Кратко рассмотрены приборы системы моделирования NI Multisim, используемые при проведении практических работ. <...> Для проведения практических занятий предлагается использовать систему NI Multisim корпорации National Instruments Electronics, достаточно простую в освоении, в тоже время, обладающую большими возможностями. <...> Основу учебного пособия составляют лекции и лабораторные работы, проводимые автором в течение ряда лет в Рязанском государственном радиотехническом университете с применением системы NI Multisim, результаты разработок и исследований автора, материалы монографий и учебников по теоретическим основам электротехники, элементам и узлам вычислительной техники, справочная литература, сайты фирм изготовителей радиоэлектронных элементов и корпорации National Instruments. <...> Г л а в а 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1.1. <...> Процессы, протекающие в электрических цепях, описывают с помощью следующих основных понятий: ток, э.д.с. и напряжение, сопротивление или проводимость (величина обратная сопротивлению), индуктивность и емкость. <...> Следовательно, ток в нагрузке и в схеме с генератором тока также равен Iн E R Rв) , и поэтому можно пользоваться Электрические цепи постоянного тока 9 любым расчетным эквивалентом. <...> Результаты расчетов проверить моделированием в среде Multisim. <...> Для проверки полученных результатов в среде Multisim создадим схему (рис. <...> Г л а в а 2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА 2.1. <...> Синусоидальный ток и основные характеризующие его величины Синусоидальный ток представляет собой ток, изменяющийся во времени по синусоидальному закону (рис. <...> Синусоидальный ток В этом выражении Im – максимальное значение или амплитуда; t – текущее время; T – время, за которое совершается одно полное колебание, период. <...> Действующее значение синусоидального тока численно равно значению такого постоянного тока, которое за время, равное периоду синусоидального тока, выделит такое же количество теплоты, что и синусоидальный <...>
Введение_в_электротехнику._Элементы_и_устройства_вычислительной_техники._Учебное_пособие_для_вузов._(1).pdf
УДК 621.3:004.31.(075)
ББК 32.88-01
Ш51
Р е ц е н з е н т ы: доктор техн. наук, профессор А. Н. Пылькин,;
доктор техн. наук О. Н. Крютченко
Шестеркин А. Н.
Ш51
Введение в электротехнику. Элементы и устройства
вычислительной техники. Учебное пособие для вузов. –
М.: Горячая линия – Телеком, 2015. – 252 с.: ил.
ISBN 978-5-9912-0359-3.
Рассмотрены основные понятия и методы расчета цепей постоянного
и переменного тока, элементы и устройства комбинационного
и последовательного типа, запоминающие устройства,
АЦП и ЦАП. Приведены задания для практической работы,
методика их выполнения и контрольные вопросы для самопроверки.
Кратко рассмотрены приборы системы моделирования
NI Multisim, используемые при проведении практических работ.
Для студентов вузов, обучающихся направлению «Программная
инженерия», будет полезно студентам других специальностей,
изучающим электротехнику, элементы и устройства вычислительной
техники.
32.88-01
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU
ISBN 978-5-9912-0359-3
© А. Н. Шестеркин, 2014, 2015
© Издательство «Горячая линия – Телеком», 2015
Стр.2
Оглавление
Введение....................................................................................3
Глава 1. Электрические цепи постоянного тока..................5
1.1. Основные определения........................................................5
1.2. Источник э.д.с. и источник тока..........................................6
1.3. Разветвленные и неразветвленные
электрические цепи ....................................................................9
1.4. Закон Ома.............................................................................9
1.5. Законы Кирхгофа...............................................................11
1.6. Делитель напряжения........................................................14
1.7. Нелинейные электрические цепи......................................14
1.8. Задание к практической работе.........................................19
Контрольные вопросы для самопроверки ...............................23
Глава 2. Электрические цепи однофазного
синусоидального тока ...........................................................24
2.1. Синусоидальный ток и основные
характеризующие его величины..............................................24
2.2. Среднее и действующее значения
синусоидально изменяющейся величины................................25
2.3. Мгновенная мощность.......................................................25
2.3.1. Резистор в цепи синусоидального тока ............................ 26
2.3.2. Индуктивность в цепи синусоидального тока.................. 26
2.3.3. Конденсатор в цепи синусоидального ока........................ 28
2.4. Символический метод расчета цепей
синусоидального тока ..............................................................30
2.5. Изображение синусоидально изменяющихся
величин векторами на комплексной плоскости ......................31
2.6. Резонансный режим двухполюсника ................................34
2.6.1. Резонанс напряжений........................................................ 34
2.6.2. Резонанс токов .................................................................. 35
2.7. Частотные характеристики двухполюсников ...................37
2.8. Задание к практической работе.........................................39
Контрольные вопросы для самопроверки ...............................48
Стр.247
248
Оглавление
Глава 3. Трехфазные цепи....................................................50
3.1. Трехфазная система э.д.с...................................................50
3.2. Основные схемы соединения трехфазных цепей.
Линейные и фазные величины.................................................51
3.3. Расчет трехфазных цепей ..................................................55
3.4. Мощность трехфазной системы........................................59
3.5. Достоинства трехфазной системы.....................................60
3.6. Задание к практической работе.........................................61
Контрольные вопросы для самопроверки ...............................65
Глава 4. Простейшие логические элементы.
Основные характеристики...................................................66
4.1. Модели логических элементов .........................................66
4.2. Основные характеристики логических элементов ...........68
4.3. Типы выходных каскадов..................................................69
4.4. Основные логические элементы .......................................72
4.4.1. Повторитель сигналов,
буферный элемент, элемент Да .................................................. 72
4.4.2. Инвертор, элемент НЕ....................................................... 74
4.4.3. Элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.................................. 74
4.4.4. Исключающее ИЛИ, сумматор по модулю два ................ 76
4.5. Задание к практической работе «Измерение
времени переключения логических элементов
и узлов, построенных на их основе»........................................78
Контрольные вопросы для самопроверки ...............................82
Глава 5. Сложные логические элементы.
Комбинационные схемы.......................................................84
5.1. Сложные логические элементы.........................................84
5.2. Дешифраторы и шифраторы .............................................85
5.3. Мультиплексоры и демультиплексоры.............................91
5.4. Компараторы......................................................................92
5.5. Сумматоры.........................................................................95
5.6. Задание к практической работе
«Исследование комбинационных схем»................................100
5.6.1. Разработка и исследование дешифратора
для управления семисегментным индикатором....................... 100
5.6.2. Разработка и исследование устройства передачи
(хранения) данных с контролем по модулю два ...................... 104
Стр.248
249
5.6.3. Исследование схемы сравнения двоичных кодов............105
5.6.4. Исследование сумматоров двоичных кодов ....................107
Контрольные вопросы для самопроверки .............................111
Глава 6. Элементы последовательного типа.
Триггеры...............................................................................112
6.1. Основные определения...................................................... 112
6.2. RS-триггер........................................................................... 115
6.3. D-триггер............................................................................. 117
6.4. JK-триггер........................................................................... 121
6.5. Т-триггер............................................................................. 122
6.6. Характеристики триггеров ..............................................123
6.7. Применение триггеров в схемах ввода
и синхронизации сигналов.....................................................124
6.8. Задание к практической работе
«Синхронизация генераторов» ..............................................126
Контрольные вопросы для самопроверки .............................128
Глава 7. Регистры................................................................130
7.1. Основные определения....................................................130
7.2. Параллельные регистры ..................................................130
7.3. Сдвигающие регистры.....................................................132
7.4. Универсальные регистры ................................................135
7.5. Применение регистров ....................................................136
7.6. Задание к практической работе
«Исследование регистров».....................................................138
7.6.1. Накапливающий сумматор ..............................................138
7.6.2. Преобразователь параллельного кода
в последовательный...................................................................140
7.6.3. Преобразователь последовательного кода
в параллельный..........................................................................143
Контрольные вопросы для самопроверки .............................145
Глава 8. Счетчики ...............................................................147
8.1. Основные определения....................................................147
8.2. Двоичные счетчики .........................................................148
8.3. Двоичные счетчики
с произвольным модулем пересчета......................................152
8.4. Двоично-десятичные счетчики........................................157
8.5. Счетчики с недвоичным кодированием..........................159
Стр.249
250
Оглавление
8.5.1. Формирование псевдослучайных
последовательностей ................................................................ 165
8.6. Задание к практической работе
«Исследование счетчиков» ....................................................167
8.6.1. Асинхронный счетчик..................................................... 167
8.6.2. Синхронный счетчик....................................................... 170
8.6.3. Двоичный счетчик с модифицированными связями ...... 172
8.6.4. Генератор псевдослучайных сигналов............................ 173
Контрольные вопросы для самопроверки .............................176
Глава 9. Запоминающие устройства .................................177
9.1 Основные характеристики................................................177
9.2. Основные типы запоминающих устройств.....................179
9.3. Основные структуры запоминающих устройств............184
9.4. Методы совершенствования оперативных
запоминающих устройств ......................................................188
9.5. Использование программируемых
запоминающих устройств для обработки информации ........191
9.6. Задание к практической работе
«Исследование запоминающего устройства»........................193
Контрольные вопросы для самопроверки .............................196
Глава 10. Передача сигналов в цифровых устройствах .197
10.1 Помехи в сигнальных линиях.........................................197
10.1.1. Паразитные связи по цепям питания ............................ 197
10.1.2. Перекрестные помехи ................................................... 198
10.1.3. Помехи от несогласованности
сопротивлений линий связи................................................. 199
10.2. Схемы повышения помехоустойчивости
сигнальных линий ..................................................................200
10.2.1. Триггер Шмитта ............................................................ 201
10.2.2. Дифференциальная передача сигналов......................... 203
10.3. Задание к практической работе «Исследование
методов передачи сигналов в цифровых устройствах».........204
10.3.1. Передача сигналов по однопроводной линии
между обычными логическими элементами............................ 204
10.3.2. Передача сигналов по однопроводной линии
с использованием в качестве приемника триггера Шмитта..... 209
10.3.3. Передача сигналов по двупроводной
линии биполярными сигналами ............................................... 210
Стр.250
251
Контрольные вопросы для самопроверки .............................212
Глава 11. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые
преобразователи...................................................................213
11.1. Общие сведения.............................................................213
11.2. Преобразователи код-аналог .........................................215
11.2.1. Характеристики ЦАП.....................................................219
11.2.2. Применение ЦАП...........................................................221
11.3. Преобразователи аналог-код .........................................222
11.3.1. Последовательные преобразователи аналог-код ...........223
11.3.2. Параллельные преобразователи аналог-код ..................227
11.3.3. Применение АЦП и их характеристики.........................229
11.4. Задание к практической работе
«Исследование преобразователей»........................................230
11.4.1. Преобразователь код-напряжение
на основе матрицы R-2R............................................................230
11.4.2. Преобразователь напряжение-код
время-импульсного типа ...........................................................232
11.4.3. Преобразователь напряжение-код
поразрядного уравновешивания................................................236
Контрольные вопросы для самопроверки .............................237
Приложение 1.......................................................................239
Приложение 2.......................................................................242
Библиографический список ...............................................245
Стр.251