5. С помощью осциллографа определить амплитуду и частоту импульсов на выходе компаратора.
6. Сформировать выводы о результатах работы аналогового однополярного компаратора при воздействии гармонического входного сигнала.
Мультивибратор
1. Выполнить расчет элементов принципиальной электрической схемы мультивибратора для исходных данных: полупериоды колебаний – T1 = T2; T = 2C; напряжение насыщения – U+нас = U-нас.
2. Используя переключатели, выполнить подключение схемы установки нуля операционного усилителя. Для этого на выход усилителя подключить цифровой вольтметр в режиме измерения по постоянному току. Затем, вращая переменные резисторы R0 и Rбал , установить на выходе операционного усилителя значение напряжения, равное нулю.
3. С помощью переключателей на лабораторном стенде (рис. 3.4) подключить схему мультивибратора (рис. 3.2, а). На стенде электорадиокомпоненты имеют следующие номиналы: R = 100 кОм; Rос = 1 МОм.
4. На вход и выход мультивибратора подключить осциллограф. Используя на панели осциллографа регуляторы амплитуды и частоты сигнала, синхронизации, получить четкое изображение формы сигнала на выходе мультивибратора.
5. Зарисовать осциллограммы на выходе мультивибратора с экрана осциллографа, по которым определить период колебаний мультивибратора, амплитуду и частоту колебаний.
6. Рассчитать период колебаний мультивибратора, используя для расчета формулу (3.1) и частоту колебаний.
7. Сформулировать вывод о соответствии полученных экспериментальных и расчетных данных частоте и периоду колебаний мульти- вибратора.
Ждущий мультивибратор
1. Используя переключатели, выполнить подключение схемы установки нуля операционного усилителя. Для этого на выход усилителя подключить цифровой вольтметр в режиме измерения по постоянному току. Затем, вращая переменные резисторы R0 и Rбал, установить на выходе операционного усилителя значение напряжения, равное нулю.
2. С помощью переключателей на лабораторном стенде (рис. 3.4) подключить схему ждущего мультивибратора (рис. 3.3). На стенде электорадиокомпоненты имеют следующие номиналы: R = 10…100 кОм; С = = 0,5 мкФ; R1 = 100 кОм; R2 = 1 МОм; Свх = 0,5 мкФ; Rвх = 100 кОм.
3. Запустить ждущий мультивибратор сформированным импульсом отрицательной полярности.
4. На вход и выход ждущего мультивибратора подключить осциллограф. Используя на панели осциллографа регуляторы амплитуды и частоты сигнала, синхронизации, получить четкое изображение формы сигнала на выходе ждущего мультивибратора.
5. Зарисовать осциллограммы на выходе ждущего мультивибратора с экрана осциллографа, по которым определить период колебаний мультивибратора, амплитуду и частоту колебаний.
6. Рассчитать период колебаний мультивибратора, используя для расчета формулу (3.1) и частоту колебаний.
7. Сформулировать вывод о соответствии полученных экспериментальных и расчетных данных частоте и периоду колебаний мульти- вибратора.
Содержание отчета
1. Название и цель лабораторной работы по исследованию импульсных устройств на основе операционного усилителя.
2. Принципиальные электрические схемы аналогового компаратора, мультивибратора и ждущего мультивибратора.
3. Расчетные параметры компаратора на основе экспериментальных данных.
4. Осциллограммы на входе и выходе компаратора с экрана осциллографа для значений входного и опорного напряжений, приведенных в табл. 3.1.
5. Выводы о результатах работы аналогового однополярного компаратора при воздействии гармонического входного сигнала.
6. Осциллограммы на выходе мультивибратора с экрана осциллографа, данные расчета периода колебаний мультивибратора, амплитуды и частоты колебаний по осциллограмме.
7. Рассчитанные значения периода колебаний мультивибратора и частоты колебаний.
8. Вывод о соответствии полученных экспериментальных и расчетных данных частоте и периоду колебаний мультивибратора.
9. Осциллограммы на выходе ждущего мультивибратора с экрана осциллографа, данные расчета периода колебаний ждущего мультивибратора, амплитуды и частоты колебаний по осциллограмме.
10. Рассчитанные значения периода колебаний ждущего мультивибратора и частоты колебаний, времени восстановления.
11. Вывод о соответствии полученных экспериментальных и расчетных данных частоте и периоду колебаний ждущего мультивибратора.
Контрольные вопросы
1. Назначение положительной обратной связи в аналоговом компараторе.
2. Для чего ограничивается величина выходного напряжения аналогового компаратора?
3. Назначение положительной и отрицательной обратных связей мультивибратора.
4. Как определить период колебаний мультивибратора?
5. Как рассчитать период колебаний ждущего мультивибратора?
6. По какой зависимости определяется время восстановления ждущего мультивибратора?
7. Для чего применяются диоды D1 и D2 в ждущем мультивибраторе?
8. При изменении полярности включения диода D1 каким образом изменяется функционирование ждущего мультивибратора?
9. Как изменить порог срабатывания аналогового компаратора?
10. Как влияет частота входного сигнала на работу компаратора?
11. Как задается напряжение смещения операционного усилителя?
12. От чего зависит длительность формируемых выходных импульсов мультивибратора?
Лабораторная работа 4
АКТИВНЫЙ RC -ФИЛЬТР НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Цель работы: исследование частотных и избирательных свойств активного RC-фильтра на основе операционных усилителей.
Краткие теоретические сведения
Частотные характеристики формируются как пассивными (R, L, C), так и активными элементами (усилительными). Операционные усилители применяются в активных фильтрах, так как их высокое входное сопротивление не нагружает частотозадающие RC-цепи. Необходимо, чтобы операционный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью, обеспечивал заданный коэффициент усиления как в полосе пропускания, так и за его пределами [1].
Активные фильтры на операционных усилителях выполняются для частот до 0,1 МГц.
Классификация: 1) фильтры низких частот, пропускающие сигналы с частотой от ω = 0 до некоторого ωср (рис. 4.1, а);
2) фильтры высоких частот, пропускающие сигналы с частотой от ω = ωср до ω → ∞ (рис. 4.1, б);
3) полосовые фильтры, пропускающие сигналы в диапазоне частот от ω1 до ω2 (рис. 4.1, в);
4) режекторные (заградительные) фильтры, не пропускающие сигналы в узком диапазоне частот от ω1 до ω2 (рис. 4.1, г).
Основной параметр: частотная полоса пропускания, которая определяется по уровню падения коэффициента передачи в 1,41 раза (на 3 дБ).
Полосовой фильтр реализуют последовательным включением фильтров НЧ и ВЧ.
Режекторный фильтр формируют при параллельном включении входов и выходов фильтров низких и высоких частот.
Активные фильтры по реализации частотных характеристик делятся на фильтры Баттерворта, Чебышева и Бесселя.
Фильтр Баттерворта обеспечивает при большом порядке фильтра равномерное усиление по амплитуде всех частот в полосе пропускания за исключением частот, соответствующих частоте среза. Недостатки фильтра: нелинейность фазочастотной характеристики и невысокое затухание за пределами полосы пропускания.
Фильтр Чебышева характеризуется наличием нескольких максимумов и минимумов в полосе пропускания. Достоинством фильтра Чебышева являются значительно лучшая фильтрация за пределами полосы пропускания, по сравнению с другими фильтрами. Недостаток фильтра – значительная нелинейность фазочастотной характеристики.
Фильтр Бесселя формирует наибольшее приближение реальной фазочастотной характеристики к линейной зависимости, поэтому фильтры Бесселя не имеют выбросов при подаче ступенчатых сигналов и применяются для фильтрации сигналов прямоугольной формы.
Параметры фильтров: коэффициент затухания, который определяет форму характеристики фильтра на переходном участке и добротность. Добротность фильтра определяется по формуле [4]
,
где tср – средняя частота; fв – верхняя частота; fн – нижняя частота.
Активные фильтры применяются в устройствах связи, для фильтрации аналоговой информации, в качестве частотоизбирательных устройств в звуковоспроизводящей аппаратуре (рис. 4.2).
Рис. 4.1. Логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) активных фильтров:
а – низких частот; б – высоких частот; в – полосовой; г – режекторный
Описание лабораторного стенда и методические указания
На рисунке 4.2 изображена принципиальная электрическая схема исследуемого RC-фильтра, выполненного на основе аналоговых микросхем типа К553УД2 и расположенного на съемной плате клеммы передней панели стенда [3]. На схеме функциональное назначение клемм следующее:
1А – земля; 2А – (+15 В); 3А – (–15 В); 4А – вход схемы; 5А – выход схемы АФ.
В предлагаемой работе исследуется схема фильтра пятого порядка с полосой пропускания до 500 Гц, с неравномерностью АЧХ не более 7%. Частота среза равна 1 кГц или 
. Передаточная функция фильтра имеет вид
Порядок выполнения работы
1. Снять передаточную характеристику фильтра, для чего собрать схему по рис. 4.3, снять проходную характеристику фильтра Uвых = f (Uвх) на частоте 100 Гц. На рисунке 4.3 введены следующие обозначения: Г – генератор, ИП – источник питания, ЦВ – цифровой вольтметр, ПБАФ – проверяемый блок активного фильтра.
2. Определить входное сопротивление, для чего собрать схему по рис. 4.4, где МС – магазин сопротивлений, ДН – делитель напряжения.
3. Для определения выходного сопротивления собрать схему в соответствии с рис. 4.5.
4. Снять частотную характеристику фильтра (рис. 4.3), по которой определить скорость спада АЧХ и неравномерность АЧХ в полосе пропускания. Определить частоту среза фильтра.
Содержание отчета
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Принципиальная электрическая схема исследуемого фильтра.
3. Схемы подключения фильтра для проведения измерений по снятию передаточной характеристики фильтра и амплитудно-частотной.
4. График передаточной характеристики.
5. Расчетные параметры исследуемого фильтра.
6. График амплитудно-частотной характеристики, данные по определению частоты среза активного фильтра.
7. Выводы по результатам исследования активного фильтра.
Контрольные вопросы
1. Классификация существующих активных фильтров с использованием операционного усилителя.
2. Как представить в общем виде передаточную функцию активного фильтра?
3. Для фильтров Чебышева и Баттерворта, Чебышева и Бесселя при решении задач аппроксимации амплитудно-частотных характеристик какие виды критериев применяются?
| Рис. 4.2. Схема лабораторного стенда для исследования RC -фильтра |
 |
Содержание отчета
4. Почему аппроксимация активных фильтров проводится для квадрата амплитудно-частотных характеристик?
5. Почему при решении задач аппроксимации активных фильтров применяется нормированный по частоте вид передаточной функции?
6. Для фильтра Баттерворта как определяется его порядок?
7. По каким параметрам отличаются амплитудно-частотных характеристик фильтров Баттерворта и Чебышева?
8. На основе каких принципиальных электрических схем с использованием операционных усилителей выполнены фильтры низких и высоких частот?
9. Чем отличаются при построении фильтры первого и второго порядка?
10. Какие существуют недостатки активных фильтров низких частот на базе операционного усилителя?
Лабораторная работа 5
ИЗУЧЕНИЕ логических ЦИФРОВЫХ устройств
Цель работы: освоение принципов построения базисных логических цифровых комбинационных и последовательностных устройств.
Краткие теоретические сведения
В цифровых устройствах для приема, передачи, обработки и хранения информации применяются элементы, принцип действия которых основан на использовании теории алгебры логики, разработанной Дж Булем (Ирландский математик) [1]. При этом используются понятия логической единицы (лог. 1), соответствующей высокому уровню сигнала в положительной логике и низкому уровню сигнала в отрицательной логике. Логическому нулю (лог. 0) соответствует низкий уровень сигнала в положительной логике и высокий уровень сигнала в отрицательной логике. Функция алгебры логики – зависимость выходных переменных Yi от совокупности входных переменных Х i. Устройства, функционирование которых записывается с помощью функции алгебры логики, называются логическими.
Известны следующие способы задания функций алгебры логики:
1. В виде таблицы истинности (табл. 5.1) в двоичном коде.
2. В виде алгебраических выражений:
а) логическое сложение (дизъюнкция) ИЛИ (табл. 5.2);
б) логическое умножение (конъюнкция) И (табл. 5.3);
в) инверсия (отрицание) НЕ (табл. 5.4).
5.1. Таблица истинности в двоичном коде
| Х3 | Х2 | Х1 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
5.2. Логическое сложение
| Х2 | Х1 | Y = Х1 + Х2 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
5.3. Логическое умножение
| Х2 | Х1 | Y = Х1×Х2 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
5.4. Инверсия
| Х | Y |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Функцию алгебры логики можно представить в виде дизъюнктивно-нормальной формы и конъюнктивно-нормальной формы.
Дизъюнктивно-нормальная форма – логическая сумма произведений всех входных переменных, функция алгебры логики которых равна лог. 1. Конъюнктивно-нормальная форма – логическое произведение всех входных переменных, функция алгебры логики которых равна лог. 0.
Функции алгебры логики реализуются с помощью основных базисных логических элементов, осуществляющих операции логического умножения И (рис. 5.1, а), логического сложения ИЛИ (рис. 5.1, б) и инверсии НЕ (рис. 5.1, в), а также логические операции И-НЕ (рис. 5.1, г) и ИЛИ-НЕ (рис. 5.1, д).
Логические устройства классифицируются по принципу действия и по способу записи и вывода информации следующим образом.
По принципу действия различают последовательностные устройства, в которых выходная информация зависит не только от выходных сигналов, но и от предыдущего состояния устройства. В комбинационных логических устройствах выходная информация зависит от комбинации входных сигналов.
По способу записи и вывода информации логические устройства делятся на последовательные и параллельные. В последовательных логических устройствах входные сигналы последовательно поступают на вход, а выходные сигналы последовательно фиксируют. В параллельных устройствах информация одновременно поступает на все разряды устройства и одновременно считывается с выходов логического устройства.
В качестве примеров последовательностных устройств рассмотрим в лабораторной работе триггеры, счетчики, регистры. Триггер – элемент памяти с двумя устойчивыми состояниями, выходной сигнал которого скачкообразно изменяется при подаче на его вход управляющего сигнала. Счетчик служит для счета, записи и хранения входных сигналов в двоичном коде. Регистр предназначен для записи, хранения и сдвига входной информации [3].
а) б)
в) г) д)
Рис. 5.1. Основные базисные логические элементы:
а – И; б – ИЛИ; в – НЕ; г – И-НЕ; д – ИЛИ-НЕ
В качестве примеров комбинационных устройств в лабораторной работе исследуются сумматоры и дешифраторы [4].
Сумматор является логическим устройством, выполняющим операции арифметического сложения чисел, представленных в виде двоичных кодов. Функция алгебры логики операции сложения двух одноразрядных двоичных кодов имеет следующий вид:
; 
,
где S – функция «Исключающее ИЛИ»; P – сигнал переноса.
При сложении многоразрядных двоичных кодов функция алгебры логики имеет следующий вид:
;
,
где 
– сигнал переноса из младшего разряда в старший.
Дешифратор относится к преобразованию кодов информации. Это комбинационное устройство, служащее для преобразования чисел из двоичной системы счисления в десятичную.
Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд выполнен в виде блока, на передней панели которого расположены: тумблер включения питания от сети, светодиод для сигнализации сетевого напряжения и наборное поле (рис. 5.2).
На наборном поле показаны условными обозначениями базисные логические элементы «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ», дешифратор с индикаторной лампой, триггерные устройства D-типа, генератор импульсов, гнезда с напряжениями логической «1» и логического «О». Входы и выходы логических элементов и триггерных устройств соединены со светодиодами, сигнализирующими наличие одного из логических сигналов на гнездах. Элементной базой реализованных на стенде схем являются интегральные микросхемы. Лабораторный стенд имеет стабилизированный источник питания, напряжение +5 В, встроенный генератор тактовых импульсов.
Порядок выполнения работы
Заданная схема или устройство реализуются с помощью коммутационных проводов. Свободные входы соответствуют «1» входам.
1. Построить комбинационное логическое устройство, заданное таблицей истинности (табл. 5.5):
1.1. Минимизировать функциональное логическое управление с помощью диаграммы Вейча и записать в базисе «И-НЕ».
1.2. Реализовать устройство на элементах макета и проверить функционирование по таблице истинности.
1.3. Оценить функциональную надежность логического устройства по критерию Хаффмена.
2. Построить одноразрядный двоичный полусумматор, заданный таблицей истинности (табл. 5.6):
2.1. Функциональные логические управления записать в базисе «И-НЕ» и реализовать на элементах схемы.
2.2. Функциональные логические управления, преобразованные для прямых переменных 
; 
, реализовать на элементах базисов «И-ИЛИ-НЕ», «НЕ», «И-НЕ».
| Рис. 5.2. Схема лабораторного стенда |
Рис. 5.3. Принципиальная электрическая схема двоичного
счетчика
Рис. 5.4. Принципиальная электрическая схема счетчика на
сдвигающих регистрах
Рис. 5.5. Принципиальная электрическая схема унитарного
кольцевого счетчика
3. На D-триггерах организовать сдвигающий вправо регистр, для чего:
3.1. Соединить соответствующим образом триггеры.
3.2. Через установленные входы записать «1» во все триггеры.
3.3. На входы левого триггера подать сигнал «01».
3.4. Подключить тактовый вход триггеров к генератору импульсов и убедиться, что записанное число сдвинулось вправо, и все триггеры обнулились.
4. На элементах «И-НЕ» собрать принципиальные электрические схемы RS-, JK- и D-триггеров. Проверить их функционирование по таблицам истинности.
5. На JK-триггерах собрать принципиальные электрические схемы счетчиков:
5.1. Последовательного двоичного счетчика с индикацией результата счета (рис. 5.3); в исходном состоянии установить все триггеры в «0»;
5.2. На сдвигающих регистрах (рис. 5.4); в исходном состоянии установить все триггеры в «0»;
5.3. Унитарного кольцевого счетчика (рис. 5.5).
5.5. Таблица истинности для построения комбинационного устройства
| Вх. | Вх. | Вх. | Вых. | |
| N | Х3 | Х2 | Х1 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 3 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 4 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 6 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 0 |
5.6. Таблица истинности для построения сумматора
| N | а | B | S | P |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 1 | 1 | 0 | 1 |
Содержание отчета
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Рисунок лабораторного стенда.
3. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема комбинационного устройства.
4. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема одноразрядного двоичного полусумматора.
5. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема сдвигающего регистра на D-триггерах.
6. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема RS-, JK- и D-триггеров.
7. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема двоичного счетчика.
8. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема двоичного счетчика на сдвигающих регистрах.
9. Таблица истинности и принципиальная электрическая схема двоичного унитарного кольцевого счетчика.
10. Выводы по результатам выполнения лабораторной работы.
Контрольные вопросы
1. Классификация триггерных устройств по функциональному признаку.
2. Особенности тактируемых и асинхронных триггерных устройств.
3. Требования к длительности тактовых импульсов RS-триггеров.
4. Особенности JK-триггеров и их функциональная надежность.
5. Схемы D-триггеров на элементах «И-НЕ».
6. Чем определяется задержка в тактируемых и асинхронных D-триггерах?
7. Сравните по реализации D-, RS-, JK-триггерные системы по аппаратным затратам, быстродействию и помехоустойчивости.
8. Параметры, которыми характеризуются счетчики.
9. Методы организации переноса в счетчиках.
10. Отличительные особенности двоичных и недвоичных счетчиков.
11. Приведите примеры реализации регистров сдвига на основе различных триггеров.
12. Счетчики на основе регистров сдвига.
Лабораторная работа 6
цифровоЙ генератор периодического сигнала
Цель работы: изучить принцип действия цифрового генератора периодического сигнала, определить частотный диапазон опорного и цифрового генераторов.
Краткие теоретические сведения
По сравнению с аналоговыми генераторами цифровые обладают высокой стабильностью и точностью воспроизведения сигнала, что в ряде случаев является решающим фактором. Кроме того, цифровые генераторы могут воспроизводить такие формы сигналов, которые другими средствами генерировать нельзя. Структурная схема цифрового генератора показана на рис. 6.1 [5].
Цифровой генератор состоит из генератора тактовых импульсов ГТИ, делителя частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД, управляемого внешним кодом, адресного счетчика СЧ и функционального преобразователя ФП. ДПКД необходим для изменения временного масштаба генерируемого сигнала. Форма сигнала задается ФП по мере изменения выходного кода счетчика СЧ, который при постоянной частоте счетчика изменяется линейно.
В цифровых генераторах периодического сигнала при генерировании сигнала (например, синусоидального) требуется, чтобы выходной код счетчика СЧ нарастал до максимального значения, а затем уменьшался до нуля, снова нарастал и т.д. Для этого используется схема генератора на рис. 6.2 [5].
Рис. 6.1. Структурная схема цифрового генератора
Рис. 6.2. Генератор периодического симметричного сигнала
Предположим, что открыт верхний по схеме элемент И, тактовые импульсы поступают на суммирующий (+) вход счетчика. Выходной код счетчика нарастает до максимального значения. В этот момент на выходе переполнения (+P) появляется импульс, который по входу S запускает триггер. На прямом выходе триггера появляется потенциал логической 1, которым открывается нижний по схеме элемент И. Теперь тактовые импульсы поступают на вычитающий (–) вход счетчика и выходной код счетчика уменьшается. Когда он становится равным нулю, на нулевом выходе счетчика (0) появляется импульс, который по выходу R сбрасывает триггер. На инверсном выходе триггера появляется потенциал логической 1, которым открывается верхний по схеме элемент И, снова тактовые импульсы поступают на суммирующий вход счетчика и т.д. Выходы переполнения и нуля имеются во многих микросхемах счетчиков, если таких выводов нет, необходимо устанавливать дешифраторы.
Описание лабораторного стенда и методические указания
Схема опорного генератора приведена на рис. 6.3 [5]. Диапазон рабочих частот опорного генератора равен от 280 Гц до 790 кГц. Генератор выполнен на трех инверторах и одной времязадающей RC-цепи. Ее особенностью является использование резистора RC-цепи как для перезарядки конденсатора, так и для улучшения условий самовозбуждения схемы.
Этот резистор, охватывая инвертор цепью ООС, выводит его линейный (усилительный) участок передаточной характеристики. Это в первый момент позволяет гарантированно получить значение петлевого усиления >1, т.е. способствует выполнению условий самовозбуждения генератора.
Рис. 6.3. Электрическая схема опорного генератора
Следует заметить, что если модули максимального и минимального значений напряжения на конденсаторе в общем случае не равны друг другу, то интервалы заряда и разряда времязадающего конденсатора также неодинаковы. Следовательно, на выходе генератора существует периодическая последовательность импульсов со скважностью q.
Электрическая схема лабораторной установки цифрового генератора периодического сигнала показана на рис. 6.4 [6].
Рис. 6.4. Электрическая схема лабораторной установки:
2А – питание; 1А, 1Б – 8Б (на стенде) – корпус
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему для определения частотных диапазонов генераторов в соответствии с рис. 6.5.
2. Определить частотный диапазон опорного генератора и цифрового генератора периодического сигнала. Для этого, изменяя сопротивление переменного резистора R1 на стенде (рис. 6.4), контролировать частоту на выходе цифрового генератора периодического сигнала по частотомеру на выходах 5, 6, 7, 8. Полученные данные занести в табл. 6.1.
3. Зарисовать осциллограммы выходных сигналов для каждого выхода на одном графике, пример которых представлен на рис. 6.6.
Рис. 6.5. Структурная схема определения параметров генераторов:
БП – блок питания (источник постоянного напряжения);
ЦГ – цифровой генератор; частотомер – Ф5041
Содержание отчета
1. Название и цель работы.
2. Построить зависимость частоты цифрового генератора периодического сигнала от частоты опорного генератора для каждого выхода цифрового генератора.
3. Зарисовать осциллограммы выходных сигналов цифрового генератора.
4. Выводы по результатам лабораторной работы.
6.1. Значение частоты на выходах генератора
| Положение | |||||||||
| Fоп. ген, Гц | |||||||||
| Fц.г, Гц | Вых. 5 | ||||||||
| Вых. 6 | |||||||||
| Вых. 7 | |||||||||
| Вых. 8 | |||||||||
Рис. 6.6. Осциллограммы выходных сигналов цифрового генератора
Контрольные вопросы
1. Какими преимуществами обладают цифровые генераторы по сравнению с аналоговыми?
2. Каким образом формируется сигнал в генераторах периодического сигнала?
3. Для чего служит резистор в RC-цепи опорного генератора?
4. В чем назначение функционального преобразователя в схеме цифрового генератора?
Лабораторная работа 7
функциональнЫЙ преобразователЬ
на ОСНОВЕ дешифраторА
Цель работы: исследовать процесс преобразования цифровых кодов на примере функционального преобразователя, выполненного на дешифраторе.
Краткие теоретические сведения
Функциональными преобразователями (ФП) называются устройства, которые преобразуют одну группу цифровых кодов в другую группу кодов, значения которых связаны с первой группой функциональной зависимостью. К ФП можно отнести устройства возведения в степень и извлечения корня, нахождения тригонометрических, логарифмических и других функций.
Описание лабораторного стенда и методические указания
Рассмотрим принцип действия функционального преобразователя на дешифраторе. Входной код подается на управляющие входы дешифратора DD1 (рис. 7.1)[5].
Для пояснения схемы построим устройство возведения в квадрат для четырехразрядного входного кода (16 значений). Составим табл. 7.1, в которой приведены коды квадратов чисел.
7.1. Коды квадратов чисел
| X | Y | Двоичный код квадрата |
| 0 | 0 | 00000000 |
| 1 | 1 | 00000001 |
| 2 | 4 | 00000100 |
| 3 | 9 | 00001001 |
| 4 | 16 | 00010000 |
| 5 | 25 | 00011001 |
| 6 | 36 | 00100100 |
| 7 | 49 | 00110001 |
Продолжение табл. 7.1
| X | Y | Двоичный код квадрата |
| 8 | 64 | 01000000 |
| 9 | 81 | 01010001 |
| 10 | 100 | 01100100 |
| 11 | 121 | 01111001 |
| 12 | 144 | 10010000 |
| 13 | 169 | 10101001 |
| 14 | 196 | 11000100 |
| 15 | 225 | 11100001 |
Рассмотрим запись квадратов чисел в двоичном коде. Для каждого разряда выходного кода нужно объединить единицы, встречающиеся в вертикальных колонках. Например, для старшего 8-го разряда единицы есть в позиции от 12 до 15. Соответствующие входы дешифратора DD1 подключаются к микросхеме DD2, выход которой является выходом старшего разряда (27). Для разряда 25 единицы имеются для чисел 6, 7, 10, 13, 15, которые объединяются на микросхеме DD4 и т.д. Следует обратить внимание на то, что поскольку выходы дешифратора DD1 инверсные, то объединяющими элементами являются элементы И (для прямых выходов были бы элементы ИЛИ).
В описанных способах реализуется ступенчатое приближение к заданной функциональной зависимости. Более совершенным является кусочно-линейное приближение, показанное на рис. 7.2.
Функция задается набором начальных отсчетов A0, A1, A2... и коэффициентов наклона функции на различных участках B0, B1, B2... В этом случае нужны два ФП для коэффициентов.
В качестве адресов для этих ФП используются старшие адреса аргумента, а младшие адреса подаются на умножитель, где умножаются на коэффициенты B0, B1, B2... С умножителя и ФП отсчетов A0, A1, A2... результаты суммируются (рис. 7.3). В такой схеме с помощью двух ФП, например на 8 отсчетов каждый, можно построить ФП на 64 отсчета.
Рис. 7.1. Функциональный преобразователь на дешифраторе
Порядок выполнения работы
1. Подключить питание к выводам 1А и 2А (2А – +5 В, 1А – корпус).
2. Подключить выходы 1, 2, 4, 8 генератора, выполненного в лабораторном стенде «Цифровой генератор прямоугольных импульсов», к выводам 5Б, 6Б, 7Б и 8Б соответственно.
Рис. 7.2. Кусочно-линейное приближение функции
Рис. 7.3. Схематическое представление кусочно-линейного
приближения
3. Установить резистор R на генераторе, выполненном в лабораторном стенде «Цифровой генератор прямоугольных импульсов», в положение 1. Измерить частоту на выходах 1, 2, 4, 8 генератора (выводы 5Б, 6Б, 7Б, 8Б), данные занести в табл. 7.2. Зарисовать эпюры этих сигналов с экрана осциллографа. Далее измерить частоту на выходах 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 (выводы 3А, 4А, 5А, 6А, 7А, 8А), занести данные в табл. 7.2 и зарисовать эпюры сигналов с экрана осциллографа.
4. Выполнить действия, описанные в п. 3, для всех положений резистора R генератора.
7.2. Значение частоты на выходах генератора
|
R | D1 | D2 | D3 | D4 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 |
| F, Гц | ||||||||||||
| R1 | ||||||||||||
| R2 | ||||||||||||
| R3 | ||||||||||||
| R4 | ||||||||||||
| R5 | ||||||||||||
| R6 | ||||||||||||
| R7 | ||||||||||||
| R8 | ||||||||||||
Вых
Пример выполнения лабораторной работы
1. Подключить питание к выводам 1А и 2А (2А – +5 В, 1А – корпус).
2. Подключить выходы 1, 2, 4, 8 генератора, выполненного в лабораторном стенде «Цифровой генератор прямоугольных импульсов» к выводам 5Б, 6Б, 7Б и 8Б соответственно.
3. Установить резистор R на генераторе, выполненном на лабораторном стенде «Цифровой генератор прямоугольных импульсов», в положение 1. Измерить частоту на выходах 1, 2, 4, 8 генератора (выводы 5Б, 6Б, 7Б, 8Б), данные заносим в табл. 7.2. Зарисовывать эпюры этих сигналов с экрана осциллографа. Далее измерить частоту на выходах 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 (выводы 3А, 4А, 5А, 6А, 7А, 8А), занести данные в табл. 7.2 и зарисовать эпюры сигналов с экрана осциллографа.
Снять экспериментальные данные и занести в табл. 7.2, пример заполнения которой показан в табл. 7.3.
7.3. Пример заполнения экспериментальных данных
| Вых R | D1 | D2 | D3 | D4 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 |
| F, Гц | ||||||||||||
| R1 | 3124 | 1552 | 778 | 389 | 3124 | 0 | 1173 | 768 | 1567 | 587 | 1337 | 392 |
| R2 | 893 | 452 | 204 | 114 | 893 | 0 | 397 | 380 | 509 | 170 | 397 | 113 |
| R3 | 489 | 246 | 123 | 72 | 489 | 0 | 257 | 311 | 247 | 93 | 216 | 62 |
| R4 | 350 | 175 | 88 | 45 | 350 | 0 | 263 | 309 | 220 | 79 | 138 | 45 |
| R5 | 252 | 126 | 82 | 40 | 252 | 0 | 157 | 191 | 157 | 72 | 134 | 64 |
| R6 | 206 | 103 | 67 | 35 | 206 | 0 | 104 | 122 | 117 | 66 | 154 | 53 |
| R7 | 182 | 92 | 51 | 28 | 182 | 0 | 94 | 125 | 115 | 52 | 150 | 85 |
| R8 | 184 | 91 | 46 | 20 | 184 | 0 | 113 | 130 | 103 | 49 | 118 | 69 |
На экране осциллографа показаны эпюры сигналов, которые подаются на функциональный преобразователь с выходов лабораторного стенда «Цифовой генератор прямоугольных импульсов» и сигналов на выходах функционального преобразователя, которые зарисовываем для отчета
(рис. 7.4) [5].
Содержание отчета
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Таблица экспериментальных данных.
3. Эпюры сигналов, которые подаются на функциональный преобразователь с выходов лабораторного стенда «Цифровой генератор прямоугольных импульсов» и сигналов на выходах функционального преобразователя.
4. Выводы по результатам лабораторной работы.
Рис. 7.4. Эпюры сигналов, которые подаются на функциональный
Дата: 2019-07-30, просмотров: 591.
