Введение. К-67 Схемотехника цифровых, аналого - цифровых и цифро - аналого- вых устройств: Учебное пособие

 

 

Корнев Е.А.

К-67 Схемотехника цифровых, аналого - цифровых и цифро - аналого- вых устройств: Учебное пособие. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. -106 с.

ISBN

 

В пособии рассмотрены схемотехнические решения цифровых, аналого – цифровых и цифро-аналоговых устройств.

Учебное пособие предназначено для выполнения практикума по дисциплинам " Схемотехника электронных средств», " Схемотехника ЭВМ», " Основы микроэлектроники» для студентов очной формы обучения соответственно специальностей 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», 030100 «Информатика».

 

К ^2202090100 ББК 32.97.я7

 

 

© Корнев Е. А., 2005

© ГОУ ОГУ, 2005

ISBN

Содержание

 

Введение.............................................................................................................. 6

1 Практикум " Логические элементы"................................................................. 7

1.1 Резисторно-транзисторные логические элементы....................................... 7

1.2 Диодно-транзисторные логические элементы............................................. 8

1.3 Транзисторно-транзисторные логические элементы.................................. 8

1.4 Комплементарные логические элементы на основе транзисторов " Металл-окись-полупроводник"................................................................................................ 10

1.5 Контрольные вопросы................................................................................ 11

1.6 Краткое описание учебного лабораторного стенда " Цифровая электрони- ка" 11

1.7 Порядок выполнения практикума.............................................................. 12

1.8 Определение статической передаточной характеристики (СПХ) логических элементов........................................................................................................................... 14

1.8.1 Построение первым способом................................................................. 14

1.8.2 Построение вторым способом................................................................. 15

1.9 Определение постоянных времени, фронтов и длительности входных и выходных логических сигналов......................................................................................... 16

1.10 Определение среднего времени распространения логического сигнала 17

1.11 Содержание отчета................................................................................... 18

1.12 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения логических элементов 18

2 Практикум " Комбинационные логические схемы"...................................... 19

2.1 Дешифраторы............................................................................................. 19

2.2 Мультиплексоры......................................................................................... 23

2.3 Сумматоры.................................................................................................. 25

2.4 Контрольные вопросы................................................................................ 26

2.5 Порядок выполнения практикума.............................................................. 27

2.6 Содержание отчета..................................................................................... 28

2.7 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения комбинационных логических схем................................................................................................ 29

3 Практикум " Триггерные устройства"........................................................... 30

3.1 Триггеры..................................................................................................... 30

3.1.1 Одноступенчатые триггеры..................................................................... 30

3.1.2 Универсальные двухступенчатые триггеры........................................... 34

3.2 Регистры...................................................................................................... 36

3.2.1 Накапливающие регистры....................................................................... 36

3.2.2 Сдвигающие регистры............................................................................. 39

3.3 Счетчики...................................................................................................... 41

3.4 Контрольные вопросы................................................................................ 43

3.5 Порядок выполнения практикума.............................................................. 44

3.6 Содержание отчета..................................................................................... 46

3.7 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения триггерных устройств 47

4 Практикум " Запоминающие устройства"..................................................... 48

4.1 Оперативные запоминающие устройства статического типа.................... 48

4.2 Оперативные запоминающие устройства динамического типа................ 50

4.3 Программируемые постоянные запоминающие устройства с однократной записью информации....................................................................................................... 52

4.4 Перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства с возможностью стирания ультрафиолетовым излучением....................................................... 54

4.5 Контрольные вопросы................................................................................ 55

4.6 Оснащение практикума............................................................................... 56

4.7 Описание программатора........................................................................... 56

4.8 Порядок выполнения практикума.............................................................. 59

4.9 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения микросхем запоминающих устройств........................................................................................................... 60

5 Практикум " Управляющие устройства"....................................................... 61

5.1 Практикум " Конечный автомат с жесткой логической структурой"........ 61

5.1.1 Таблицы переходов................................................................................. 63

5.1.2 Матрицы переходов................................................................................. 65

5.1.3 Диаграммы переходов............................................................................. 65

5.1.4 Автоматные уравнения............................................................................ 66

5.1.5 Синтез конечных автоматов.................................................................... 66

5.1.6 Пример реализации автомата с жесткой логической структурой......... 67

5.1.7 Контрольные вопросы............................................................................. 70

5.1.8 Порядок выполнения практикума........................................................... 71

5.1.9 Содержание отчета.................................................................................. 72

5.2 Практикум " Микропрограммный автомат".............................................. 73

5.2.1 Пример реализации микропрограммного автомата.............................. 74

5.2.2 Контрольные вопросы............................................................................. 77

5.2.3 Задание для практикума.......................................................................... 78

5.2.4 Порядок выполнения практикума........................................................... 78

5.2.5 Содержание отчета.................................................................................. 78

5.2.6 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения пзу и тригге - ров 79

6 Практикум " Цепи ввода данных и шины передачи данных"...................... 80

6.1 Практикум " Цепи ввода данных"............................................................... 80

6.1.1 Содержание практикума.......................................................................... 81

6.1.2 Порядок проведения практикума........................................................... 83

6.2 Практикум " Шины передачи данных"....................................................... 84

6.2.1 Содержание практикума.......................................................................... 85

6.2.2 Выполнение практикума.......................................................................... 86

6.2.3 Контрольные вопросы............................................................................. 88

7 Практикум " Аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи".............................................................................................. 89

7.1 Практикум " Цифро-аналоговые преобразователи".................................. 89

7.1.1 Структура и алгоритм работы ЦАП...................................................... 89

7.1.2 Порядок выполнения практикума........................................................... 94

7.1.3 Контрольные вопросы к практикуму..................................................... 95

7.2 Практикум " Аналого-цифровые преобразователи".................................. 96

7.2.1 Структурные схемы и принципы действия ацп...................................... 96

7.2.2 Порядок выполнения практикума......................................................... 101

7.2.3 Контрольные вопросы к практикуму................................................... 105

Список использованных источников............................................................. 106

 

 

Введение

В настоящее время в радиоэлектронных системах, в средствах вычислительной техники, системах управления и информационно-измерительной технике используется широкий спектр больших (БИС) и сверхбольших интегральных микросхем (СБИС), которые получили в последнее десятилетие прогрессирующее развитие.

К БИС и СБИС можно отнести: микропроцессорные комплекты и микроконтроллеры, программируемые логические матрицы и базовые матричные кристаллы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, а также запоминающие устройства. Эти сложные в структурном построении и функциональном понимании интегральные компоненты нашли широкое применение в указанных системах и являются основой их построения.

Однако изучение цифровой электроники представляется сложным начинать с системотехники и микросхемотехники интегральных устройств, а тем более осваивать проектирование систем на их основе. Поэтому необходимо, прежде всего, изучить внутреннее устройство и алгоритмы работы менее сложных функциональных узлов цифровой электроники.

Настоящее учебное пособие предназначено для обучения студентов практическим основам схемотехники относительно простых цифровых, цифро-аналоговых и аналого-цифровых электронных средств и включает следующие разделы: " Логические элементы", " Комбинационные схемы", " Триггерные и пересчетные устройства", " Управляющие устройства", " Цепи ввода данных", " Шины передачи данных", " Запоминающие устройства", " АЦП и ЦАП".

Практикум позволяет студентам:

- изучить схемотехнику, алгоритмы функционирования и приобрести навыки тестирования следующих цифровых элементов и узлов: базовых логических элементов; комбинационных логических схем; триггеров, счетчиков и регистров; нескольких интерфейсных узлов ввода и межсистемной передачи данных;

- освоить основы построения управляющих устройств, провести сравнительное исследование их преимуществ и недостатков; приобрести практический опыт в отладке и анализe функционирования управляющих конечных автоматов двух видов;

- овладеть основами схемотехники запоминающих устройств и практическими методами записи, считывания, редактирования и программирования ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации с помощью программатора, работающего на связи с персональным компьютером;

- изучить параметры детерминированных и случайных аналоговых сигналов и в динамическом режиме наблюдать процесс аналого-цифрового преобразования; производить ручной и автоматизированный (с применением персональной ЭВМ) набор и обработку статистических распределений параметров сигналов;

- изучить схемотехнику и измерить передаточные характеристики и основные параметры цифро-аналоговых преобразователей.

1 Практикум " Логические элементы"

 

Цель работы:

Практикум предназначен для:

- практического изучения принципов построения и функционирования базовых логических элементов различных типов, выполняемых по RTL, DTL, TTL и CMOS технологиям;

- приобретения навыков в тестировании и анализе основных характеристик логических микросхем малой и средней степени интеграции;

- сравнительного анализа их преимуществ и недостатков.