомендуемая литература.
Методические указания предназначены для студентов и преподавателей университета.
Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры кибернетики и вычислительной техники, протокол № 11 от 26 июня 2002г.
Допущено учебно-методическим центром СевГТУ в качестве методических указаний
Рецензенты:
кандидат технических наук, профессор кафедры кибернетики и вычислительной техники Апраксин Ю.К.
кандидат технических наук, доцент кафедры информационных систем Бондарев В.Н.
СОДЕРЖАНИЕ
9 Лабораторная работа №9 «Исследование интегральных микросхем триггеров»………………………………………………………………………………..4
10 Лабораторная работа №10 “Исследование синхронных двухступенчатых триггеров“……………………………………………………………….…………..9
11 Лабораторная работа №11 "Исследование интегральных микросхем счетчиков"………………………………………………………………………………..15
12 Лабораторная работа №12 “Исследование аналоговых компараторов“………………………………………………………………………19
13 Лабораторная работа №13 “Исследование ИМС операционных усилителей“……………………………………………..………………………….………..25
Лабораторная работа №14 “Исследование методов аналого-цифрового преобразования”…….………………………………………………….…………..31
Список рекомендуемой литературы………………………………………………36
Приложение А Методы аналого-цифрового преобразования………………...…38
9 Лабораторная работа №9
«Исследование интегральных микросхем триггеров»
9.1 Цель работы
Изучить принципиальные схемы, основные характеристики и параметры триггеров ТТЛ и КМОП логики, экспериментально исследовать заданные типы ИМС.
9.2 Основные положения
В лабораторной работе исследуются интегральные схемы триггеров ТТЛ логики К555ТМ2, К555ТВ1, К531ТМ2, К1533ТМ2, К531ТВ1, К1533ТВ1 и КМОП логики К176ТМ1. В микросхеме К555ТМ2 расположены два D-триггера с динамическим управлением записью. Микросхема К555ТВ1 представляет собой универсальный двухступенчатый JK-триггер с расширенной логикой "И" по входам J и K. Обе микросхемы содержат триггеры с асинхронными инверсными входами R и S. Если на R или на S напряжение низкого уровня, триггер не управляется по входам D и C, а работает в соответствии с таблицей переходов RS-триггера. При нулевых уровнях напряжения на входах R и S одновременно на выходах Q- высокие уровни напряжения.
Микросхема К176ТМ1 представляет собой два D-триггера с асинхронным входом R. Алгоритм его работы в целом соответствует работе триггера К555ТМ2.
9.3 Подготовка к выполнению работы
9.3.1 По справочной литературе определить условные графические изображения исследуемых интегральных схем и привести их в отчете. Начертить в отчете функциональные схемы триггеров, входящих в микросхемы. Построить временные диаграммы их работы.
9.3.2. Изучить порядок выполнения работы, составить схемы проведения экспериментов.
9.4 Порядок выполнения работы
9.4.1 Исследование микросхемы К555ТМ2
Исследовать работу микросхемы в счетном режиме (в режиме Т-триггера). Собрать схему подключения триггера следующим образом. На вход C триггера подать импульсы с выхода имеющегося на стенде генератора прямоугольных импульсов, вход D соединить с инверсным выходом триггера (рисунок 9.1). С помощью осциллографа убедиться, что триггер работает в счетном режиме. Синхронизацию осциллографа осуществлять выходным сигналом триггера. Зарисовать временные диаграммы работы триггера. Определить, по какому фронту синхронизирующих импульсов происходит переключение триггера.
Исследовать работу микросхемы в режиме D - триггера. На входы R и S подать сигнал логической единицы (оставить свободными), вход С соединить с выходом генератора одиночного импульса. Устанавливая на входе D поочередно сигналы логического нуля и единицы убедиться, что при поступлении тактового импульса происходит запись информации с входа D на выход Q триггера. Нарисовать временные диаграммы работы D - триггера.
Исследовать работу микросхемы в режиме RS - триггера и составить таблицу его состояний. Для этого:
- на вход R триггера подать сигнал логического нуля, а на вход S - логической единицы, измерить осциллографом напряжения на выходах триггера;
- на вход S триггера подать сигнал логического нуля, а на вход R - логической единицы, измерить напряжения на выходах триггера;
- на входы R и S подать сигнал логической единицы (оставить входы свободными) и измерить выходные напряжения, проверить выполнение режима хранения, предварительно установив триггер в одно из устойчивых состояний с помощью входов R и S;
- на входы R и S подать сигнал логического нуля, измерить осциллографом напряжения на выходах триггера.
Результаты исследования микросхемы К555ТМ2 занести в таблицу 9.1 .
Внимание! Для ТТЛ - схем запрещается подключение входов непосредственно к источнику питания, для задания уровня логической единицы входы микросхемы можно оставить свободными.
Таблица 9.1 - Таблица состояний микросхемы K555TM2
Входы |
Выходы |
||||
R |
S |
D |
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
9.4.2 Исследование двухразрядного счетчика на базе микросхемы К555ТМ2. Собрать схему двухразрядного счетчика. Для этого в каждом триггере соединить входы D с инверсными выходами, прямой выход первого триггера соединить с входом синхронизации (входом С) второго. Входные импульсы подавать на вход С первого триггера.
Зарисовать временные диаграммы работы двухразрядного счетчика.
9.4.3. Исследование микросхемы К555ТВ1.
Исследовать микросхему в счетном режиме (в режиме Т-триггера). Собрать схему подключения триггера (рисунок 9.2) следующим образом. На входы J, K, R, S подать сигнал логической единицы, а на вход С - импульсную последовательность с выхода генератора прямоугольных импульсов. С помощью осциллографа убедиться, что триггер работает в счетном режиме. Зарисовать временные диаграммы работы триггера. Определить, по какому фронту тактового сигнала происходит переключение триггера.
Исследовать работу комбинированного JK - триггера по входам установки логической единицы (входу S) и логического нуля (входу R) по методике исследования RS-триггера, изложенной в п.9.4.1.
Исследовать работу JK - триггера по входам J и K. Для этого подключить триггер следующим образом. На вход С подать импульсную последовательность, на входы R и S - сигнал логической единицы (оставить свободными). Затем на входы J и K подавать сигналы в соответствии с таблицей состояний и измерять выходные напряжения триггера.
По результатам исследований заполнить таблицу состояний комбинированного JK – триггера (Таблица 9.2).
9.4.4 Исследование микросхемы К176ТМ1
Исследовать работу микросхемы в счетном режиме, то есть в режиме Т – триггера (рисунок 9.3).
Для этого на вход С триггера подать импульсную последовательность с выхода генератора прямоугольных импульсов. С помощью осциллографа убедиться, что триггер работает в счетном режиме. Зарисовать временные диаграммы работы триггера, обращая внимание на точное воспроизведение фронтов сигналов. Определить, по какому фронту происходит переключение триггера. Измерить время задержки переключения триггера из состояния логического нуля в состояние логической единицы и наоборот - tзд.01 и tзд.10. Измерить длительности фронтов импульсов на выходах триггера - tф01, tф10.
Таблица 9.2 - Таблица состояний комбинированного JK – триггера
Режим работы |
Входы |
Выходы |
|||||
R |
S |
J |
K |
C |
|
|
|
асинхронная установка |
|
|
|
|
|
|
|
асинхронный сброс |
|
|
|
|
|
|
|
Запрещенное состояние |
|
|
|
|
|
|
|
загрузка "1" (по J) |
|
|
|
|
|
|
|
загрузка"0" (по K) |
|
|
|
|
|
|
|
счетный режим |
|
|
|
|
|
|
|
режим хранения |
|
|
|
|
|
|
|
Собрать двухразрядный счетчик на базе микросхемы К176ТМ1. Схема подключения показана на рисунке 9.3. На вход С первого триггера подать последовательность прямоугольных импульсов.
С помощью осциллографа наблюдать временные диаграммы работы двухразрядного счетчика (сигналы на выходах первого и второго триггеров) и зарисовать их, обращая внимание на точное воспроизведение фронтов сигналов. Измерить времена задержки переключения триггера для каждой ступени счетчика и длительности фронтов импульсов на выходах триггеров.
Исследовать предельно допустимые возможности микросхемы К176ТМ1 по величине энергетического показателя (работа переключения). Для этого в схеме подключения микросхемы К176ТМ1 использовать вместо встроенного генератора внешний генератор с регулируемой длительностью импульса. При плавном изменении длительности счетных импульсов наблюдать с помощью осциллографа процесс нарушения нормального функционирования исследуемой микросхемы в счетном режиме, проявляющегося в искажении фронтов выходного сигнала микросхемы и нарушении логики работы микросхемы. Значение минимальной длительности счетных импульсов tmin использовать для расчета порогового значения работы (энергии) переключения. U=const, Rвх=const, tпер=var, tmin=const.
Энергетический показатель - работа переключения, вычисляемая по формуле
и
характеризует уровень технологического
совершенства цифровой аппаратуры. В
настоящее время эта величина составляет
…
Дж, предельно достижимое (теоретическое)
значение составляет
Дж. В принципе это справедливо и при
U=var, t=const.
9.5 Содержание отчёта
Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать:
- цель работы;
- функциональные схемы и условные графические изображения исследуемых микросхем, временные диаграммы их работы;
- схемы проведения экспериментов и результаты исследований;
- анализ результатов и выводы.
9.6 Контрольные вопросы
9.6.1 Математическое описание и таблицы переходов основных типов триггеров: RS,D,JK,T.
9.6.2 Принцип действия и структура одноступенчатых синхронных триггеров.
9.6.3 Структура триггеров с динамическим управлением записью.
9.6.4 Чем определяется максимальная частота переключения для исследуемых типов триггеров.
9.6.5 Как построить различные типы триггеров на основе универсального JK-триггера.
9.7 Рекомендуемая литература: [3, 4, 10, 11, 12, 13, 14, 18, 19, 21, 22, 23, 25].