К176ИЕ4. Рисунок 16 – микросхема К176ИЕ4 Микросхема К176ИЕ4 содержит декаду и преобразователь ее состояний в двоичном коде в сигналы управления семисегментным индикатором.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

2


Пояснительная запис
ка


Данное методическое указание разработано в соответствии с Федеральным Государстве
н
ным образовательным стандартом среднего профессионального образования по спец
и
альности
09.02.01 «Компьютерные системы и комплексы»

Курсовой проект


важнейший этап учебно
го процесса, способствующий подготовке сп
е
циалистов.

Целью выполнения
курсового

проектирования являются: закрепление и систематизация пр
и
обретенных знаний по специальности, их применение в решении ко
н
кретных практических задач;
приобретение опыта самостоят
ельной работы с технической информацией, методическими и но
р
мативными документами, специальной литературой, соответствующими методами и технологи
я
ми;

Выполнение курсового проекта является одной из форм самостоятельной работы студе
н
тов.

Методические указани
я по выполнению
курсового

проекта состоят из следу
ю
щих разделов:

Содержание
курсового

проекта

Оформление пояснительной записки


Приложения

-

описание элементной базы

методические указания для студентов по оформлению текстовой части
курс
о
вых

проектов


Соде
ржание, объем, и сроки выполнения
курсового

проекта определяются утвержденным
заданием и графиком учебного процесса.


3

Содержание
курсового

проекта

Курсовой

проект относится к стадии эскизного проекта конструкторско
й

документации и
должен содержать совокупн
ость конструкторских документов, содержащие принципиальные ко
н
структивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а
также определяю
щ
их назначение, основные параме
т
ры, габаритные размеры разрабатываемого
изделия.

Номенкл
атура конструкторских документов на стадии эскизного проекта приведена в табл
и
це 1. Номенклатура документов
курсового

проекта определяется и
н
дивидуально в зависимости от
особенностей проектируемого
устройства

и темы
курсового

проекта.

В пояснительной запис
ке должно обязательно быть отражено технико
-
экономическое обо
с
нование необходимости разработки и внедрения устройства. В расчетной части приводится расчет
показателей надежности, быстродействия, с
о
гласующих элементов, источника питания и других
нестандартн
ых элементов, и
с
пользуемых в проектируемом устройстве.

Таблица 1.

Вид документа

Шрифт

Определение

Чертеж детали


Документ, содержащий изображение детали и
другие данные, необходимые для изготовления и ко
н
троля.

Схема электрическая стру
к
турная

Э1

На схеме

изображают все основные функци
о
нальные части изделия элементы, устройства и фун
к
циональные группы и основные взаимосвязи между
ними. Ими пользуются при эксплуатации для общего
ознакомления.

Схема электрическая фун
к
циональная

Э2

На схеме изображают функ
циональные части и
з
делия элементы, устройства и функциональные гру
п
пы, участвующие в процессе, иллюстрируемой схемы,
и связи между этими частями.


4


Продолжение таблицы 1

Схема электрическая при
н
ципиальная

Э3

На схеме изображают все электрические элеме
н
т
ы или устройства, необходимые для осуществления и
контроля в изделии заданных электрических проце
с
сов, все электрические связи между ними, а так же
электрические элементы разъемы, зажимы и т.п., к
о
торыми заканчиваются входные и выходные цепи.

Схема элек
трическая с
о
единений

Э4

На схеме изображают все устройства и элементы,
входящие в состав изделия, их входные и выходные
элементы разъемы, пл
а
ты, зажимы и т.п., а так же
соединения между этими устройствами и элементами.

Схема электрическая по
д
ключения

Э5

На схеме изображают изделия, его входные и
выходные элементы разъемы, зажимы и т.п. и подв
о
димые к ним концы проводов и кабелей внешнего
монтажа, около которых помещают данные о подкл
ю
чении изделия характеристики внешних цепей и а
д
рес.

Схема электрич
еская

Э6

На схеме изображают устройство и элементы,
входящие в комплекс, а
также

провода, жгуты, каб
е
ли,
соединяющие эти устройс
т
ва и элементы.

Схема электрическая

Э7

На схеме изображают составные части изделия, а
при необходимости между ними, конструкцию
, пом
е
щение или местность, на которых эти составные части
расположены.

Схема алгоритма

Э8

Документ, на котором в виде условных изобр
а
жений или обозначений показаны составные части а
л
горитма работы устройства и связи между ними.

Пояснительная записка

ПЗ

Д
окумент, содержащий описание

устройства и принципа действия разрабат
ы
ваемого
изделия, а
также

обоснование принятых при его
разработке

технич
е
ских и технико
-
экономических реш
е
ний


5

Оформление пояснительной записки

Выполнение
курсового

проекта является завер
шающим этапом в подготовке специал
и
стов и позволяет продемонстрировать знания, умения и навыки, приобр
е
тенные за время обучения
по

ПМ.01 «Проектирование цифровых устройств» МДК.01.01 «Цифровая схемотехника»
в прил
о
жении к конкретной задаче. Пояснительная з
аписка должна отвечать требованиями ГОСТов и м
е
тодическим указанием по оформлению пояснительной запи
с
ки.


Рекомендуемый состав пояснительной записки:

Титульный лист

Задание на
курсовое

проектирование.

Содержание
-

помещается на первом заглавном листе и
включается в общее количество л
и
стов

Введение
-

состоит из краткого обзора существующего уровня развития техники по теме пр
о
екта и обязательного технико
-
экономического обоснования разработки и внедрения данного пр
о
екта

1

Описание структурной схемы
-

данный

раздел включает в себя описание функциональных
узлов схемы, описание
сигналов,

используемых в работе схемы и описание принципа работы
структурной схемы

2

Описание
-
принципиальной схемы
-

данный раздел включает в себя описание
процессов,

пр
о
исходящих в уст
ройстве, фазы работы устройства, основные сигналы, определяющие начало и
окончание фаз и порядок их происхождения.

3

Электрический

расчет


данный раздел включает в себя расчет основных элементов схемы
таких как: генераторы, мультивибраторы, интегрирующие
и дифф
е
ренцирующие цепи, ключи на
биполярном транзисторе и др.

4

Расчет на
д
ёжности

-

данный раздел содержит две части: теоретическую и практическую. В
этом разделе дается основные показатели надежности, расчет п
о
казателей надежности

5
Техника безопасности
-

данный раздел содержит описания требований по технике безопасн
о
сти при выполнении определенного вида работ с разрабатываемым ус
т
ройством сборки, монтажа,
наладки, регулировки и т.д..

Список использованной литературы
-

дается список литературы и методич
еских указаний, и
с
пользуемых при работе над курсовым проектом

Приложения
-

в него входят описани
е элементной базы разрабатывае
мого устройство, пер
е
чень элементов, графическая часть
курсового

проекта,


При оформлении пояснительной записки следует строго соб
людать требования госуда
р
ственных стандартов ЕСКД



6

Введение


Введение разрабатывается и оформляется так же, как и остальные разделы, но не имеет сво
е
го номера раздела. Общий объем введения должен составлять
2
-
3

п
е
чатных листа. К основным
вопросам, рассмат
риваемым во введении, являются:

-

основы элементной базы цифровой схемотехники и базовые элементы
;

-

степень интеграции элементной базы и описание основных функциональных узлов цифр
о
вой схемотехники
;

-

основные аспекты и направления использования цифровой схемот
ехники в народном х
о
зяйстве
.

Основой элементной базы цифровой схемотехники являются полупроводниковые интеграл
ь
ные микросхемы. Базовыми элементами интегральных микросхем могут быть полевые или бип
о
лярные транзисторы, что автоматически опр
е
деляет их техноло
гию: униполярная или биполярная.
Микросхемы на биполярных транзисторах имеют быстродействие в
10
-
20

раз выше
,

чем микр
о
схемы на полевых транзисторах. Однако микросхемы на полевых транзисторах имеют пло
т
ность
упаковки в 100
-

1000 раз выше, а энергопотребле
ние ниже, чем микросхемы на б
и
полярных тра
н
зисторах. В соответствии со всеми достоинствами и недостатками оба вида технологии имеют ш
и
рокое применение на практике.

Биполярная технология используется в цифровой техник
е,

работающей в стационарных
условиях, г
де требуется высокое быстродействие, причем объем аппар
а
туры и энергопотребление
существенно роли не играет.

Униполярная технология используется в цифровой технике, работающей в полевых услов
и
ях, или в минимальном объеме аппаратуры. Имеет низкое энергопотр
ебление и приемлемое быс
т
родействие.

По степени интеграции микросхемы подразделяются на следующие группы:

-

малая степень интеграции 10
-
50 элементов в одном кристалле
-

это разли
ч
ные логические
элементы, преобразователи уровней, триггеры и т.д.
;

-

средня
я степень
интеграции 
50
-

500

элементов в одном кристалле
-
это шифраторы, д
е
шифраторы, мультиплексоры сумматоры, регистры, счетчики и т.д.
;

Большая степень интеграции
(
500
-

100000

элементов в одном корпусе
-

это программиру
е
мые логические интегральные
схемы ПЛИС, микро
схе
мы памяти, цифро
-
аналоговые и аналого
-
цифровые преобразователи т.д.
;

-

сверхбольшая степень интеграции
(
100000

и свыше элементов в одном корпусе
-

это ми
к
роконтроллеры и микропроцессоры.

По функциональному назначению микросхемы подра
зделяются на цифровые и аналоговые.
Аналоговые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов изменяющи
х

7

ся по закону непрерывных функций.

Цифровые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, предста
в
ленных в цифровом

коде.

В современной радиоэлектронике, при обработке информации используются комбинирова
н
ные методы, сочетающие в себе как аналоговые, так и цифровые м
е
тоды обработки информации.


8

1
Описание структурной схемы

Объем раздела «Описание структурной схемы» долже
н составлять от 3 до 6 листов печатн
о
го текста. Раздел должен состоять из следующих составных частей, расположенных в соотве
т
ствии с указанной ниже последовательностью

-

разбиение схемы на функциональные узлы
;

-

описание функциональных узлов
;

-

составление струк
турной схемы
;

-

описание сигналов работы структурной схемы
;

-

описание принципа работы структурной схемы
.

Структурная схема представляет собой перечень самостоятельных функциональных узлов
устройства и органов управления, соединенных между собой вхо
д
ными и вых
одными сигналами.

Описание функциональных узлов должно начинаться со следующего

предложения: «Стру
к
тур
ная схема устройства состоит из
функциональных

узлов» после чего идет перечень узлов с их
описанием.

Перечень узлов содержит порядковый номер, номер узла,

условное обозначение и полное
наименование узла. В общем случае порядковый номер и номер узла могут не совпадать, так как
порядковый номер проставляется по принципу слева на право, сверху в низ, а номер узла форм
и
руется из функциональных соображ
е
ний.

Опис
ание функционального узла состоит из его назначения, технических характеристик и
параметров, общих принципов его функционирования и взаимодействий с другими узлами
устройства. Чем более качественно и подробно описан принцип работы узлов, тем будет более
пр
осто и легко описывать принцип работы структурной схемы.

На структурной схеме, все самостоятельные функциональные узлы изображаются в форме
прямоугольников. Внутри каждого из них указывается порядковый номер функционального узла и
его обозначение. Обозначе
ние допускается указывать, как в полном виде
-

наименование, так и в
сокращенном
-

условное обозначение. Функциональные узлы соединяются между собой линиями

сигналами. Сигналы для функциональных узлов подразделяются на входные и

в
ы
ходные.

Входные сигналы

подводятся к функциональному узлу только слева. Выходные сигналы
должны отходить от функциональных узлов только справа. Подвод и отвод сигналов сверху или
снизу по ЕСКД не допускается

Все входные и выходные сигналы должны иметь идентификаторы условные об
означения
которые проставляются при входах или выходах функциональных у
з
лов. Эти идентификаторы
используются при описании принципа функциониров
а
ния структурной схемы.

Так же на структурной схеме должны быть изображены все органы управления устройства,
исп
ользуемые при описании принципа работы схемы. К таким органам управления устройствам
относятся: включатели и выключатели, переключатели р
е
жимов работы и диапазонов, световые и

9

звуковые сигнализаторы, индикаторы и т.д.

Описание сигналов должно содержать иде
нтификатор сигнала и его полное наименование,
определяющее его смысл и назначение. Допускается при описании сигналов указывать необход
и
мые пояснения, облегчающие понимание принципа работы устройства.

При выполнении структурной схемы необходимо выбрать форм
ат чертежа таким образом,
чтобы полностью разместить структурную схему на одном листе. Если для выполнения структу
р
ной схемы выбран формат А4, то структурная
схема
может быть размещена как в самом
разделе,

так и в приложении к пояснительной записке. При вы
боре другого формата структурная схема
может быть размещена только в приложении. Структурная схема должна быть выполнена в по
л
ном соответствии с требованиями стандартов ЕСКД.

Описание принципа работы структурной схемы должно начинаться с подачи питания на
устройство и всех начальных установок происходящих при этом в функциональных узлах. Если
устройство имеет несколько различных режимов работы, то каждый режим работы описывается
о
т
дельно. При описании принципа работы структурной схемы необходимо обязательно
е испол
ь
зование наименование узлов и сигналов. Описание структурной схемы должно в полном объёме
определять пор
я
док обработки и выходных сигналов, а также порядок формирования внутренних
и выходных сигналов. Не допускается при описани
и

структурной схемы ис
пользовать наименов
а
ние микросхем и номера контактов взятых из принципиальной схемы.

В заключение описания структурной схемы целесообразно привести основные конструкти
в
но технологические требования необходимые для успешной работы и реализации устройства.



















10











2

Описание принципиальной схемы,


Описание работы принципиальной схемы устройства начинается
с
процессов, происход
я
щих в нем, при подаче на схему или включения питающих н
а
пряжений и установки требуемых
функциональных элементов в
исходное состояние. К таким элементам относятся: триггеры, р
е
гистры, счетчики и другие элементы, работа которых определяется не только текущим, но и и
с
ходным состоянием электрических сигналов.

Установка элементов в исходное состояние производится
с
помощью

дифф
е
ренцирующих,
интегрирующих и переходных цепей. При этом должна быть полностью указана последовател
ь
ность прохождения сигналов
с
указанием номеров элементов микросхем и контактов. Описание
начального этапа установки функциональных элементов в исходное

состояние при подаче пит
а
ния должно заканчиваться переходом устройства в режим ожидания поступления
входных си
г
налов,

определяющих его функционирование. При описании принципа работы схемы должны
быть полностью определены все фазы работы устройства, основн
ые сигналы, определяющие
начало и окончание фаз
,

и порядок их прохождения. Если устройство имеет несколько разли
ч
ных реж
и
мов работы,
то

каждый режим должен быть описан отдельно
с
указанием
положений
органов управления,

определяющих каждый режим. Обозначени
я выводов
функциональных эл
е
ментов,

указанных на принципиальной схеме и используемых при описании схемы должно по
л
ностью соответс
т
вовать их обозначению в раз
деле

описание элементной базы.



11

3

Электрический расчеты


3
.1 Электрический расчет

Электрические ра
счеты выполняются и оформляются в соответствии с методическими ук
а
заниями для студентов по выполнению электрических расчетов ку
р
совых и дипломных проектов.

-

Исходные данные для электрического расчета, а также результаты расчета должны пре
д
ставляться в еди
ницах измерения общепринятых для практического указания и использования.

Все электрические расчеты производятся в системе СИ с использованием следующих ед
и
ниц измерения:

Ток I
-

ампер, А

Напряжение
U

-

вольт, В

Время
t

-

секунда, с

Частота
f

-

герц, Гц

Соп
ротивление
R

-

ом, Ом

Емкость С
-

фарад, ф

Перед выполнением расчета исходные данные переводятся в систему СИ, а после провед
е
ния расчетов результаты преобразуются в общепринятые практич
е
ские единицы измерения.

Электрическим расчетам подлежат все следующие

компоненты принципиальной схемы:

-

мультивибраторы и генераторы, как в интегральном, так и дискретном и
с
полнении
;

-

моновибраторы, ждущие мультивибраторы и формирователи импульсов заданной дл
и
тельности
;

-

интегрирующие, дифференцирующие и переходные
RC

цепи
;

-

ключи на биполярных транзисторах с произвольным видом нагрузки в цепи коллектора
резис
торы, обмотки реле, светодиоды.

Расчет каждого электрического компонента производится отдельно под св
о
им порядковым
номером.

Расчет каждого компонента начинается
с
по
ясняющего рисунка, исходных данных, и з
а
канчивается рассчитанными значениями радиоэлементов, нумерация и условное обозначение р
а
диоэлементов должно полностью соответствовать их обозначению и нумерации на принцип
и
альной схеме.

3
.2

Расчет блока питания

Расче
т блока питания производится только в том случае если предлагаемое устройство
предназначено для эксплуатации в стационарных условиях и имеет с
а
мостоятельный источник
питания. В противном случае в этом разделе производится расчет потребляемой мощности
устро
йством, напряжение питания и его источник. При наличие самостоятельного источника п
и
тания дополнительно прилагается схема блока питания, выбираются и обосновываются: тип

12

трансформатора, фильтрующие конденсаторы, стабилизаторы и прочие радиоэлементы, испол
ь
зуемые в блоке питания.

3.1.1

Напряжение разность потенциалов

-

характеризует источник энергетической энергии, предназначенный для питания ра
з
личных электрический устройств;

-

условное обозначение


U
;

-

единицы обозначения


вольт В.

В цифровой схемотехники

для питания цифровых устройств используются источн
и
ки постоянного тока с напряжением, как правило, не более 30 Вольт


3
.
1.2

Электрический ток



направленный поток заряженных частиц протекающих от
большого потенциала к меньшему, характеризуется силой тока
.

-

условное обозначение


I
;

-

единицы обозначения


ампер А.






миллиампер мА






микроампер мкА

-

связь 1 А10
3

мА10
6

мкА


1мкА10
-
3

мА10
-
6

А

В цифровой схемотехники сила тока может лежать в широких пределах от мкА до А в зависим
о
сти от сложности цифрового устройства.


3
.
1.3

Сопротивление резистор



предназначен для уменьшения величины протекающего
тока.

-

условное обозначение


R
;

-

единицы обозначения


Ом Ом.






килом кОм






мегом Мом

-

связь 1 А10
3

кОм
=10
6

МОм



1
МОм
=10
-
3

кОм
=10
-
6

Ом


Дополнительной характеристикой резисторов является мощность Р, Р
U
*
I
. Мощность изм
е
ряется в ваттах, при этом необходимо напряжение измерять в вольтах, а ток в амперах. Мо
щ
ность резистора всегда необходимо выбирать с запасом
по сравнению с мощностью, потребля
е
мой в схеме.

В цифровой схемотехнике используются следующие значения мощностей рез
и
сторов.


13


Рисунок 1


Обозначение резисторов

3
.
1.4

Закон Ома
U
=
I
*
R
. При расчетах используются единицы измерения: Вольт, Ом, А
м
пер.

Если
какая


то из величин задана в других единицах измерения, ее необходимо перевести в
казанные единицы. Закон Ома используется в цифровой схемоте
х
нике как правило для расчета
тока и сопротивления, так, как величина чаще всего опр
е
деляется источником питания.


3
.
1.5

Емкость конденсатор



определяет величину заряда, которую способен получить
данный элемент. Исходя из этого конденсатор постоянный ток не пропускает, а пропускает п
е
ременный ток или переменную составляющую электрическ
о
го тока.

Промывка

-

условное

обозначение


С;

-

единицы обозначения


фарада Ф.






микрофарада мкФ






нанофарада нФ






пикофарада пФ

-

связь 1 Ф10
6

мкФ10
9

нФ  10
12

пФ


1пФ10
-
6

мкФ10
-
3

нФ  10
-
12

Ф

Дополнительной характеристикой конденсатора является раб
очее напряжение. Рабочее
напряжение конденсатора должно быть больше, чем напряжение в самой схеме.


3
.
1.6

Постоянная времени



величина, показывающая связь значений
R

и
C

с временем
заряда конденсатора.

-

условное обозначение



;

-

единицы обозначения


с
екунда с.






миллисекунда мс






микросекунда мкс






наносекунда нс

-

связь 1 с10
3
мс 10
6

мкс  10
9

нс


1нс 10
-
3

мкс10
-
6

мс  10
-
9
с

1 Вт

2 Вт

0,5 Вт

0,0625 Вт

0,125 Вт

0,250 Вт


14


При задании значений и
C

-



определяется по формуле




=
R
*
C

При этом значение
R

указывается в
ОМ, значение С в фарадах, тогда значение будет в секу
н
дах.


3
.
1.7

Период



основная характеристика периодического сигнала


минимал
ь
ный интервал
времени через который форма выходного сигнала повторяется.



Рисунок 2

-

условное обозначение


Т;

-

едини
цы обозначения


с, мс, мкс, нс.


3
.
1.8

Частота



величина обратная периоду, показывает сколько пер
и
одов находится в
единицы времени
.

-

условное обозначение


F
;

-

единицы обозначения


герц Гц.






килогерц кГц






мегагерц МГц

-

связь 1 Гц

=10
3

к
Гц

=10
6

МГц



1 МГц

=10
-
3

кГц
=10
-
6

Гц

3
.
1.9

Скважность


величина, определяющая отношение длительности периода к дл
и
тельности импульса

-

условное обозначение


Q
;

-

единицы обозначения


безразмерная.

Т

U



Т

U



t
и

t
п


15


Рисунок 3

t
и



длительность импульса

t
п



длительность паузы






(1)

Если скважность
q
2, то длительности
t
и
и
t
п

одинаковы

Если, то скважность
Q
2, при
t
и


t
п

,
Q
2,

Минимальное значение
Q

строго больше единицы


3
.
1.10 Пороговое напряжение



величина входного напряжения,
при кот
о
ром происходит
переключение значений выходов микросхем из 0 в 1 и наоб
о
рот. Если на выходе микросхемы
напряжение чуть больше порогового, на вых
о
де микросхемы будет логическая единица. Если
же напряжение на входе меньше пор
о
гового, на выходе будет л
огический ноль.

Величина порогового напряжения определяется типом логики:

ТТЛ логика
U
п

 1,5В

МОП логика
U
п

=
U
нп
\
2 В

где
U
нп



напряжение питания, которое для МОП логики может быть от 3 до 15 вольт

U
п

-

пороговое напряжение



3
.
1.11

Все расчетные элект
рические величины в цифровой схематехнике задаются в удо
б
ном для работы виде и соответствующих единицах измерения. При выполнении расчетов все
единицы переводятся в систему СИ: вольт, ампер, ом фарада, секунда, герц. После выполн
е
ния расчетов выходные знач
ения пер
е
водятся обратно в удобные единицы измерения.


3
.
2
.

RC

цепи.


3
.
2.1. Основные сведения.


и
п
и
и
t
t
t
t
T
q




16

RC

цепи предназначены для формирования импульсов одной формы из и
м
пульсов другой
формы. Переходные процессы в
RC

цепях протекают по одному общему закону, и опр
еделяется
произведением
R
·
C
, называемыми постоянной вр
е
мени

. Для определения постоянной времени


в системе СИ пользуются следу
ю
щими соотношениями:



(
c
) =
R

МОм · С мкФ,



м
c
) =
R

кОм · С мкФ,



мк
c
) =
R

МОм · С пФ.

Переходные процессы в
R
C

цепи описываются функцией:









(
2
)


где
t



текущее время,





постоянная времени,

U



входное напряжение для
RC

цепи,

U
t



выходное напряжение,



основание натурального логарифма,

 2,718 в степени
-

t
/

.

Те
оретически для заряда конденсатора требуется бесконечное время, на практике же сч
и
тают время, в зависимости от допустимой точности, обычно до
5
R
·
C
. За указанное время процент
от полного заряда конденсатора составит:

К 
RC
)

%

1

63

2

87

2,3

90

3

95

5

99

При проектировании цифровых устройств для расчета
RC

цепей используе
т
ся полученная
из соотношения 1 формула:

.






(
3

)

где
U
k



напряжение по завершению переходного процесса,

U
н



напряжение сразу после включения,

U
t



напряжение

в произвольное время в течение переходного процесса,


n



натуральный логарифм.



3
.
2
.2. Дифференцирующие цепи.



t
t
U
U





t

U
U
U
U
n
RC
t
t
k
н
k






17

Дифференцирующие
RC

цепи в основном используются для выделения п
е
реднего фронта
входного сигнала
-

формирования короткого импульса по передн
е
му

фронту входного импульса
произвольной длительности.






Рисунок 4









Рисунок 5

Рабочим является первый выходной импульс положительный, отрицательный импульс
не используется и для исключения его вредного воздействия на раб
о
ту микросхем их убирают с

помощью диодов.

Для расчета длительности выходных импульсов подставляем в формулу 2 знач
е
ния
U
k

= 0,

U
н

=
U
вх
,

U
t

=
U
пор
, в результате получаем

U
пор



пороговое напряжение, переключающее нагрузку из 1 в 0.

.




( 4

)

Длительность выходного импульса из
меряется на уровне
U
пор

Пол расчетом дифференцирующей цепи понимается: по заданным исходным данным ра
с
считать требуемые значения
R

и С.

Исходные данные:

U
вх

-

входное напряжение или напряжение питания схемы. Определяется по схеме.

Для логики ТТЛ
U
вх
5 Во
льт, для логики МОП
U
вх

равно напряжению исто
ч
ника питания и
м
ожет лежать в пределах от 3 до 1
5 Вольт.

U
пор

-

пороговое напряжение

для логики ТТЛ
U
пор

1,5В

для лог
и
ки МОП
U
пор
=
U
вх
/2

С

U
вх

R

U
вых

D
2

D
1

U
вх

U
вых

U
пор

t

t

U
U
n
RC
U
U
n
RC
t
пор
вх
пор
вх








0
0

18

I
раб

-

выбирается из учета ограничения входного тока
R
С цепи, но не боле
е макси
мального
возможного входного тока

t
и

длительность импульса
-

определяется из описания схемы. Если значение
t
и

не
у
ка
з
ано,
опр
е
деляется по формуле


п
ри известных заданных в схеме значениях
R

и С.

Например

логика ТТЛ,
R
10 кОм, С0,01 мкф,


Расчет начинается с определения значения номинала
R
.

В начале определяется
R

мин
и
мальное.

, после чего выбирается
R

практическое
.


из ряда допустимых номиналов
R
пр

выбирается тем больше, чем больше
t
и


3
.
2.3

Интегрирующие цепи
.


Интегрирующие цепи используются для задержки входного импульса, формирования л
и
нейно изменяющихся напряжений в различных устройствах вычислительной, цифровой, телев
и
зионной техники.

Для расчета времени задержки входных импульсов

подставляем в формулу 2 значения
U
к

=
U
зар
,


U
н

= 0,

U
t

=
U
пор
,






(5)

Время задержки входного импульса оценивается на уровне
U
пор
, перекл
ю
чающее нагрузку
из 0 в 1.






Рисунок 7



С

U
вх

R

U
вых

мс
n
t
и
120
10
2
,
1
100
5
,
1
5
10
01
,
0
10
10
6
3











раб
вх
I
U
R
min

min
пр
R
R

U
пор
U
вх
U
вх
n
RC
t
з





19










Рисунок 8

Под расчетом интегрирующей

цепи понимается: по заданным исходным данным считать
значения
R

и С.

Исходные данные

U
пор

U
вх


аналогично дифференцирующей цепочке

I
раб

t
з



время задержки входного сигнала определяется из описания схемы. Если значение
t
з

не указано, определяется по фор
муле

5 п
ри известных заданных в сх
е
ме значениях
R

и С.




3
.
3
. Генераторы прямоугольных импульсов мультивибраторы на ИМС.


3
.
3
.1. Основные сведения.

Главными характеристиками последовательности прямоугольных импул
ь
сов являются:

t
и



длительность импуль
са,

t
п



длительность промежутка между импульсами,

Т

=
t
и

+
t
п



период повторения импульсов,




частота повторения импульсов,




скважность импульсов.

Под расчетом генератора прямоугольных импульсов подразумевается
выбор типовой сх
е
мы генератора в зависимости от типа используемой логики и расчет номиналов
R

и

C
, удовл
е
творяющих исходным данным для расчета генератора
f

и

Q
.

U
вх

U
вых

U
пор

t

t

T
f
1

t
T
Q
и


20

В зависимости от выбранной логики КМОП, ТТЛ используются разные типовые схемы.
Это обусловлено
тем, что у логики ТТЛ по сравнению с логикой КМОП входное сопротивление
элементов гораздо меньше и не одинаково по выс
о
кому и низкому уровню.


3
.
3.2
Мультивибраторы на КМОП логике.

Благодаря простоте и хорошим эксплуатационным характеристикам для мультивиб
рат
о
ров в основном используются элементы: И


НЕ, ИЛИ


НЕ. Наиболее часто используется сл
е
дующая типовая схема мультивибратора:







Рисунок 9

Данная схема мультивибратора не предусматривает внешнее управление и формирует п
о
следовательность импульсов со

скважностью
Q

= 2.

Для внешнего управления работой генератора, необходимо разомкнуть входы

D
1.1

и на
один из входов подать сигнал, разрешающий работу генератора  1 .

Для формирования последовательности импульсов с заданной скважностью
Q


2, необх
о
димо
вместо
R
1

подсоединить следующие элементы:






Рисунок 10


В этом случае заряд и разряд конденсатора будет происходить по разным цепям и если
R
1.1



R
1.2
, то
t
и




t
п
.

При расчете мультивибратора используются следующие формулы:

Т

=
t
и

+
t
п

,






(
6

)

,





(
7

)

,





(
8

)

С
1

R
1



R
2
















R
1.2

R
1.1





U
U
U
n
t
пор
п
пор
и






1
U
U
U
U
n
t
пор
п
пор
п
п






2
2



21

где

1

=
R
1.1



C
1

,



2

=
R
1.2



C
1

,

U
п



напряжение питания,

U
пор



пороговое напряжение при переходе от 0 и 1 и обратно.

Если
Q

 2 , то

1

=

2

и
R
1.1

=
R
1.2

=
R
1

.

Как правило, для больши
нства микросхем КМОМ


и при
Q

= 2



Т

= 2,2


R
1





С
1






(
9

)

Выбор конкретных значений номиналов
R
1

и
С
1

ограничен:

R
1

 10 кОм


5 мОм,

С
1

 100 пФ


1 мкФ.

Верхний предел емкости и нижний предел сопротивления обусловлен максим
ально доп
у
стимыми значениями выходного тока микросхем. Нижний предел емкости и верхний предел р
е
зистора


влиянием паразитных емкостей и сопротивл
е
ний.

Сопротивление
R
2

выбирается в пределах 2
R
1



R
2



10

R
1
.
R
2

предназначен для огранич
е
ния тока разрядки конденсатора и формирования более крутых фронтов импульсов.


Расчет мультивибратора.


Исходные данные для расчета:

f



частота повторения импульсов,

Q



скважность импульсов.

Если
Q

 2 для расчета
R

и
C

можно воспользоваться формулой  8

. Тогда

R
1



С
1

=
,






( 10

)

С учетом ограничения тока разряда конденсатора выбираем
R
1

и по форм
у
ле 9 находим
С
1

. Если
С
1

лежит в допустимом диапазоне, расчет окончен. В противном случае выбираем др
у
гой номинал
R
1

и находим
С
1

.

После этого выбираем
R
2
,

2
R
1



R
2



10

R
1

. Если
Q



2, порядок расчета такой:

Находим: период
,

,


Выбираем наименьшее значение из
t
и

,


t
п

.

Используя одну из формул  6 ,  7  находим с
оответствующее

, например

1

Выбираем из учета ограничения тока заряда конденсатора
R
1.1

и по формуле


находим значение
С
1
.

2
U
п
U
пор

f
46
,
0
f
Т
1

Q
T
t
и

t
T
t
и
п


С
R
1
.
1
1
1



22

Далее по формуле  7  находим

2

и по формуле
R
1.2

=

2



C
1

находим
R
1.2
.

После этого выбираем
R
2



max

(
R
1.
1
,

R
1.2

)


R
2



10


max

(
R
1.1
,

R
1.2

. На этом расчет генер
а
тора закончен.


3
.
3.3

Мультивибраторы на ТТЛ логике.

Так же как и в мультивибраторах на КМОП логике, в мультивибраторах на ТТЛ логике в
основном используются элементы: И


НЕ, ИЛИ


НЕ, НЕ. Наибо
лее часто, в силу своей прост
о
ты, используются следующие схемы:






Рисунок 11

Роль резистора
R
2

вспомогательная, он способствует выравниванию интервалов импульс
пауза и увеличению крутизны фронтов импульсов. Выходной эл
е
мент

DD
1.3

служит для развязки
ге
нератора от нагрузки и улучшения формы выходных импульсов. Время задающей цепью ген
е
ратора является


=
R
1



C
1

. В связи с низким входным сопротивлением логики ТТЛ, для усто
й
чивости работы генератора
R
1

выбирают в пределах 300
Ом



R
1



680
Ом
.

Примерное

значение периода генерации при этих условиях определяется по формуле:

Т

= 2,4




= 2,4


R
1



C
1

.

Указанные выше схемы используются при скважности
Q

= 2.

При скважности
Q



2 можно использовать следующую схему.









Рисунок 12

Диоды
VD
1
,
VD
2

являют
ся защитными. При их отсутствии отрицательные перепады при
перезарядке конденсатора могут вывести элементы
D
1.1
,
D
1.2

из строя. Элементы
D
1.1

и
D
1.2

пре
д
ставляют собой мультивибратор. Элементы
D
1.3
,
D
1.4

являются цепью запуска, если при включ
е
1
.4















.









2











1.3



1

2

DD
1
.
3





1

1

1

C
1

DD
1
.
2

DD
1
.
1

R
1

R
2





DD
1.1

R
1

1

1

1

DD
1.3

DD
1.
2

R
2

C
1








23

нии устройств
а оба элемента
D
1.1
,
D
1.2

ок
а
жутся открытыми. Время задающими цепями являются

1

=
R
1



C
2

,

2

=
R
2



C
1

.

Период колебания мультивибратора:

Т

=
t
1

+
t
2
,

где
t
1



длительность импульса,

t
2



длительность промежутка.

,

.

Таким образом

,

где
U



максимальное напряжение выхода микросхем.

U
n



пороговое напряжение, при котором выход микросхемы переключается с 0 на 1.

В общем случае величина
U

зависит как от используемых микросхем, так и величин рез
и
с
торов
R
1

,
R
2

.

Для приближенных расчетов можно считать
U

 4 В,
U
n

 1,5 В.

Сама методика расчета мультивибратора на ТТЛ логике аналогична расчету мультивибр
а
тора на КМОП логике.


3
.
4
. Электронные ключи и эммитерные повторители на биполярных транзисторах.


Использование электронных ключей и эммитерных повторителей в цифр
о
вых устройствах
обусловлено необходимостью:



Согласования по току и напряжению входных логических сигналов с выходной
нагрузкой;



Нестандартного преобразования логических сигналов, не реализ
уем
о
го цифровыми
микросхемами;



Увеличения мощности выходного сигнала.


3
.
4
.1. Электронные ключи.


Ключ комитирует включает и выключает участки электрической цепи. Его действие о
с
новано на том, что во включенном состоянии он обладает очень м
а
лым,

а в выкл
юченном состоянии весьма большим сопротивлением. В ключевом реж
и
ме транзистор
обычно выключается по схеме с общим эммитером.


U
U
n
t
п




1
1
U
U
n
t
п




2
2


U
U
n
C
R
C
R
T
n






1
2
2
1

24









Рисунок 13

Ключ может находиться в одном из двух стационарных состояний:



во включенном режим насыщения;



в выключенном 
режим отсечки.

Режим насыщения

возникает при положительном входном напряжении, если создава
е
мый им базовый ток удовлетворяет условию:

I
б







I
кн

где
I
б



базовый ток;

I
кн



ток насыщения коллектора;





коэффициент усиления базового тока.

Е

=
I
кн



R
к

+

U
к
э

Как правило, для транзисторов напряжение между коллектором и эммитером 
U
к
э
 в р
е
жиме насыщения весьма мало  0,4 В, поэтому в подавляющем большинстве расчетов им мо
ж
но пренебречь, то есть

Е



I
кн



R
к

Режим отсечки

насыщения

возникает при отрицател
ьном входном напряжении, если
оно обеспечивает запирание эммитерного перехода 
U
к
э



0. Так как в этом режиме в цепи базы
проходит вытекающий из нее обратный ток коллекторного перехода, то указанное условие зап
и
шется:

-
U
вх

+
I
ко



R
б



0


где
U
вх



абсолю
тное значение отрицательного входного напряж
е
ния;

I
ко



значение обратного тока при максимальной рабочей температуре.

В режиме отсечки
I
к

=
I
ко



0

U
вых

=
Е



I
ко



R
к



Е

Таким образом, для переключения выше рассмотренного ключа требуется двух полярные
им
пульсы. Лишен этого недостатка ключ с внешним смещением, к
о
торый в исходном состоянии
заперт отрицательным источником смещения
Е
б

, а в отпертое состояние переключается полож
и












Е
к

U
вх

U
вых

R
к

R
б


25

тельным входным сигналом. Однако в обоих этих случаях для работы ключа требуются
двух п
о
лярные источники пит
а
ния. Поэтому на практике, при работе транзистора в ключевом режиме
режим отсечки заменяют минимально возможным полуоткрытым состоянием ключа, соотве
т
ствующим логическому состоянию
U
вх

= 0.

Так как транзистор является инерционным

элементом, то переход ключа из одного сост
о
яния в другое происходит не мгновенно, а с некоторой задержкой, обусловленной наличием
входной емкости транзисторов.

Переключение ключа из одного состояния в другое описывается переходными процесс
а
ми, что учитыва
ется при высоких частотах работы ключей.


3
.
4.2
Расчет ключа на биполярном транзисторе.


1.

Выбор по справочнику соответствующего типа транзистора в зависимости от х
а
рактеристик нагрузки типа, напряжения;

2.

Формирование данных для расчета ключа;

Исходные данн
ые:

U
0



входное напряжение, соответствующее логическому нулю,

U
1



входное напряжение, соответствующее логической единице,

Е



напряжение питания.

Справочные данные:

I
кбо



обратный ток коллектора в режиме отсечки,

I
max



максимальный ток транзистора,

I
на
с



ток насыщения транзистора,

U
к
э



напряжение между коллектором и эммитером в режиме нас
ы
щения





коэффициент усиления базового тока.

3.

Выбор рабочего тока коллектора
I
к1

в режиме насыщения:

I
нас



I
к1



I
max

4.

Расчет сопротивления нагрузки
R
к
:








(11)

5.

Выбор практического значения
R
кп

по таблице номиналов резисторов:

R
кп



R
к

6.

Расчет тока базы в режиме насыщения:








(12)

I
к
U
Е
кэ
R
к
1



I
к
I
б
1
1


26

7.

Расчет
R
б

в режиме насыщения:








(13)

8.

Выбор практического значения
R
бп

по таблице номиналов резисторов

R
бп



R
б


9.

Расчет выходных характеристик ключа в режиме
U
0

,
U
1

:

Режим
U
0
:






Режим
U
1
:

U
бо

=
U
0
: +

I
кбо



R
бп

;



I
к1

выбран в пункте 3,

;






U
кэ1

=
U
кэ
;

I
ко

=




I
бо
;

U
кэо

=
Е

-

I
ко



R
кп

;

Полу
ченные выходные характеристики ключа в режиме
U
0


U
1

должны с
о
ответствовать
напряжениям логического нуля и единицы используемой логики. Если соответствие не соблюд
а
ется необходимо изменить исходные данные.


3
.
5

Эммитерный повторитель.


Эммитерный повтори
тель, в отличие от электронного ключа, который инвертирует вхо
д
ной сигнал, повторяет форму входного сигнала. В эммитерном повторителе нагрузка располож
е
на в цепи эммитера.








Рисунок 14

В эммитерном повторителе
U
вх

всегда больше
U
вых

. При
R
б

 0, раз
ница ме
ж
ду входным и
выходным напряжением равно напряжению на открытом эммите
р
ном переходе, т. е. Весьма мала
примерно 0,2
В
. Поэтому выходное напряжение по значению и фазе достаточно близко совп
а
дает с входным напряжением, что и обусловило название этог
о элемента. Эммитерный повтор
и
тель охвачен 100% отрицательной обратной связью, поэтому его входное сопротивление знач
и






Е

U
вх

U
вых

R
э

R
б





I
б
U
R
б
1
1

R
бп
U
бо
I
бо


27

тельно выше выходного. При расчете эммитерного повторителя используют следующие соотн
о
шения:

R
вх

=
R
б

+
R
э



(


+ 1)
;

I
э

=
I
б

+
I
к

=
I
б

+
I
б





=
I
б



(
1 +


);

U
вых

=
U
вх

-

I
б





-

0,2
.

где:
R
вх



входное сопротивление эммитерного повторителя,


R
э



сопротивление нагрузки эммитерного повторителя,






коэффициент усиления базового тока,


I
э



ток эммитера,


I
б



ток базы,


I
к



ток коллек
тора,


0.2


падение напряжения на открытом эммитерном переходе.

Расчет эммитерного повторителя заключается в определении
R
б

и
R
э

при заданном вхо
д
ном напряжении
U
1
, открывающим транзистор и требуемых входных параметрах
U
вых
,
I
э
.
U
0



входное напряжение за
крытого транзистора считается равным нулю.



28

4
. Расчет надежности изделия


Объем данного разделяя составляет


-

теоретическая часть 1,5
-

2 листа


-

расчетная часть в программе
QBASIC


NADES
.
BAS



3 листа


5.1 Теоретическая часть должна содержать


-

поня
тия и определения показателей надежности;

-

методы повышения надежности.

Основным показателем ЭВМ является надежность. Она зависит как от
надежности испол
ь
зуемой элементной базы, так и от принятых схемотехниче
ских и конструктивных решений.

Надежность
-

это
свойство выполнять заданные функции, сохраняя экс
плуатационные п
о
казатели в допустимых пределах в течении требуемого про
межутка времени и возможность
возобновления
функционирования,

утраченного
по тем или иным пр
и
чинам.

Для оценки надежности введены поняти
я работоспособность и о
т
каз.

Работоспособность
-

это состояние ЭВМ, при котором она в данный мо
мент времени с
о
ответствует всем требованиям, характеризующих нормальное
протекание вычислительного пр
о
цесса.

Отказ
-

событие, состоящие в полной или частичной утра
те работоспо
собности системы.
Так как не всякая неисправность приводит к отказу, то на
практике различают основные и вт
о
ростепенные неисправности. Основные неис
правности пр
и
водят к отказу, а второстепенные
-

не
приводят, но создают не
удобства при эк
с
плуата
ции.

При определении надежности ЭВМ необходимо знать процесс возникнове
ния отказов
устройств, конфигурацию системы, порядок обслуживания и р
е
мон
та устройств

Выбор количественных характеристик надежности зависит от вида ЭВМ восстанавлива
е
мые и невосстанавл
иваемые. Восстанавливаемые ЭВМ
-

ЭВМ, ко
торые в процессе выполнения
своих функций допускают ремонт. Если произой
дет отказ такой ЭВМ, то он вызовет пр
е
кращение функционирования изделия
только на период устранения отказа. Невосстанавлив
а
емые
-

ЭВМ, которые б

процессе в
ы
полнения своих функций не допускает ремонт.

Показатели надежности: Вероятность безотказной работы, вероятность
отказа, интенси
в
ность, средняя наработка на отказ.

Значительное повышение надежности достигается созданием новых элеме
н
тов, таких как

интегральные схемы. Однако существуют элементы, надеж
ность к
о
торых достаточно низкая
и трудно поддается повышению. Поэтому од
ним из распространенных путей повышения
надежности является ведение схем
ной и
з
быточности.


29

Схемная избыточность может быть несколь
ких видов:

а

Структурное резервирование
-

предполагает включение в схему уст
ройств д
о
полнительных элементов, которые позволяют скомпенсировать отказы
отдельных частей
устройства и обеспечить их надежную работу. О
д
нако
резер
вирование эффективно

только в
то
м случае, когда

неисправности я
в
ляются
статически независимыми.

б

Резервирование без восстановления
-

различается по виду включения
резер
в
ных элементов постоянное резервирование, резервирование замещением
и скользящее р
е
зервирование.

5.2 Расчетная часть

содержит три основных этапа

На первом этапе считается количество элементов изделия согласно приведен
ной ниже та
б
лицы 2








Таблица 2

Наименование элемента

Количество
элементов

примечание

Резисторы

R=
100 кОм



�R

100 кОм



Конденсаторы

Электролит
ические



Керамические

до 0,001 мкф



от 0,001 до 0,1 мкф



от 0,1 мкф до 1 мкф и более



Микросхемы

Общее количество серий


Пример 561, 155, 176 и т.д.

Серия



Количество



Диоды, стабилитроны



Транзисторы



Реле электромагнитное


К1


30

Устройс
тво коммут



Соединение пайкой



Приемо
-
усил. Лампы



Трансформаторы



Дроссели



Катушки индуктивности



Переключатели


S,

SA

Тумблеры, кнопки


SB

Микротумблеры



Разъемы


X, XW

Электродвигатели



Панели ламповые



Второй этап


это занесение
в программу
QBASIC

NADES
.
BAS

-

условий эксплуатации изделия

температура при которой работает система
-

30

;

коэффициент нагрузки элементов системы


0,2;

-

данные согласно расчетам первого этапа.



Заключительным этапом является вывод расчета на периферий
ное устройс
т
во

Расчет выводится на трех листах

На первом листе выводится

Таблица «Полный расчет надежности системы с учетом условий эксплуат
а
ции».

На втором листе выводится

Интенсивность отказов системы и таблица «Вероятности».

На третьем листе выводится

Г
рафик «Вероятность безотказной работы в течении времени».

Пример выполнения надежности приведен в приложении

Пример выполнения данног
о пункта приведен в приложении 6



31

Список использованной литературы

О
сновная литература

1.
Богомолов

С.А.

Основы электрони
ки и цифровой схемотехники: учебник для студентов
учреждений среднего профессионального образования. М.: Издательский центр «Акад
е
мия», 2014. 208с.

2.
Каганов

В.И.

Прикладная электроника: учебник для студентов учреждений среднего
профессионального образов
ания. М.: Издательский центр «Академия», 2015. 240с.

3.
Баканов

Г.Ф., Соколов

С.С.

Конструирование и производство
радиоаппаратуры: Уче
б
ник

Москва Издательский центр «Академия», 2011. 384 стр.

4.
Петров

В.П.

Выполнение монтажа и сборки средней сложности и с
ложных узлов, бл
о
ков, приборов радиоэлектронной аппаратуры, аппаратуры проводной связи, элементов у
з
лов импульсной и вычислительной техники:
Учебник Москва

Издательский центр «Ак
а
демия», 2013. 272 стр.


Дополнительная литература:

1.

Полещук В.И. задачник по э
лектротехнике и электронике: учебное пособие для
студентов среднего профессионального образования. М.:

Издательский центр «Акад
е
мия», 2012
.
256
с.

2.

Петров

В.П.

Выполнение монтажа и сборки средней сложности и сложных узлов,
блоков, приборов радиоэлектронной а
ппаратуры, аппаратуры проводной связи, элеме
н
тов
узлов импульсной и вычислительной техники: Практикум Москва Издательский центр
«Академия», 2015. 176 стр.

3.
Журнал «Радио»

4
. Гурылева И.В. Методические указания для студентов по выполнению курсового про
е
к
та по
МДК 01.01 Цифровая схемотехника.
Балахнинский филиал
ННГУ им. Н.И. Лобаче
в
ского, 2016г.



32

ПРИЛОЖЕНИЯ



33


ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Электрический расчет



34

3

Электрический и логический расчёты


3.1.

Расчет интегрирующей цепи
R
9

C
6





Рисунок 2
-

интегриру
ющая цепь

Исходные данные:

U
пит
6В




U
пор
3В

I
тах
0,3 мкА

T
и
200 нс

Рассчитываем минимальное сопротивление
R
min

, Ом, интегрирующей ц
е
пи по
формуле


R
min

=
U
пит
/
I
тах


(1)

где
U
пит
-

напряжение питания, В;

I
тах
-

максимальный ток потребления, А.



R
min
=6/0,3*10
-
6
=2*10
6
Ом2 МОм


Из таблицы номиналов выбираем
R
прак


R
min

R
прак
3 МОм

Рассчитываем емкость конденсатора С, ф, интегрирующей цепи по фо
р
муле


(2)




где
t
и



время длительности импульса, с;

U
пор


пороговое напряжение, В.

пор
пит
пит
и
U
U
U
R
t
С


ln
*


35

С200*10
-
9
/3*10
6
*0
,7=0,095*10
-
12
Ф0,095пФ

Из таблицы номиналов выбираем ёмкость конденсат
о
ра С
6
0,33 пФ

Результат расчета:
R
9
3 МОм, С
6
0,33 пФ


3
.2 Схемы установки времени для
S
1,
S
5,
S
6




Рисунок 3


схема установки времени для
S
1

Рассмотрим процесс установки
времени для
S
1.

При отпущенной кнопки
S
1 на выходе триггера, собранном на мс
D
11.1 и
D
11.2присутствует сигнал логической 1. При нажатии кнопки
S
1 он сменяется сигн
а
лом логич
е
ского 0.Следовательно,при каждом нажатии, а затем отпускании кнопки
S
1
на счётный
вход счётчика
D
4 контакт 4 через мс
D
3.2 поступает перепад напряж
е
ния, вызывающий срабат
ы
вание счётчика и изменение его пок
а
зания на 1.

Аналогично осуществляется процесс установки для
S
5,
S
6

Для ограничения входного тока микросхемы К176ЛА7 до величины 30
мкА и
с
польз
у
ются резисторы
R
3 и
R
4,
R
14 и
R
15,
R
17 и
R
16 соответственно для
S
1,
S
5,
S
6.

Рассчитываем сопротивление резисторов
R
, Ом, по формуле



R
=
U
/
I

(3)

где
U



напряжение питания, В;

I



потребляемый ток микросхемы К176ЛА7, А.



36

R
=6/30*10
-
6
=
200 кОм


Из т
аблицы номиналов выбираем резисторы
R
3 и
R
4,
R
14 и
R
15,
R
17 и
R
16 н
о
миналом 510 кОм.

Результат расчета:
R
3,
R
4,
R
14,
R
17,
R
15,
R
16  510 кОм


3.
3 Схемы установки времени для
S
2



Рисунок 4
-

схема установки времени для
S
2

Рассмотрим процесс установки врем
ени для
S
2

При отпущенной кнопки
S
2 на выходе триггера, собранном на мс
D
12.2 прису
т
ствует сигнал логической 1.При нажатии кнопки
S
2 он сменяется сигналом логического
0.Следовательно,при каждом нажатии, а затем отпускании кнопки
S
2 на счётный вход
счётч
и
ка

D
7контакт 4 через мс
D
6.2 поступает перепад напряжения, вызывающий
срабатывание счётчика и изменение его пок
а
зания на 1.

Для ограничения входного тока микросхемы К176ТМ2 до величины 30 мкА используются
рез
и
сторы
R
5 и
R
6. Сопротивление резисторов рассчит
ывается по формуле 3

R
=6/30*10
-
6
=
200 кОм

Из таблицы номиналов выбираем резисторы
R
5 и
R
6 номиналом 510 кОм.

Результат расчета:
R
5,
R
6  510 кОм


3.
4 Расчёт генератора с кварцевым резонатором


Кварцевому резонатору свойственны 2 резонансные частоты, при ко
торых


37

обеспечив
а
ется равенство абсолютного значения реактивного сопротивления


это
частота последов
а
тельного резонанса и частота параллельного р
е
зонанса


Рисунок 5


УГО и эквивалентная схема кварцевого рез
о
натора



Рисунок 6


Стандартная схема включен
ия генератора с кварцевым резон
а
т
о
ром

Микросхема К176ИЕ5 содержит каскады для работы в кварцевом генераторе с
вне
ш
ним резонатором на частоту 32 768 Гц и пятнадцатиразрядный двои
ч
ный дел
и
тель частоты. Выходной сигнал кварцевого генератора можно контрол
и
ров
ать на в
ы
ходах K и К. Сигнал частотой 32 768 Гц поступает на вход девятиразрядного двоичн
о
го делит
е
ля частоты. С его выхода 9 сигнал частотой 64 Гц может быть подан на
вход 10



шестиразрядного делителя. На выходе 14 пятого разряда этого делителя фо
р
мир
у
ю
тся импульсы частотой 2 Гц, а на выходе 15 шестого разряда
-

1 Гц. Вход R ми
к
росхемы служит для установки исходной фазы колебаний на выходах ми
к
росхемы. При
подаче на вход R уровня 1 на выходах 9, 14, 15 возникает уровень 0, а после снятия


38

установочного у
ровня п
о
являются сигналы соответствующей ч
а
стоты, причем спад
первого импульса положительной полярности на выходе 15 возникает через 1 с.

Конденсаторы С1 и С2 служат для точной установки частоты кварцевого ген
е
ратора. Ёмкость первого из них может находитьс
я в пределах от единиц до ста пик
о
фарад, ёмкость второго

-

в интервале 30…100 пФ.

По стандартной схеме включения устанавливаем:
R
1200кОм,
R
210Мом,
C
130пФ,
C
230пФ.



3.
5 Схема включения светодиода
HL
1



Рисунок 7
-

Схема включения светодиода
HL
1

Исход
ные данные:

U
пит
6В




U
пор
3В

Выбираем в качестве светодиода
HL
1 светодиод марки АЛ310А со следующими
пар
а
метрами:
U
пр
2В,
I
пр
10 мА


По исходным данным рассчитываем внутреннее сопротивление светоди
о
да
R
внутр
,
О, по формуле







R
внутр
=
U
пр
/
I
пр

(4)



где
U
пр



прямое напряжение светодиода, В;

I
пр


прямой

ток светодиода, А.


R
внутр
=2/10*10
-
3
0,2кОм

Сопротивление
R
D
14
рассчитываем из параметров ИМС:
U
вх
0,3 В,
I
потр
1 мА

R
D
14
=
0,3
/
1*10
-
3
=
0,3*10
3
Ом300 Ом



39

Рассчитываем минимальное сопротивл
ение резистора
R
min

, Ом, по форм
у
ле


R
min

=
U
пит
/(
I
пр
-

R
VD


R
D
14
)

(5)

где
R
VD



сопротивление диода, Ом;

R
D
14


сопротивление микросхемы К176КТ1, Ом.

R
min

=6/10*10
-
3
-
200
-
300100 Ом


Из таблицы номиналов выбираем
R
прак


R
min

R
прак
430 Ом


Рассчитываем то
к диода
I
д
, А, по формуле


I
д
=

U
пит
/

(
R
VD

+
R
D
14
+
R
8
)


(6)

где
R
8



сопротивление резистора, Ом;

I
тах
6/2003004300,006 А6 мА

Таким образом
I
д

I
тах
10 мА

Результат расчета:
I
д
6 мА,
R
прак
430 Ом



3
.6 Расчёт цепи заряда
-
разряда конденсат
ора
R
7
, С
3
,
R
12





Рисунок 8


цепь заряда
-
разряда конденсатора
R
7
, С
3
,
R
12

Исходные данные:

U
пит
6В





U
пор
3В

разр
7 мкс


Рассчитываем
R
7
С
3
-
цепь разряда конденсатора

Исходя из параметров микросхемы
7 м
кс.

Из таблицы номиналов выбираем конденсатор ёмк
о
стью 1000 пФ.



40

Рассчитываем сопротивление
R
7

, Ом, по формуле





(7)

где



время заряда конде
нсатора, с.

R
7
=7*10
-
6
/(1000*10
-
12
ĥ0,710*10
3
Ом10 кОм

Из таблицы номиналов выбираем
R
прак


R
7

R
прак
10 кОм

Рассчитаем время заряда конденсатора
зар
, с, исходя из параметров

микросхемы


разр
~
зар
/10

(8)

зар
7 мкс/100,7 мкс


Рассчитываем сопротивление
R
12

, Ом, по формуле 8

R
12
=0,7*10
-
6
/(1000*10
-
12
ĥ0,71*10
3
Ом1 кОм


Из таблицы номиналов выбираем
R
прак


R
12

R
прак
1 кОм

Результат расчета:
R
7
10 кОм,
зар
0,7 мкс,
R
12
1 кОм,
разр
7 мкс

Цепь заряда
-
разряда конденсатора
R
7
, С
3
,
R
12

рассчитывается аналогично в
ы
шера
с
смотренной цепи.

Результат расчета:
R
11
10 кОм,
зар
0,7 мкс,
R
13
1 кОм,
разр
7 мкс




пор
пит
пит
U
U
U
С
R


ln
*
7



41


ПРИЛОЖЕНИЕ 2

элементная база
курсового

проек
та



42

К176ЛА7



Рисунок 13


микросхема К176ЛА7

Микросхема

К176ЛА7 содержит 4 логических элемента, реализующих фун
к
цию 2 И
-
НЕ.


Таблица
19
-
назначение выводов


N

выв.

Назначение

N

выв.

Назначение

1

Вход

8

Вход

2

Вход

9

Вход

3

Выход

10

Выход

4

Выход

11

Выход

5

Вход

12

Вход

6

Вход

13

Вход

7

Общий

14

Ос
c



Таблица
20


таблица истинности


1

2

3

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0






43

Параметры и эксплуатационные данные:

I
пот
-

не более 0,1 мА

U
0
вых


не более 0,3 В

U
1
вых


не менее 8,2В

I
0
вх.


не более 30
мкА

I
1
вх.
-

не более 30 мкА



44

К176ЛА9




Рисунок 14


микросхема К176ЛА9

Микросхема

К176ЛА9 содержит 3 логических элемента, реализующих функцию 2 И
-
НЕ. В
ы
вод 7 является общим, а к выводу 14 подключается питание.


Таблица 21
-
Таблица истинности


Вход 3

Вход
4

Вход 5

Выход 6

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0



Параметры и эксплуатационные данные:

I
пот
-

не более 0,1 мА

U
0
вых


не более 0,3 В

U
1
вых


не менее 8,2В

I
0
вх.


не более 0,3 мкА

I
1
вх.
-

не более 0,3 мкА



45


К176ИЕЗ



Рисунок 15


микросхема К176ИЕ3

Интегральная микросхема К176ИЕЗ отличается от К176ИЕ4 тем, что ее счетчик
имеет коэффициент пересчета 6, а уровень 1 на выходе 2 появляется при установке
счетчика в с
о
стояние 2.


Параметры и эксплуатационные данные:

U
0
вых


не более 0,3 В

U
1
вых


не более 8,2 В

I
0
вх


не менее 0,5 мкА

I
1
вх


не более 0,5 мкА

I
пот
-

не более 0,25 мкА




46

К176ИЕ4



Рисунок 16


микросхема К176ИЕ4


Микросхема К176ИЕ4 содержит декаду и преобразователь ее состояний в дв
о
ичном
коде в си
гналы управления семисегментным индикатором. Триггеры д
е
кады устанавл
и
ваются в нулевое состояние при подаче уровня 1 на вход
R
, а перекл
ю
чаются спадом п
о
ложительных импульсов на входе С. На выходах
a

g

микросхемы формируются выходные
сигналы, обеспечивающи
е на сем
и
сегментном индикаторе свечение цифр, соотве
т
ствующих состоянию декады. При подаче уро
в
ня 0 на управляющий вход
S

состояние
декады определяется уровнями 1 на выходах
a

g
, а при поступлении уровня 1


уровн
я
ми 0 на тех же выходах. На выходе 4 микр
осхемы после чет
ы
рех входных импульсов во
з
никает уровень 1, который сл
у
жит для организации сброса счетчика часов, собранного
на микросхемах К176ИЕЗ и К176ИЕ4, при достижении им состояния 24. Выход
f
/2 микр
о
схемы
-

выход пер
е
носа, на котором спад положител
ьного импульса формируется в м
о
мент перехода д
е
кады из состояния 9 в состояние 0.

Параметры и эксплуатационные данные:

U
0
вых


не более 0,3 В

U
1
вых


не более 8,2 В

I
0
вх


не менее 0,5 мкА

I
1
вх


не более 0,5 мкА

I
пот
-

не более 0,25 мкА



47


К176ИЕ
5


Рисуно
к 17


микросхема К176ИЕ5

Микросхема К176ИЕ5 содержит каскады для работы в кварцевом генераторе с
внешним резонатором на частоту 32 768 Гц и пятнадцатиразрядный двоичный дел
и
тель частоты. В
ы
ходной сигнал кварцевого генератора можно контролировать на в
ы
хо
дах K и К. Сигнал част
о
той 32 768 Гц поступает на вход девят
и
разрядного двоичного
делителя частоты. С его выхода 9 сигнал частотой 64 Гц может быть п
о
дан на вход 10
шестиразрядного делителя. На выходе 14 пятого разряда этого делителя формируются
импульсы
частотой 2 Гц, а на выходе 15 ш
е
стого разряда


1 Гц. Вход R микросхемы
служит для установки исходной фазы колебаний на выходах микросхемы. При подаче на
вход R уровня 1 на вых
о
дах 9, 14, 15 возникает уровень 0, а после снятия установочного
уровня появляю
тся сигналы соответств
у
ющей частоты, причем спад первого импульса
положительной полярности на в
ы
ходе 15 возникает через 1 с.


Параметры и эксплуатационные данные:

I
пот
-

не более 0,25 мА

U
0
вых


не более 0,3В

U
1
вых


не менее 8,2В

I
0
вх.  0,5мкА

I
1
вх.  0,
5мкА




48

К176КТ1



Рисунок 18


микросхема К176КТ1

Микросхема К176КТ1 представляет собой 4канальный двунаправленный аналог
о
вый мультиплексор. Каждый ключ имеет три вывода
-

два информационных А и В и один
управля
ю
щий С. При подаче лог. 0
на вход С информационные выв
о
ды разомкнуты между
собой
и ток

утечки между ними не превышает 2 мкА. При подаче лог. 1 на вход С сопр
о
тивление ключа уменьшается до нескольких с
о
тен Ом. Это сопротивление нелинейно и
зависит от напряжения между информационны
м выводом, на который подается вхо
д
ной сигнал, и общим

проводом. Микросхема

предназначена для коммутации цифровых и

анал
о
говых сигналов с токами до 10 мА. Управляемые КМОП ключи обладают способн
о
стью проводить ток в
двух
направлениях, поэтому КМОП мультипл
ексоры могут и
с
пользоваться одн
о
временно и как демультиплексоры.


При наличии сигнала на сигнал
Control

на линии С входные и выходные сигналы
ко
м
мутируются, что обеспечивает имитацию информации как в
одну,

так и в другую
ст
о
рону.

Параметры и эксплуатационн
ые данные:

I
пот
-

не более 1 мА

U
0
вых


не более 0,3 В

U
1
вых


не менее 8,2В

I
0
вх.


не более 0,4 мкА

I
1
вх.
-

не более 0,4 мкА




49


К176ТМ2




Рисунок 19


микросхема К176ТМ2

Микросхема К176ТМ2 представляет собой 2
D
-
триггера с асинхронной
RS
-
установкой.

D
-
триггеры К176ТМ2 имеют динамические входы и могут работать в счетном р
е
жиме,
то есть менять свое состояние на противоположное на каждый импульс, приходящий на
счетный вход триггера.


Микросхемы К176ТМ2 содержат по два D
-
триггера .Установка триггеров в ну
л
е
вое и
единичное состояние производится подачей лог. 1 на входы R и S. По спадам тактовых
импульсов отриц
а
тельной полярности на входе С происходит установка триггера в
с
о
стояние, соответствующее уровню на входе D перед спадом. Триггер непосредственно
не р
еагирует на изменение сигналов на входе D, играет роль лишь сигнал на этом входе
перед спадом импульса отрицательной полярн
о
сти на входе С.

Работает следующим образом: по фронту первого импульса синхронизации на
входе С логический уровень, присутствующий
на входе
D
,записывается в пе
р
вый одн
о
тактный
D

-
триггер

По фронту второго импульса, на выходе
Q

устанавливается уровень, присутств
о
ва
в
ший на входе
D

перед первым синхроимпульсом. Таким образом, на выходе двухтактного
триггера си
г
нал задерживается на 1 такт
.

Входы R и S являются асинхронными и имеют активные высокие уровни. Посту
п


50

ление высокого уровня на эти входы устанавливают оба однотактных триггера соо
т
ветственно в 0 или 1,независимо от входов
D
,
C
.


Таблица

22



назначение выводов


N

выв.

Назначение

N

выв.

Назнач
е
ние

1

Выход

8

Вход

2

Выход


9

Вход

3

Вход

10

Вход

4

Вход

11

Вход

5

Вход

12

Выход

6

Вход

13

Выход

7

Общий

14

Ucc

Таблица

23



таблица истинности




Входы


Выходы

R

S

C

D

Q

Qi

H

L

X

X

H

L

L

H

X

X

L

H

L

L

/

L

L

H

L

L

/

H

H

L



С
*
-
изменение уровня.

00
-
комбинация хранения,01
-
сброс в 0,10
-
установка в 1,11
-
запрещённая комб
и
нация

С приходом переднего фронта синхроимпульса на вход С значение
D

передаётся на
Q
.


Параметры и эксплуатационные данные:

I
пот
-

не более 0,3 мА

U
0
вых


не более 0,8 В

U
1
вых


не менее 4,2В

I
0
вх.


не более 30 мкА


I
1
вх.
-

не более 30 мкА



Приложенные файлы

  • pdf 15222668
    Размер файла: 934 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий