Вузли цифрових вимірювальних приладів

Компаратор. Компаратор – це найпростіший перетворювач безперервного сигналу в дискретний. Напруга на виході компаратора може знаходитись в одному із двох фіксованих рівнів: на верхньому (напруга логічної одиниці), якщо напруга на його неінвертуючому вході більше напруги на інвертуючому вході, і на нижньому (напруга логічного нуля) – при протилежному співвідношенні цих напруг. Компаратор, що використовується у лабораторному стенді, має два входи – інвертуючий і неінвертуючий (інвертуючий вхід позначається ) і два виходи – прямий та інверсний (інверсний вихід позначається знаком ). Коли на неінвертуючому вході рівень напруги більше, ніж на інвертуючому, на прямому виході компаратора з’являється рівень логічної одиниці, в протилежному випадку – рівень логічного нулю. На інверсному виході компаратора у будь-якому випадку сигнал інверсний по відношенню до сигналу на прямому виході.

Формувач. Формувач має один вхід і один вихід. Призначення формувача – перетворювати напругу синусоїдального сигналу, яка подається на його вхід, в послідовність прямокутних імпульсів. Формувач реалізований на тригері Шмідта, який реалізований інтегральній мікросхемі KI55ТЛ2.

Подільник частоти. Подільник частоти, вбудований в лабораторний стенд, має один вхід і три виходи, кожен з яких відповідає певному коефіцієнту ділення. Призначення подільника – ділення частоти вхідної послідовності прямокутних імпульсів з одним з трьох можливих коефіцієнтів ділення 10, 100, 1000. На виході подільника частоти формується послідовність прямокутних імпульсів, частота якої менша частоти вхідної послідовності в 10, 100, або 1000 разів.

Генератори прямокутних імпульсів та лінійно-зміної напруги. Генератори прямокутних імпульсів та лінійно-змінної напруги побудовані на інтегральному таймері КР1006ВИ1.

Генератор прямокутних імпульсів реалізовано за схемою автоколивального мультивібратора. При ввімкненні живлення відбувається збудження схеми мультивібратора і на його виході формуються послідовність прямокутних імпульсів, частота і тривалість яких залежить від постійної часу кола заряду – розряду мультивібратора.

Генератор лінійно-змінної напруги складається з автоколивального мультивібратора та інтегруючого RC – кола. При певному співвідношенні між тривалістю імпульсів та постійної часу RC – кола, за допомогою якого здійснюється їх інтегрування, на виході інтегруючого кола формується напруга, що мало відрізняється від ідеальної лінійно – змінної.

Схема збігу. Схема збігу SW реалізує операцію логічного множення (операцію І) вхідних сигналів. Двухвходові елементи І (які використовуються в лабораторній роботі) часто називають ще вентилями або ключами. Якщо X1 і Х2 – вхідні сигнали, що надходять на 2-входовий елемент І, то значення вихідного сигналу Y визначається як Y=Х1& Х2. Сигнал на виході елемента І (схеми збігу) приймає значення логічної 1, якщо усі вхідні сигнали одночасно приймають значення логічної 1. У протилежному випадку вихідний сигнал має значення логічного 0.

Тригери. У лабораторному стенді використовується D-тригер (мікросхема К555ТМ2), який має R- та S- входи і може працювати як RS-тригер.

D-тригер при дозволяючому сигналі на тактовому вході С встановлюється в стан, що відповідає потенціалу на вході D. Якщо позначити вихідний сигнал тригера буквою Q, то для D-тригера можна записати таку рівність: Q_n = D_n-1. Індекси n і n-1 вказують на те, що вихідний сигнал Q змінюється не відразу після зміни вхідного сигналу D, а тільки з приходом тактового дозволяючого сигналу С. Тактування D-тригера може здійснюватися імпульсом або фронтом. В тактуючому фронтом D-тригері зміна потенціалу на вході D, яка синхронна з тактовими імпульсами, повторюється на виході Q із затримкою на один період тактових імпульсів (звідси і назва – тригер затримки).

Якщо інверсний вихід D – тригера з’єднати з його D – входом, то з приходом кожного тактового імпульсу на вхід С тригер буде змінювати свій стан на протилежний. Такий тригер називається лічильним або Т-тригером.

RS-тригер має два керуючі входи, S і R: потенціал «нуль» на вході S (при R = 1) встановлює тригер в одиницю (Q = 1; Q = 0), потенціал «нуль» на вході R (при S=1) встановлює тригер в нуль (Q = 0; Q = 1). Для тригера RS комбінація S = 0 і R = 0 є забороненої. Після такої комбінації керуючих сигналів стан тригера буде невизначеним: він може виявитися або в нулі або у одиниці.

Лічильники. У роботі досліджуються двійковий СТ 2 і двійково-десятичний реверсивний лічильники СТ 2/10. Лічильниками називаються послідовні цифрові пристрої, які призначені для підрахунку та запам’ятовування кількості імпульсів, що поступили на його лічильний вхід за певний часовий інтервал. Двійково-десятичний лічильник (рахує від нуля до дев’яти, а потім відлік починається з нульового значення) реалізовано на мікросхемах K155ИЕ2, двійковий лічильник – на мікросхемах К555ИЕ7.

Коли на вхід +1 мікросхем поступає послідовність імпульсів, цифровий код на виходах лічильника збільшується на одиницю з приходом кожного нового імпульсу. У випадку, коли послідовність імпульсів поступає на вхід –1, цифровий код на виходах лічильника зменшується на одиницю з приходом кожного імпульсу. Вхід R лічильників призначений для встановлення всіх розрядів лічильника в нульовий стан.

Дешифратор та цифровий індикатор. З виходу двійково-десятичного лічильника цифровий код подається на вхід дешифратора, який перетворює цей код в код для керування семисегментним цифровим індикатором АЛСЗЗЗБ. Дешифратор реалізовано на мікросхемі KP5I4ПР1, яка має чотири інформаційних входи А0-А3, призначених для прийому 4-розрядного двійкового слова.

Цифро-аналоговий перетворювач. Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) призначені для перетворення цифрового кода N в пропорційні аналогові рівні напруги U(N).

В лабораторній роботі використовується мікросхема ЦАП К572ПА1. Десятирозрядний двійковий код, що надходить від двійкового лічильника СТ2, перетворюється ЦАП у постійний рівень вихідної напруги, який прямо пропорційний коду на виході лічильника.

Аналоговий комутатор. Аналоговий комутатор забезпечує можливість спостерігати на екрані однопроміневого осцилографу одразу чотири сигнали в різних точках схеми. Для цього сигнали з досліджуваних точок подаються на входи 1, 2, 3, 4 комутатора, а його вихід Y під’єднується до входу осцилографа.