Правила построения, требования к оформлению временных диаграмм изложены в Приложении 2. 6 страница

Учитывая, что в лабораторной работе задан сдвоенный мультиплексор-селектор второго порядка и дополнительный набор логических элементов отсутствует, необходимо выбрать такую пару аргументов, чтобы операции инверсии (если они требуются) были реализованы свойствами мультиплексора.

4.2.Чтобы отыскать схему включения ИМС К155КП2 на реализацию требуемой функции и памяти, необходимо исходное алгебраическое выражение (см табл. 1) привести к результирующему. При этом не следует выбирать промежуточные переменные (q) в качестве адресных мультиплексора, так как конструкцией субблока не предусмотрена коммутация выходов мультиплексора к его адресным входам.

Варианты индивидуального задания.

Таблица 1

№ варианта	Исходное выражение автоматной функции	№ варианта	Исходное выражение автоматной функции
г

Вариантами 1...8 задания предусматривается исследование асин­хронных RS-триггеров с различными способами управления. Путём сопоставления исходного выражения с выражениями (1), (2) определите зависимость "включающего" и "отключающего" сигналов от переменных s и r. Определите также "преимущество" управляющих сигналов: включающего либо отключающего.

Заданиями 9 и 10 предусмотрено исследование работы D- триггеров. В исходных выражениях сигналы по информационному и синхронизирующему входу триггера отображаются переменными d и c, соответственно.

Следует учесть, что все приведенные в табл.1 функции описыва­ют элементы памяти с прямым (неинверсным) выходом и могут быть реализованы на одном из мультиплексоров микросхемы К155КП2. На втором мультиплексоре реализуйте такой же элемент с инверсным выходом. Для этого воспользуйтесь законами де Моргана булевой алгебры и найдите инверсию исходного выражения заданной функции, до которому составьте схему включения второго мультиплексора.

Сборку схем произвести гибкими проводниками на лицевой панели субблока. Эксперименты выполнить при "ручном" формировании комбинаций ( ) по адресным входам мультиплексоров с помощью тумблеров SA5, SA6 (см. рис.3 в работе №6).

4.2. Выполняя задание по п. 2.3, прежде всего, следует уяснить понятие фазы в применении к периодическим последовательностям импульсов. Селектор фазы - функциональный узел, различным образом реагирующий на фазовый сдвиг одной последовательности импульсов относительно другой. Одна из последовательностей называется опорной, относительно её определяется (отсчитывается) фазовый угол другой последовательности (либо нескольких других). Имеет смысл говорить о фазовых углах только применении к последовательностям импульсов, следующих с одинаковой частотой. Фазовый угол это интервал времени между моментами появления фронта (спада) импульса опорной последовательности и фронта (со­ответственно, спада) импульса рассматриваемой последовательности.

Так как период следования импульсов эквивалентен 360° (электрическим градусам), то фазовый угол (фазовый сдвиг) также можно оценивать в градусах и говорить о "знаке” угла (положительный либо отрицательный).

Допустим, что имеются две последовательности импульсов А и В (см рис.2). Последовательность А является опорной и необходимо оценить фазовый сдвиг Δτ последовательности В относительно А.

Т (360°)

Рис. 2 Временные диаграммы последовательностей импульсов А и В

Из диаграмм следует, что обе последовательности характеризуются одинаковой частотой следования импульсов (F=1/T, где Т - период следования). Причём скважности импульсов равны ≈2. Фронт импульсов последовательности В (момент t₁) сдвинут относительно фронта импульсов А (момент времени t₀) на интервал Δτ так, что t₀+Δτ, а величина интервала Δτ =0,25Т, то есть составляет ≈90°. В таких случаях говорят, что импульсы последовательности В "отстают" по фазе на 90°. Если фронт импульсов последовательности В опреде­ляется моментами времени t₁=t₀-Δτ, то последовательность В "опережает" на 90° последовательность импульсов А.

В лабораторной работе последовательность А формируется на выходе генератора тактовых импульсов D4, а последовательность В схемой временной задержки на одновибраторах D5, D6. Времязадающий резистор одновибратора D5 выбран переменным. Движок этого резистора выведен на лицевую панель субблока под гравировкой «Δτ». Вращая движок, можно менять фазовый сдвиг последовательности В относительно последовательности А.

Эксперименты проводятся с селекторами, настроенными на опережение по фазе последовательности А относительно В Когда такая настройка достигнута, на выходе селектора должен появиться сигнал активного уровня (лог. 1) И подключенный к выходу соответствующим мультиплексора светодиод должен кратковременно светиться ("мигать"), так как выходной сигнал импульсный. В противном случае свечение светодиода не должно наблюдаться. Поскольку названные последовательности подаются на адресные входы ИМС К155КП2 в фиксированном порядке, то, изменив этот порядок, можно "поменять" фазу последовательностей на противоположную. Для этой цели пред­назначен тумблер SA2, положения которого промаркированы надписями "ПРЯМ" (прямая последовательность) и "ОБР" (обратная последовательность), см. рис.3 в работе №6. Тумблер SA3 должен стоять в положении ВКЛ.

Исследованию подлежат два варианта схемы селектора, описываемого автоматными функциями (5) и (6), соответственно:

(5)

(6)

В выражениях (5) и (6) функцией X описывается выход (выходной сигнал) селектора, а функция У является промежуточной и описывает "внутреннюю память" селектора. Логическими переменными а и b отображены сигналы, соответствующие последовательностям импульсов А и В, соответственно.

Требуется:

· составить схему включения указанной микросхемы для реализации селектора по варианту (5), а затем по варианту (6);

· построить временные диаграммы, иллюстрирующие работу селектора для случаев "опережения" и "отставания" последовательности В. Уяснить различия в работе сектора по этим вариантам,

· собрать схемы на лицевой панели субблока и провести эксперименты на подтверждение результатов теоретического анализа;

· сделать выводы о пределах изменения угла фазового сдвига между последовательностями, при которых сохраняется работоспособность селектора отдельно по вариантам (5) и (6).

Вначале целесообразно рассмотреть вариант реализации селектора на релейно-контактных элементах (электромагнитных реле) и про анализировать его работу при помощи временных диаграмм. Для этого по формулам (5) и (6) начертите схемы, полагая, что последовательности импульсов А и В формируются отдельными кнопками, а функциям X и Y соответствуют два реле (их обмотки). Задавшись временем срабатывания и отпускания реле, постройте временные диаграммы работы. Анализируя диаграммы, Вы сможете достаточно просто сформулировать условия, при которых схема будет выполнять функции "селектора фазы" в зависимости от последовательности нажатия «кнопок», их удержания и отпускания, а также от периодичности нажатия-отпускания.

Качественная сторона такого анализа останется неизменной при реализации селектора на ИМС К155КП2. Изменится лишь "порядок" длительностей временных интервалов.

За время "срабатывания" и "отпускания" мультиплексора следует принять временные задержки сигналов в распространении от его адресных входов к выходу (выходам), соответственно, при изменении выходного сигнала с лог.0 на лог.1 и обратно. Эти данные можно найти в справочниках по микросхемам.

Эксперименты выполнить в двух режимах работы субблока: в "ручном", когда последовательности А и В формируются с помощью тумблеров SA5 и SA6 (см. рис.3 в работе №6); и "автономном", когда последовательность А формируется генератором тактовых импульсов, а последовательность В схемой временной задержки на одновибратоpax D5 и D6. В последнем случае вращением движка переменного резистора (под гравировкой "Δτ") можно обеспечить необходимый фазовый сдвиг. При этом тумблер SA2 должен стоять в положении "ПРЯМ", что будет соответствовать опережению последовательности А относительно В. Результат настройки проконтролируйте по загоранию светодиода на выходе мультиплексора, являющегося выходом (X) селектора.

При правильной сборке схемы и верной настройке селектора переключение тумблера SA2 из положения "ПРЯМ" в положение "ОБР" должно привести к прекращению импульсов на выходе селектора (Соответствующий светодиод не должен светиться.)

Пределы изменения угла фазового сдвига между последователь­ностями импульсов определяются по временным диаграммам, построенным в процессе анализа работы селектора (по рассматриваемому варианту) для случая, когда субблок работает в автономном режиме. При этом следует считать, что параметры импульсов на выходе генератора D4 (последовательность А) и на выходе одновибратора D6 (последовательность В) удовлетворяют условиям, отображённым на временных диаграммах рис.2.

5. Содержание отчета

Отчёт оформляется согласно принятым на кафедре АиКС требованиям и должен содержать:

· Цель лабораторной работы;

· исходные и результирующие логические выражения функций памяти согласно индивидуальному заданию по таблице 1;

· схему включения микросхемы K155KП2 для реализации заданной функции памяти и ее инверсии;

· условное графическое обозначение эквивалентного триггера реализующего заданную функцию памяти;

· временные диаграммы работы этого триггера;

· исходные выражения и их приведение к результирующим выражениям, описывающим построение селекторов фазы по вариантам (5) и (6);

· схемы включения ИМС К155КП2 для реализации селекторов по указанным вариантам;

· временные диаграммы работы селекторов для случаев опережения и отставания одной последовательности относительно другой;

· выводы по результатам анализа и экспериментов, а также методике реализации ПЛУ на мультиплексорах-селекторах.

Вопросы для самопроверки

1. Какие функции называют автоматными и в чем отличие их алгебраических форм от форм записи булевых функций? Почему функции памяти нельзя отнести к булевым функциям?

2. В чём заключается методика реализации автоматных функций на мультиплексорах-селекторах в виде устройств с индивидуальной структурой? Ответ иллюстрируйте примером из индивидуального задания.

Какие виды триггеров можно реализовать на микросхеме К155КП2 без применения дополнительных микросхем? Чем обусловлены ограничения на реализацию триггерных схем?

. Почему в момент подачи на субблок напряжения питания в схеме, реализующей на ИМС К155КП2 триггер с прямым и инверсным выходами, на обоих выходах устанавливаются сигналы одинакового уровня?

5. В чём существенное различие селекторов, реализуемых по логико-математическим моделям (5) и (6)?

6. Каковы правила адекватного перехода от результирующих логических выражений к функциональным схемам некоторого устройства, реализуемого на MS в виде устройства с индивидуальной структурой?

Литература

1. Справочник по интегральным микросхемам. Под редакцией Б. В Тарабрина. – М.: Энергия, 1981. – 816 с.

2. Громаков Е.И., Собакин Е.Л. Логические устройства и их применение в автоматике. Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПИ, 1982. – 95 с.

3. Васильева Н.П., Гашковец И.С. Логические элементы и их применение в промышленной автоматике. – М. –Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 160 с. (Библиотека по автоматике вып.68)

4. Гост 2.743 – 91. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники.

5. ГОСТ 2.710-84. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.

6. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. –М.: Радио и связь, 1990 – 304 с.

7. Будинский Я. Логические цепи в цифровой технике. –М.: Связь, 1977. с. 126- 135.

8. Тутевич В.Н. Телемеханика. – М.: Высшая школа, 1985. – 423 с.

Дата добавления: 2014-12-26