Схема подчиненного регулирования

 

7. Контрольные вопросы

1. Почему данный способ настройки контуров называется подчинённым? В чем его сущность.

2. Преимущества подчиненного регулирования и его недостатки.

3. Во сколько раз быстродействие внешнего контура регулирования ниже внутреннего.

4. В каком диапазоне при данном типе настройки может изменяться скорость ЭП.

 

Практическая работа 6 “Исследование логических элементов”

 

1. Цель работы: Углубить и закрепить знания по разделу Логические элементы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Логические элементы широко применяются в цифровых измерительных приборах, устройствах автоматики и вычислительной технике. Они выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией. Логические элементы выполняются в виде микросхем. В качестве активных элементов цифровых микросхем применяются биполярные и полевые транзисторы. На входах и выходах цифровых микросхем могут появляться лишь два характерных уровня напряжения: низкое (около 0 В) и высокое (например, 5 В). Низкий уровень напряжения соответствует двоичному числу 0, а высокий - двоичному числу 1.

Рис. 1. Логический элемент НЕ (инвентор)

Инвертор имеет один вход Х и один выход Y. Сигнал на его выходе всегда противоположен входному. То, что выходной сигнал противоположен входному изображается на схеме элемента кружком на выходе. На рис.2. приведен рисунок микросхемы К155ЛН1 и ее условное изображение. Микросхема содержит 6 элементов НЕ. На схеме указаны номера ножек микросхемы. Питание подается на 7 и 14 ножки микросхемы. 14 ножка подключается к положительному полюсу источника питания. На корпусе микросхемы имеется метка (ключ), указывающая первую ножку. Изучение логических элементов будем сопровождать экспериментами. Ввод сигналов +5 В или 0 В будет осуществляться с помощью пульта, а индикация напряжения на выходах элементов - с помощью устройства контроля. Изображение пульта ввода сигналов и устройства контроля приведено на рис. 2. На пульте ввода сигналов расположены 8 кнопок, обозначенных D7...D0 и зажимы для подключения внешних устройств. Любая из кнопок может находиться в состоянии <выключено> или <включено>. Включенному состоянию соответствует закрашенный прямоугольник кнопки. Включение и выключение кнопки осуществляется нажатием на соответствующую клавишу 7...0. В положении <выключено> напряжение между соответствующим зажимом и корпусом пульта равно нулю (значение сигнала 0). Когда какая-либо кнопка включена, напряжение между соответствующим зажимом и корпусом пульта равно +5 В (значение сигнала 1). Таким образом, если кнопка включена сигнал равен 1, если выключена - 0. Устройство контроля содержит восемь светодиодов D7....D0. Свечение светодиода свидетельствует о том, что соответствующее напряжение имеет высокий уровень (+5 В), т.е. сигнал равен 1. Можно экспериментировать с микросхемой К155ЛН1, подавая на входы элементов НЕ сигналы 0 и 1 (Рис. 3).

Рис. 2. Пульт ввода сигналов и устройств контроля

Рис. 3. Схема подключения микросхемы К155ЛН1 для реализации функции НЕ.

Логический элемент ИЛИ может иметь два и более входов и один выход. Напряжение низкого уровня (состояние логического нуля) существует на выходе только при отсутствии напряжений высокого уровня (состояний логических единиц) на любом из входов. При наличии напряжения высокого уровня хотя бы на одном из входов на выходе будет напряжение высокого уровня. На рис. 4 приведено условное изображение логического двухвходового элемента ИЛИ его таблица истинности. На рис. 5 приведен рисунок микросхемы К155ЛЛ1 и ее условное изображение. Микросхема К155ЛЛ1 содержит четыре элемента 2ИЛИ. Можно экспериментировать с микросхемой К155ЛЛ1, подавая на входы элементов ИЛИ сигналы 0 и 1 (Рис. 6).

Рис. 4. Логический элемент ИЛИ

Рис. 5. Микросхема К155ЛЛ1

Рис. 6. Схема подключения микросхемы К155ЛН1 для реализации функции ИЛИ.

 

Логический элемент ИЛИ-НЕ может иметь два и более входов и один выход. Напряжение низкого уровня (состояние логического нуля) существует на выходе, если хотя бы на одном входе имеется напряжение высокого уровня (состояние логической единицы). При отсутствии напряжений на обоих входах на выходе будет напряжение высокого уровня. На рис.7 приведено условное изображение логического двухвходового элемента ИЛИ-НЕ и его таблица истинности. На рис.8 приведен рисунок микросхемы К155ЛЕ1 и ее условное изображение. Микросхема К155ЛЕ1 содержит четыре элемента 2ИЛИ-НЕ. Возможно экспериментировать с микросхемой К155ЛЕ1, подавая на входы элементов ИЛИ-НЕ сигналы 0 и 1 (Рис. 9).

Рис. 7. Логический элемент ИЛИ-НЕ

Рис. 8. Микросхема К155ЛЕ1

Рис. 9. Схема подключения микросхемы К155ЛЕ1 для реализации функции ИЛИ-НЕ.

Логический элемент И может иметь два и более входов и один выход. Напряжение высокого уровня (состояние логической единицы) будет на выходе только в том случае если будут напряжения высокого уровня на всех входах (и на первом и на втором и на третьем и т.д.). На рис.10 приведено условное изображение логического двухвходового элемента И и его таблица истинности. На рис.11 приведен рисунок микросхемы К155ЛИ1 и ее условное изображение. Микросхема К155ЛИ1 содержит четыре элемента 2И. Вы можете экспериментировать с микросхемой К155ЛИ1, подавая на входы элементов И сигналы 0 и 1 (Рис. 12).

Рис. 10. Логический элемент И

Рис. 11. Микросхема К155ЛИ1

Рис. 12. Схема подключения микросхемы К155ЛН1 для реализации функции И.

Логический элемент И-НЕ может иметь два и более входов и один выход. Напряжение низкого уровня (состояние логического нуля) существует на выходе только при напряжениях высокого уровня (состояниях логических единиц) на всех его входах. На рис.13 приведено условное изображение логического двухвходового элемента И-НЕ и его таблица истинности. На рис.14 приведен рисунок микросхемы К155ЛА3 и ее условное изображение. Микросхема К155ЛА3 содержит четыре элемента 2И-НЕ. Вы можете экспериментировать с микросхемой К155ЛА3, подавая на входы элементов И-НЕ сигналы 0 и 1.

Рис. 13. Логический элемент И-НЕ

Рис. 14. Микросхема К155ЛА3

Рис. 15. Схема подключения микросхемы К155ЛА3 для реализации функции И-НЕ.

Напряжение высокого уровня (состояние логической единицы) существует на выходе только при несовпадении уровней напряжений на входах. Напряжение низкого уровня (состояние логического нуля) на выходе будет в том случае, когда на обоих входах будут напряжения низкого или высокого уровня. На рис.16 приведено условное изображение логического элемента <<исключающее ИЛИ>> и его таблица истинности. На рис.17 приведен рисунок микросхемы К155ЛП5 и ее условное изображение. Микросхема К155ЛП5 содержит четыре элемента <<исключающее ИЛИ>>. Вы можете экспериментировать с микросхемой К155ЛП5, подавая на входы элементов сигналы 0 и 1 (Рис. 18).

Рис. 16. Условные обозначения и таблица истинности элемента “Исключающее ИЛИ”

Рис. 17. Микросхема К155ЛП5 и её условное изображение

Рис. 18. Схема подключения микросхемы К155ЛП5 для реализации функции “Исключающее ИЛИ”.

- Шифратор (пример применения логических элементов)

На рис. 19 приведена схема, обеспечивающая получение шестнадцатеричного кода нажатой клавиши. В схеме используется микросхема К155ЛА3, содержащая четыре логических элемента 2И-НЕ. Выходные сигналы этих элементов определяют код нажатой клавиши. Вы можете, нажимая на клавиши клавиатуры компьютера, соответствующие указанным на схеме кнопкам, наблюдать изменение состояния элементов.

Рис. 19. Схема получения шестнадцатиричного кода.

Элементы и проводники, находящиеся под напряжением высокого уровня окрашены в красный цвет, а находящиеся под напряжением низкого уровня - в белый цвет. Когда кнопки выключены, транзисторы VT1-VT3 закрыты и на всех входах логических элементов DD1.1-DD1.4 присутствуют логические единицы, а на выходах - логические нули. Замыкание кнопок вызывает появление логических нулей на входах логических элементов. Замыкание кнопок с 4 по F вызывает открытие соответствующего транзистора VT1-VT3, при этом потенциал коллектора и подключенный к этому коллектору вход логического элемента становится практически равным нулю. Появление логических единиц на выходах логических элементов характеризуется окрашиванием выходов D3, D2, D1, D0 в красный цвет.

3. Описание модели лабораторного стенда.

Модель лабораторного стенда содержит:

- исследуемые микросхемы;

- гнездо для установки исследуемой микросхемы;

- пульт ввода сигналов;

- устройство контроля;

- источник питания 5 В.

Схема модели лабораторного стенда приведена на рис. 20.

Рис. 20. Схема модели лабораторного стенда для исследования микросхем.

Исследуемые микросхемы

В верхней части экрана расположены шесть исследуемых микросхем. Микросхемы содержат логические элементы И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, <<исключающее ИЛИ>>. Для проведения исследований требуемая микросхема вставляется в гнездо. Чтобы вставить микросхему в гнездо или вынуть из него надо нажать клавишу, соответствующую номеру микросхемы. Результатом выполнения лабораторной работы должно быть определение типа логического элемента исследуемых микросхем. На рис. 21 приведены условные изображения микросхем без указания типов логических элементов.