Xreferat.com » Рефераты по цифровым устройствам » Лабораторный практикум

Лабораторный практикум

После установки на выходе напряжения высокого уровня любое изменение Uк1 не приводит к изменению состояния выходного каскада, если Uк22.

2) Напряжение низкого уровня на выходе таймера устанавливается только в том случае, когда на вход К2 подается напряжение высокого уровня Uк2>U2, а Uк1>U1. После этого любое изменение Uк2 не приводит к изменению состояния выходного каскада, если Uк1>U1.

Так как резисторы R1=R2=R3=5кОм, пороговые напряжения связаны между собой соотношением U1=0.5U2.

Значения напряжений Uвх1 и Uвх2 на входах компараторов К1 и К2 в моменты запуска и сброса таймера должны удовлетворять условиям, приведенным в таблице 1, где U1 - напряжение срабатывания компаратора К1 ; U2 - напряжение срабатывания компаратора К2. В этой же таблице представлены уровни напряжения на выходе таймера и состояние транзистора Т11.


Таблица 1 - Режимы работы таймера


В процессе работы таймера напряжения на входах его компараторов могут принимать одновременно значения Uвх1>U1 и Uвх22.

При таком сочетании напряжений сохраняется предыдущее состояние таймера, которое установилось или после его запуска, или его сброса.

Если в процессе работы таймера на вход блокировки подать напряжение низкого уровня (логический ноль), то таймер переходит в пассивный режим.


2.5 Работа таймера в моностабильном режиме

Рассмотрим работу таймера, включенного по схеме одновибратора, изображенного на рисунке 3 и на рисунке 4.



Рисунок 3 - Функциональная схема одновибратора

Рисунок 4 - Упрощенная Рисунок 5 - Временные диаграммы

схема одновибратора


В исходном состоянии триггер находится в режиме сброса, на его выходе поддерживается напряжение низкого уровня, разрядный транзистор открыт и, следовательно, конденсатор С разряжен.

При поступлении на вход таймера ( вывод2 ) запускающего импульса отрицательной полярности срабатывает компаратор К1 (когда Uзап < U1) и происходит запуск таймера.

В результате на выходе таймера (вывод 3) устанавливается напряжение высокого уровня (логическая единица) и разрядный транзистор VT11 закрывается. После этого начинается заряд конденсатора С током, протекающим от источника +Uп через резистор R. В момент когда возрастающее напряжение на конденсаторе становится равным пороговому напряжению U2, срабатывает компаратор К2 и происходит сброс таймера.

На выходе одновибратора устанавливается напряжение низкого уровня (логический ноль) и транзистор Т11 открывается. Конденсатор С быстро разряжается через транзистор Т11 и схема возвращается в исходное устойчивое состояние (в режим ожидания), ожидая прихода следующего запускающего импульса.

Таким образом, в процессе заряда времязадающего конденсатора С на выходе одновибратора формируется импульс длительностью

t=RCln[(Uп - Uост)/(Uп - U2)],

где Uост - остаточное напряжение на коллекторе насыщенного транзистора Т11. Временные диаграмы показаны на рисунке 5.

Время в течение которого на выходе таймера сохраняется высокий уровень напряжения, равного Uп, можно вывести относительно простым путем.

Общее выражение напряжения на конденсаторе С экспоненциально нарастающее от приблизительно нулевого потенциала до питающего напряжения Uп, имеет вид :

Uc(t) = U (1 - e - t/ ),

где = RC - постоянная времени цепи RC.

Так как хронирующий период ( т.е. заряд конденсатора ) заканчивается, когда напряжение на конденсаторе достигает значения U2 = 2/3Uп, уравнение для такого условия принимает вид.

Uc = 2/3Uп = Uп(1 - e - t/ ) ;

Решив это уравнение для t, получим

t = 1,0986 RC,

или t = 1,1 RС.

Это уравнение является основным уравнением для хронирующего времени таймера КР1006ВИ1, работающего в качестве моностабильного таймера.

Отметим, что рекомендуемая ширина запускающего импульса должна удовлетворять условию

tзап < t/4.

При расчете RC - цепи одновибратора следует учитывать, что низкий уровень напряжения запуска не должен сохраняться дольше времени 1,1RC. Нарушение этого условия приводит к тому, что через время tзап таймер начнет генерировать импульсы произвольной формы.

Это объясняется тем, что компараторы таймера не равносильны по своему воздействию на RS - триггер. Компаратор К1, управляемый по выводу 2, обладает, как было сказано выше, приоритетом при установлении состояния триггера.

Если необходимо управлять одновибратором с помощью импульсов длительностью tзап > 1,1RC, то их следует подавать через дифференцирующую R1C1 - цепь. Диод Д1, показанный на рисунке 3, ограничивает напряжение на выводе 2 на уровне Uп + Uд.

Если на вывод 5 подать регулирующее напряжение, то схема становится ждущим мультивибратором с регулируемой длительностью импульса.

Зависимость длительности импульса от регулирующего напряжения Uрег имеет вид

t = RC ln[(Uп - Uост)/(Uп - Uрег)] ;


2.6 Работа таймера в астабильном режиме

Рассмотрим принцип работы таймера в режиме мультивибратора, схема которого показана на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема мультивибратора


Формирование на выходе схемы последовательности импульсов происходит в результате заряда и разряда времязадающего конденсатора С. Переключение цепи RC осуществляют компараторы К1 и К2. Таймер всегда находится в рабочем режиме.

При подключении схемы к источнику питания конденсатор С начинает заряжаться по цепи R1C1 от установившегося значения нижнего порогового уровня напряжения U1 до верхнего порогового уровня напряжения U2, стремясь в пределе зарядиться до максимального значения выходного напряжения Umax (равного Uп), а разряжается от уровня напряжения U2 до уровня напряжения U1, стремясь разрядиться до минимального значения выходного напряжения Umin.

Другими словами, когда напряжение на входе "ПОРОГ" (вывод 6) превысит две трети напряжения питания, состояние на входе верхнего компаратора К2 изменится и на выходе триггера появится напряжение высокого уровня (логическая единица), которое откроет транзистор VT11. Из-за наличия инвертирующего усилителя на "ВЫХОДЕ" (вывод 3) формируется напряжение логического нуля.



Рисунок 7 - Временные диаграммы


Теперь конденсатор С будет разряжаться током, который будет протекать через резистор R2 и транзистор VT11. Через некоторое время напряжение на входе "ЗАПУСК" (вывод 2) уменьшится до одной трети напряжения источника питания и компаратор К1 изменит свое состояние, возвратив триггер в исходное состояние (единичное). На выходе Q появится напряжение низкого уровня, транзистор VT11 откроется и на выходе таймера (вывод3) появится напряжение высокого уровня (логическая единица). Таким образом, весь цикл работы таймера повторяется непрерывно.

Длительность импульсов, формируемых при заряде (tз) и разряде (tр) конденсатора определяются выражениями :

tз=(R1+R2)C ln[( Umax - U1 )/( Umax - U2 )] ;

tp=R2C ln[( U2 - Umin )/( U1 - Umin )].

Выражения для tз и tp можно получить следующим образом.

Напряжение на емкости возрастает экспоненциально от 1/3Uп до 2/3Uп и определяется уравнением

Uc(t)=1/3Uп + 2/3Uп(1 - e - tз/ ),

где =(R1+R2)C.

Время заряда tз можно найти отсюда заменив Uc=2/3Uп. Тогда

Uc=2/3Uп=1/3Uп+2/3Uп(1 - e-t/((R1+R2)C)).

Отсюда tз=0,693(R1+R2)C = 0,7 (R1+R2)C.

Также напряжение на емкости, затухающее экспоненциально от 2/3Uп до нуля, определяется по формуле

Uc=2/3Uп e- tp/t,

где t=R2C.

Подставив вместо Uc=1/3Uп получим

Uc=1/3Uп=2/3Uп e - tp/R2C.

Таким образом, будем иметь

tp=0,693 R2C = 0,7 R2C.

Тогда период колебаний мультивибратора будет равен

T=tз+tр=0,7(2R2C+R1C).

Отсюда легко определить частоту автоколебаний таймера в этом режиме, а также скважность и коэффициент формы (Кф = tвкл/tвыкл ).

На рисунке 7 показана временная диаграмма работы мультивибратора. После включения питания Uп конденсатор С заряжается от 0 до 2/3Uп за время t0=1,1(R1+R2)C. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно Uп. В момент t0, когда напряжение на С достигнет величины 2/3Uп, потенциал выводов 3 и 7 падает до нуля и конденсатор С начинает разряжаться от 2/3 до 1/3Uп. Время t0 определяет продолжительность выхода таймера на периодический рабочий режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся сигналы.

Период автоколебаний можно регулировать изменяя пороговые напряжения U1 и U2. Для этого можно выводами 5 и 8 или 5 и 1 таймера необходимо включить регулировочный резистор. При этом для обеспечения симметрии генерируемых мультивибратором импульсов должно быть выполнено условие

(Umax - U1)/(Umax - U2)=(U2 - Umin)/(U1 - Umin) ;

Если емкость конденсатора С изменять от 1000 пФ до 10 мкФ, сопротивления резисторов (R1+R2) от 1 до 1000кОм, длительность импульсов tз и tp будет изменяться от долей микросекунд до единиц секунд, а частота генерируемых колебаний соответственно от единиц МГц до долей Гц.


3 Описание лабораторной установки


На рисунке 8 показана передняя панель лабораторного макета и показано условное изображение таймера КР 1006ВИ1 со всеми выводами, набор резисторов R1 - R6 и емкостей С1 - С3, которые являются времязадающими элементами, а также светодиод на выходе таймера.


Рисунок 8 - Передняя панель лабораторного макета


Номиналы резисторов и емкостей :

R1=680кОм; R2=68кОм; R3=6,8кОм; R4=2кОм; R5=10кОм; R6=47кОм;

С1=1мкФ; С2=0,25мкФ; С3=0,15мкФ; Сш=0,01мкФ.

Светодиод АЛ307Б предназначен для индикации выхода таймера. В корпусе макета имеется встроенный генератор прямоугольных импульсов.


4 Программа работы


4.1 По указанному варианту рассчитать параметры схемы одновибратора и мультивибратора и исследовать их.

4.2 Снять осцилограммы напряжений.

4.3 Построить номограмму для инженерного расчета указанных схем и проверить ее.

4.4 Определить погрешность, которую дает таймер, рассчитанный по номограмме.

4.5 Ознакомиться с основными параметрами таймера, приведеннными в приложении В.


5 Содержание отчета


Отчет должен содержать

5.1 Расчеты схемы таймера в моностабильном и астабильном режимах работы.

5.2 Схемы одновибратора и мультивибратора.

5.3 Временные диаграммы.

5.4 Составленную собственную номограмму.

5.5Значения коэффициента форма и коэффициента заполнения (скважности) импульсов.

5.6 Полные выводы основных формул для таймера.


6 Контрольные вопросы


6.1 Показать на принципиальной схеме таймера компараторы напряжения, тригггерное устройство, делители напряжения, инвертор, разрядный ключ.

6.2 Как получить различные скважности импульсных сигналов на выходе таймера для обоих режимов его работы?

6.3 Как сократить время работы выхода таймера на рабочий режим в астабильной схеме?

6.4 Какими способами можно уменьшить погрешность таймера?

6.5 Доказать справедливость формул

t=1,1RC (одновибратор )

T=0,7R2C (мультивибратор)

6.6 На принципиальной схеме покажите опорное напряжение, поступающее на транзистор сброса.

6.7 Что нужно сделать, чтобы увеличить или уменьшить амплитуду выходного напряжения, при Uп=const?


Список литературы


1. Коломбет Е.А. Таймеры. - М.:Радио и связь, 1983.

2. Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств. - М.:Радио и связь, 1988.

3. Токхейм Р. Основы цифровой техники. - М.: Мир, 1988.

4. Тули М. Справочное пособие по цифровой электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1990.


Приложение В


Основные параметры мкросхемы КР1006ВИ1


1.Напряжение питания 4,5 - 16,5 В

2.Максимальный втекающий и

вытекающий ток нагрузки 100мА

3.Активный уровень блокированного входа <0,4 В

4.Потребляемый ток при Uп = 15В <15мА

5.Потребляемый ток при Uп=5 В 3 мА

6.Длительность положительного

и отрицательного фронтов выходного импульса <100мкс

7.Выходное сопротивление 10 Ом

8.Рассеиваемая мощность (Uп = 15 В) 600 мВт

9.Максимальное напряжение выводов 2,4,6,7 0 - 16,5В

10.Время задержки <200мкс

11.Температурная стабильность длительности 0,005%/с

12.Зависимость длительности от Uп 0,05%/В

13.Начальная погрешность 1%

14.Технология изготовления биполярная


7


Задание 1


Минимизировать следующие логические неполностью определенные функции и составить принципиальные схемы их реализации (в базисе И – НЕ).


Вариант Принимают значения, равные 1 на наборах Принимают значения, равные 0 на наборах
3 15, 19, 23, 31 0, 11, 22, 27
7 6, 12, 15, 30 3, 14, 19, 31

Вариант 3


0 * * * * * * *
* * * * * * * *
* * 1 0 0 1 * *
* * * * 1 1 0 *





Вариант 7


* * * * * * * *
* 1 * * * * * *
* 0 1 * * 0 1 *
* 1 * 0 0 * * *




Задание 2


Минимизировать следующие полностью определенные логические функции, принимающие значения, равные 1 на указанных наборах и составить принципиальные схемы для их реализации (базис И – НЕ)


Вариант Принимают значения, равные 1 на наборах
3 3, 6, 7, 14, 15, 19, 23, 30, 31
7 16, 18, 20, 21, 22, 26, 27, 28, 29

Вариант 3


0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 1 1 0
0 1 1 1 1 1 0 0



Вариант 7


0 0 0 0 0 1 1 1
0 0 0 0 0 1 1 0
0 0 0 0 1 0 0 1
0 0 0 0 0 0 1 1




Задание 3


Минимизировать следующие полностью определенные логические функции, принимающие значения, равные 0 на указанных наборах и составить принципиальные схемы для их реализации (базис ИЛИ – НЕ).


Вариант Принимают значения, равные 0 на наборах
3 3, 11, 15, 31
7 1, 9, 25, 27, 28, 29

Вариант 3


1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0 0 1 0 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1



Вариант 7


1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 0 0 0 0 1
1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1



Задание 4


Минимизировать схему выбора чисел из 5-разрядного счетчика и составить принципиальную схему для реализации (на выходе схемы выбора должна появиться 1 при подаче на вход любого из выбираемых чисел). Базис ИЛИ – НЕ.


Вариант Условия выбора
3 Всех чисел М>8
7 Всех чисел 20>М>27

0 0 0 0 0 0 0 1
1 0 0 0 0 1 0 1
2 0 0 0 1 0 0 1
3 0 0 0 1 1 0 1
4 0 0 1 0 0 0 1
5 0 0 1 0 1 0 1
6 0 0 1 1 0 0 1
7 0 0 1 1 1 0 1
8 0 1 0 0 0 0 1
9 0 1 0 0 1 1 1
10 0 1 0 1 0 1 1
11 0 1 0 1 1 1 1
12 0 1 1 0 0 1 1
13 0 1 1 0 1 1 1
14 0 1 1 1 0 1 1
15 0 1 1 1 1 1 1
16 1 0 0 0 0 1 1
17 1 0 0 0 1 1 1
18 1 0 0 1 0 1 1
19 1 0 0 1 1 1 1
20 1 0 1 0 0 1 0
21 1 0 1 0 1 1 0
22 1 0 1 1 0 1 0
23 1 0 1 1 1 1 0
24 1 1 0 0 0 1 0
25 1 1 0 0 1 1 0
26 1 1 0 1 0 1 0
27 1 1 0 1 1 1 0
28 1 1 1 0 0 1 1
29 1 1 1 0 1 1 1
30 1 1 1 1 0 1 1
31 1 1 1 1 1 1 1
Вариант 3


0 0 0 0 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1




Вариант 7


1 1 1 1 1 0 0 1
1 1 1 1 0 1 1 0
1 1 1 1 0 1 1 0
1 1 1 1 1 0 0 1



Задание 5


Минимизировать системы функций, описывающих преобразователи одного кода в другой.


Вариант Преобразователь кодов
3 Двоичный код – код 4221

0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 0 1
2 0 0 1 0 0 0 1 0
3 0 0 1 1 0 0 1 1
4 0 1 0 0 0 1 1 0
5 0 1 0 1 0 1 1 1
6 0 1 1 0 1 0 1 0
7 0 1 1 1 1 0 1 1
8 1 0 0 0 1 1 0 1
9 1 0 0 1 1 1 1 1

0 0 0 0
1 * * 1
* * * *
0 1 1 0


0 1 1 0
1 * * 1
* * * *
0 0 0 0


0 1 1 0
0 * * 1
* * * *
1 1 1 1


0 0 1 1
1 * * 1
* * * *
0 0 1 1


Задание 6


Построить схему порогового элемента на К входов (выходной сигнал равен 1, если суммарное число единиц на входах не меньше, чем значение порога Р) при разных весовых коэффициентах входов, указанных в задании.


Вариант К Р
3 4 3 1

1

1

1

1

0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 1 0
2 0 0 1 0 1 0
3 0 0 1 1 2 0
4 0 1 0 0 1 0
5 0 1 0 1 2 0
6 0 1 1 0 2 0
7 0 1 1 1 3 1
8 1 0 0 0 1 0
9 1 0 0 1 2 0
10 1 0 1 0 2 0
11 1 0 1 1 3 1
12 1 1 0 0 2 0
13 1 1 0 1 3 1
14 1 1 1 0 3 1
15 1 1 1 1 4 1
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 1 1
0 0 1 0





Задание 8


Построить мажоритарный элемент на 5 входов.


0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 1 0
2 0 0 0 1 0 0
3 0 0 0 1 1 0
4 0 0 1 0 0 0
5 0 0 1 0 1 0
6 0 0 1 1 0 0
7 0 0 1 1 1 1
8 0 1 0 0 0 0
9 0 1 0 0 1 0
10 0 1 0 1 0 0
11 0 1 0 1 1 1
12 0 1 1 0 0 0
13 0 1 1 0 1 1
14 0 1 1 1 0 1
15 0 1 1 1 1 1
16 1 0 0 0 0 0
17 1 0 0 0 1 0
18 1 0 0 1 0 0
19 1 0 0 1 1 1
20 1 0 1 0 0 0
21 1 0 1 0 1 1
22 1 0 1 1 0 1
23 1 0 1 1 1 1
24 1 1 0 0 0 0
25 1 1 0 0 1 1
26 1 1 0 1 0 1
27 1 1 0 1 1 1
28 1 1 1 0 0 1
29 1 1 1 0 1 1
30 1 1 1 1 0 1
31 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 1 0 1 1 1 0
0 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 0 1 1 1 0



Задание 1


Построить элементарный последовательный автомат в базисе И – НЕ.



0 0


0 1


1 0 1
1 1 0


































Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: