Мухин В.И. Электротехника с основами электроники. Учебное пособие. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

291

Перед набором другой кодовой комбинации триггеры Т

, Т

вновь устанавливаются ключом К

в нулевое состояние.

Шифраторы. На рис. 13.23 а-б показаны принципиальная схе-

ма шифратора для преобразования десятичного числа в код двоичного

числа и его условное обозначение. Входы обозначены десятичными циф-

рами, а выходы - двоичными кодовыми числами (символ CD соответ-

ствует английскому «coder»). Десятичные числа вводятся ключами K

÷K

Выходы шифратора - это вертикальные проводники, соединен-

ные через резисторы R

÷R

с источником питания и корпусом.

Рис.13.23

Диоды каждого горизонтального проводника с резисторами об-

разуют логические элементы «И». Код двоичного кода формируется из

электрических сигналов, соответствующих сумме слагаемых:

292

N2=

∑

где N - двоичное число; n - разряд числа.

При нажатии определенного ключа элемент И формирует элект-

рический сигнал, являющийся кодом двоичного числа.

Регистры.

Регистром называется устройство, предназначенное для записи

и хранения двоичного числа или иной кодовой комбинации, а также вы-

полнять функции связанные с преобразованием информации.

С помощью регистра можно получить инвертированный код,

осуществлять сдвиг информации на один или несколько разрядов, пос-

ледовательный код превратить в параллельный и наоборот, параллель-

ный код превратить в последовательный. На рис. 13.24 приведена типо-

вая схема регистра для запоминания и выдачи числовой информации.

Он состоит из трех триггеров с прямыми входами и шести элементов

«И»: на входах триггеров И

, И

, а также прямых выходах триггеров

, И

Рис.13.24

R-входы триггеров присоединены к шине установки их в «0»

состояние. На первые входы элементов И

, И

поступают коды чисел

подлежащих записи. Их вторые входы подключены к шине генераторов

импульсов записи. Считывание информации производится с выходов y

, y

Для обеспечения команд в ЭВМ широко применяются сдвигаю-

щие регистры. На рис. 13.25 приведена схема трехразрядного сдвигаю-

щего регистра, построенная на D-тригтерах. Рассмотрим работу сдвига-

ющего регистра на примере записи трехразрядного двоичного числа

А(а

), поступающего на вход D в последовательном коде младшим

разрядом вперед.

293

Рис.13.25

При первом импульсе на продвигающей шине С, содержимое

бита* а

переписывается в триггер D

и появляется на его выходе Q

после этого импульса. При втором импульсе информация с выхода Q

переписывается в триггер D

, а содержимое бита а

, в триггер D

. По

окончании второго импульса на выходе D

будет состояние а

, а на выхо-

де D

- а

. После третьего импульса синхронизации на шине «С» все трех-

значное число окажется записанным в регистре. Считывать записанную

информацию из сдвигающего регистра можно либо в последовательном

коде с выхода Q

, поочередно продвигая ее через все разряды регистра

следующими тремя импульсами, либо в параллельном коде с выходов

, Q

), причем на выходе Q

будет присутствовать младший разряд

записанного числа. Во втором случае, регистр одновременно будет вы-

полнять преобразование последовательного кода в параллельный. Пос-

ле записи числа в регистр сдвиг его еще на один разряд приводит к тому,

что крайний справа бит выходит за пределы разрядности регистра. Со-

единяя выход Q

с D-входом триггера D

получим схему кольцевого ре-

гистра, выполняющего сдвиг хранимой в нем информации по кольцу триг-

геров в направлении против часовой стрелки. Выполняя соответствую-

щую перекоммутацию можно изменить направления сдвига информа-

от слова bit (англ.) - кусочек. Это 0 или 1 в двоичном разряде. Группу из 8 бит

называют байтом, из 16 бит - машинным словом.

1024 байт, килобайт (Кбайт) = 2

байт; 1024 килобайт называют мега-

байтом; 1024 М байт называют Гигабайтом.

Современные персональные ЭВМ могут хранить в своей памяти на

жестких магнитных дисках цифровую информацию объемом в несколько Гига-

байт.

294

ции или же получить схему реверсивного регистра,

подавая сигнал на вход разрешения сдвига влево VL

или на вход разрешения вправо. На рис. 13.26 при-

ведено условное изображение регистра.

В средней части под буквами RG одно или

двухсторонняя стрелка означает, что регистр сдви-

гает в одну или обе стороны. Слева от прямоуголь-

ника показаны входные цепи, справа - выходные.

Как показывает анализ, сдвиг двоичного кода влево на один раз-

ряд с записью 0 в младший бит результата соответствуют умножению

исходного числа на 2, а сдвиг на 1 разряд вправо - выделению целой

части результата деления этого числа на 2. Умножение двух произволь-

ных двоичных чисел сводится к операциям сдвига и суммирования.

Микропроцессор (МП) (рис. 13.27) - это полупроводниковый

прибор, предназначенный для обработки информации и управления, рас-

считанный на совместную работу с устройствами памяти, ввода-вывода

информации и другими периферийными устройствами. Микропроцес-

сор выполняется в виде одной или нескольких больших интегральных

схем (БИС), с программируемой логикой. Для функционирования мик-

ропроцессора используются специальные программы, которые хранятся

в памяти (МП).

Микропроцессор состоит из арифметико-логического устрой-

ства (АЛУ), устройства управления

(УУ), блока внутренних регистров и

системы, обеспечивающей связь

между внутренними устройствами

(интерфейс).

Структурная схема микропро-

цессора показана на рис. 13.27.

АЛУ - производит арифмети-

ческие и логические операции пред-

ставленные в двоичном коде.

Структура АЛУ достаточно

сложная, содержит как правило сумма-

тор по модулю 2, дешифратор, сдвига-

ющий регистр, регистр для временно-

го хранения исходных данных. Устрой-

ство управления управляет АЛУ и все-

Рис. 13.26.

Рис. 13.27.

295

ми другими элементами МП. В нем поступающие из памяти команды

преобразуются в двоичные коды, непосредственно воздействующие на

все элементы МП и обеспечивающие выполнение определенной коман-

ды. Устройство управления соединено с генератором синхронизирую-

щих сигналов (таймером), с помощью которого выполняются команды.

Блок внутренних регистров образует оперативную память МП и содер-

жит специальные регистры и регистры общего назначения (РОН). Реги-

стры имеют между собой общие связи. Регистры общего назначения пред-

назначены для хранения промежуточных результатов, адресов, команд,

возникающих в ходе выполнения программы. Шины служат для связи

внутренних устройств между собой и с внешней аппаратурой (интер-

фейс). Информация по линиям связи передается в двоичном коде.

Подробно устройство и

работа описаны в курсе «Элект-

ронные вычислительные маши-

ны».

Микропроцессор не мо-

жет быть использован в качестве

самостоятельного устройства.

Для обеспечения его работы тре-

буется внешняя память, источник

питания, устройства ввода и вы-

вода информации, печатающие

устройства, мониторы, память

управления, комплект математи-

ческого обеспечения.

Упрощенная схема мик-

ро-ЭВМ показана на рис. 13.28.

ЭВМ, как правило, вы-

полняют на нескольких кристал-

лах БИС. Микропроцессорные

схемы находят широкое примене-

ние в различных отраслях науки

и техники. Их применяют для управления производственных процес-

сов, в системах сбора данных, обработке информации в технике связи,

измерительной технике и т. д.

Рис. 13.28.

296

Приложение 1

Система обозначений полупроводниковых приборов и

интегральных микросхем [14]

Современные отечественные полупроводниковые приборы и ин-

тегральные микросхемы обозначают кодом, состоящим из буквенного

алфавита и цифр.

Первый элемент обозначения (буква или цифра) определяет ис-

ходный полупроводниковый материал:

Г или 1 - германий; К или 2 - кремний; А или 3 - соединения

галлия; И или 4 - соединения индия.

Второй элемент (буква) определяет подкласс прибора:

Т - биполярные транзисторы; П - полевые транзисторы; Д -дио-

ды выпрямительные; Ц - выпрямительные столбы, блоки; А - диоды СВЧ;

И - туннельные диоды, В - варикапы; С - стабилитроны; Н - тиристоры

диодные; У - тиристоры триодные; Л - светоизлучающие приборы, опто-

электронные пары.

Третий элемент (цифра) — характеризует назначение, принцип

действия.

Например, цифра 1 - характеризует мощность транзистора (до

0,3 Вт); цифра 2 - частотные свойства (до 30 МГц); цифра 3 - СВЧ, свы-

ше 30 МГц; цифры 4, 5, 6 - обозначают принадлежность к средней мощ-

ности (0,3÷1,5 Вт);цифры 7, 8, 9 - мощные транзисторы (свыше 1,5 Вт).

При обозначении оптронных пар: вместо цифры используют бук-

вы: Р - резисторные оптопары; Д - диодные; У - тиристорные; Т -транзи-

сторные.

Четвертый элемент (двузначное или трехзначное число) обозна-

чает порядковый номер разработки прибора в данной серии.

Пятый элемент (буква) указывает на классификацию по пара-

метрам (коэффициент передачи тока, напряжение стабилизации и др.).

Пример: ГТ308В - германиевый (Г) транзистор (Т) высокочас-

тотный, малой мощности (3), номер разработки (08), с коэффициентом

передачи (50÷120) (В).

Пример: КД202Р - кремниевый (К), выпрямительный диод (Д),

средней мощности (2), номер разработки (02), с максимально допусти-

мым напряжением 600 В (Р).

В обозначении полупроводниковых фотоэлектрических прибо-

ров первый элемент (две буквы): ФР - фоторезистор, ФД - фотодиод.

297

Второй элемент (буквы) обозначает материал, из которого изго-

товлен прибор: ГО - германий; ГБ - германий, легированный бором; ГЗ -

германий, легированный золотом; К - кремний; КГ - кремний, легиро-

ванный галлием; РГ - арсенид галлия и т. д.

Третий элемент (трехзначное число) - является порядковым но-

мером разработки прибора.

Четвертый элемент (буква) - означает подгруппу полупроводни-

ковых фотоэлектрических приборов; У - фототранзисторы униполярные;

Б - фототранзисторы биополярные; Л - фотодиоды лавинные; Т -фототи-

ристоры и т. д.

Пример: ФДГ З-001К - фотодиод из германия, легированной зо-

лотом, координатный, номер разработки 001.

Жидкокристаллические индикаторы:

Первый элемент - ИЖК (индикатор жидкокристаллический).

Второй элемент - буква (Ц - цифровой, С - символьный).

Третий элемент - число, обозначающее номер типа.

Четвертый элемент (после дефиса) - дробь, числитель которой

указывает число разрядов индикатора, а знаменатель - высоту знака в

миллиметрах.

Пример: ИЖКЦЧ-6/17 - шестиразрядный индикатор, цифровой,

с высотой знака 17 мм.

Обозначение интегральных микросхем (ИМС):

1, 5, 7 - полупроводниковые; 2, 4, 6, 8 - гибридные; 3 - прочие

(например, пленочные).

Второй элемент - (двух или трехзначное число) означает номер

разработки.

Третий элемент (две буквы) определяет подгруппу и вид ИМС

по функциональному назначению:

ЛИ - логический элемент И; ТД - триггер динамический; ИР -

цифровой регистр и т. д.

Четвертый элемент - порядковый номер ИМС в серии по функ-

циональному признаку.

Различные буква (например, К, КР) перед условным обозначе-

нием некоторой серии микросхем определяют характерные их особен-

ности. Для корпусных микросхем перед обозначением добавляют букву Б.

Пример: К140УД 14А означает: К - микросхема широкого при-

менения, 1 - полупроводниковая, 40 - порядковый номер серии (серия

298

140), УД - операционный усилитель, 14 - порядковый номер операцион-

ного усилителя определенного значения.

Пример: 284КН1 означает: 2 – гибридная, 84 - порядковый но-

мер серии (серия 284), КН - коммутаторы, 1 - порядковый номер комму-

татора в серии 284.

Приложение 2

Устройство зарядки аккумуляторов*

Состоит из двух блоков:

1. Блок управления.

2. Силовой блок.

Переменное сетевое напряжение через выключатель S

подает-

ся на первичную обмотку трансформатора Т

. Напряжение с выводов 1÷2

вторичной обмотки подается на мостовую схему выпрямителя V

блока

управления. Импульсы выпрямленного тока подаются на зарядную часть,

состоящую из резисторов R

, R

и конденсатора С

. Импульсное напря-

жение также подается в базовую цепь аналога триодного тиристора (три-

нистора), состоящего из транзисторов V

и V

и соединенных как пока-

зано на схеме. На эмиттер транзистора V

подается напряжение в поло-

жительной полярности с конденсатора С

. В цепи эмиттера V

включена

одна из трех одинаковых обмоток трансформатора Т

, выполненного на

ферритовом стержне марки 600 нн (от антенны радиоприемника) дли-

ной (5÷6) см. Обмотки W

, W

по 60 витков, провода ПЭВ 0,15 мм.

Изменяя величину R

(установки) можем изменять скорость на-

растания напряжения на конденсаторе С

, и, когда оно достигнет напря-

жения срабатывания, конденсатор разрядится через составной транзис-

тор и обмотку трансформатора Т

. При этом, на выходах обмоток W

, W

после диодов получим кратковременные импульсы, которые подаются

на управляющие электроды (выводы 3-4; 3'-4) тиристоров V

, V

, к ано-

дам которых подключена вторичная обмотка трансформатора Т

. Заряд-

ка аккумуляторов производится импульсами выпрямленного тока. Сред-

нее значение тока можно контролировать амперметром. Установочным

резистором R

ус

можно изменять величину зарядного тока.

*) Разработано инженером НИИВТ Щегловым В.И.

299

Схема устройства зарядки аккумуляторов

Список литературы

1. Аннотированные рабочие программы. Учебное пособие/С.В.

Горелов, В.И. Мухин, В.Ф. Тонышев. – Новосибирск, НГАВТ, 2002. – 77с.

2. Седов Н. Н. Электротехника и электроника: Метод. указ.и

контр. задания для студентов-заочников инженерно-эконом. и эконом.

специальностей высш. учеб. заведений. М.: Высш. шк., 1990. -87 с.

3. Мухин В.И. Электротехника с основами электроники. Ч.1. Ана-

лиз электрических цепей синусоидального тока: Метод. указ. к лаб. и прак-

тич. работам для студентов не электротехнических специальностей./ В.И.

Мухин, С.В. Горелов, Ю.В. Демин – Новосибирск, НГАВТ, 1999. – 62 с.

4. Мучник А. Я. Общая электротехника./А.Я. Мучник, К.А. Пар-

фенов – М.: Высш. шк., 1967. – 446 с.

300

5. Электротехника и электроника. Кн. 1. Электрические и маг-

нитные цепи: учеб. для вузов. – В 3-х кн.: кн. 1 / В. Г. Герасимов, Э. В.

Кузнецов, И. В. Николаева и др.; Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Энерго-

атомиздат, 1996. – 288 с.

6. Евсюков А. А.Электротехника. Учеб. пособие для студентов

пед. ин-тов. – М.: Просвещение, 1979. – 248 с.

7. Электротехника. Учеб. пособие для вузов / М. Ю. Анвельт, В. Г.

Герасимов, В. П. Данильченко и др.; Под ред. проф. В. С. Пантюшина. – М.:

Высш. шк., 1976. – 560 с.

8. Захаров В. И. Методические указания к контрольной работе

по курсу «Основы метрологии и электрические измерения» для студентов

специальности «Электропривод и автоматизация промышленных устано-

вок и технологических комплексов». – Новосибирск: НГАВТ, 1995. – 22 с.

9. Соколов Б.П. Электротехника и основы электроники. Метод.

указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-

технических специальностей высш. учеб. заведений М.: Высш.шк. 1981,

- 126с.

10. Китаев В.Е. Электротехника с основами промышленной элек-

троники. Учебное пособие /В.Е. Китаев, Л.С. Шляпинтох. М.: Высш.шк.

1964. – 411с.

11. Мухин В. И. Электротехника с основами электроники. Ч.2.

Трансформаторы и электрические машины: Метод. указ. к лаб. и прак-

тич. работам для студентов не электротехнических специальностей./В.И.

Мухин, С.В. Горелов, Ю.В. Демин. – Новосибирск, НГАВТ, 1999. – 26 с.

12. Морозов А. Г. Электротехника, электроника и импульсная

техника: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 1987. – 448 с.

13. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. – В 3-х

кн.: кн. 2 Электромагнитные устройства и электрические машины. В. И.

Киселев, А. Н. Копылов, Э. В. Кузнецов и др.; Под ред. проф. В. Г. Гера-

симова. – М.: Энергоатомиздат, 1997. – 272 с.

14. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. – В 3-х

кн. Кн. 3. Электрические измерения и основы электроники / Г. П. Гаев,

В. Г. Герасимов, О. М. Князьков и др.; Под ред. проф. В. Г. Герасимова. –

М.: Энергоатомиздат, 1998. -432 с.

15. Мухин В. И. Методические указания к лабораторным и прак-

тическим работам по электротехнике. Ч.3. Основы электроники./В.И.

Мухин, С.В. Горелов – Новосибирск: НГАВТ, 2000. – 44 с.