11881

Цифровые устройства и микропроцессоры

Книга

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цифровые устройства и микропроцессоры Цифровые устройства Учебное пособие и лабораторный практикум Бунтов В.Д. Морозов Д.В. Цифровые устройства и микропроцессоры. Часть I. Цифровые устройства: Учебное пособие и лабораторный пр...

Русский

2013-04-14

1.18 MB

138 чел.

PAGE 16 PAGE 16 PAGE 16 PAGE 16PAGE  16

Цифровые устройства и микропроцессоры

Цифровые устройства

Учебное пособие и лабораторный практикум

Бунтов В.Д., Морозов Д.В. Цифровые устройства и микропроцессоры. Часть I. Цифровые устройства: Учебное пособие и лабораторный практикум. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. 50 с.

Пособие составлено в соответствии с государственным образовательным стандартом дисциплины «Цифровые устройства и микропроцессоры» направления бакалаврской подготовки 552500 «Радиотехника» и направления подготовки дипломированных специалистов 654200 «Радиотехника».

Материал пособия согласован с лекционным курсом и содержит необходимые теоретические сведения. Лабораторный практикум предлагается для закрепления материала курса и приобретения навыков в проведении практических исследований цифровых устройств. Рассматриваются триггеры, регистры и счетчики, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Представленные задания предполагают развитие умения делать выводы, сопоставляя результаты компьютерного моделирования с использованием программы Electronics Workbench и эксперимента на основе лабораторного макета.

Пособие предназначено для студентов радиофизического факультета, института интеллектуальных систем и технологий, вечернего электрорадиотехнического факультета и факультета открытого дистанционного образования.

Ил. 25. Библ.: 7

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Содержание

Введение

5

1. Общие сведения о программе Electronics Workbench

6

2. Триггерные устройства

7

2.1. Триггеры в интегральном исполнении

7

2.1.1. Асинхронные RS-триггеры

7

2.1.2. Синхронный RS-триггер

10

2.1.3. D- и DV-триггеры

11

2.1.4. JK-триггер

12

2.1.5. T-триггер

14

2.2. Исследование триггерных устройств

14

2.2.1. Моделирование с помощью программы EWB

14

2.2.2. Описание лабораторного макета

14

2.3. Программа работы

14

2.3.1. Исследование асинхронного RS-триггера

14

2.3.2. Исследование RCS-триггера

15

2.3.3. Исследование D- и DV-триггеров

15

2.3.4. Исследование JK-триггера

15

2.3.5. Исследование T-триггера

16

2.4. Контрольные вопросы

16

3. Регистры и счетчики импульсов

18

3.1. Принципы построения регистров

18

3.1.1. Параллельный регистр

18

3.1.2. Регистр сдвига

19

3.1.3. Реверсивный регистр сдвига

20

3.1.4. Универсальные регистры

20

3.2. Структура и функционирование счетчиков импульсов

23

3.2.1. Двоичные счетчики

23

3.2.2. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета

26

3.2.3. Счетчики с переменным коэффициентом пересчета

27

3.3. Исследование регистров и счетчиков

29

3.3.1. Моделирование с помощью программы EWB

29

3.3.2. Описание лабораторного макета

29

3.4. Программа работы

29

3.4.1. Универсальный регистр

29

3.4.2. Счетчики импульсов

30

3.5. Контрольные вопросы

31

4. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи

32

4.1. Принципы построения, основные характеристики и параметры цифро-аналоговых преобразователей

32

4.1.1. Принципы построения цифро-аналоговых преобразователей

32

4.1.2. Основные характеристики и параметры цифро-аналоговых преобразователей

35

4.2. Методы построения и основные параметры аналого-цифровых преобразователей

38

4.2.1. Принцип работы и основные параметры аналого-цифровых преобразователей

38

4.2.2. Методы построения аналого-цифровых преобразователей

40

4.3. Исследование цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей

45

4.3.1. Моделирование с помощью программы EWB

45

4.3.2. Описание лабораторного макета

45

4.4. Программа работы

45

4.4.1. Исследование цифро-аналогового преобразователя

45

4.4.2. Исследование аналого-цифровых преобразователей

46

4.5. Контрольные вопросы

48

5. Требования к содержанию и оформлению отчетов

49

Список литературы

49


Введение

Учебное пособие представляет лабораторный практикум по курсу «Цифровые устройства и микропроцессоры». Основными задачами данного практикума являются: развитие и закрепление знаний в области функционирования цифровых устройств; приобретение практических навыков в проведении исследований характеристик изучаемых устройств, в том числе с использованием программы компьютерного моделирования Electronics Workbench [1, 2].

В рамках лабораторного практикума изучаются триггеры, регистры и счетчики, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Основные положения теории данных устройств излагаются в курсе «Цифровые устройства и микропроцессоры» и представлены в [3–7]. Практикум предполагает приобретение навыков грамотного ведения протокола исследований и развитие умения делать выводы, сопоставляя результаты компьютерного моделирования и эксперимента на основе лабораторного макета. Проведение компьютерного моделирования схемы до исследования устройства на лабораторном макете позволяет получить качественное представление об ожидаемом результате, рационально задать необходимые исходные данные для эксперимента и тем самым существенно повысить его эффективность.


1. Общие сведения о программе Electronics Workbench

Программа Electronics Workbench (далее – EWB) [1, 2] позволяет моделировать аналоговые, цифровые и смешанные схемы. Поскольку программа EWB имитирует широкий набор измерительной аппаратуры вплоть до воспроизведения внешнего вида лицевых панелей приборов и органов управления ими, то процедура измерения параметров и получения характеристик исследуемой схемы максимально приближена к реальности.

Исследуемая схема вводится в режиме графического редактора с помощью стандартных символов электрических компонентов. Из горизонтально расположенного меню инструментальной панели пользователь выбирает нужную библиотеку компонентов, содержание которой отображается на экране. Движениями мыши символы компонентов переносятся на схему и выполняются электрические соединения.

При необходимости осуществления коммутаций и переключений в схемах EWB используются ключи, управляемые кнопками клавиатуры, имена которых указаны в скобках у каждого ключа.

В программе поддерживается стандартный набор компонентов. Кроме того, существует возможность создания макромоделей, что позволяет проводить моделирование устройств на функциональном уровне. Параметры компонентов и макромоделей допускается оперативно редактировать.

Достаточно ввести в схему осциллограф и генератор сигналов – и программа осуществит моделирование во временной области. Для перехода программы EWB в режим моделирования достаточно провести имитацию включения источника питания, щелкнув по переключателю «0/1», расположенному в правом верхнем углу экрана. После этого на экране осциллографа появятся эпюры напряжений сигналов.

Программа EWB имеет следующий набор виртуальных измерительных приборов:

- мультиметры (Multimetr);

- двухлучевой осциллограф (Oscilloscope);

- функциональный генератор сигналов (Functional Generator);

- генератор цифровых сигналов (Word Generator);

- цифровой логический анализатор (Logic Analyzer);

- логический преобразователь (Logic Converter).

Отметим, что на исследуемой схеме можно разместить только по одному прибору каждого типа, исключением являются мультиметры. Лицевые панели приборов раскрываются двойным щелчком левой кнопкой мыши при установке курсора на соответствующем условном изображении прибора.

Специализированными приборами, часто используемыми для проведения моделирования цифровых схем, являются генератор цифровых сигналов и логический анализатор.

Генератор цифровых сигналов (Word Generator) используется для задания последовательностей цифровых кодов. С шестнадцати выходов в нижней части условного изображения генератора параллельно снимаются биты генерируемого слова. Верхняя клемма правой стороны используется как вход для подачи сигнала синхронизации от внешнего источника. Нижняя клемма правой стороны является выходом сигнала тактовой частоты.

Двойным щелчком мыши открывается полное изображение генератора слов. Левая часть содержит поле из кодовых комбинаций – шестнадцати битных слов в шестнадцатеричном коде. Выделением отмечается слово активное в текущий момент. Значения битов этого слова отражаются в круглых окнах индикатора внизу панели генератора. Опция Pattern запускает диалоговый режим настройки генератора.

Ввод слов может производиться пользователем тремя способами:

- нажатием на левую кнопку мыши в левой части окна генератора выделяется нужный бит, а значения кода вводятся с клавиатуры. При определении нужного бита можно пользоваться клавишами ←, →, ↑, ↓;

- изменение значений разрядов двоичного эквивалента кода в поле Binary;

- изменение ASCII кода в поле ASCII.

Генератор может работать в трех режимах:

- пошаговый (опция Step), генератор приостанавливается каждый раз после подачи кодовой комбинации на выход;

- последовательный (опция Burst), на выход генератора однократно поступает заданная последовательность слов;

- циклический (опция Cycle), заданная последовательность слов циклически повторяется на выходе генератора.

Опция Breakpoint позволяет вводить точки прерываний в последовательность кодовых комбинации.

Поле управления синхронизацией Trigger определяет момент запуска генератора, который может быть задан по фронту или спаду синхронизирующего импульса. При выборе опции Internal включается режим внутренней синхронизации. В случае активной опции External синхронизация осуществляется по внешнему сигналу, подающемуся на вход синхронизации генератора. Частота тактовых импульсов задается в поле Frequency.

Логический анализатор (Logic Analyser) позволяет наблюдать шестнадцать цифровых сигналов, которые подаются на клеммы, расположенные по левой стороне его условного изображения. Нижние три клеммы используются для подачи сигналов тактовой частоты и синхроимпульсов.

Двойным щелчком мыши открывается полное изображение логического анализатора. Значения битов входных сигналов в текущий момент времени отражаются в круглых окнах вертикального индикатора слева на панели анализатора. Временные диаграммы сигналов изображаются на экране анализатора в виде осциллограмм шестнадцати канального цифрового осциллографа. Опция Reset позволяет осуществить сброс и инициализировать работу анализатора. Опция Stop дает возможность зафиксировать осциллограммы на экране прибора. Для задания параметров тактовой частоты Clock и синхронизации Trigger используются диалоговые окна, открываемые опциями Set. Развертка по горизонтальной оси анализатора задается в виде числа импульсов тактовой частоты в поле Clocks per division. Для измерения временных параметров осциллограмм используются два маркера T1 и T2, имеющие красный и синий цвета соответственно.

При работе с программой EWB во избежание излишней загрузки памяти ЭВМ не рекомендуется осуществлять инициализацию схемы на длительное время. После проведения необходимых коммутаций в схеме достаточно запустить моделирование на несколько десятков миллисекунд (время нахождения программы в расчетном режиме высвечивается в левом нижнем углу экрана), как правило, за это время все переходные процессы в исследуемых схемах заканчиваются. Для приостановки моделирования используется кнопка «pause» , расположенная под переключателем «0/1».


2. Триггерные устройства

Цель работы: изучение функционирования RS-, RCS-, D-, DV-, JK- и T-триггеров.

Задание: осуществить моделирование схем триггеров с помощью программы EWB; провести исследования триггерных схем на лабораторном макете; сравнить результаты моделирования схем с данными, полученными экспериментальным путем.

2.1. Триггеры в интегральном исполнении

Общим свойством триггерных устройств является сохранение одного из двух устойчивых состояний после прекращения воздействия входных сигналов. Триггер имеет два выхода: прямой  и инверсный . Уровнями напряжения на этих выходах определяется состояние, в котором находится триггер. Если напряжение на прямом выходе соответствует логическому нулю, то считается, что триггер находится в состоянии логического нуля. При напряжении на прямом выходе, соответствующем логической единице, триггер находится в состоянии логической единицы.

2.1.1. Асинхронные RS-триггеры

Словесное описание асинхронного RS-триггера с переключающими сигналами единичного уровня, показанного на рис.1(а), может быть сформулировано следующим образом. Если сигналы на обоих входах равны логическому нулю, то триггер не изменяет своего состояния и находится в режиме хранения; если на вход установки S (set) подается логическая единица, а на вход R (reset) – логический нуль, то триггер устанавливается в состояние логической единицы; если на вход S подается логический нуль, а на вход R – логическая единица, то триггер сбрасывается в состояние логического нуля; одновременное воздействие логической единицы по обоим входам должно быть исключено (запрещенное состояние). Правило работы данного триггера можно записать в виде таблицы переключений, представленной на рис.1(б). Реализация схемы такого RS-триггера строится на базе двух двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ, согласно рис.1(в).

а)

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

X

б)

в)

Рис.1. RS-триггер

Словесное описание асинхронного RS-триггера с переключающими сигналами нулевого уровня, показанного на рис.2(а), может быть сформулировано следующим образом. Если сигналы на обоих входах равны логической единице, то триггер не изменяет своего состояния и находится в режиме хранения; если на вход установки S (set) подается логический нуль, а на вход R (reset) – логическая единица, то триггер устанавливается в состояние логической единицы; если на вход S подается логическая единица, а на вход R – логический нуль, то триггер сбрасывается в состояние нуля; одновременное воздействие логического нуля по обоим входам должно быть исключено (запрещенное состояние). Правило работы данного триггера можно записать в виде таблицы переключений, представленной на рис.2(б). Реализация схемы этого RS-триггера строится на базе двух двухвходовых логических элементов И-НЕ, согласно рис.2(в).

а)

0

0

Х

0

1

0

1

0

1

1

1

б)

в)

Рис.2. -триггер

2.1.2. Синхронный RS-триггер

Синхронный RS-триггер (RCS-триггер), обозначение которого показано на рис.3(а), изменяет свое состояние при воздействии сигналов на управляющих входах R и S только при наличии переключающего сигнала единичного уровня на входе синхронизации С. Схема RCS-триггера может быть получена на базе асинхронного RS-триггера введением двух дополнительных двухвходовых логических элементов И-НЕ, согласно рис.3(б). Данная схема синхронного RS-триггера при наличии на входе С логической единицы функционирует аналогично асинхронному RS-триггеру с переключающими сигналами нулевого уровня. Синхронный RS-триггер может быть дополнен асинхронными установочными входами, сигналы с которых подаются непосредственно на элемент памяти – RS-триггер. Для этого схема базового RS-триггера строится на основе двух трехвходовых логических элементов И-НЕ.

а)

б)

Рис.3. Синхронный RS-триггер

2.1.3. D- и DV-триггеры

Модификацией D-триггера является DV-триггер, имеющий дополнительный вход V, играющий роль разрешающего входа по отношению к входу D. Если на вход V подается логическая единица, то DV-триггер функционирует как D-триггер, при наличии логического нуля на входе V данный триггер сохраняет свое состояние при любых значениях сигналов на входах D и C. Тем самым наличие входа V обеспечивает возможность сохранять информацию на выходе триггера в течение необходимого числа тактов. Поскольку разрешающий вход V позволяет блокировать работу DV-триггера, то, по сути, действие данного входа аналогично действию входа C. Однако, обратим внимание, что управление по входу разрешения V носит потенциальный характер, а вход синхронизации C – динамический вход.

Другой разновидностью D-триггера является DRS-триггер, имеющий дополнительные входы асинхронной установки. Входы R и S позволяют устанавливать DRS-триггер в состояние логической единицы или сбрасывать в состояние логического нуля в соответствии с принципами функционирования RS-триггера, переключающегося по сигналам нулевого уровня. Если сигналы на обоих входах R и S равны логической единице, то состояние DRS-триггера зависит от сигналов на входах D и C. Одновременное воздействие логического нуля по обоим входам асинхронной установки должно быть исключено.

На основе D-триггера можно реализовать T-триггер. Для этого необходимо соединить инверсный выход триггера с входом D, а в качестве тактового входа использовать вход C. 

2.1.4. JK-триггер

a)

D-триггер, показанный на рис.4(а), имеет два входа: вход данных D и вход синхронизации C. Данный триггер переходит в состояние, предписываемое сигналом на входе данных, только при появлении переключающего сигнала на входе синхронизации в виде положительного перепада. Правило работы D-триггера можно записать в виде таблицы переключений, представленной на рис.4(б). Так как информация на выходе D-триггера остается неизменной вплоть до прихода очередного импульса синхронизации, то данный триггер часто называют триггером задержки (delay).

0

1

0→1

1→0

б)

Рис.4. D-триггер

Путем различных подключений выводов JK-триггера можно реализовать D- и T-триггеры. Так, при наличии логической единицы на обоих входам J и K он выполняет функции T-триггера, а при  реализуется D-триггер, у которого функцию входа данных выполняет вход J.

2.1.5. T-триггер

a)

JK-триггер, показанный на рис.5(а), является универсальным синхронным триггером, у которого входы J и K по выполняемым функциям соответствуют входам S и R RS-триггера с переключающими сигналами единичного уровня. В JK-триггере в отличие от RS-триггера одновременное воздействие логической единицы по обоим входам J и K считается допустимым и приводит к переключению триггера в противоположное состояние. Для данного триггера переключающим сигналом по входу синхронизации C является отрицательный перепад. Таблица функционирования JK-триггера представлена на рис.5(б).

Модификацией JK-триггера является JKRS-триггер, имеющий дополнительные входы асинхронной установки R и S.

0

Х

Х

1

Х

Х

0→1

Х

Х

1→0

0

0

1→0

0

1

0

1→0

1

0

1

1→0

1

1

б)

Рис.5. JK-триггер


2.2. Исследование триггерных устройств

2.2.1. Моделирование с помощью программы EWB

Все исследуемые устройства замещены электронными моделями. Каждый из триггеров представлен отдельным виртуальным стендом в виде соответствующих файлов (lab_7_R'S'_(on K155LA3).ewb, lab_7_RCS_(on K155LA3).ewb, lab_7_D_(K155TM2).ewb, lab_7_JK_(K155TB1).ewb, lab_7_T(on D)_(on K155TM2).ewb, lab_7_T(on JK)_(on K155TB1).ewb). Файлы загружаются по мере необходимости при проведении исследований.

2.2.2. Описание лабораторного макета

Лабораторный макет содержит исследуемые RS-, RCS-, D-, DV-, JK- и T-триггеры, источник питания и осциллограф. Уровни входных сигналов в виде напряжений единичного или нулевого уровней изменяются на входах Х1, Х2, ХСЧ с помощью соответствующих тумблеров. Макет содержит встроенный генератор импульсов (Г), сигнал которого может быть подан на вход ХСЧ. Исследуемый триггер подключается к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета Q и земля с помощью переключателей.

2.3. Программа работы

2.3.1. Исследование асинхронного RS-триггера

Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета асинхронный -триггер (при моделировании загрузить файл lab_7_R'S'_(on K155LA3).ewb).

1. Исследовать алгоритм функционирования триггера, задавая все возможные наборы значений переменных , , и измеряя значения . Полученные результаты представить в виде таблицы переключений.

2. Исследовать поведение триггера на всех несоседних переходах состояний его входов. Рекомендуется начать эксперимент с переходов  , . При исследовании поведения триггера на переходах  и  необходимо рассмотреть два возможных случая состояний выхода. Сделать вывод о наличии или отсутствии опасных состязаний на каждом из исследованных переходов.

2.3.2. Исследование RCS-триггера

Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета RCS-триггер (при моделировании загрузить файл lab_7_RCS_(on K155LA3).ewb).

1. Исследовать алгоритм функционирования триггера, задавая все возможные наборы значений переменных , , ,  и измеряя значения . Полученные результаты представить в виде таблицы переключений.

2. При  исследовать поведение триггера при изменении сигнала на входе синхронизации. Для этого при неоднократном изменении сигнала C определить значение выходного сигнала при  и .

3. Исследовать поведение триггера в асинхронном режиме работы на всех несоседних переходах состояний входов R и S. Сделать вывод о наличии или отсутствии опасных состязаний на каждом из исследованных переходов.

2.3.3. Исследование D- и DV-триггеров

Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета D-триггер (при моделировании загрузить файл lab_7_D_(K155TM2).ewb).

1. Исследовать алгоритм функционирования триггера и характер управления по входу синхронизации. Полученные результаты представить в виде таблицы переключений.

2. На лабораторном макете замкнуть цепь обратной связи, соединяющую инверсный выхода триггера с входом данных, и подать на вход синхронизации сигнал с выхода генератора тактовых импульсов. Оценить соотношение частот на входе C и выходе Q и сделать вывод о режиме функционирования схемы.

3. На лабораторном макете подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета DV-триггер. Исследовать алгоритм функционирования триггера и характер управления по входам C и V. Полученные результаты представить в виде таблицы переключений.

2.3.4. Исследование JK-триггера

Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета JK-триггер (при моделировании загрузить файл lab_7_JK_(K155TB1).ewb).

1. Исследовать алгоритм функционирования триггера и характер управления по входу синхронизации. Полученные результаты представить в виде таблицы переключений.

2. Исследовать поведение триггера при работе на всех несоседних переходах состояний входов J и K. Сделать вывод о наличии или отсутствии опасных состязаний на каждом из исследованных переходов.

3. На лабораторном макете при  подать на вход синхронизации сигнал с выхода генератора тактовых импульсов. Оценить соотношение частот на входе и выходе  и сделать вывод о режиме функционирования схемы.

4. На лабораторном макете при  исследовать функционирование триггера в асинхронном режиме и заполнить следующую таблицу:

a)

Счетный, или T-триггер (toggle – переключатель), показанный на рис.6(а), имеет один информационный вход – T. Данный триггер с приходом каждого переключающего сигнала в виде положительного перепада на вход T изменяет логическое состояние выхода на противоположное. Таблица переключений T-триггера представлена на рис.6(б). По принципу функционирования данный триггер является делителем частоты следования импульсов входного сигнала с коэффициентом деления равным двум. T-триггер реализуется на основе схемы с динамическим управлением, либо двухступенчатой схемы.

T-триггер может быть построен на базе D-триггера или JK-триггера, как описано в вышестоящих разделах.

0

1

0→1

1→0

б)

Рис.6. T-триггер

1

1

1

2.3.5. Исследование T-триггера

Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета -триггер (при моделировании загрузить поочередно файлы lab_7_T(on D)_(on K155TM2).ewb и lab_7_T(on JK)_(on K155TB1).ewb).

1. Исследовать алгоритм функционирования триггера и характер управления по входу. Полученные результаты представить в виде таблицы переключений.

2. Построить совместную временную диаграмму входного и выходного сигналов.

2.4. Контрольные вопросы

1. Определить значения переключающих сигналов на входах и задать алгоритм функционирования -триггера.

2. Что означает термин "запрещенное состояние"?

2. Объяснить понятия "опасные" и "неопасные состязания сигналов". Возможны ли состязания сигналов в схемах триггеров?

3. Пояснить идею построения схемы RCS-триггера на основе RS-триггера с переключающими сигналами низкого уровня. Определить уровни переключающих сигналов на входах полученного таким образом RCS-триггера.

4. В чем заключаются особенности функционирования D- и DV-триггеров? Какие переключающие сигналы по входам в этих устройствах?

5. Составить таблицы переключений JK-триггера.

6. В чем проявляется универсальность JK-триггера?

7. Какой алгоритм функционирования характерен для T-триггера? Существует ли возможность реализации T-триггера на основе D-триггера?


3. Регистры и счетчики импульсов

Цель работы: изучение функционирования универсального регистра и счетчиков импульсов.

Задание: осуществить моделирование универсального регистра и счетчиков импульсов с помощью программы EWB; провести исследования универсального регистра и счетчиков импульсов на основе лабораторного макета; сравнить результаты моделирования схем с данными, полученными экспериментальным путем.

3.1. Принципы построения регистров

Основная функция регистра заключается в хранении многоразрядного двоичного числа. Обычно регистры имеют регулярную структуру и состоят из однотипных блоков – схем разрядов. Каждый разряд регистра предназначен для хранения одного разряда двоичного числа и содержит элемент памяти, реализованный на основе триггера того или иного типа. Регистр может работать в режимах записи, хранения и считывания чисел. По способам организации записи и считывания чисел различают следующие типы регистров:

- параллельные: запись и считывание данных во всех разрядах производятся одновременно;

- последовательные – регистры сдвига: запись и считывание данных осуществляются последовательно разряд за разрядом;

- параллельно-последовательные: запись производится параллельно, а считывание – последовательно;

- последовательно-параллельные: запись осуществляется последовательно, а считывание – параллельно;

- реверсивные регистры сдвига: направление сдвига чисел в них может быть изменено в зависимости от значений управляющих сигналов.

Рассмотрим основные принципы построения некоторых из перечисленных выше типов регистров.

3.1.1. Параллельный регистр

Параллельный регистр, показанный на рис.7(а), представляет собой совокупность однотипных ячеек – разрядов, представленных на рис.7(б), соединенных согласно схеме рис.7(в). Каждая ячейка содержит элемент памяти – триггер, схемы управления записью W1 и считыванием W2, информационный вход xi и выход yi. Входы управления записью C1 и считыванием C2 являются общими для всех ячеек. Правило работы для триггера в i-й ячейке формулируется следующим образом. Если , , то производится запись информации в ячейку ; . При  осуществляется режим хранения числа ; . В случае, когда , , производится считывание информации из ячейки, триггер не переключается , и сигнал проходит на выход . Комбинация  считается запрещенной. Схемотехническая реализация разряда параллельного регистра показана на рис.7(г).

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

1

1

Рис.7. Параллельный регистр

3.1.2. Регистр сдвига

Последовательный регистр или регистр сдвига, показанный на рис.8(а), представляет собой совокупность однотипных ячеек – разрядов, включенных согласно схеме рис.8(б). Регистр имеет информационный и тактовый входы. Правило работы для i-го и -го разрядов можно записать в следующем виде. Если , то , а при  . Такая запись совпадает с правилом работы D-триггера, на вход которого поступает сигнал . Следовательно, построение регистра сдвига возможно на основе D-триггеров или JK-триггеров, работающих в режиме D-триггеров. Соответствующие схемы представлены на рис.8(в) и рис.8(г).

Рис.8. Регистр сдвига

3.1.3. Реверсивный регистр сдвига

Реверсивный последовательный регистр, показанный на рис.9(а), представляет собой регистр сдвига, в котором направление сдвига определяется управляющими сигналами на входе C1. Структура регистра, представленная на рис.9(б), содержит D-триггеры и элементы коммутации (ЭК). При сдвиге чисел в прямом направлении элемент коммутации должен передавать сигнал с выхода -го триггера на вход i-го, а при сдвиге в обратную сторону с выхода -го на вход i-го. Следовательно, ЭК представляет собой комбинационное устройство, причем при  , а при  . Одна из возможных схемотехнических реализаций реверсивного регистра сдвига показана на рис.9(в).

3.1.4. Универсальные регистры

Один из примеров четырехразрядного универсального регистра приведен на рис.10(а). Регистр состоит из четырех тактируемых JK-триггеров с логическими элементами, осуществляющими коммутацию сигналов, управляющих состоянием триггеров. Триггеры регистра изменяют свое состояние при отрицательном перепаде на одном из тактовых входов C1 или C2. Режим работы определяется значением сигнала на  управляющем  входе



Рис.9. Реверсивный регистр сдвига

L. При  отрицательный перепад по входу C2 приводит к установке триггеров в состояния, определяемые сигналами входов данных, то есть осуществляется параллельная запись. Если , импульсы тактовой частоты на входе C1 производят сдвиг чисел, поступающих на вход DS. При этом осуществляется преобразование последовательного кода, подаваемого на вход DS, в параллельный, считываемый с выходов регистра.

Рис.10. Универсальные регистры

Другой пример восьмиразрядного универсального регистра приведен на рис.10(б). В данном случае запись и считывание можно производить как параллельно, так и последовательно. Кроме того, регистр позволяет осуществлять сдвиг чисел в прямом и обратном направлении. Режим работы устройства задается сигналами на управляющих входах M1, M0. В случае  осуществляется параллельная запись с входов D0…D7. При ,  информация вводятся в регистр с входа DSR, и происходит сдвиг чисел в сторону старших разрядов. Если , , информация вводятся в регистр с входа DSL и происходит сдвиг чисел в сторону младших разрядов. Состояние входов управления режима  определяет режим хранения чисел в регистре. Управляющим сигналом по тактовому входу C1 является положительный перепад. Вход R по сигналу нулевого уровня осуществляет обнуление выходов регистра.


3.2. Структура и функционирование счетчиков импульсов

Счетчиком называется последовательностное устройство, имеющее несколько состояний. Текущее состояние счетчика определяется предыдущим его состоянием и значением логической переменной на входе. По мере поступления входных сигналов счетчик последовательно изменяет свои состояния в определенном циклическом порядке, возвращаясь к началу цикла после каждых K входных сигналов. Значение K, соответствующее числу состояний счетчика, является коэффициентом пересчета счетчика. Рассмотрим счетчики, построенные на основе триггеров. Код числа, записанного в счетчик, состоящий из m триггеров, отражает состояния триггеров и может быть представлен в следующем виде , где  – состояние i-го триггера. Одно из возможных состояний счетчика принимается за начальное (исходное) – . Запись  соответствует состоянию счетчика после поступления на его вход n-го входного сигнала. Если порядок смены состояний триггеров соответствует последовательности двоичных чисел и число состояний счетчика соответственно равно , счетчик называют двоичным. В общем случае, если , устройство называют счетчиком по модулю числа a.

3.2.1. Двоичные счетчики

Рассмотрим двоичные счетчики с последовательным переносом. В таких счетчиках входной сигнал воздействует только на первый триггер, и каждый предыдущий триггер вырабатывает переключающий сигнал для последующего. Достоинствами данных счетчиков являются простота реализации схемы и возможность наращивания их разрядности. В суммирующем счетчике с последовательным переносом каждый входной импульс увеличивает значение двоичного числа, записанного в счетчик, на единицу младшего разряда. Работает данный счетчик согласно следующему правилу: , если , и , если . Таблица переключений суммирующего трехразрядного счетчика, то есть при , может быть представлена в виде табл.1. Используя таблицу переключений, можно определить требуемый тип триггера, ориентируясь на значения столбца , после чего выявить способ соединения триггеров. Очевидно, что первым должен быть T-триггер, так как он должен переключаться каждым входным сигналом. Поскольку из табл.1 следует, что второй триггер изменяет свое состояние, когда на выходе первого уровень 1 переходит в уровень 0, то необходимо сигнал на вход второго триггера подать с инверсного выхода первого. Аналогичные условия работы будут у третьего триггера. Схемотехническая реализация двоичного суммирующего трехразрядного счетчика с последовательным переносом на основе T-триггеров представлена на рис.11(а). Реализация данной схемы так же возможна при использовании D- и JK-триггеров, как показано на рис.11(б) и рис.11(в) соответственно.

Рис.11. Суммирующий двоичный счетчик с последовательным переносом

В вычитающем счетчике с последовательным переносом с каждым входным импульсом уменьшается значение двоичного числа, записанного в счетчике. Правило его работы формулируется следующим образом: , если , и , если . Составив в соответствии с правилом работы таблицу переключений счетчика в виде табл.2, можно построить схему. Полученные таким образом схемотехнические реализации трехразрядного вычитающего счетчика с последовательным переносом на основе T- и D-триггеров представлены на рис.12(а) и рис.12(б) соответственно.

Реверсивный счетчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего. Выбор режима работы осуществляется с помощью управляющего сигнала, поступающего на специальный вход счетчика, обозначим его как F. Для построения реверсивного счетчика можно воспользоваться последовательным соединением T-триггеров, дополнив схему элементами коммутации (ЭК). Словесное описание для выходного сигнала i-го ЭК, подключенного  к входу Ti  можно  получить,  используя  правило  работы  счетчика.  При

Таблица 1

n

0

0

0

0

1

0

0

1

2

0

1

0

3

0

1

1

4

1

0

0

5

1

0

1

6

1

1

0

7

1

1

1

8

0

0

0

Рис.12. Вычитающий двоичный счетчик с последовательным переносом

режиме суммирования , а в режиме вычитания . Следует учесть, что сигнал на входе F может изменяться только при входном сигнале счетчика x, равном 0. Построенная на основе словесного описания схемотехническая реализация ЭК, представлена на рис.13.


Таблица 2

n

0

0

0

0

1

1

1

1

2

1

1

0

3

1

0

1

4

1

0

0

5

0

1

1

6

0

1

0

7

0

0

1

8

0

0

0

Рис.13. Схемотехническая реализация элемента коммутации между выходами первого и входом второго T-триггеров реверсивного счетчика

Поскольку в счетчиках с последовательным переносом триггера переключаются последовательно, то такие счетчики получили название асинхронных счетчиков. Основным недостатком асинхронных счетчиков является низкое быстродействие, которое обусловлено сравнительно большим временем задержки последовательного срабатывания триггеров. От этого недостатка свободны счетчики с параллельным переносом, поскольку они являются синхронными устройствами. В данных счетчиках входной сигнал воздействует на все триггеры счетчика одновременно, и каждый предыдущий триггер вырабатывает управляющие сигналы для всех последующих. Рассмотрим построение суммирующего трехразрядного счетчика с параллельным переносом. Таблица переключений счетчика соответствует табл.1. При реализации схемы на основе JK-триггеров необходимо задать управляющие сигналы на входах триггеров в следующим образом: ; ; . Схема данного счетчика показана на рис.14. Переключение триггеров происходит одновременно, и, следовательно, время задержки переключения счетчика равно времени задержки переключения одного триггера.

Рис.14. Суммирующий двоичный счетчик с параллельным переносом

3.2.2. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета

При построении счетчиков с произвольным коэффициентом пересчета K применяется метод исключения лишних состояний в двоичных счетчиках. Чтобы построить счетчик с , используется двоичный счетчик с коэффициентом пересчета . Определив число лишних состояний , осуществляется их исключение с помощью специальных схемотехнических решений. Можно выделить четыре основных способа исключения лишних состояний:

- счетчик сбрасывается в нулевое состояние специальной схемой, которая по состояниям выходов счетчика обнаруживает код окончания счета, равный ;

- счетчик перед началом счета устанавливается в состояние, код которого является дополнением числа K до значения  и, следовательно, равен числу исключаемых состояний l. Окончание счета определяется появлением единиц во всех разрядах счетчика. После этого специальной схемой вырабатывается сигнал установки счетчика в состояние, соответствующее двоичному коду числа l;

- предусматривается совместное использование двух предыдущих вариантов. Вначале счетчик устанавливается в состояние, код которого , окончание счета определяется по состоянию, имеющему код, равный ;

- в двоичный счетчик вводят с помощью дополнительных логических элементов обратные связи между разрядами, ограничивающие число состояний счетчика.

Счетчик с коэффициентом пересчета отличным от может быть реализован на основе регистра сдвига. В случае замыкания N-разрядного регистра сдвига в кольцо путем соединения выхода последнего триггера с входом первого и предварительной записи логической единицы только в один разряд, при сдвиге информации по регистру сигнал единичного уровня будет появляться на каждом такте на выходе только одного разряда регистра. Данное устройство можно рассматривать как кольцевой счетчик, имеющий значение , и состояния которого идентифицируются значениями унитарного кода.

3.2.3. Счетчики с переменным коэффициентом пересчета

Можно выделить три основных варианта реализации счетчиков с переменным коэффициентом пересчета. Первый из них предполагает построение устройства на основе реверсивного счетчика. Примером такого счетчика является микросхема К155ИЕ7, показанная на рис.15(а). Установка данного счетчика в исходное состояние осуществляется с помощью двоичного кода числа N, поступающего на входы D0…D3 при нулевом уровне сигнала на входе управления режимом Z. Счетчик позволяет устанавливать коэффициент пересчета в пределах от 1 до 16, причем  в режиме суммирования и  – в режиме вычитания. Для возобновления записи числа N один из выходов ,  соединяется с входом управления Z.

Примером устройства второго варианта является микросхема делителя частоты с переменным коэффициентом деления К155ИЕ8, показанная на рис.15(б). Структура данного устройства представляет собой совокупность шестиразрядного двоичного счетчика и схемы сравнения двоичных кодов: кода, соответствующего состоянию двоичного счетчика, и кода на входах A0…A5. Микросхема имеет два выхода. На выходе y2 частота следования импульсов равна , а на выходе y1 частота следования импульсов равна , где N – десятичный аналог двоичного кода, поданного на входы A0…A5. То есть, входы A0…A5 управляют числом импульсов на выходе y1 во временном интервале между импульсами на выходе y2. Недостатком данной микросхемы является неравномерность расположения во времени импульсов на выходе y1.

Последний способ предполагает реализацию на основе программируемого делителя частоты. Возможная структурная схема показана на рис.15(в). Устройство содержит пять вычитающих счетчиков с предварительной установкой, дешифратор нулевого состояния, формирователи сигналов предустановки и выходного сигнала, а также ряд схем управления режимами работы. Коэффициент  деления можно  представить



Рис.15. Варианты счетчиков с переменным коэффициентом пересчета

в следующем виде: , где  – модуль числа; РТ, РС, РД, РЕ – множители тысяч, сотен, десятков, единиц соответственно; РО – остаток. Коэффициент деления может быть целым числом в пределах от 3 до 21327.


3.3. Исследование регистров и счетчиков

3.3.1. Моделирование с помощью программы EWB

Все исследуемые устройства замещены электронными моделями. Каждый из счетчиков импульсов и универсальный регистр представлены отдельным виртуальным стендом в виде соответствующих файлов (lab_9_rg_(155IR13).ewb, lab_9_ct_(155IE5;b).ewb, lab_9_ct_(155IE2;b_d).ewb, lab_9_ct_(155IE6_1;bcd;rev).ewb, lab_9_ct_(155IE6_2;bcd;rev).ewb). Файлы загружаются по мере необходимости при проведении исследований. Осциллограммы выходов счетчиков отображаются с помощью логического анализатора.

3.3.2. Описание лабораторного макета

Установка содержит макет с исследуемыми универсальным регистром и счетчиками импульсов, источник питания и осциллограф. В макет входят встроенный генератор импульсов (ГИ), формирователь одиночных импульсов (ФОИ), коммутатор, позволяющий наблюдать на экране осциллографа одновременно четыре осциллограммы выходов счетчика, наборные поля для задания цифровых кодов, светодиодные и семисегментные индикаторы. Исследуемое устройство подключается к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета с помощью переключателей.

3.4. Программа работы

3.4.1. Универсальный регистр

Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета универсальный регистр К155ИР13 (при моделировании загрузить файл lab_9_rg_(K155IR13).ewb). На лабораторном макете установить частоту генератора импульсов равной 1 Гц и перейти в режим формирователя одиночных импульсов.

1. В соответствии с таблицей функционирования подать на управляющие входы регистра сигналы, обеспечивающие его работу в режиме параллельного регистра. (В схеме EWB вместо M1 и M0 используются обозначения S1 и S0 и тумблера с обозначениями 1 и 0 соответственно.) Произвести запись в регистр трех различных комбинаций двоичного кода. Удостовериться в правильности функционирования схемы.

2. В соответствии с таблицей функционирования подать на управляющие входы регистра сигналы, обеспечивающие его работу в режиме регистра сдвига. (В схеме EWB вместо M1 и M0 используются обозначения S1 и S0 и тумблера с обозначениями 1 и 0 соответственно.) Осуществить сдвиг информации по регистру сначала в сторону старших разрядов, а затем в сторону младших разрядов. (В схеме EWB вместо DSR и DSL используются обозначения SR и SL, режим работы выбирается с помощью тумблера с именем S.) Удостовериться в правильности функционирования схемы.

3. С помощью тумблера соединяющего старший разряд выхода регистра с младшим разрядом входа данных замкнуть регистр сдвига в кольцо. (В схеме EWB для этого используется тумблер с обозначением Z.) Осуществить сдвиг информации по регистру в сторону старших разрядов. Записать логическую единицу в младший разряд и наблюдать работу регистра. Объяснить функционирование схемы в данном режиме включения.

3.4.2. Счетчики импульсов

1. Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета двоичный асинхронный счетчик К155ИЕ5 (при моделировании загрузить файл lab_9_ct_(K155IE5;b).ewb). На лабораторном макете установить частоту генератора импульсов равной 1 кГц. Наблюдать и запротоколировать осциллограммы напряжений на выходах счетчика при разомкнутом и замкнутом тумблере, который позволяет коммутировать цепь между выходом первого и входом второго триггеров в схеме счетчика, то есть соединяет выход Q1 с входом С2. (В схеме EWB для этого используется тумблер с обозначением S.) Определить коэффициент пересчета счетчика.

2. Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета двоично-десятичный асинхронный счетчик К155ИЕ2 (при моделировании загрузить файл lab_9_ct_(K155IE5;b_d).ewb). На лабораторном макете установить частоту генератора импульсов равной 1 кГц. Наблюдать и запротоколировать осциллограммы напряжений на выходах счетчика при разомкнутом и замкнутом тумблере, который позволяет коммутировать цепь между выходом первого и входом второго триггеров в схеме счетчика, то есть соединяет выход Q1 с входом С2. (В схеме EWB для этого используется тумблер с обозначением S.) Определить коэффициент пересчета счетчика.

3. Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета двоично-десятичный синхронный счетчик с переменным коэффициентом деления К155ИЕ6 (при моделировании загрузить файл lab_9_ct_(155IE6_1;bcd;rev).ewb). На лабораторном макете установить частоту генератора импульсов равной 1 кГц. Задать исходное состояние счетчика с помощью тумблеров, подключенных к информационным входам D1…D4. (В схеме EWB для этого используются тумблера с обозначениями 1–4.) Выбрать с помощью соответствующего тумблера для счетчика режим суммирования. (В схеме EWB для этого используется тумблер с обозначением S.) Наблюдать и запротоколировать осциллограммы напряжений на выходах счетчика. Определить коэффициент пересчета счетчика. Проделать то же самое для счетчика в режиме вычитания.

4. На лабораторном макете подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета делитель частоты с переменным коэффициентом деления К155ИЕ8. Установить частоту генератора импульсов равной 1 кГц. Задать коэффициент пересчета счетчика с помощью тумблеров, подключенных к входам A0…A5. Наблюдать и запротоколировать осциллограммы напряжений на выходах счетчика. Определить коэффициент пересчета счетчика. Проделать то же самое для двух других комбинаций положений тумблеров A0…A5. На основе полученных результатов объяснить алгоритм функционирования счетчика.

5. Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета делитель частоты следования импульсов, реализованный на основе последовательного включения двух двоично-десятичных синхронных счетчиков с переменным коэффициентом деления К155ИЕ6 (при моделировании загрузить файл lab_9_ct_(155IE6_2;bcd;rev).ewb). Индикация состояния каждого из счетчиков осуществляется с помощью дешифратора и семисегментного индикатора. На лабораторном макете установить частоту генератора импульсов равной 1 Гц и при необходимости перейти в режим формирователя одиночных импульсов. Задать с помощью тумблеров, подключенных к информационным входам D1…D4, указанные преподавателем исходные состояния счетчиков. (В схеме EWB для этого используются тумблера с обозначениями 1–8.) Наблюдать и объяснить работу делителя частоты в режимах суммирования и вычитания. (Для переключения режимов работы счетчиков в схеме EWB используется тумблер с обозначением S).

3.5. Контрольные вопросы

1. Объяснить алгоритм функционирования и структурное исполнение параллельного регистра.

2. Поясните правило работы и построение структуры регистра сдвига.

3. Какой принцип построения имеет реверсивный регистр сдвига?

4. Что такое универсальный регистр, какие функции он способен выполнять?

5. Как работают суммирующий и вычитающий двоичные счетчики?

6. Чем определяется быстродействие асинхронного счетчика?

7. За счет чего достигается увеличение быстродействия в синхронных счетчиках?

8. Какие существуют способы реализации счетчика с произвольным коэффициентом пересчета?

9. Какое устройство получается при замыкании регистра сдвига в кольцо? Объясните функционирование схемы на примере трехразрядного регистра сдвига.

10. Объясните способы построения счетчиков с переменным коэффициентом пересчета.


4. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи

Цель работы: изучение характеристик и параметров цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.

Задание: осуществить моделирование цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей с помощью программы EWB; провести исследования характеристик и параметров цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей на лабораторном макете; сравнить результаты моделирования схем с данными, полученными экспериментальным путем.

4.1. Принципы построения, основные характеристики и параметры цифро-аналоговых преобразователей

4.1.1. Принципы построения цифро-аналоговых преобразователей

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), показанный на рис.16, является устройством, которое преобразует N разрядный входной цифровой код  в выходной аналоговый сигнал A на основе опорного (или эталонного) напряжения uОП, согласно следующему соотношению:

,

где: x1 – старший, а xN – младший разряды цифрового кода.

В основу работы ЦАП положено суммирование токов, соответствующих весам разрядов преобразователя. Два варианта реализации ЦАП приведены на рис.17. В состав каждой из схем входят источник опорного напряжения, набор двухпозиционных ключей, задающих значения разрядов xi, резистивная токозадающая схема и выходной сумматор на операционном усилителе.

Относительные веса разрядных токов задаются при помощи матрицы весовых резисторов, величины сопротивлений которых удваиваются при переходе от старшего разряда к младшему. Инвертирующий операционный усилитель используется для суммирования отдельных разрядных токов и для формирования соответствующего аналогового напряжения. Суммарный ток на инвертирующем входе и напряжение на выходе операционного усилителя определяются как:

Рис.16. Цифро-аналоговый преобразователь

Рис.17. Варианты реализации ЦАП

;

,

причем максимальное значение выходного напряжения и шаг квантования по уровню имеют вид:

.

При реализации ЦАП на основе схемы с токовой коммутацией, согласно рис.17(б), наблюдается большее быстродействие, чем при использовании схемы с коммутацией напряжений, показанной на рис.17(а). Данное обстоятельство объясняется тем, что при изменении напряжений в схеме рис.17(а) возникает перезаряд паразитных емкостей и, как следствие, необходимо дополнительное время на переходные процессы установления напряжений. При токовой коммутации напряжения во всех точках схемы остаются неизменными, что позволяет уменьшить время установления.

Резистивная токозадающая матрица может иметь различную структуру. Для реализации восьмиразрядного ЦАП, согласно схемам рис.17, потребуется набор прецизионных резисторов, номинальные значения которых лежат в пределах от R до 128R. В интегральном исполнении получение прецизионных резисторов, номиналы которых лежат в столь широком диапазоне является достаточно сложной технологической задачей. В данном случае в качестве резистивной токозадающей схемы используется лестничная R–2R цепь, показанная на рис.18. В качестве нагрузки лестничной цепи должен быть включен балластный резистор сопротивлением 2R. В такой цепи деление токов, втекающих в узел, на две равные части достигается за счет поэтапного распределения каждого из токов между параллельной (2R) и последовательной (R) ветвями. Таким образом, соотношение между токами ветвей подчиняется закону . При этом используется технологически просто реализуемое соотношение номиналов резисторов и обеспечивается высокая степень идентичности параметров элементов, имеющих одинаковую конфигурацию и работающих при одинаковых токах.

Рис.18. Лестничная R–2R цепь

4.1.2. Основные характеристики и параметры цифро-аналоговых преобразователей

Характеристика преобразования ЦАП показана на рис.19, где: qi – значения N-разрядного цифрового кода; uMAX – максимальное значение выходного напряжения; – шаг квантования по уровню. Таким образом, при последовательном возрастании значений входного цифрового кода выходной сигнал ЦАП имеет вид ступенчатого пилообразного напряжения.

Для описания ЦАП используют следующие основные параметры:

Число разрядов N – число разрядов цифрового кода, которое способен воспринимать ЦАП, или двоичный логарифм максимального числа кодовых комбинаций на входе ЦАП. Иногда используется термин разрешающая способность, который характеризует возможное число уровней аналогового сигнала и обычно выражается в виде общего количества двоичных разрядов входного цифрового сигнала. При разрешающей способности в N двоичных разрядов преобразователь должен обеспечивать формирование выходного аналогового сигнала, имеющего 2N дискретных уровня.

Коэффициент преобразования KПР – отношение приращения выходного сигнала к приращению входного сигнала для линейной характеристики преобразования.

Наибольший значащий разряд (НБЗР) – это разряд входного цифрового кода, имеющий наибольший вес. НБЗР обеспечивает наибольшее приращение уровня выходного аналогового сигнала равное .

Наименьший значащий разряд (НМЗР) – это разряд входного цифрового кода, имеющий наименьший вес. НМЗР обусловливает наименьшее приращение уровня выходного аналогового сигнала равное .

Погрешность (точность) преобразования представляет собой величину отклонения аналогового выходного сигнала от расчетного значения. Обычно ЦАП характеризуются абсолютной погрешностью преобразования в конечной точке шкалы ПШ, являющейся отклонением значения выходного напряжения ЦАП от расчетного значения, соответствующего конечной точке характеристики преобразования, как показано на рис.20(а). Погрешность может быть выражена в процентах от полного диапазона изменения выходного сигнала или в виде части, обычно половины, приращения уровня, вызываемого наименьшим значащим разрядом, а также в виде числа значащих разрядов с гарантированной точностью. Если гарантированная точность – N двоичных разрядов, то максимальная погрешность может быть определена как . Для ЦАП, имеющего N двоичных разрядов и погрешность величиной в половину наименьшего значащего разряда, фактическая погрешность должна удовлетворять неравенству . Отметим, что разрешающая способность и погрешность – не одно и то же. Например, при разрешающей способности в 12 двоичных разрядах может быть обеспечена точность в 10 двоичных разрядов, и наоборот.

Нелинейность характеристики преобразования L – отклонение характеристики преобразования, показанной в виде кривой 2 на рис.20(а), от прямой линии 1. Величина нелинейности обычно выражается в тех же единицах, что и погрешность преобразования.

Дифференциальная нелинейность LD – отклонение значения разности двух аналоговых выходных сигналов, соответствующих соседним значениям входного кода, от величины .

Время установления – параметр, который характеризует быстродействие ЦАП и представляет собой интервал времени от момента скачкообразного изменения входного цифрового кода до момента достижения выходным аналоговым сигналом нового установившегося значения с номинальной погрешностью, как правило, . Максимальное время установления – время, необходимое для изменения выходного аналогового напряжения на максимальную величину.

Напряжение смещения нуля на выходе u00 – напряжение на выходе ЦАП при входном коде, соответствующем нулевому значению выходного напряжения, которое оценивается в единицах приращения уровня, вызываемого наименьшим значащим разрядом, и измеряется, как показано на рис.20(а).

Рис.19. Характеристика преобразования

а)

б)

Рис.20. Реальная характеристика преобразования

Линейность и монотонность. Если на цифровой вход подается нарастающая последовательность двоичных чисел, то выходной сигнал ЦАП должен представлять собой линейно нарастающее ступенчатое напряжение с шагом, равным величине наименьшего значащего разряда. Участок характеристики преобразования с идеальной линейностью изображен на рис.20(б). Постоянство ширины и высоты ступенек этого напряжения обуславливает линейность выходного сигнала. Немонотонность является наихудшей разновидностью нелинейности. Она имеет место в том случае, когда выходной сигнал изменяется немонотонно при изменении входного цифрового кода, то есть имеется неидентичность знака приращения мгновенных значений входного и выходного сигналов преобразователя. Немонотонность может возникнуть вследствие накопления погрешностей разрядов.

Менее характерными для ЦАП являются такие параметры, как ток потребления и диапазон изменения выходного напряжения.


4.2. Методы построения и основные параметры аналого-цифровых преобразователей

4.2.1. Принцип работы и основные параметры аналого-цифровых преобразователей

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) используются для преобразования выборочного значения входного аналогового сигнала в цифровой код с определенным числом разрядов. Процедура аналого-цифрового преобразования включает в себя квантование выборочного значения аналогового сигнала по амплитуде и формирование цифрового кода, значение которого определяется числом уровней квантования. При квантовании по уровню текущее значение входной величины заменяется ближайшим дискретным значением, выбранным по шкале разрешенных уровней. Таким образом, входная величина при квантовании по уровню как бы накладывается на сетку горизонтальных линий, разнесенных на величину . Если одновременно производится квантование по времени, то входная величина накладывается на сетку, имеющую по горизонтальной оси времени деления через интервал t, а по вертикальной оси уровней – через . Величина кванта характеризует потенциальную разрешающую способность преобразователя по уровню, то есть наименьшее различимое приращение входного сигнала.

При квантовании значение входного напряжения uА приближенно представляется в виде доли опорного (эталонного) напряжения uОП. При этом выходным сигналом его является цифровой код, определяемый как: , где N –число двоичных разрядов, а – разрядные коэффициенты. Разрядные коэффициенты выходного сигнала АЦП могут быть получены либо одновременно с N параллельных выходов, либо могут поочередно появляться на одном и том же выходе. При последовательном выходном сигнале коэффициент x1, соответствующий наибольшему значащему разряду обычно определяется первым, затем на выходе появляются разрядные коэффициенты последующих разрядов в порядке убывания их веса.

В процессе преобразования аналогового сигнала в цифровой код происходит квантование выборочных значений на конечное число дискретных уровней, отличающихся между собой на величину наименьшего значащего разряда. Этим объясняется возникновение конечной разрешающей способности или погрешности квантования процесса аналого-цифрового преобразования, величина которой находится в пределах половины наименьшего значащего разряда. Погрешность квантования может быть выражена следующим образом: .

В процессе аналого-цифрового преобразования используются мгновенные квантованные значения аналогового напряжения в дискретные моменты времени, причем вследствие ограниченного быстродействия АЦП соответствующий этой величине цифровой сигнал появляется на выходе с временной задержкой. Время, необходимое для завершения преобразования аналогового сигнала в цифровой код, называется временем преобразования.

Для описания АЦП используют следующие основные параметры:

Число разрядов N – число разрядов кода, которое может вырабатывать АЦП.

Разрешающая способность – способность АЦП различать два ближайших значения входного сигнала. Определяется обычно числом различных кодовых комбинаций на выходе преобразователя и выражается либо в битах, либо в децибелах.

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы ПШ – отклонение значения входного сигнала от номинального значения, соответствующего конечной точке характеристики преобразования. Измеряется в единицах младшего разряда преобразования или процентах.

Дифференциальная нелинейность LD – отклонение разности двух аналоговых сигналов, соответствующих соседним значениям кодов, от значения единицы младшего разряда. Измеряется согласно рис.21 в процентах от величины диапазона входных сигналов или в единицах младшего разряда.

Напряжение смещения нуля на входе U10 – приведенное к входу напряжение, характеризующее отклонение начала характеристики преобразования от заданного значения. Измеряется согласно рис.21 в единицах младшего разряда.

Время преобразования – интервал времени от момента изменения сигнала на входе до появления на его выходе соответствующей устойчивой кодовой комбинации.

Максимальная частота преобразования – наибольшая частота дискретизации, при которой заданные параметры соответствуют установленным нормам.

Кроме того, важными параметрами АЦП, характеризующими их энергетические показатели, являются диапазон входного напряжения, ток потребления, опорное напряжение и напряжение источника питания.

4.2.2. Методы построения аналого-цифровых преобразователей

Наибольшее распространение на практике нашли три метода преобразования: последовательный счет, поразрядное кодирование и считывание. При использовании метода последовательного счета входное аналоговое напряжение сравнивается с эталонным напряжением, представляющим собой сумму квантов. Момент равенства входной величины и суммы квантов определяется с помощью сравнивающего устройства. Результат преобразования характеризуется числом квантов, используемых при преобразовании. Число квантов представляется с помощью счетчика в виде двоичного кода. Одним из примеров АЦП, в котором используется метод последовательного счета, является следящий АЦП, показанный на рис.22. Структурная схема данного АЦП содержит реверсивный двоичный счетчик (СЧР), выходной цифровой сигнал с которого при помощи ЦАП вновь преобразуется в аналоговый сигнал и подается на вход дифференциального компаратора, управляющего режимом работы СЧР. Счетчик отсчитывает тактовые импульсы, поступающие с генератора тактовых импульсов (ГТИ). Получаемое в результате суммирования импульсов двоичное число при помощи ЦАП преобразуется в напряжение и сравнивается с выборочным значением входного напряжения, полученным при дискретизации сигнала s(t) в устройстве выборки и хранения (УВХ). Работа УВХ основана на фиксировании мгновенного значения сигнала s(t) при  на время, необходимое для преобразования данного значения в N-разрядное число, которое формируется на выходах счетчика. Когда напряжение на выходе ЦАП достигнет значения, равного напряжению на выходе УВХ, компаратор прекращает счет импульсов. Цифровой выходной сигнал счетчика, обеспечивающий необходимое равенство, является выходным сигналом АЦП, соответствующим входному аналоговому напряжению. Необходимо отметить, что в данном случае источник опорного напряжения входит в ЦАП как его составная часть.

Рис.21. Характеристика преобразования

Рис.22. Структурная схема следящего АЦП

Время преобразования следящего АЦП является переменной величиной, его максимальное значение имеет вид: , где  – частота следования импульсов ГТИ. При этом минимальное значение интервала дискретизации определяется как: . Величина тактовой частоты должна выбираться из условия установления всех переходных процессов в схеме АЦП, то есть: , где ГТИ – время установки ГТИ; СЧР – время задержки распространения сигнала в СЧР; ЦАП – максимальное время установления ЦАП; К – время задержки срабатывания компаратора. При приращении входного сигнала, соответствующем полному диапазону входных напряжений, следящий АЦП является сравнительно инерционным, так как необходимо отсчитывать  импульсов. Напротив, в случае малых приращений входного сигнала данный АЦП обладает хорошим быстродействием, поскольку схема позволяет отследить такие приращения всего за несколько тактов.

АЦП с единичными приближениями, структурная схема которого показана на рис.23, представляет собой упрощенный вариант следящего АЦП. Вместо реверсивного счетчика в нем используется обычный двоичный счетчик (СЧ). В каждом цикле преобразования счетчик сбрасывается в нулевое начальное состояние и снова начинает отсчитывать тактовые импульсы. При этом на выходе ЦАП образуется линейно нарастающее ступенчатое напряжение. Когда выходной сигнал ЦАП становится равным входному аналоговому напряжению, счетчик блокируется, причем последнее двоичное число счетчика является цифровым эквивалентом входного аналогового сигнала. Особенностью АЦП с единичными приближениями являются сравнительно небольшие значения частоты дискретизации .

Рис.23. Структурная схема АЦП с единичными приближениями

Метод поразрядного кодирования основан на том, что входное аналоговое напряжение последовательно сравнивается с суммой эталонных напряжений, имеющих значения , где . На первом такте входное напряжение сравнивается с максимальным значением эталонного напряжения . Если входное напряжение меньше эталонного, то старший разряд выходного кода x1 равен логическому нулю, в обратном случае – логической единице. На следующем такте производится сравнение входного напряжения с эталонным напряжением, имеющим величину . Если входное напряжение меньше данного эталонного, то следующий разряд выходного кода x2 равен логическому нулю, в обратном случае – логической единице. Далее производится сравнение входного напряжения с эталонным напряжением . Процесс подобного сравнения продолжается до тех пор, пока не будут использованы все N разрядов цифрового кода, и входное напряжение не окажется равным сумме эталонных напряжений.

Метод поразрядного кодирования реализуется на основе АЦП последовательных приближений. Структурная схема АЦП на основе регистра последовательных приближений (РПП) показана на рис.24. На первом такте преобразования логическая единица устанавливается в старшем разряде РПП. Если значение напряжения на выходе УВХ не превышает величины напряжения на выходе ЦАП, то компаратор выдает сигнал, по которому логическая единица в старшем разряде РПП сохраняется. В противном случае в старшем разряде РПП устанавливается логический нуль. Далее устанавливается логическая единица в следующем разряде РПП и начинается второй такт преобразования. Процесс последовательных приближений продолжается до тех пор, пока не будут определены значения всех разрядов РПП. Для обеспечения разрешающей способности N разрядов требуется провести не более чем N последовательных приближений.

Рис.24. Структурная схема АЦП поразрядного взвешивания

Поскольку каждое приближение выполняется в течение одного такта, длительность полного цикла преобразования АЦП поразрядного взвешивания сравнительно мала. В данном случае время преобразования определяется как: , а тактовая частота выбирается согласно условию: , где ГТИ – время установки ГТИ; РПП – время установления РПП; ЦАП – максимальное время установления ЦАП; К – время задержки срабатывания компаратора.

Метод считывания основан на сравнении входного напряжения со всеми  возможными значениями эталонного напряжения, равными , где . Для осуществления сравнения необходимо иметь  компараторов. Код, образующийся на выходе компараторов, с помощью кодопреобразователя может быть преобразован в выходной двоичный код. При этом для каждого уровня квантования используются отдельные источник эталонного напряжения и компаратор. Выходы компараторов соответствующим образом соединяются с кодирующим устройством, которое формирует выходной цифровой код. АЦП, использующие данный метод, называются АЦП непосредственного сравнения или параллельными АЦП и являются наиболее быстродействующими, поскольку время преобразования равно периоду тактовых импульсов. Структурная схема АЦП непосредственного сравнения показана на рис.25, где: КЛ – кодирующая логика, выполняющая роль кодопреобразователя; ЦУВХ – цифровое устройство выборки и хранения. Очевидно, что сложность схем АЦП непосредственного сравнения возрастает по мере увеличения количества разрядов, поэтому число разрядов данных АЦП не превышает восьми.

Рис.25. Структурная схема АЦП непосредственного сравнения


4.3. Исследование цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей

4.3.1. Моделирование с помощью программы EWB

Исследуемые устройства замещены электронными моделями и представлены отдельными виртуальными стендами в виде соответствующих файлов (lab_10_dac.ewb, lab_10_dac_m.ewb, lab_10_dac_var.ewb, lab_10_dac_mult.ewb, lab_10_adc_dac_lib.ewb, lab_10_adc_par(a).ewb, lab_10_adc_par(b).ewb). Файлы загружаются по мере необходимости при проведении исследований.

4.3.2. Описание лабораторного макета

Установка содержит макет с исследуемыми цифро-аналоговым и аналого-цифровыми преобразователями, источник питания, осциллограф, цифровой вольтметр и генератор синусоидального напряжения. Макет содержит мультиплексор, позволяющий осуществлять выбор объекта исследования, встроенный генератор тактовых импульсов, формирователь опорных напряжений, наборное поле для задания цифрового кода, светодиодные индикаторы и разъемы для подключения измерительной аппаратуры.

4.4. Программа работы

4.4.1. Исследование цифро-аналогового преобразователя

1. Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета цифро-аналоговый преобразователь и исследовать его статические характеристики (при моделировании загрузить файл lab_10_dac.ewb). На лабораторном макете переключатели R и MC следует перевести в положение 2, опорное напряжение uОП установить равным E, подключить цифровой вольтметр к разъему «Вых ЦАП».

Для получения характеристики преобразования необходимо для десяти значений входного кода, устанавливаемого на наборном поле, измерить выходное напряжение. (В схеме EWB для установки цифрового кода используются тумблера с обозначениями 0–7.) Точки измерений должны располагаться по характеристике преобразования равномерно.

Для определения шага квантования и погрешности преобразования необходимо для пяти соседних комбинаций входного кода провести измерения значений выходного напряжения. Получить пять наборов результатов измерений. Наборы должны располагаться по характеристике преобразования равномерно. Результаты измерений в рамках каждого набора усреднить. Определить средние значения шага квантования и погрешности преобразования по всей характеристике.

2. Установить опорное напряжение равным  (при моделировании загрузить файл lab_10_dac_m.ewb) Повторить измерения, описанные в предыдущем пункте.

3. Определить максимальное время установления цифро-аналогового преобразователя (при моделировании загрузить файл lab_10_dac_var.ewb). На лабораторном макете переключатель R следует в перевести в положение 1, переключатель MC оставить в положении 2, задать на наборном поле максимальное значение входного кода, опорное напряжение uОП установить поочередно равным E и , подключить осциллограф к разъему «Выход ЦАП». Получить на экране осциллографа характеристику преобразования и провести измерение значения максимального времени установления.

4. Снять характеристику преобразования в режиме цифровой регулировки (умножения) сигнала (при моделировании загрузить файл lab_10_dac_mult.ewb). На лабораторном макете переключатели R и MC следует перевести в положение 2, опорное напряжение uОП установить в режим «Внешнее», подключить осциллограф к разъему «Вых ЦАП», перевести осциллограф в режим внешней синхронизации, подать на вход внешней синхронизации осциллографа и разъем «Вход 2» макета сигнал с внешнего генератора синусоидальных колебаний с частотой 1 кГц и амплитудой 10 В.

Для получения характеристики преобразования необходимо с помощью осциллографа провести измерения выходного напряжения цифро-аналогового преобразователя с учетом фазы сигнала для десяти значений входного кода, устанавливаемого на наборном поле. (В схеме EWB для установки цифрового кода используются тумблера с обозначениями 0–7. Подключение синусоидального генератора осуществляется тумблером с обозначением Z.) Точки измерений должны располагаться по характеристике преобразования равномерно. Определить комбинацию входного цифрового кода, при которой происходит изменение фазы выходного сигнала.

4.4.2. Исследование аналого-цифровых преобразователей

1. Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета аналого-цифровой преобразователь с единичными приближениями и исследовать его статические характеристики (при моделировании загрузить файл lab_10_adc_dac_lib.ewb). На  лабораторном  макете  переключатель R перевести в положение 2, а переключатель MC – в положение 0, опорное напряжение uОП установить равным E, частоту дискретизации FД выбрать равной F1, тактовую частоту FТАКТ задать равной 100 кГц, подключить цифровой вольтметр к разъему «Е0». После указанных коммутаций с помощью потенциометров «Е0 грубо» и «Е0 точно», наблюдая за свечением подключенных к выходам аналого-цифрового преобразователя светодиодов оценить границы диапазона изменения входного напряжения Е0MIN и Е0MAX.

Для получения характеристики преобразования необходимо для десяти значений входного напряжения Е0 зафиксировать по светодиодам комбинации выходного цифрового кода. (В схеме EWB для формирования входного сигнала необходимо использовать потенциометр с обозначением R.) Точки измерений должны располагаться по характеристике преобразования равномерно.

Для определения шага квантования необходимо задать пять значений входного напряжения так, что им будут соответствовать соседние комбинации выходного кода. Получить пять наборов результатов измерений. Наборы должны располагаться по характеристике преобразования равномерно. Результаты измерений в рамках каждого набора усреднить. Определить средние значения шага квантования по всей характеристике.

2. На лабораторном макете подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета аналого-цифровой преобразователь последовательных приближений и исследовать его статические характеристики. Переключатель R перевести в положение 2, а переключатель MC – в положение 1, опорное напряжение uОП установить равным E, частоту дискретизации FД задать равной F1, тактовую частоту FТАКТ задать равной 100 кГц, подключить цифровой вольтметр к разъему «Е0». Повторить измерения, описанные в предыдущем пункте.

3. Загрузить файл lab_10_adc_par(a).ewb или lab_10_adc_par(b).ewb. Провести моделирование аналого-цифрового преобразователя непосредственного сравнения и исследовать его статические характеристики аналогично первому пункту.

4. Подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета аналого-цифровой преобразователь с единичными приближениями и исследовать его динамические характеристики (при моделировании загрузить файл lab_10_adc_dac_lib.ewb). На лабораторном макете переключатель R перевести в положение 2, а переключатель MC – в положение 0, опорное напряжение uОП установить равным E, частоту дискретизации FД выбрать равной F1, тактовую частоту FТАКТ задать поочередно равной 100 кГц и 200 кГц, подключить осциллограф к разъему «Процесс преобразования». С помощью осциллографа провести измерение времени преобразования при двух значениях входного напряжения равных Е0MIN и Е0MAX.

5. На лабораторном макете подключить к источникам входных сигналов и выходным клеммам макета аналого-цифровой преобразователь последовательных приближений и исследовать его динамические характеристики. Переключатель R перевести в положение 2, а переключатель MC – в положение 1, опорное напряжение uОП установить равным E, частоту дискретизации FД выбрать равной F1, тактовую частоту FТАКТ задать поочередно равной 100 кГц и 200 кГц, подключить осциллограф к разъему «Процесс преобразования». Повторить измерения, описанные в предыдущем пункте.

6. Загрузить файл lab_10_ adc_par(a).ewb или lab_10_ adc_par(b).ewb. Провести моделирование аналого-цифрового преобразователя непосредственного сравнения и исследовать его динамические характеристики аналогично четвертому пункту.

7. На лабораторном макете повторить измерения, описанные в четвертом пункте при различных частотах дискретизации. Зафиксировать наибольшее значение входного напряжения Е0 при котором аналого-цифровой преобразователь успевает завершить процесс преобразования.

8. На лабораторном макете повторить измерения, описанные в пятом пункте при различных частотах дискретизации. Зафиксировать наибольшее значение входного напряжения Е0 при котором аналого-цифровой преобразователь успевает завершить процесс преобразования.

4.5. Контрольные вопросы

1. Какие существуют базовые схемы для реализации цифро-аналоговых преобразователей? Объясните принципы работы данных схем.

2. Как работает токозадающая резистивная лестничная цепь R–2R? В чем заключаются преимущества этой цепи?

3. Назовите основные характеристики цифро-аналогового преобразователя?

4. Какие параметры характеризуют отличие реальной характеристики цифро-аналогового преобразователя от идеального случая?

5. Дайте определения основным параметрам аналого-цифрового преобразователя?

6. В чем отличие схем следящего аналого-цифрового преобразователя и аналого-цифрового преобразователя с единичными приближениями?

7. Объясните в чем заключается метод поразрядного кодирования.

8. Какой принцип работы аналого-цифрового преобразователя непосредственного сравнения?


5. Требования к содержанию и оформлению отчетов

Отчеты должны содержать:

1. Схемы экспериментов;

2. Таблицы с экспериментальными данными и указанием условий проведения эксперимента;

3. Осциллограммы и эпюры логического анализатора, полученные при выполнении работы. Графические материалы должны быть разумно скомпонованы с тем, чтобы сопоставляемые сигналы размещались на одном графике, координатные оси оцифрованы с указанием размерности откладываемых по ним величин, все кривые представляемые на одном графике должны быть поименованы и легко различимы;

4. Объяснение полученных результатов, сравнение с теоретическими представлениями, пояснение причин, вызывающих расхождение теоретических и экспериментальных результатов, выводы о практическом использовании установленных при исследовании свойств и явлений.

Список литературы

  1.  Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон-Р, 2000. – 506 с.
  2.  Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон-Р, 2001. – 726 с.
  3.  Бунтов В.Д., Макаров С.Б. Цифровые последовательностные устройства на интегральных микросхемах: учебное пособие. – СПб.: СПбГТУ, 1992. –93 с.
  4.  Бунтов В.Д., Макаров С.Б. Цифровые радиотехнические устройства на интегральных схемах: учебное пособие. – Л.: ЛПИ, 1991. – 81 с.
  5.  Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. / Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И., Кулешова В.И. и др. // Под ред. Якубовского С.В. – М.: Радио и связь, 1989. – 496 с.
  6.  Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учебное пособие для втузов. – СПб.: Политехника, 1996. – 885 с.
  7.  Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов. – М.: Горячая линия–Телеком, 2000. – 768 с


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45847. Центробежное литьё (технология) 26.5 KB
  Этот способ применяют в настоящее время преимущественно для изготовления отливок представляющих собой тела вращения втулки трубы шестерни биметаллические втулки и т.За счёт вращения изложницы достигается высокая плотность отливки. возможно изготовление тел вращения а также изза ликвации { неоднородное старение }. Центробежное литьё получается на машинах с вертикальной и горизонтальной осью вращения.
45848. Сущность процесса ГОШ, оборудование, преимущества и недостатки, область применения 12.73 KB
  После калибровки точность поковок такая же как при мех. при штамповке увеличивается производительность труда до 800 поковок в смену. в противном случае размеры поковок выходят за требования чертежа. Процесс изготовления штамповых поковок: резка проката на мерные заготовки делается на прессножницах хладноломах пилами электромеханическая и газопламенная резка.
45849. Свободная ковка 156.88 KB
  Свободной ковкой можно получать поковки от самых малых размеров до самых крупных массой до 250–300 т. Этим способом изготавливают поковки простой формы. Осадку применяют для увеличения площади поперечного сечения поковки. Раскаткой изготовляют поковки колец а протяжкой на оправке поковки сосудов высокого давления стволов орудий и др.
45850. Этапы проектирования штампованных поковок, получаемых ГОШ вдоль оси заготовок на молотах и КГШП 17.44 KB
  Автоматизированное рабочее место АРМ или в зарубежной терминологии рабочая станция worksttion представляет собой место пользователяспециалиста той или иной профессии оборудованное средствами необходимыми для автоматизации выполнения им определенных функций. Автоматизированное рабочее место АРМ определяется как правило совокупностью технических средств и программных средств. В качестве технических средств преимущественно используется ПК дополняемый по мере необходимости другими вспомогательными электронными устройствами:...
45851. Холодная штамповка. Операция вытяжка в листовой штамповке 42.56 KB
  Холодная штамповка имеет ряд преимуществ: отсутствует операция нагрева металла; поверхностный слой металла не окисляется отсутствует окалина; изделия получаются более точными по размерам и с меньшей шероховатостью поверхности. По сравнению с обработкой резанием холодная штамповка позволяет значительно сократить расход металла уменьшить трудоемкость изготовления изделий повысить производительность. Изготавливаемая вытяжкой деталь в зависимости от ее глубины и пластических свойств металла может быть изготовлена одной вытяжной...
45852. Сварка металлов 19.26 KB
  Основные виды сварки термического класса: Дуговая сварка – сварка плавлением при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Особым видом дуговой сварки являются плазменная сварка при котором нагрев осуществляется сжатой дугой. Газовая сварка – сварка плавлением при которойкромки соединяющихся частей нагревают пламенем газов сжигаемых на выходе горелки для газовой сварки.
45853. Порошковая металлургия 17.54 KB
  Порошковая металлургия -– это отрасль технологии занимающаяся изготовлением изделий из порошков металлов их окислов и смесей металлических и диэлектрических порошков. Методы и средства технологии порошковой металлургии или технологии металлокерамики как ее называют отличаются высокой экономичностью при изготовлении изделий позволяют получать материалы и детали характеризующиеся высокой механической прочностью жаростойкостью и особыми физикомеханическими свойствами. Порошковой металлургией изготавливают алмазнометаллические материалы...
45854. Основные понятия и определения. Механизация и автоматизация производства. Виды автоматизации производства 13.22 KB
  Механизация и автоматизация производства. Виды автоматизации производства. АПП развивается в направлении создании автоматизированных и автоматических систем машин и систем управления ими на разных уровнях производства. Автоматизация развивается одновременно с комплексной механизацией возникает и базируется на основе комплексномеханизированного производства.
45855. Классификация производств и оборудования в зависимости от степени автоматизации. Ступени автоматизации производственных процессов 14.21 KB
  Производства подразделяются на: Механизированные – производства в которых используется оборудование превращающее энергию неживой природы в холостые и рабочие ходы технологического оборудования или увеличивающие в несколько раз силу прикладываемую человеком. 2 автоматизированные – производства где часть оборудования может работать длительные промежутки времени без непосредственного участия человека и одновременно используется оборудование требующее работы за ним человека. В зависимости от степени автоматизации...