Введение в специальность

Составитель:

Р.Г. Ходасевич, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

Кафедра телекоммуникаций Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол № 6 от 19.02.2003 г.);

Кафедра электроники Военной академии Республики Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 8 от 10.03.2003 г.);


Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)


^

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Типовая программа «Импульсные и цифровые устройства» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98 для специальности I-39 01 01 Радиотехника высших учебных заведений.

Цель дисциплины - дать студентам знания по фундаментальным основам цифровой и микропроцессорной техники, а также по вопросам проектирования радиоэлектронных устройств, реализующих цифровые методы управления, формирования и обработки сигналов.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

- основные типы импульсных и цифровых устройств, их назначение, принципы работы, параметры и характеристики, схемотехнические методы построения, булеву алгебру, методы лингвистического описания логических схем;

уметь характеризовать:

- физические процессы, происходящие в цифровых и микропроцессорных устройствах;

уметь анализировать:

- импульсные устройства, используя расчетные соотношения, связывающие характеристики устройств с параметрами радиоэлектронных компонентов;

- цифровые устройства, используя аппарат булевой алгебры и теории конечных автоматов;

приобрести навыки:

- анализа и синтеза комбинационных и последовательных устройств.

Исследования импульсных и цифровых схем в процессе выполнения лабораторных работ рекомендуется проводить методом компьютерного моделирования с помощью пакета программ «WORKBENCH ELECTRONIC».

Программа рассчитана на общий объем 135 часов, в том числе 85 аудиторных часов.


^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


ВВЕДЕНИЕ


Предмет и основные задачи курса. Характеристики импульсного процесса. Основные понятия и определения. Виды и параметры импульсных сигналов. Параметры электрических импульсов. Элементная база импульсной техники: пассивные линейные цепи, нелинейные элементы, ключевые устройства, операционные усилители, функциональные импульсные устройства. Типы и общая характеристика импульсных и цифровых устройств.

^ Раздел 1. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ


Позиционные системы счисления. Двоичная и десятичная системы счисления, перевод целых чисел из одной системы в другую.

Алгебра логики, основные понятия. Логические переменные. Простейшие логические операции: отрицание, логическое умножение, логическое сложение. Логические функции. Способы задания логических функций. Основные законы и правила алгебры логики. Преобразование булевых выражений. Тождественные преобразования, дизъюнктивные нормальные формы логических выражений, отрицание выражений. Минимизация логических функций. Аналитические и табличные методы минимизации. Минимизация не полностью определенных логических функций. Логические схемы. Логический базис. Построение логических схем по логическим уравнениям. Операция неравнозначности, реализация ее в различных базисах. Комбинационные схемы. Синтез комбинационных схем. Примеры синтеза двоичного сумматора и преобразователя кодов.


^ Раздел 2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ И ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ


Характеристики электронных ключей. Ключи на биполярных транзисторах. Принцип действия, условия работоспособности, рабочие характеристики насыщенного транзисторного ключа с общим эмиттером. Методы повышения быстродействия транзисторных ключей: ключ с форсирующей емкостью, ключ с отрицательной нелинейной обратной связью. Ключевые схемы на МОП-транзисторах. Логические элементы. Основные параметры и характеристики логических элементов. Общая характеристика серий цифровых интегральных микросхем. Условные обозначения цифровых микросхем. Параметры, характеристики и особенности схемотехнического построения базовых логических элементов ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, n-МОП, p-МОП, k-МОП, ИИЛ, ПТШ-GaAs серий. Многовходовые и многоступенчатые интегральные ключевые схемы.


^ Раздел 3. ТРИГГЕРЫ


Классификация триггеров, условные обозначения. Симметричные статические триггеры на потенциальных логических элементах. Асинхронный RS-триггер. Синхронный RS-триггер. Синхронный двухступенчатый RS-триггер (МS-триггер) D-триггеры. Т-триггеры. JK-триггеры. Реализация D- и T-триггеров на JK-триггере. Комбинированные триггеры.

Несимметричный статический триггер (триггер Шмитта), принцип действия, назначение, условия работоспособности, основные характеристики, реализация на различных компонентах.


^ Раздел 4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА


Регистры: параллельные, последовательные, параллельно-последова-тельные, специализированные.

Счетчики: суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики с последовательным, параллельным и сквозным переносами информационных импульсов. Двоично-десятичные счетчики. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета.

Шифраторы и дешифраторы.

Мультиплексоры и демультиплексоры.

Реализация комбинационных устройств на мультиплексорах.


Раздел 5. ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ

^ ФОРМИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА


Преобразование типовых импульсных сигналов RC-цепями. Осуществление операций дифференцирования (укорачивания) и интегрирования (удлинения) импульсов с помощью RC-цепей. Влияние паразитных элементов на форму выходных сигналов. Применение операционных усилителей с обратной связью для повышения точности дифференцирования и интегрирования. Свойства линий задержки (ЛЗ). Основные типы ЛЗ. Формирование импульсных сигналов с помощью линий задержки.

Амплитудные ограничители. Принцип действия, передаточные характеристики, основные типы диодных и транзисторных ограничителей. Усилители-ограничители на операционных усилителях и логических элементах.


^ Раздел 6. ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ


Общие сведения о генераторах прямоугольных импульсов.

Мультивибраторы. Основные характеристики и режимы работы мультивибраторов.

Ждущие и автоколебательные мультивибраторы на логических элементах: принцип действия, разновидности схемной реализации, условия работоспособности и основные характеристики.

Мультивибратор на операционном усилителе в автоколебательном и ждущем режимах: принцип действия и основные характеристики.

Ждущие и автоколебательные блокинг-генераторы, основные характеристики, варианты схем.


Раздел 7. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО

^ ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ


Основные характеристики и области применения генераторов линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Принцип действия и основные характеристики ГЛИН с простой интегрирующей RC-цепью. Методы улучшения линейности ГЛИН: ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником; ГЛИН с компенсирующей ЭДС; ГЛИН с емкостной обратной связью.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Основные направления и перспективы развития импульсных и цифровых устройств.


^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ


1. Минимизация логических функций аналитическим и табличным методами.

2. Анализ и синтез комбинационных схем на логических элементах.

3. Реализация логических выражений и устройств на мультиплексорах.

4. Анализ и синтез триггеров и счетчиков.


^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


1. Моделирование работы импульсных и цифровых устройств в среде «WORКBENCH ELEСTRONIC».

2. Электронные ключи на биполярных транзисторах.

3. Интегральные ключевые схемы.

4. Формирователи импульсов на цифровых интегральных микросхемах.

5. Исследование триггерных схем .

6. Исследование регистров и двоичных счетчиков .

7. Исследование мультивибраторов .

8. Генераторы линейно изменяющегося напряжения .

9. Минимизация логических функций .

10. Синтез комбинационных схем на логических элементах.


ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. пособие. -М.: Радио и связь, 1992.
   
2. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства. -М.: Высш. шк., 1989.
   

3. Основы радиоэлектроники /Под ред. Г.Д. Петрухина.- М.: МАИ, 1993.

4. Зельдин Е.А. Импульсные устройства на микросхемах. - М.:Радио и связь, 1991.