Стенд для оценки параметров цифровых микросхем

THE TITLE OF SCIENTIFIC PAPER

Oleg Afanasov

Student, Penza state University, Russia, Penza

Andrey Volskov

Candidate of Science, associate Professor, Penza state University, Russia, Penza

Аннотация. Приведен общий вид учебного стенда и рассмотрены его функциональные зоны.

Abstract. The general view of the training stand is given and its functional zones are considered.

Работа в условиях современного производства требует от квалифицированного инженера применения различных знаний и индивидуальных качеств, которые формируются в процессе подготовки специалистов. Навыки, необходимые для будущей профессии, приобретаются в процессе практических занятий.

Развивающиеся научно-техническая революция, быстрый рост существующих и появление новых отраслей промышленности вызывает, в свою очередь, необходимость дальнейшего развития подготовки кадров. Поэтому сейчас, как никогда остро, ощущается необходимость приложения максимальных усилий для совершенствования содержания обучения, средств и методов обучения студентов. Данная проблема делает необходимым учёт нашей образовательной системой не только сегодняшних потребностей и возможностей производства, но и их изменений в ближайшем будущем.

Из вышесказанного понятно, что необходимо расширять материальную базу учебных заведений. Такое расширение предполагает изготовление новых учебных стендов, в том числе и по системотехнике. На сегодняшний день большинство стендов по системотехнике изготавливаются таким образом, чтобы из простейших цифровых устройств (логических элементов, триггеров) собирать более сложные цифровые устройства. Примером таких стендов являются стенды фирмы «Профкабинет» «Основы цифровой техники» [1] и фирмы «Учебная техника» «Логические элементы» [2].

Специальные стенды для оценки параметров самих цифровых микросхем не выпускаются из-за малого спроса. Поэтому изготовление подобного стенда является актуальной задачей.

Рассмотрим проект лабораторного стенда (рисунок 1).

Рисунок 1. Схематичный вид стенда

Предполагается, что данный стенд позволит исследовать как встроенные стандартные цифровые устройства, так и любые другие по деланию пользователя.

Данный стенд состоит из нескольких функциональных зон. В первой зоне располагается блок генераторов логических констант. Эта зона предназначена для формирования сигналов логического нуля и логической единицы.

Всего на стенде 8 генераторов логических констант, что позволяет задать произвольный 8-битный двоичный код. Для переключения состояния каждого бита достаточно нажать на кнопку с фиксацией. Для индикации используются светодиоды. Блок имеет разъемы у каждого «бита» для удобного подключения к цифровым микросхемам (рисунок 2).

Рисунок 2. Схематичный вид блока генераторов логических констант

Далее рассмотрим зону с блоками генераторов (рисунок 3) постоянного и переменного напряжения. Для работы на стенде выведены напряжения «земли» U = 0 В, а также минимальное значение напряжения логической единицы U = 2,4 В и максимальное значение напряжения логического нуля U = 0,4 В для ТТЛ микросхем [3]. На стенде также предусмотрен источник регулируемого постоянного напряжения с выходным диапазоном от U = -1 В до 6 В. Регулировка выходного напряжения осуществляется с помощью потенциометра.

Рисунок 3. Схематичный вид блоков генераторов

Для изучения переходных процессов в устройстве предусмотрены генераторы одиночных прямоугольных импульсов. В генераторах используется кнопка, при нажатии на которую на выходе генератора появляется импульс амплитудой 5 вольт. Для изучения работы микросхем с динамическим управлением используется генератор треугольных импульсов и два генератора прямоугольных импульсов. Генераторы прямоугольных импульсов имеют амплитуду сигнала 5 В и 3,4 В. Также есть возможность изменения частоты: 50 кГц, 100 кГц, и 200 кГц. Для формирования выходных сигналов разной амплитуды на выходе первого генератора находится КМОП-триггер, а на выходе второго – ТТЛ-триггер [4].

В последней функциональной зоне расположены цифровые микросхемы. Внутри корпуса учебного стенда имеется фиксированный набор микросхем с выводами на функциональную зону к условному графическому изображению цифровых устройств. Набор включает в себя триггеры D-, RS-, JK-типов и триггер Шмитта; мультиплексор-демультиплексор; сумматор; цифровой компаратор; схему контроля четности; дешифратор; приоритетный шифратор; счетчик; регистр и делитель частоты. Регистр и счетчик имеют вспомогательную светодиодную подсветку для наглядного отображения логического состояния выходов. Также пользователь может сам установить любые другие микросхемы, которые не входят в набор. Для этого на стенде расположены DIP панели для микросхем. Используются панели DIP-14, DIP-16, DIP-18, DIP-20 и DIP-24. К панелям подключено питание внутри стенда и выведены разъемы к каждой ножке микросхемы.

Также в стенде имеется блок индикации, состоящий из светодиодов для проверки работы микросхем. Также в стенде предусмотрены семь соединительных шин, что даёт удобное соединение проводов пользователями учебного стенда.

Описанная конструкция стенда с помощью внешнего дополнительного измерительного оборудования позволяет производить оценку параметров любых цифровых микросхем.