Все эти требования должны быть положены в основу разработки принципиальной электрической схемы, внешнего вида и конструкции стенда данного дипломного проекта.

2. СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1. Разработка схемы электрической функциональной

Электрическая функциональная схема стенда включает в себя следующие модули:

Модуль логических элементов "Л";

Модуль формирователей и генераторов "Ф";

Модуль счетчика "С";

Модуль регистра "Р";

Модуль дешифрации "D";

Модуль триггеров "Т";

Модуль преобразователей кода "П";

Модуль арифметико-логического устройства "АЛУ"; Модуль оперативно-запоминающего устройства "ОЗУ";

Модули аналого-цифрового и цифро-аналогового устройств "АЦП" и "ЦАП" ;

Модуль источника питания "БП".

Модуль "Д" предназначен для изучения принципа дешифрации двоичного кода на выходе счетчика в цифры десятичного кода. Собран на микросхеме К514ИД2 (дешифратор для семисегментного индикатора) и светодиодной матрицы индикаторе АЛС333Б.

Модуль "АЦП" преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Модуль "ЦАП" предназначен для преобразования цифрового сигнала в аналоговый.

Модуль "АЛУ" предназначен для преобразования кодов чисел в процессе вычислений путем выполнения над ними арифметических, логических и прочих операций.

Модуль "ОЗУ" предназначен для относительно кратковременного хранения часто сменяющейся информации.

Все элементы схемы, требующие синхронизации, управляются формирователем "Ф".

Индикация осуществляется в каждом модуле схемы с помощью светодиодов красного свечения типа АЛ307БМ.

Так как, в основном, модули работают поочередно в каждой лабораторной работе, в схеме предусмотрен переключатель на восемь положений, который переключает группы светодиодов, функционирующих в конкретном изучаемом режиме стенда. На функциональной схеме поочередное подключение светодиодов к источнику питания отражено наличием модуля переключения индикации.

Модуль источника питания "БП" предназначен для питания стенда от сети 220 В. Он вырабатывает постоянное напряжение 5 В при токе 1 А. Источник питания собран на микросхеме КР142ЕН5А (стабилизатор с фиксированным выходным напряжением 5 В).

2.2. Разработка схемы электрической принципиальной

Стенд выполнен на интегральных микросхемах серий К155, К514, К555, К551; светодиодной матрице АЛС333Б, светодиодах АЛ307БМ и транзисторах КТ315. Стенд представляет собой усовершенствованное универсальное техническое средство обучения, предназначающееся для получения практических навыков и углубления теоретических знаний студентов в области цифровой техники.

Стенд дает возможность исследовать работу логических элементов, их передаточные характеристики, а также изучить работу триггера Шмитта. Он дает возможность изучить работу генератора прямоугольного напряжения (ГПН), а также формирователя импульсов и генератора одиночного импульса, причем формирователь импульса, генератор одиночных импульсов и ГПН, студенты практически могут собрать из элементов, при этом формирователь и ГПН уже встроены в стенд. Стенд позволяет наблюдать работу и снять таблицу состояний "RS", "D", "T", "JK" триггеров, причем "RS" триггер собирается на логических элементах, а "D" и "Т" триггеры собираются практически студентами из "RS" триггеров (как показано на лицевой панели), построенных на базе "JK" триггеров, установленных на плате стенда. Стенд позволяет изучить работу: сдвигового регистра; счетчика с последовательным переносом, собираемого из "Т" триггеров (как показано на лицевой панели), счетчик реализован на одной микросхеме и перемычках; двоично-десятичного универсального счетчика, дешифратора двоичного кода, дешифратора с выходами на семисегментную светодиодную матрицу, преобразователя кода, состоящего из мультиплексора и демультиплексора (в стенде предусмотрена возможность наблюдения за передачей информации в режиме уплотнения каналов),исследовать работу арифметико-логического устройства (АЛУ), оперативно - запоминающего устройства (ОЗУ),цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразователей (соответственно ЦАП и АЦП).

Все возможности стенда реализованы в девятнадцати лабораторных работах: логические элементы, формирователь импульсов и генераторы, триггер Шмитта, интегральные триггеры, универсальный сдвиговый регистр, счетчик с последовательным переносом, универсальный двоично-десятичный счетчик, дешифраторы, преобразователи кода, АЛУ, ОЗУ, ЦАП и АЦП.

Принципиальная схема стенда выполнена в основном на тех микросхемах, которые исследуются в лабораторных работах. Для индикации входных и выходных уровней микросхем применены светодиоды АЛ307БМ (светящийся светодиод соответствует логической "1" уровня ТТЛ). Питание подается постоянно на все микросхемы.

В правом верхнем углу стенда расположен галетный переключатель на десять положений, с помощью которого коммутируются необходимые для той или иной работы светодиоды, а все остальные при этом не работают.

Принципиальная схема стенда выполнена в виде схем отдельных узлов, представленных на лицевой панели.

Узел дешифраторов состоит из микросхем D11 типа К514ИД2 и светодиодной матрицы Н1 типа АЛС333Б, которые работают совместно с узлом счетчика. Этот узел позволяет наблюдать дребезг контактов кнопки S1. При этом сначала надо установить счетчик в нулевое состояние путем нажатия кнопки S2.При нажатии кнопки S1 вырабатывается серия импульсов, образующихся при дребезге кнопки, которая передается через элементы D1.2 и D5.2 на счетный вход счетчика и подсчитывается им. Пока не отпущена кнопка S1, уровень логической "1" с этой кнопки разрешает прохождение импульсов с частотой 1 Гц, что позволяет отличить данный режим работы от других. Резистор R5 формирует на входе элемента D1.2 уровень логического "0", в то время, когда подвижный контакт кнопки S1 находится в промежуточном положении и не касается неподвижных контактов. Это необходимо для обеспечения правильной работы схемы при исследовании дребезга S1 (регистрация дребезга только при нажатии S1).

Дешифратор двоичного кода реализован на второй половине микросхемы DD11 типа К514ИД2. Для включения только второй половины микросхемы необходимо подать на вход W2 логический "0", что и делает галетный переключатель, когда включает цепь: земля - вход W2 (положение переключателя S14.2 - восьмое). Код (адрес) передается от счетчика DD3 по адресной шине А1 и А2. Выходные логические уровни индицируются светодиодами НL58-HL62.

Демультиплексор DD11 типа К155ИД4 используется вместе с мультиплексором DD10 типа К155КП7. Входные логические уровни мультиплексора задаются переключателями S5-S8, адресная шина подключена к выходной шине счетчика DD3, который также необходим в этой работе. Третий адресный вход А3 соединен со входом V и с землей через галетный переключатель S14.2:7. Вход А3 соединен с "землей", так как используются только четыре входа мультиплексора, а вход V соединен с "землей", так как это вход разрешения, а также потому, что это инверсный вход. Входные и выходные логические уровни индицируются светодиодами HL48 - HL53.