84613

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТИПОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Построение логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) преобразователя сигналов на операционном усилителе. Для заданной схемы преобразователя аналоговых сигналов на операционном усилителе (ОУ) рассчитать и построить его ЛАЧХ и определить основные параметры данного устройства.

Русский

2015-03-20

15.7 MB

81 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МАТИ - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО» (МАТИ)

Кафедра «Прикладная математика, информационные технологии

и электротехника»

 

 

Курсовая работа по модулю 2 «Электроника» дисциплины «Электротехника и электроника» на тему:

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТИПОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.

                                                                                           

                                                                                     

    

                                                                                    Студент: Сотникова Ю.С.

Группа: 4МТМ-3ДБ-091

Вариант: КР7-66

Преподаватель: Марсова Е.В.

Москва

2014

Курсовая работа КР7 состоит из трёх заданий:

Задание 7.1. Построение логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) преобразователя сигналов на операционном усилителе.

Для заданной схемы преобразователя аналоговых сигналов на операционном усилителе (ОУ) рассчитать и построить его ЛАЧХ и определить основные параметры данного устройства.

Для этого согласно варианту (см. табл. 7.1) необходимо:

1.1. Вычертить в соответствии с ГОСТ расчётную принципиальную электрическую схему преобразователя аналоговых сигналов, используя заданные в таблице 7.2 схемы последовательного звена коррекции и звена цепи отрицательной обратной связи (ООС).

1.2. Пронумеровать сначала элементы последовательной цепи коррекции, а затем – элементы цепи ООС усилителя. Нумерацию элементов цепей выполнять слева направо (см. приложение 7.2).

1.3. Из таблицы 7.3 выписать заданные параметры звеньев преобразователя (выписываются параметры только тех элементов, которые присутствуют в полученной схеме устройства), а из таблицы 7.4 – тип и коэффициент усиления используемого операционного усилителя.

1.4. Записать в общем виде передаточную функцию преобразователя.

1.5. Получить передаточные функции последовательного звена коррекции  и звена цепи ООС  преобразователя.

1.6. Получить передаточную функцию усилителя WУС(р) с заданным звеном в цепи ООС усилителя.

1.7. С учетом полученных передаточных функций звеньев записать передаточную функцию преобразователя . Полученную передаточную функцию преобразовать к виду, содержащему стандартные сомножители вида К, р или р + 1, где К  постоянный коэффициент,   постоянная времени звена, р – оператор Лапласа. Значения К и определяются параметрами элементов звеньев, входящих в заданное устройство.

1.8. Вычислить численные значения параметров К и , входящих в передаточную функцию преобразователя сигналов.

1.9. Вычислить частоты сопряжения асимптот ЛАЧХ анализируемого устройства и значения коэффициентов передачи для этих частот.

1.10. Используя полученные значения, построить ЛАЧХ исследуемого преобразователя сигналов и определить его коэффициент передачи и полосу пропускания.

1.11. Сформулировать выводы по результатам выполненного задания.

Заданиe  7.2. Синтез комбинационного логического устройства в заданном базисе логических элементов.

По заданным параметрам синтезировать схему комбинационного устройства в заданном базисе логических элементов.

Для этого согласно варианту (см. табл. 7.5 и табл. 7.6) необходимо:

2.1. По исходным данным составить таблицу истинности устройства.

2.2. Записать совершенную дизъюнктивную (СДНФ) и совершенную конъюнктивную (CКНФ) функции алгебры логики (ФАЛ), описывающие поведение устройства.

2.3. Минимизировать ФАЛ устройства.

2.4. Привести минимизированную ФАЛ к базису заданных логических элементов (см. табл. 7.7).

2.5. Нарисовать схему устройства в заданном базисе логических элементов.

2.6. Нарисовать временную диаграмму, поясняющую работу устройства при подаче на его вход заданной последовательности проверочных входных кодов (см. табл. 7.8).

2.7. Сформулировать выводы по результатам выполненного задания.

Задание  7.3. Синтез цифрового автомата.

По известным параметрам синтезировать схему последовательностного устройства, формирующего на выходе заданную последовательность двоично-десятичных кодов.

Для этого согласно варианту (см. табл. 7.9) необходимо:

3.1. Определить число необходимых состояний и объем памяти цифрового автомата.

3.2. Преобразовать заданную последовательность выходных чисел к виду двоично-десятичного кода.

3.3. Определить разрядность выходного кода устройства.

3.4. Нарисовать обобщенную структурную схему проектируемого устройства.

3.5. Составить граф переходов цифрового автомата.

3.6. Выбрать тип триггера для реализации триггерной подсистемы цифрового автомата и записать его таблицу переходов.

3.7. Составить расширенную таблицу истинности, описывающую поведение проектируемого цифрового автомата.

3.8. Записать минимизированные ФАЛ, описывающие алгоритм работы комбинационной подсистемы устройства.

3.9. Привести полученные ФАЛ к стандартному базису логических элементов.

3.10. Составить схему цифрового автомата.

3.11. Нарисовать временные диаграммы, поясняющие работу разработанного устройства.

3.12. Сформулировать выводы по работе.


Задание 1

Расчёт и построение логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) преобразователя сигналов на операционном усилителе

Построим ЛАЧХ  со следующими параметрами: W2, W8.

С этой целью:

1. Вычерчиваем расчетную схему устройства, выбирая из таблицы 7.2 звено с передаточной функцией W2, которое включено во входную цепь ОУ, и звено с передаточной функцией W8, которое включено в цепь ООС ОУ с коэффициентом усиления К0  (рис. 1.1).

9. Частоты сопряжения ЛАЧХ для полученной функции  и значение исходного коэффициента передачи:

рад/c;   рад/c;

рад/c;    дБ.

10. Изменение коэффициента передачи устройства К в диапазоне действия отдельных звеньев можно определить из заданного наклона ЛАЧХ каждого звена, т. е.

дБ/дек.

Откуда

.

Знак перед логарифмом определяется расположением соответствующего сомножителя iр + 1 в выражении передаточной функции преобразователя : если он находится в числителе, то берётся знак (+), если расположен в знаменателе, то ставится (). Значения lg(вер) и lg(ниж) находят в диапазоне каждого наклона (отрезка) ЛАЧХ.

Так, в диапазоне частот 1…2 действует звено с постоянной времени 1, расположенное в знаменателе передаточной функции преобразователя. Для этого диапазона  дБ.

В диапазоне частот 2….3 действует звено с постоянной времени 1, расположенное в знаменателе передаточной функции устройства, и звено с постоянной времени 2, расположенное в числителе. Первое звено создает асимптоту с наклоном -20 дБ/дек, а второе – с наклоном +20 дБ/дек. Поэтому суммарный наклон ЛАЧХ равен нулю.

После частоты 3 действуют два звена, расположенные в знаменателе и одно звено, расположенное в числителе передаточной функции. Поэтому после 3 суммарный наклон ЛАЧХ равен –20 дБ/дек.

На рис. 1.3 представлена ЛАЧХ исследуемого устройства.

Полоса пропускания преобразователя составляет 0…1, в котором коэффициент передачи Кпер = 1.                        

11. Выводы по заданию 1.

Исследуемый преобразователь аналоговых сигналов фактически является фильтром нижних частот, обеспечивающий передачу сигналов в диапазоне частот 0…1, и ослабление сигналов на уровне -2,384дБ в диапазоне частот 23. После частоты 3  ЛАЧХ имеет постоянный наклон -20 дБ/ек.


Задание 2  

Синтез комбинационного логического

устройства в заданном базисе логических элементов

Рассмотрим выполнение задания со следующими параметрами: 8, 6, 13.

Согласно заданию из таблиц 7.6, 7.7 и 7.8 выбираем:

последовательность конституент единицы – 1, 2, 4, 5, 8, 10, 11, 12, 13, 14

базис логических элементов – 4ИЛИ-НЕ;

 последовательность проверочных кодов – 9, 10, 5, 0, 14, 7, 13, 2, 8

1. По заданным конституентам единицы составим таблицу истинности.

                                          Таблица 2.1 Таблица истинности

Х

Х3

Х2

Х1

Х0

F(X)

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

2

0

0

1

0

1

3

0

0

1

1

0

4

0

1

0

0

1

5

0

1

0

1

1

6

0

1

1

0

0

7

0

1

1

1

0

8

1

0

0

0

1

9

1

0

0

1

0

10

1

0

1

0

1

11

1

0

1

1

1

12

1

1

0

0

1

13

1

1

0

1

1

14

1

1

1

0

1

15

1

1

1

1

0

6. Нарисуем временные диаграммы, поясняющие работу устройства. В качестве входных сигналов используем коды: 9, 10, 5, 0, 14, 7, 13, 2, 8

Для получения временных диаграмм коды последовательно подаются на входы спроектированного устройства и прослеживается сигнал, проходящий по всем элементам схемы.

7. Выводы по заданию 2.

В результате выполнения работы получены ФАЛ, формально описывающие заданный алгоритм функционирования устройства. Выполнена минимизация СДНФ, в результате которой получена минимальная дизъюнктивная формы (МДФ) записи ФАЛ. Минимизация выполнена с использованием карт Вейча. МДФ ФАЛ приведена к виду, предполагающему ее реализацию с использованием элементов 4ИЛИ-НЕ. Синтезирована схема устройства в заданном базисе логических элементов, а с использование заданных проверочных кодов проверена правильность ее функционирования. Результат проверки свидетельствует, что функционирование разработанной схемы соответствует исходному заданию.


Задание 3

Разработка последовательностного логического устройства (цифрового автомата), реализующего заданный алгоритм функционирования

Рассмотрим пример синтеза последовательностного устройства, формирующего на выходе следующую последовательность кодов: 56, 92, 58, 72, 13, 87, 92.

1. Определим необходимое число состояний и требуемый объем памяти автомата, формирующего на выходе заданную последовательность выходных кодов. Согласно заданию на выходе устройства должно быть сформировано 6 чисел. При этом число 92 повторяется 2 раза. Поэтому на выходе формируется 6 различных чисел и .

Для определения числа требуемых триггеров воспользуемся выражением:

Итак, для реализации подсистемы памяти необходимо 3 триггера.

2. Преобразуем заданные коды к виду двоично-десятичных кодов. Результаты преобразования сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Двоично-десятичное представление выходных кодов.

Исходное число

Старший разряд выходного числа

Младший разряд выходного числа

Z7

Z6

Z5

Z4

Z3

Z2

Z1

Z0

56

0

1

0

1

0

1

1

0

92

1

0

0

1

0

0

1

0

58

0

1

0

1

1

0

0

0

72

0

1

1

1

0

0

1

0

13

0

0

0

1

0

0

1

1

87

1

0

0

0

0

1

1

1

92

1

0

0

1

0

0

1

0

3. Согласно полученной таблице для реализации заданной последовательности кодов необходимо использовать 8-ми разрядный код .

4. Обобщенная структурная схема проектируемого устройства имеет вид, показанный на рис. 3.1. Очевидно, что реализация проекта не требует использовать входной сигнал, т. е. имеем структуру автомата Мура.

5. Синтезируем граф переходов проектируемого устройства. Отметим, что для работы устройства необходимо 6 состояний в то время как при объеме памяти 3 триггера возможно формирование 8 состояний. Следовательно, 2 возможных состояния являются лишними и необходимо обеспечить работоспособность устройства при появлении на выходе этих лишних состояний (аварийный режим). Для этого надо предусмотреть принудительный выход из этих состояний. Примем, что при попадании устройства в лишнее состояние автомат должен вернуться к началу последовательности, при этом на выходе формируется нулевой код. Отвечающий сказанному граф переходов показан на рис. 3.2. В этом графе, в виду отсутствия входного сигнала, в числителе дроби, записанной над ребром графа, стоит прочерк.

Рис. 3.2. Граф переходов проектируемого устройства

6. Для реализации триггерной подсистемы выберем JK-триггер. Запишем таблицу переходов триггера данного типа.

          Особенностью данной таблицы является наличие большого числа неопределенных сигналов, что, с большой степенью вероятности, позволит упростить реализацию комбинационной подсистемы автомата за счет получения не полностью определенной расширенной таблицы истинности.

Таблица 3.2. Таблица переходов JK-триггера

Qn

Qn+1

J

K

0

0

0

-

0

1

1

-

1

0

-

1

1

1

-

0

На выборе типа триггера заканчивается проектирование подсистемы памяти. Она состоит из 3-х JK-триггеров. Сигнал ПОС Y, соответственно таблице переходов, является 6 разрядным (), по два управляющих сигнала на каждый триггер. Сигнал  - трехразрядный.

7. Составим расширенную таблицу истинности, описывающую работу комбинационной подсистемы автомата. Для этого состояниям, указанным на графе переходов, присвоим следующие коды: S0 = 000; S1 = 001; S2 = 010; S3 = 011; S4 = 100; S5 = 101; S6 = 110; S7 = 111.

Таблица 3.3. Расширенная таблица истинности

Комбинационной подсистемы автомата.

0

0

0

0

0

1

0

-

0

-

1

-

0

1

0

1

0

1

1

0

0

0

1

0

1

0

0

-

1

-

-

1

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

-

-

0

1

-

0

1

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

-

-

1

-

1

0

1

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

0

1

-

0

0

-

1

-

0

0

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

-

1

0

-

-

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

-

1

-

1

0

-

1

0

0

1

0

0

1

0

1

1

1

0

0

0

-

1

-

1

-

1

0

0

0

0

0

0

0

0

8. Минимизацию ФАЛ комбинационной подсистемы выполним с использованием карт Вейча.

Критерием при выборе того или иного базиса являлось получения наиболее простых выражения, что предполагает получение наиболее простой схемной реализации устройства.

Рис. 3.3. Схема проектируемого автомата

11. Нарисуем временные диаграммы, поясняющие работу спроектированного устройства. Для этого на вход С подадим последовательность импульсов синхронизации, а на выходах триггеров подсистемы памяти зададим одно из возможных состояний S.

Рис 3.4. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства

12. Выводы по заданию 3.

В результате выполнения работы определено число необходимых состояний и объем памяти цифрового автомата. Заданная последовательность выходных чисел преобразована к виду двоично-десятичного кода. Согласно составленной таблице определена разрядность входного кода устройства. Выбран тип триггера для реализации триггерной подсистемы цифрового автомата, особенностью его таблица переходов является наличие большого числа неопределенных сигналов, что, с большей вероятностью, позволяет упростить реализацию комбинационной подсистемы автомата за счет получения не полностью определенной расширенной таблицы истинности, описывающей поведение проектируемого цифрового  автомата. Минимизация ФАЛ, описывающие алгоритмы работы комбинационной подсистемы устройства, выполнена с использованием карт Вейча. Полученные ФАЛ приведены к стандартному базису логических элементов. Составлена схема цифрового автомата. Построены временные диаграммы, поясняющие работу разработанного устройства.

EMBED PBrush  

Рис. 3.1. Обобщенная структурная схема проектируемого устройства


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59952. Година спілкування «Ти – саме життя…» (22 березня – Всесвітній день води) 174.5 KB
  Цей вірш Алекси Павак якнайкраще передає сутність та роль води в нашому житті. З появою води приходить життя. За рішенням Генеральної Асамблеї та Організації Об’єднаних Націй 22 березня в усьому світі відзначається як День водних ресурсів або Всесвітній день води.
59953. Вода – источник жизни 765.5 KB
  Цель: Ознакомить с представлением о воде её свойствах. Ученики должны: осознать что вода это жизнь и здоровье; знать какие вещества и каким образом влияют на качество воды для питья для использования в быту и водные экосистемы...
59954. Вода - основа жизни 6.29 MB
  Учитель цель вступительное слово; Выступления: Чистая вода; Грязная вода; Грозная вода; Представитель службы спасения. В природе вода встречается в трех состояниях: жидком твердом и газообразном. Вода великое благо на Земле но может быть и великой угрозой.
59955. Кругообіг води в природі 157.5 KB
  Мета: формувати уявлення про кругообіг води в природі про перетворення води з одного смаку в інший вміння бачити і встановлювати залежність між компонентами природи розвивати світоглядні уявлення школярів; удосконалювати навички роботи...
59956. Поняття про якість води і гранично допустиму концентрацію речовин. Визначення якості води методами хімічного аналізу. Біологічні функції води 113.5 KB
  Мета: поглибити знання про будову води вміст води в організмах біологічні функції води; дати поняття про якість води і гранично допустиму концентрацію речовин; навчитися визначати якість води методами хімічного аналізу І.
59957. Різноманітність водоростей. Значення в природі та житті людини 173 KB
  Мета: ознайомити учнів з будовою та особливостями процесів життєдіяльності відділів Бурі Червоні Діатомові водорості; розглянути особливості пристосування до різних умов життя; з’ясувати значення водоростей у природі та житті людини.
59958. Значення водоростей в природі та житті людини 51 KB
  Основні поняття та терміни: екологія фармацевт технолог харчової промисловості мікробіологія агар йод осадові породи добрива самоочищення водойм планктон Обладнання: таблиці Водорості Роль водоростей у природі та народному господарстві...