Workbench

Лабораторная работа 1
Таблицы истинности логических элементов


Подготовка к работе

По указанной изучить порядок работы с пакетом Electronics Workbench (EWB), ответить на контрольные вопросы, составить таблицы истинности для шести логических элементов.


Контрольные вопросы

Составьте таблицу истинности логического элемента И.
Составьте таблицу истинности логического элемента ИЛИ.
Составьте таблицу истинности логического элемента ИЛИ-НЕ.
Составьте таблицу истинности логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
Составьте таблицу истинности логического элемента И-НЕ.
Запишите аксиомы алгебры логики.
Запишите тождества алгебры логики.
Запишите законы алгебры логики.
Чем различаются полусумматор и полный сумматор?
2.10. Приведите отечественные и американские условные графические обозначения логических элементов.
2.11. Перечислите программы, которые могут использоваться для моделирования радиоэлектронных устройств.
2.12. Как в программе EWB повернуть элемент по часовой стрелке?
2.13. Перечислите способы задания логических функций.
2.14. Дайте определение комбинационного цифрового устройства.
2.15. Как записывается логическая функция в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ)?
2.16. Как записывается логическая функция в совершенной конъюнктивной нормальной форме (СКНФ)?
2.17. Как на основании логической функции построить комбинационное цифровое устройство?


Задания на выполнение лабораторной работы

Задание 1. Исследование логических элементов
Собрать схему, показанную на рис. 1. С помощью подобной схемы исследовать шесть логических элемента (И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, И-НЕ. ИЛИ-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ-НЕ).



Рис.1.

Результаты исследования шести логических элементов занести в отчет в виде таблиц, форма которых показана ниже.

Таблица 1
x2
x1
y
V, B

0
0



0
1



1
0



1
1





Задание 2. Исследование комбинационных цифровых устройств
Составить схему в соответствии с логическим выражением (табл. 2).

Таблица 2
Вариант
Логическое выражение

1
13EMBED Equation.31415

2
13EMBED Equation.31415

3
13EMBED Equation.31415

·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
Результаты исследования комбинационных цифровых устройств (КЦУ) занести в табл. 3.

Таблица 3

Порядковый номер комбинации
Входные сигналы
Выходной сигнал Y


х3
х2
х1
Расчет
Моделирование

1
0
0
0



2
0
0
1



3
0
1
0



4
0
1
1



5
1
0
0



6
1
0
1



7
1
1
0



8
1
1
1






Методические указания

Условные графические обозначения логических элементов приведены в таблице 4.
Следует запомнить, что при моделировании светящийся индикатор сигнализирует о наличии логической единицы в данном узле схемы, а потухший индикатор – о наличии логического нуля.
При выполнении задания 1 нужно обратить внимание на то, что логическая единица соответствует высокому напряжению на выходе элемента, а логический ноль - низкому уровню напряжения.

Таблица 4

Элемент
Отечественное обозначение

Американский стандарт


И (конъюнктор)

13EMBED PBrush1415



И-НЕ (элемент Шеффера)

13EMBED PBrush1415



ИЛИ (дизъюнктор)

13EMBED PBrush1415



ИЛИ-НЕ (элемента Пирса)

13EMBED PBrush1415



ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ
(НЕРАВОЗНАЧНОСТЬ)

13EMBED PBrush1415


ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - НЕ
(РАВОЗНАЧНОСТЬ)

13EMBED PBrush1415



ИНВЕРТОР


13EMBED PBrush1415


13EMBED PBrush1415




Обозначение элементов в EWB не полностью совпадает с отечественным стандартом. Так элементы ИЛИ, ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ выглядят в EWB следующим образом (соответственно):


Программа EWB (четвертая версия) позволяет использовать американский и европейский стандарты обозначения радиоэлементов. Для изменения стандартов программу нужно запускать с разными ключами, например:
D:\WEWB\wewb.exe /din - европейский стандарт;
D:\WEWB\wewb.exe /ansi - американский стандарт.
Следует обратить внимание, что перед записями /din и /ansi должны быть вставлены пробелы.
Напомним, что операция дизъюнкции (операция ИЛИ) обозначается символом V, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (неравнозначность) символом (. Операция конъюнкции (операция И) обозначается точкой, которая при записи может быть опущена. Инверсия обозначается чертой над инвертируемым выражением.



Список литературы

1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electonics Workbench и ее применение. –М.: Солон-Р, 1999.- 506 с.




Лабораторная работа 2
Цифроаналоговые и аналого-цифровые
преобразователи

Подготовка к работе

По указанной литературе и Приложению 1 к данным методическим указаниям изучить принцип действия ЦАП и АЦП, произвести предварительные расчеты для заданий 2 и 3, ответить на контрольные вопросы.


Контрольные вопросы
С помощью каких радиоэлементов реализованы ключи в ЦАП?
Как определить напряжение наименьшей ступеньки восьмиразрядного ЦАП, если известны опорные напряжения?
Как с помощью осциллографа EWB определить длительность одной ступеньки сигнала на выходе ЦАП?
Как с помощью осциллографа EWB определить разность напряжений двух ступенек?
Какая частота дискретизации используется при записи (считывании) в современных оптических аудиодисках?
Сколько уровней квантования используется при записи (считывании) в современных оптических аудиодисках?
Сколько уровней квантования имеет 16-ти разрядный ЦАП?
Как с помощью теоремы Котельникова по известной максимальной частоте спектра определить необходимую частоту дискретизации АЦП?
Как связаны между собой действующее и амплитудное значения синусоидального напряжения?
Как по известной частоте дискретизации определить длительность одной ступеньки на выходе ЦАП?
Что называется разрешением АЦП?
Приведите отечественное условное графическое обозначения ЦАП и АЦП.
Приведите примеры аналоговых сигналов.
Почему внутри ЭВМ циркулируют преимущественно цифровые сигналы?
Нарисуйте резистивную матрицу R-2R.
Какие недостатки у взвешивающей резистивной матрицы?

Задания на выполнение лабораторной работы

Задание 1. Исследование ЦАП
Собрать схему ЦАП, использующего взвешивающую резистивную матрицу (рис. 12.1). Установить напряжение на источнике Е равным номеру варианта. Коммутируя ключи 1, 2, 3 и 4 , сделать 16 измерений и заполнить таблицу 12.1. В последнюю колонку занести показания вольтметра.
На рисунке показан момент подачи на ЦАП комбинации цифровых сигналов 1011В (ключ старшего разряда находится внизу).

Рис. 12.1


Табл. 12.1
Цифровой сигнал
Аналоговый сигнал U, В

Ключ 1
Ключ 2
Ключ 3
Ключ 4


0
0
0
0


0
0
0
1


0
0
1
0








1
1
1
1






Задание 2. Исследование микросхемы ЦАП
Составить схему, показанную на рисунке 12.2. Преобразовать 16 букв своей фамилии и имени (без пробелов) в двоичную систему счисления (преобразование производится с помощью приложения 2). Занести (ввести) 16 полученных двоичных чисел в генератор слов. Зарисовать в отчет временные диаграммы, которые наблюдаются на экране осциллографа в процессе моделирования ЦАП.
Рассчитать значение выходного напряжения Up, которое соответствует каждой входной комбинации. С помощью осциллографа измерить напряжение U, соответствующее каждому значению цифрового сигнала.
Результаты исследований занести в таблицу 12.2. Сопоставить результаты расчетов и измерений.
Временную развертку на осциллографе (TIME BASE) следует установить 2 ms/div, а чувствительность 10 V/Div. Измерения (и построение временных диаграмм) целесообразно производить
·в пошаговом (STEP) режиме работы генератора слов. Частота генератора слов (Word Generator ) должна быть установлена равной 1 кГц.

Рис. 12.2

Табл.12.2.
Буква
Десятичный
код, D
Двоичный
код
Аналоговое напряжение, В




Расчетное, Up
Измеренное, U























Задание 3. Исследование АЦП
Собрать схему, показанную на рисунке 12.3. Установить произвольную частоту на генераторе (например, 1 кГц), прямоугольную форму колебаний и амплитуду (AMPLITUDE) в пределах 35 В. Установить опорные напряжения, равными номеру варианту. Изменяя входное напряжение Uin, заполнить таблицу 3. В последнюю колонку таблицы занести расчетное значение выходного кода, представленное в десятичной системе счисления.



Рис. 12.3.

Табл.12.3.
Uin,
В
Показания индикаторов
D


128
64
32
16
8
4
2
1


+Uop










-Uop










+Uop/2










-Uop/2










+Uop/10










-Uop/10










0

















Задание 4. Исследование двойного преобразования (АЦП-ЦАП)
Собрать схему, показанную на рисунке 12.4. Подать на вход АЦП синусоидальное напряжение, установив действующее напряжение на источнике Uin, равным номеру варианта. Опорные напряжения выбрать равными удвоенному значению номера варианта.
Временные диаграммы зарисовать в масштабе при различных частотах дискретизации: 4; 8; 16 и 32 кГц.
При частоте дискретизации 32 кГц дополнительно зарисовать еще три временные диаграммы при соединении между собой АЦП и ЦАП с помощью 1 разряда (D7), двух разрядов (D7, D6) и трех разрядов (D7, D6, D5). Другими словами: из восьми проводов, соединяющих АЦП и ЦАП, последовательно оставлять только один, два и три провода в старших разрядах.



Рис. 12.4.




Методические указания

Различают две формы представления информации – непрерывную (аналоговую) и прерывистую (цифровую, дискретную). Непрерывная форма характеризует процесс, который не имеет перерывов и может изменяться в любой момент времени и теоретически на любую величину. Цифровой сигнал может изменяться лишь в определенные моменты времени и принимать лишь заранее обусловленные значения (например, только значения напряжений 0 и 3,5 В). Моменты возможного изменения уровня цифрового сигнала задает тактовый генератор конкретного цифрового устройства.
Для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал требуется провести дискретизацию во времени, квантование по уровню и кодирование.
Дискретизация - замена непрерывного (аналогового) сигнала последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала.
Первое представление об аналоговом и цифровом способах хранения и распространения информации можно получить, рассматривая два способа записи звуковых сигналов: аналоговую и цифровую аудиозаписи.
При аналоговой аудиозаписи непрерывный электрический сигнал, формируемый источником звука на выходе микрофона, с помощью магнитной головки наносится на движущуюся магнитную ленту.
При цифровой аудиозаписи используется процесс выборки, заключающийся в периодическом измерении уровня аналогового звукового сигнала и превращении полученного значения в последовательность двоичных чисел. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется специальный конвертор, называемый аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Сигнал на выходе АЦП представляет собой последовательность двоичных чисел, которая может быть записана на лазерный диск или обработана компьютером. Обратная конверсия цифрового сигнала в непрерывный сигнал осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП).
Качество аналого-цифрового преобразования характеризует параметр, называемый разрешением. Разрешение - это количество уровней квантования, используемых для замены непрерывного аналогового сигнала цифровым сигналом. Восьмиразрядная выборка позволяет получить только 256 различных уровней квантования цифрового сигнала.
Еще один показатель качества трансформации непрерывного сигнала в цифровой сигнал - это частота дискретизации - количество преобразований аналог-цифра (выборок), производимое устройством в одну секунду.
При исследовании ЦАП на взвешивающих резисторах (задание 1) напряжение должно возрастать с увеличением значения двоичного кода. Отличие соседних значений должно составлять одну и ту же величину, равную минимальной ступеньке ЦАП.
При исследовании микросхемы ЦАП (задание 2) цифровой сигнал формируется с помощью генератора слов (Word Generator). В каждом варианте цифровые сигналы разные и определяются буквами фамилии и имени студента. Преобразование букв в десятичные числа производится с помощью кодовой таблицы (Приложение 2). Порядок работы с генератором слов описан в Приложении 1.
Напряжение восьмиразрядного ЦАП рассчитывается по формуле:
Up = D([(+Uop) + (-Uop)]/256 ,
где D - десятичный код цифрового сигнала.
Если Uop = 17 В, то приведенная формула будет иметь вид:
Up = D(34/256 .
При измерении аналогового сигнала с помощью осциллографа целесообразно изображение осциллографа развернуть на весь экран (кнопка ZOOM), а считывание показаний производить с помощью красного (1) и желтого (2) маркеров.
Рассмотрим назначение элементов в задании 3. На вход АЦП SOC подается сигнал от генератора, который определяет частоту дискретизации. Так как в данном случае входное напряжение Uin постоянное, то не имеет значение, на какой частоте работает генератор. Источник Ue служит для формирования сигнала, разрешающего работу АЦП. В штатном режиме на вход ОЕ должна поступать логическая единица.
К выходам АЦП подключены индикаторы, которые обозначены в соответствии с их весовыми коэффициентами. Это делает удобным процедуру определения цифрового сигнала D, выраженного в десятичной системе счисления.
Выходной код АЦП рассчитывается по формуле:
D = 128 + Uin(256/34,
где Uin - входное аналоговое напряжение; D - выходное число, представленное в десятичной системе счисления.
Следует обратить внимание, что при Uin = 0 выходной код D = 128, при Uin > 0 выходной код D > 128, а при Uin < 0 выходной код D < 128.
Для смены полярности входного напряжения Uin необходимо отсоединить источник Uin и подключить его другим полюсом к АЦП.
В последнем задании входное напряжение Uin вначале с помощью АЦП превращается в поток цифр. Затем цифры с помощью ЦАП конвертируются в аналоговое напряжение. Таким образом, в идеале после двойного преобразования выходное напряжение ЦАП должно полностью совпадать с входным напряжением Uin. Однако качество трансформации во многом определяется частотой дискретизации и разрядностью преобразователей.
В процессе исследований нужно дать качественную оценку точности преобразований в зависимости от частоты дискретизации и разрядности АЦП и ЦАП.








13PAGE 141415
Моделирование работы комбинационных цифровых устройств
___________________________________________________________________________________



13EMBED PBrush1415
13EMBED PBrush1415
13EMBED PBrush1415
13EMBED PBrush1415
13EMBED PBrush1415
13EMBED PBrush1415
13EMBED PBrush1415
13EMBED PBrush1415







Приложенные файлы

  • doc 14669873
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий