Файл: Lab_9.doc

20

Вінницький національний аграрний університет

Кафедра механізація сільського господарства

ОСНОВИ МЕТРОЛОГІЇ ТА ЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ

М е т о д и ч н і в к а з і в к и

Лабораторна робота № 1

Дослідження основних вузлів вимірювальних каналів в середовищі програмного забезпечення Micro-Cap

Виконали

Студенти групи 31-ЕЕС

Герман Тарас

Марчук Віталій

Вінниця, 2012

ХІД РОБОТИ

1. Дослідження принципу роботи схеми логічного «І»

1. Запустіть програму Micro-Cap (Micro-Cap.exe).

2. Розмістіть на робочому полі елемент логічного «І» з 2 входами (елемент And2 з вкладок Digital Primitives – Standard Gates – And Gates).

3. Приєднайте до входів елементу логічного «І» виходи генераторів тактових імпульсів (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

4. Задайте період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до першого входу елемента логічного «І» у відповідності до Вашого варіанту (табл.1).

Таблиця 1 – Результати вимірювань

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота	100N	200N	300N	400N	500N	600N	700N	800N	900N	1000N

---

Увага!!! Для завдання періоду тактуючому генератору необхідно відкрити меню генератора (подвійним натисканням лівої клавіші його зображенні у робочому полі) та задати у стрічках Param:ZEROWIDTH= та Param:ONEWIDTH= значення, що рівні половині значення, заданого в таб. 1.

1. Задайте період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до другого входу елемента логічного «І», у чотири рази більший в порівнянні з періодом, приведеним в табл.1.

2. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

3. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

4. Зробіть висновки за результатами пункту 1.

1. Дослідження принципу роботи схеми RS – тригера

   1. Розмістіть на робочому полі RS – тригер (елемент SRFF з вкладок Digital Primitives – Gated Flip-Fiops/Latches).

   2. Приєднайте до входів CLRS, PREB та GATE вихід елементу логічної одиниці (елемент Pullup з вкладок Digital Primitives – Pullups/Pulldowns).

   3. Приєднайте до R та S входів тригера два генератора тактових імпульсів (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators)

   4. У генераторі, що під’єднаний до R входу удвічі збільшить тривалість паузи у порівнянні з попереднім пунктом (стрічка Param:ONEWIDTH= у меню генератора).

   5. У генераторі, що під’єднаний до S входу удвічі збільшить тривалість імпульсу у порівнянні з попереднім пунктом (стрічка Param:ZEROWIDTH= у меню генератора).

   6. Пронумеруйте виходи елементів схеми та зніміть зображення робочого вікна.

   7. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми.

   8. Зробіть висновки за результатами пункту 2.

2. Дослідження принципу роботи схеми D – тригера

   1. Розмістіть на робочому полі D – тригер (елемент DFF з вкладок Digital Primitives – Enge-Triggered Flip-Flops).

   2. Приєднайте до входів CLRS та PREB вихід елементу логічної одиниці (елемент Pullup з вкладок Digital Primitives – Pullups/Pulldowns).

   3. Приєднайте до D входу тригера генератор тактових імпульсів, що працює з періодом, що в тричі більший за період, приведений в таб 1 (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

   4. Приєднайте до GATE входу тригера генератор тактових імпульсів, що працює з періодом сигналу, що рівний періоду, приведеному в таб 1 (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

   5. Пронумеруйте виходи елементів схеми та зніміть зображення робочого вікна.

   6. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми.

   7. Зробіть висновки за результатами пункту 3.

3. Дослідження подільника частоти на базі D – тригера

   1. Розмістіть на робочому полі D – тригер (елемент DFF з вкладок Digital Primitives – Enge-Triggered Flip-Flops).

   2. З’єднайте QB вихід з D входом тригера.

   3. Приєднайте до GATE входу тригера генератор тактових імпульсів, що працює з періодом сигналу, що рівний періоду, приведеному в таб 1 (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

   4. Пронумеруйте виходи елементів схеми та зніміть зображення робочого вікна.

   5. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми.

   6. Зробіть висновки за результатами пункту 4.

4. Дослідження принципу роботи двійкового лічильника

   1. Розмістіть на робочому полі двійковий лічильник (елемент 74HC93 з вкладок Digital Library – 74xx42 – 93-).

   2. Приєднайте до входів MR1 та MR2 лічильника вихід елементу «Земля» (елемент Ground з вкладок Analog Primitives – Connectors).

   3. Приєднайте до P0BAR входу лічильника генератор тактових імпульсів, що працює з періодом сигналу, що рівний періоду, приведеному в таб 1 (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

   4. З’єднати вихід лічильника Q0 з входом P1BAR.

   5. Пронумеруйте виходи елементів схеми та зніміть зображення робочого вікна.

   6. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми.

   7. Зробіть висновки за результатами пункту 5.

5. Дослідження принципу роботи цифро-аналогового перетворювача.

   1. Розмістіть на робочому полі двійковий лічильник (елемент 74HC93 з вкладок Digital Library – 74xx42 – 93-).

   2. Приєднайте до входів MR1 та MR2 лічильника вихід елементу «Земля» (елемент Ground з вкладок Analog Primitives – Connectors).

   3. Приєднайте до P0BAR входу лічильника генератор тактових імпульсів, що працює з частотою, вказаною в таб. 1 (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

   4. З’єднати вихід лічильника Q0 з входом P1BAR.

   5. Розмістіть на робочому полі двійковий цифро-аналоговий перетворювач (елемент DtoA4 з вкладок Digital Primitives – DtoA Converters).

   6. З’єднайте виходи двійкового лічильника QA – QD з входами цифро-аналогового перетворювача In0 – In3 відповідно.

   7. Приєднайте до Gnd входу ЦАП вихід елементу «Земля» (елемент Ground з вкладок Analog Primitives – Connectors).

   8. Приєднайте до Ref входу ЦАП вихід елементу логічної одиниці (елемент Pullup з вкладок Digital Primitives – Pullups/Pulldowns).

   9. Пронумеруйте виходи елементів схеми та зніміть зображення робочого вікна.

   10. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми.

   11. Зробіть висновки за результатами пункту 6.

6. Дослідження принципу роботи аналогового компаратора.

   1. Розмістіть на робочому полі аналоговий компаратор (елемент Comparator з вкладок Analog Primitives – Macros).

   2. Встановіть наступні параметри у меню компаратора: Param:VIL=0, Param:VIH=0, Param:VOL=0, Param:VOH=2.

   3. Розмістіть на робочому полі двійковий лічильник (елемент 74HC93 з вкладок Digital Library – 74xx42 – 93-).

   4. Приєднайте до входів MR1 та MR2 лічильника вихід елементу «Земля» (елемент Ground з вкладок Analog Primitives – Connectors).

   5. Приєднайте до P0BAR входу лічильника генератор тактових імпульсів, що працює з частотою, вказаною в таб. 1 (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

   6. З’єднати вихід лічильника Q0 з входом P1BAR.

   7. Розмістіть на робочому полі двійковий цифро-аналоговий перетворювач (елемент DtoA4 з вкладок Digital Primitives – DtoA Converters).

   8. З’єднайте виходи двійкового лічильника QA – QD з входами цифро-аналогового перетворювача In0 – In3 відповідно.

   9. Приєднайте до Gnd входу ЦАП вихід елементу «Земля» (елемент Ground з вкладок Analog Primitives – Connectors).

   10. Приєднайте до Ref входу ЦАП вихід елементу логічної одиниці (елемент Pullup з вкладок Digital Primitives – Pullups/Pulldowns).

   11. Приєднайте вихід ЦАП до додатного (+) входу компаратора.

   12. Розмістіть на робочому полі задавач аналогового сигналу (елемент Fixed Analog з вкладок Analog Primitives – Waveform Sources).

   13. Встановіть наступні параметри у меню задавач аналогового сигналу: VALUE=1.

   14. Пронумеруйте виходи елементів схеми та зніміть зображення робочого вікна.

   15. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми.

   16. Зробіть висновки за результатами пункту 6.

7. Зробіть загальні висновки за результатами виконання лабораторної роботи.

---

---

Теоретичні відомості

ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ

Логічний елемент – це електронний прилад, що реалізує одну з логічних функцій. В склад серій мікросхем, що розглядаються, входить велике число логічних елементів. На принциповій схемі логічний елемент зображають прямокутником, всередині якого ставиться зображення покажчика функції. Лінії з лівої сторони прямокутника показують входи, з правої - вихід елемента. На рисунку 1 зображені основні логічні елементи, що використовуються у цифрових приладах:

Елемент І (кон'юктор);

(a)

елемент АБО (диз’юнктор)

(б);

елемент НІ (інвертор 1)

(в).

Окрім означених існує множина логічних елементів, що виконують більш складні логічні перетворення. Ці перетворення є комбінаціями найпростіших логічних операцій. До числа таких елементів відносяться:

елемент І-НІ

елемент АБО-НІ

елемент І-АБО

елемент І-АБО-НІ

суматор за модулем 2

Рисунок 9.1 – Графічні позначення логічних елементів

Суматор за модулем 2 можна виконати на логічних елементах І, АБО, НІ (рисунок 9.2).

Рисунок 9.2 – Схема суматора за модулем 2

Число входів в логічних елементах різного призначення може бути різним, але входи кожного елемента рівнозначні. Деякі з них можуть при роботі в конкретних приладах не використовуватися. Входи, які не використовуються в схемах І, І-НІ з'єднують із +Uдж., а в схемах АБО, АБО-НІ, суматора за модулем 2 – із загальним проводом (0 В).

---

На рисунку 9.3 наведені приклади умовного позначення логічних елементів різних серій.

Рисунок 9.3 – Приклади графічного позначення логічних елементів різних серій

ТРИГЕРИ ТА ЇХНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Найпростішими цифровими автоматами із пам'яттю є тригери. Тригер - це прилад послідовнісного типу з двома стійкими станами рівноваги, призначений для запису і зберігання інформації. Під дією вхідних сигналів тригер може переходити з одного стійкого стану в інший. При цьому напруга на його виході стрибкоподібно змінюється.

Як правило, тригер має два виходи – прямий та інверсний. Число входів залежить від структури і функцій, що виконуються тригером. За способом запису інформації тригери поділяють на асинхронні і синхронізовані (тактовані). В асинхронних тригерах інформація може записуватися безперервно і визначається інформаційними сигналами, діючими на входах у даний момент часу. Якщо інформація заноситься в тригер тільки в момент дії так званого синхронізуючого сигналу, то такий тригер називають синхронізованим або тактованим. Окрім інформаційних входів, синхронізовані тригери мають тактовий вхід (вхід синхронізації). В цифровій техніці прийняті такі позначення входів та виходів тригерів:

Q – прямий вихід тригера;

- інверсний вихід тригера;

S - роздільний вхід установки в одиничний стан (напруга високого рівня на прямому виході Q);

R - роздільний вхід установки в нульовий стан (напруга низького рівня на прямому виході Q);

D - інформаційний вхід (на нього подається інформація, призначена для занесення в тригер);

С - вхід синхронізації;

Т - лічильний вхід.

Найбільше розповсюдження в цифрових приладах отримали RS-тригер з двома установчими входами, тактований D-тригер і лічильний Т-тригер. Розглянемо функціональні можливості кожного з них.

Асинхронний RS-тригер. В залежності від логічної структури розрізняють RS-тригери з прямими і інверсними входами. Їхні схеми і умовні позначення наведені на рисунку 4. Тригери такого типу побудовані на двох логічних елементах: 2АБО-НІ - тригер з прямими входами (рисунок 9.4, а), 2І-НІ - тригер з інверсними входами (рисунок 9.4, б). Вихід кожного з елементів під'єднаний до одного з входів іншого елемента, що забезпечує тригеру два стійких стани. Наведена таблиця 9.1 істинності для кожного з цих тригерів.

---