Нижнекамский химико-технологический институт

Нижнекамский химико-технологический институт

 

 

Г.П. Сечина, Г.Р. Исхакова, А.В. Мущинин

СХЕМОТЕХНИКА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 

Нижнекамск

Министерство образования и науки РФ

Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

 

 

Г.П. Сечина, Г.Р. Исхакова, А.В. Мущинин

СХЕМОТЕХНИКА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 

 

Рекомендовано УМО РАЕ по классическому университетскому и техническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по специальностям:

220200 «Автоматизированные системы обработки информации и управление» 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств»

 

Нижнекамск

Составители: Г.П. Сечина

Г.Р. Исхакова

А.В. Мущинин

Лабораторный практикум по курсу «Схемотехника» / Г.П. Сечина, Г.Р. Исхакова, А. В. Мущинин.- Казань: Изд-во Казан гос. технол. ун-та, 2010.- 40 с.

Приведены лабораторные работы по курсу «Схемотехника» с использованием программы Electronics Workbench. Изложен краткий теоретический материал разработки моделей в программе. Рассмотрены методические примеры и представлены задания на самостоятельную работу.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлениям «Автоматизированные системы обработки информации и управление» «Автоматизация технологических процессов и производств» очной, очно-заочной и заочной форм.

Подготовлены на кафедре «Автоматизация технологических процессов и производств» Нижнекамского химико-технологического института КГТУ.

Печатаются по решению методической комиссии Нижнекамского химико-технологического института.

 

Рецензенты: заведующий каф. ИСТ к. ф.-м. н. Н.Н. Саримов

доцент каф. ИСТ к. ф.-м. н. О.В. Матухина.

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……..…………………….………….……………….4-5

 

1 ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ…………..….…...……...….....6

1.1. Строение программы…………….…………………...……6

1.2. Разработка модели в программе Electronics Workbench………………………………………….……..……..7

1.3. Проверка работоспособности собранной схемы……………………………………………………...……15 1.3.1. Логические состояния...……….………..............….15

1.4. Логический конструктор цифровых схем…………...….17

 

2. лабораторные работы……………..…...…….…………18

2.1. Лабораторная работа 1……………….…............................18

2.2. Лабораторная работа 2……………........…....................….20

2.3. Лабораторная работа 3……………………....................….22

2.4. Лабораторная работа 4……….………...……………….....24

2.5. Лабораторная работа 5……………...…………………......26

2.6. Лабораторная работа 6……………...…………….……….28

2.7. Лабораторная работа 7……………..……………….……..30

 

ПРИЛОЖЕНИЯ………………………...…………………….…...32

БИБЛИОГРАФМЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………....40

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Создание компьютера следует считать наивысшим достижением человечества за прошедшее время, поскольку нет ни одной сферы деятельности от любого производства до разнообразного творчества, где бы с его помощью происходила настоящая революция. Безусловным фаворитом цифровой электроники является компьютер.

В настоящее время разработано много программных продуктов, в том числе и для схематического моделирования цифровых электронных устройств на компьютере.

Моделирование схем на лабораторных занятиях выполняется с использованием наиболее простой и достаточно эффективной программы – Electronics Workbench («Электронная лаборатория»).

Рассматриваемая в лабораторном практикуме компьютерная схемотехника в программном обеспечении является разновидностью САПР (Систем Автоматизированного Проектирования) электронных устройств. В настоящее время разработано много подобных программ. В данном лабораторном практикуме использована методика компьютерного моделирования, изложенная в книге Кардашева Г.А. «Цифровая электроника на персональном компьютере».

При проведении моделирования широко используются сервисные возможности самих компьютерных программ. Для осмысления применения программ по мере необходимости даются азы булевой алгебры и некоторые смежные вопросы из курса информатики.

Предполагается, что студенты обладают некоторыми навыками работы на ПК в Windows, и теоретические знания параллельно будут закреплять практическими с набором схем на компьютере, что позволяет использовать все возможности виртуального мира.

На созданных компьютерных моделях можно изменять в широких пределах как состав и параметры компонентов, так и собственно схемотехнику, отбирая для практического изготовления наилучшие варианты. Это, безусловно, будет продуктивно во всех отношениях: от минимизации временных затрат, до развития знаний, умений и навыков, составляющих основу профессионализма.

Лабораторный практикум по курсу «Схемотехника» является продолжением разработки электронных средств обучения по этому курсу. Ранее было подготовлено электронное учебное пособие.

Лабораторный практикум совместно с электронным учебным пособием содержат типовые программы, теоретический материал, практические задания, методические рекомендации по изучению дисциплины и организации самостоятельной работы студентов, материалы по тестированию.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Строение программы

В программе EWB реализован стандартный многооконный интерфейс с ниспадающими и разворачивающимися меню. При установке (инсталляции) программы (Setup) в окне выбора компонентов (Select Components) желательно выбрать европейский стандарт DIN, к которому ближе российские ГОСТы.

На рисунке 1 показан общий вид рабочего окна EWB с рядом открытых в левой половинке экрана панелей для выбора библиотечных компонентов и некоторыми компонентами из них в правой половине экрана (батарея, ключ, лампа накаливания, соединитель (узел), заземление).

Рис.1. Основное окно программы EWB с дополнительными окнами выбора компонентов

На панели компонентов имеются следующие пиктограммы:

- Sources (источники питания);

- Basic (основные компоненты);

- Diodes (диоды);

- Transistors (транзисторы);

- Indicators (индикаторы);

- Logic Gates (логические элементы);

- Analog ICs (аналоговые микросхемы);

- Mixed ICs (смешанные микросхемы);

- Instruments (измерительные приборы);

- Digital ICs (цифровые микросхемы);

- Digital (цифровой набор);

- Controls (элементы управления);

- Miscellaneous (прочее).

 

Логические состояния

Различают аналоговую и дискретную формы описания пове­дения систем и представления информации. Аналоговые сигналы имеют непрерывную зависимость напряжения (или тока) во вре­мени, аналогичную соответствующим физическим макропроцес­сам, цифровые - являются дискретными по времени, а также квантованными по уровню.

Основной составляющей цифровых сигналов и «порцией» информации о состоянии систем, в которых они наблюдаются, является бит (по-английски bit - binary digit - двоичная цифра). В компьютерах вся информация передается, обрабатывается и хранится побитно.

Логическое состояние любого двухполюсника можно представить одной переменной, которая может принять только два возможных значения: «истинно» или «ложно».

Выберем в качестве параметра электрической цепи, с помощью которого можно определить эти состояния, уровень напряжения. Он также может принять только два значения: высокий уровень и низкий уровень.

Пусть в электрической цепи замкнутое состояние ключа «истинно», тогда разомкнутое состояние ключа – «ложно». При принятых соглашениях в схеме на рисунке 6 состоянию «истинно» соответствует замкнутый ключ 1-2 и высокий уровень напряжения на лампе (она горит), а разомкнутому ключу 1-3 состояние «ложно»: низкий уровень напряжения на лампе.

 

Лабораторные работы

Лабораторная работа 1

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название лабораторной работы, ее цель.
2. Задание на лабораторную работу (по варианту).
3. Схема.
4. Результаты работы схемы.
5. Вывод о проделанной работе.

Методический пример:

Задание: построить схему RS- триггера на элементах ИЛИ-НЕ.

Рис.8. Схема RS- триггера на элементах ИЛИ-НЕ

 

Результат работы схемы:

S	R	Q	Not Q	Комментарий
				Запись «0»
				Запись «1»
		?	?	Хранение предыдущего сигнала
				Запрещенная комбинация

 

Вывод: пронаблюдали работу RS- триггера на элементах ИЛИ-НЕ, выяснили, что в зависимости от комбинаций входных сигналов S и R он может находиться в двух режимах: записи и хранения и имеет запрещенную комбинацию.

 

 

Лабораторная работа 2

Изучение счетчика импульсов

Цель работы: приобрести практические навыки по сборке схем счетчиков с различным коэффициентом счета, изучить их работу.

Последовательность выполнения работы:

1. Запустить программу Electronics Workbench.

2. На панели компонентов открыть пиктограммы Sources, Basic, Indicators, Digital.

3. Собрать схему счетчика в соответствии с вариантом.

1. Включить схему и проверить ее работоспособность.
2. Зафиксировать показания на выходе.
3. Выключить схему и сохранить ее: File-Save As, ввести имя файла schetchik.ewb, выбрать нужный диск и папку.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название лабораторной работы, ее цель.
2. Задание на лабораторную работу (по варианту).
3. Схема.
4. Результаты работы схемы.
5. Вывод о проделанной работе.

Методический пример:

Задание: Построить счетчик с коэффициентом счета Ксч=7.

Записываем число 7 в двоичном коде – 111. Так как счет начинается с 0, то для построения необходимо Кcч уменьшить на 1. Тогда счетчик пропустит 7 импульсов: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Рис.9. Схема счетчика с коэффициентом счета Ксч=4.

 

На схеме видно, что первый индикатор не горит, а второй и третий - горят. В цифровом коде получили 110, а 110₂ =6_10. Счетчик построен правильно.

Вывод: построили счетчик с коэффициентом счета 3, проверили его работоспособность.

 

Лабораторная работа 3

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название лабораторной работы, ее цель.
2. Задание на лабораторную работу (по варианту).
3. Схема.
4. Результаты работы схемы.
5. Вывод о проделанной работе.

Методический пример:

Задание: Построить схему универсального сдвигающего регистра. Записать параллельно, последовательно, сохранить, сдвинуть влево, вправо двоичный код 010.

 

 

Схема показывает, что двоичный код 010 записан параллельно.

Вывод: построили универсальный сдвигающий регистр, заданный двоичный код записали параллельно, сдвинули вправо и влево.

Лабораторная работа 4

Изучение многоразрядного сумматора.

Цель работы: приобрести практические навыки по сборке схемы сумматора, изучить принцип его работы.

Последовательность выполнения работы:

1. Запустить программу Electronics Workbench.

2. На панели компонентов открыть пиктограммы Sources, Basic, Indicators, Logic Gates.

3. Собрать схему многоразрядного сумматора в соответствии с вариантом.

1. Включить схему и проверить ее работоспособность.
2. Зафиксировать показания на выходе.
3. Выключить схему и сохранить ее: File-Save As, ввести имя файла summator.ewb, выбрать нужный диск и папку.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название лабораторной работы, ее цель.
2. Задание на лабораторную работу (по варианту).
3. Схема.
4. Результаты работы схемы.
5. Вывод о проделанной работе

Методический пример:

Задание: построить схему многоразрядного сумматора для сложения чисел 5 и 2.

Рис. 11. Схема трехразрядного сумматора

 

5₁₀ = 101₂; 2₁₀ = 010_2. После сложения на выходе сумматора получили код 111 (двоичный код считывается снизу вверх).

Проверка: 5 + 2 = 7; 7₁₀ = 111_2.

Вывод: построили сумматор для сложения чисел 5 и 2 в двоичном коде.

Лабораторная работа 5

 

Изучение шифратора (кодера)

Цель работы: приобрести практические навыки по сборке схем шифраторов, изучить их работу.

Последовательность выполнения работы:

1. Запустить программу Electronics Workbench.
2. На панели компонентов открыть пиктограммы Sources, Basic, Logic Gates, Indicators.
3. Собрать схему шифратора в соответствии с вариантом.
4. Включить схему и проверить ее работоспособность.
5. Зафиксировать показания на выходе.
6. Выключить схему и сохранить ее: File-Save As, ввести имя файла shifrator.ewb, выбрать нужный диск и папку.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название лабораторной работы, ее цель.
2. Задание на лабораторную работу (по варианту).
3. Схема.
4. Результаты работы схемы.
5. Вывод о проделанной работе.

Методический пример:

Задание: построить схему шифратора и закодировать число 9.

Рис. 12. Схема шифратора

 

При замкнутом ключе 9 на выходах шифратора у₀ и у₃ есть сигнал, соответствующий высокому уровню напряжения. Следовательно, получаем двоичный код 1001.

Проверка: 9₁₀ = 1001₂

Вывод: построили шифратор и закодировали двоичное число 9

Лабораторная работа 6

 

Изучение дешифратора (декодера)

Цель работы: приобрести практические навыки по сборке схемы дешифратора, изучить их работу.

Последовательность выполнения работы:

1. Запустить программу Electronics Workbench.
2. На панели компонентов открыть пиктограммы Sources, Basic, Logic Gates, Indicators.
3. Собрать схему шифратора в соответствии с вариантом.
4. Включить схему и проверить ее работоспособность.
5. Зафиксировать показания на выходе.
6. Выключить схему и сохранить ее: File-Save As, ввести имя файла deshifrator.ewb, выбрать нужный диск и папку.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название лабораторной работы, ее цель.
2. Задание на лабораторную работу (по варианту).
3. Схема.
4. Результаты работы схемы.
5. Вывод о проделанной работе.

Методический пример:

Задание: Построить схему дешифратора и декодировать число 6.

Рис. 13. Схема дешифратора

 

На входе дешифратора двоичный код 0110, а на выходе горит лампа, соответствующая десятичному числу 6.

Вывод: построили дешифратор, расшифровали двоичный код 0110.

 

Лабораторная работа 7

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название лабораторной работы, ее цель.
2. Задание на лабораторную работу (по варианту).
3. Схема.
4. Результаты работы схемы.
5. Вывод о проделанной работе.

Методический пример:

Задание: Построить схему многоразрядного цифрового компаратора для сравнения чисел 3 и 6.

Рис. 14 Схема многоразрядного компаратора

 

На выходе компаратора не горит не одна лампа, следовательно, A< B по умолчанию.

Вывод: построили компаратор и сравнили 2 числа 3 и 6. Результат: А< B.

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

Варианты заданий к лабораторной работе № 1

1. статический D-триггер
2. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ
3. динамический D-триггер
4. RS-триггер на элементах И-НЕ
5. счетный МС-триггер
6. УК-триггер
7. статический Д-триггер
8. RS-триггер на элементах И-НЕ
9. динамический Д-триггер
10. универсальный УК-триггер
11. счетный триггер
12. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ
13. динамический Д-триггер
14. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ
15. статический триггер (Д)
16. универсальный УК-триггер
17. RS-триггер на элементах И-НЕ
18. счетный МС-триггер
19. статический Д-триггер
20. RS-триггер на элементах И-НЕ
21. динамический Д-триггер
22. универсальный УК-триггер
23. счетный МС-триггер
24. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ
25. Динамический Д-триггер

 

 

Приложение Б

Варианты заданий к лабораторной работе № 2

 

№ варианта	Ксч

Приложение В

Варианты заданий к лабораторной работе № 3

 

№ варианта	двоичный код

 

 

Приложение Г

Варианты заданий к лабораторной работе № 4

 

№ варианта	1 слагаемое	2 слагаемое

 

Приложение Д

Варианты заданий к лабораторной работе № 5

 

№ варианта	Десятичное число

 

Приложение К

Варианты заданий к лабораторной работе № 6

 

№ варианта	Десятичное число

 

Приложение Л

Варианты заданий к лабораторной работе № 7

 

№ варианта	1 число (А)	2 число (В)

 

 

Приложение М

Список сокращений

БЛЭ – базовый логический элемент

ЛКМ – левая клавиша мыши

ЛЭ – логический элемент

УГО – условное графическое изображение

 

DIN – немецкий инженерный стандарт

EWB - Electronics Workbench (название программы)

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. - М.: Радио и связь, 1982.- 416 с.
2. Джонс М.Х. Электроника – практический курс. – М.: Постмаркет, 1999.- 528 с.
3. Демкин В.П., Можаев Г.В. Классификация образовательных электронных изданий: основные принципы и критерии. Методическое пособие для преподавателей. Томск, ТГУ, 2003.
4. Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002.-260 с. – (МРБ, 1251).
5. Кардашев Г.А. Цифровая электроника на персональном компьютере. Electronics Workbench и Micro-Cap. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003.- 311 с.: ил.-(МРБ, 1263).
6. Микросхемы ТТЛ. Справочник: В 2-х т. Пер с нем. – М.: LVR Пресс, 2001.
7. Фромберг Э.М. Конструкция на элементах цифровой техники. – М.: Горячая линия -Телеком, 2001.- 264 с. – (МРБ, 1249).

 

 

Нижнекамский химико-технологический институт

 

 

12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. ANSI – национальный институт стандартизации США
2. Административные процедуры как правовой институт в структуре административного процесса
3. АНО ВПО «Прикамский социальный институт»
4. АНО ВПО «ПРИКАМСКИЙ СОЦИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ»
5. Банковская система государства и ее финансово-кредитные институты. Роль и значение ЦБ.
6. БАШКИРСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ
7. Влияние институтов на макроэк-ую эф-ть
8. Вопрос 10. Государство как конституционно-правовой институт в зарубежных странах
9. Вопрос. Понятие «Римское право». Периодизация эволюции римского государства и права. История публичных институтов.
10. Вопрос: Роль институтов развития в реализации потенциала экономического роста
11. ГЛАВА II. СТАНОВЛЕНИЕ ШКОЛЫ В РОССИИ КАК ОБЩЕСТВЕННОГО ИНСТИТУТА В ЭПОХУ ПРАВЛЕНИЯ ПЕТРА I
12. Гоеударство - ведущий институт политической системы 111