Методичне забезпечення занять шкільного радіотехнічного гуртка (стр. 5 из 11)

Рис. 2

Рис. 3

Модуль ГОІ – генератор одиничного імпульсу (рис.3) – виробляє одиночний імпульс позитивної (вихід XI) або негативної (вихід Х2) полярності при одноразовому замиканні контактів кнопки SВ1. Про проходження імпульсу з виходу генератора сигналізує спалах світлодіода НL1. У модулі використано малогабаритну кнопку типу КМ-1 та світлодіод видимого спектру випромінювання.

Рис. 4

Модуль ГІ – генератор імпульсів (рис.4) – при замиканні контактів кнопки SB1 генерує електричні сигнали прямокутної форми. Частоту сигналу можна змінювати, у певних межах, резистором R1. Діапазон регулювання частоти можна також змінити, підключивши до клем ХТ1, ХТ2 додатковий конденсатор. При номіналах елементів, зазначених на схемі, частоту генератора можна змінювати в діапазоні 0,1 - 1Мгц. Індикація світлодіода НL1 свідчить про наявність імпульсів на виході генератора. У модулі використано малогабаритну кнопку типу КМТ-1 та світлодіод видимого спектру випромінювання.

Модуль І – індикації (рис.5) – призначений для забезпечення візуального контролю за станом входів та виходів цифрових ІС. Робота індикаторів НL1-НL8 свідчить про подачу на відповідні входи модуля рівнів логічної 1. У модулі використано світлодіоди видимого спектру випромінювання.

Зауважимо, що подані схеми модулів сумісні з цифровими інтегральними схемами ТТЛ (мікросхеми цієї серії виготовлені за, так званою, біполярною технологією; вони містять елементи, подібні на окремо виготовлені (дискретні) біполярні транзистори, діоди і резистори, причому діоди виготовляють на основі транзисторів – звідси й назва ТТЛ – транзисторно-транзисторна логіка). Аналогічні модулі доцільно виготовити і для роботи з ІС КМОН (ці мікросхеми будують за так званою МОН-технологією – метал-оксид-напівпровідник).

Рис. 5

Підвищений інтерес до цієї серії мікросхем викликаний у зв'язку з їх малою споживаною потужністю, що дозволяє виготовляти конструкції з автономним джерелом живлення.

В процесі вивчення розділу “Елементи цифрової техніки”, окрім виконання лабораторних робіт, програмою радіотехнічних гуртків передбачено практичне конструювання нескладних електронних блоків, що містять цифрові інтегральні схеми. Це сприятиме кращому засвоєнню теоретичного матеріалу, виробленню практичних умінь роботи з цифровими мікросхемами, розширенню загального політехнічного світогляду школярів.

2.2 Розробка лабораторних робіт до розділу «Елементи цифрової техніки»

Ефективність процесу вивчення розділу “Елементи цифрової техніки”, усвідомленого сприйняття та засвоєння учнями теоретичних основ функціонування сучасних електронних приладів залежить від багатьох як об’єктивних так і суб’єктивних чиннників, зокрема, організаційних форм та методів проведення занять, дидактичних підходів, прийомів тощо.

Чільне місце в цьому процесі відведено лабораторному практикуму.

Залучення учнів до виконання лабораторних робіт на заняттях шкільного радіотехнічного гуртка в ході вивчення розділу “Елементи цифрової техніки”, переслідує такі основні цілі:

- закріплення теоретичних знань з основ математичної логіки;

- вироблення вміння застосовувати їх у практичній діяльності (синтез електронних схем на логічних елементах);

- закріплення практичних умінь з радіотехнічного експерименту:

- розвиток творчих конструкторських здібностей;

- виховання культури праці.

Зміст кожної лабораторної роботи містить основні теоретичні відомості, які стосуються виконуваного експерименту, запитання для самоконтролю глибини і якості їх засвоєння. Лабораторні завдання не лише пов’язують елементи теорії з виконанням експерименту, а й являють собою основу для самоконтролю результатів, оскільки усі розрахункові вихідні дані моделюються експериментом.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

Тема. Дослідження роботи логічних елементів

Мета роботи: ознайомитись з принципом роботи та основними характеристиками найпростіших логічних елементів.

Обладнання: монтажна плата, радіодеталі (згідно поданих схем), паяльник, монтажні проводи, авометр.

Теоретичні відомості

Сучасна цифрова інтегральна мікросхема — це мініатюрний електронний блок, що містить у своєму корпусі транзистори, діоди, резистори та інші активні і пасивні елементи,— загальне число яких може сягати декількох десятків і навіть сотень тисяч! В залежності від числа елементів, розрізняють мікросхеми малого ступеня інтеграції, мікросхеми середнього ступеня інтеграції, великі інтегральні мікросхеми і надвеликі інтегральні мікросхеми. Мікросхеми малого ступеня інтеграції можуть містити 10 — 30, а надвеликі - 100 і більше тисяч як активных так і пасивних елементів.

Досліди, експерименти, про які піде мова на лабораторному практикумі, розраховані на використання мікросхем серії К155. Мікросхеми саме цієї серії є найбільш використовуваними в радіоаматорських конструкціях: генераторах, ігрових автоматах, вимірювальних приладах тощо.

До серії К155 входять більш 80 мікросхем різного ступеня інтеграції і функціонального призначення. Основою багатьох з них служать логічні елементи — електронні блоки, що реалізують найпростіші функції алгебри логіки.

Логічних елементів, що працюють як самостійні цифрові мікросхеми малого ступеня інтеграції і як компоненти мікросхем більш високого ступеня інтеграції, можна нарахувати кілька десятків. Їх основу становлять елементи І, АБО, НЕ, І-НЕ. Елементи І, АБО, НЕ — основні, а елемент І-НЕ є комбінацією елементів І та НЕ.

Що ж являють собою ці «цеглинки» цифрової техніки, яка логіка їх дії? Відразу уточнимо: в основу роботи логічних елементів (та й цифрових мікросхем взагалі), покладено двійкову систему числення, яка базується на двох цифрах - одиниці (1) та нулі (0). Звідси й узагальнена назва розглянутих логічних елементів мікросхем та створюваних на їх базі приладів — цифрові. Ці дві цифри двійкової системи числення дозволяють записувати і «запам'ятовувати» практично будь-які числа. Наприклад, десяткове число 24, в двійковій системі числення, записується як 11000. Щоб отримати цей результат (перетворити число десяткової системи числення, в число будь-якої іншої системи) необхідно скористатись правилом ділення десяткового числа на основу тієї системи числення в яку треба перетворити дане число (тобто на 2, коли мова йде про двійкову систему числення). Остача від ділення на два може бути рівною 0 або 1. Значення остачі присвоюють молодшому розряду шуканого двійкового числа. Результат першого ділення знову ділять на два. Остачу (0 або 1) присвоюють наступному розряду двійкового числа. Подібну процедуру повторюють доти, поки результат ділення не дорівнюватиме нулю. Остача від останньої дії є значенням старшого розряду двійкового числа.

Особливо зручною дана система числення виявилася для програмування і роботи ЕОМ.

Відповідно до прийнятої системи числення електричний сигнал невеликого (чи нульового) рівня напруги, що складає десяті долі вольта, вважають логічним 0, а сигнал більш високого рівня напруги (у порівнянні з логічним 0 може сягати декількох вольт) - логічної 1. Наприклад, говорять: «на вхід елемента (чи мікросхеми) подано сигнал логічної 1». Це значить, що на вхід елемента (чи мікросхеми) подано електричний сигнал напруга якого сягає декілька вольт.

Рис. 6

Отже, рівнями (величинами електричних сигналів) на вході та виході логічних елементів, вираженими цифрами двійкової системи числення, характеризують електричний стан і роботу усіх цифрових мікросхем.

Графічне зображення логічного елемента І подано на рис.6а. Його умовним графічним символом є знак “&” (так в англ. мові позначають сполучник “і”), який ставлять усередині прямокутника. Ліворуч — два (може бути і більше) логічних входи – Х1 та Х2, праворуч — вихід Y. Логіка дії елемента така: сигнал логічної 1, з'явиться на виході лише тоді, коли сигнали такого ж рівня будуть подані на всі його входи.

Зрозуміти цей процес допоможе електричний аналог елемента (рис. 6в), зібраний з послідовно з'єднаних джерела живлення GВ1, вимикачів SВ1, SВ2 та лампи розжарення НL1. Вимикачі імітують наявність (присутність) електричного сигналу на вході аналога, а лампа - індикує рівень сигналу на виході. Розімкнутий стан контактів вимикачів відповідає сигналу логічного О, замкнутий - логічної 1. Доки контакти вимикачів не замкнуті (на обох входах логічний 0), електричне коло аналога розімкнуте, лампа не світиться. Неважко здогадатись: лампа засвітиться лише тоді, коли контакти кнопок SВ1 та SВ2 будуть замкнутими. У цьому і полягає логічний зв'язок між вхідними і вихідними сигналами елемента.

Про стан і логічний зв'язок між вхідними та вихідними сигналами в елементі І свідчить так звана таблиця істинності (рис. 6б.).

Рис. 7

Умовним символом наступного логічного елемента - АБО є цифра 1, розміщена усередині прямокутника (рис.7а.).

Даний елемент, як і попередній, може мати два і більше входи. Сигнал логічної 1 на виході Y, появиться лише при подачі такого ж сигналу на вхід Х1, або на вхід Х2, або ж одночасно на обидва входи. Щоб переконатися в такій логіці дії елемента АБО, слід провести дослід з його електричним аналогом (рис. 7в.). Лампа НL1 засвічуватиметься тоді, коли будуть замкнуті контакти кнопки SВ1, або SВ2.