Лабораторный практикум по дисциплине «Схемотехника»

М Г Г У 

московский 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 

Члены 
редсовета 

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ 

A. П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

э.м. 
СОКОЛОВ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.В. ХРОПИН 

B. А. ЧАНТУРИЯ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

директор 
Издательства 
МГГУ 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
МАП 
ВШ 

академик 
РАН 

профессор 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

Л.Г. Наумкина 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ 
ОБРАЗОВАНИЕ: 
УЧЕБНОМЕТОДИЧЕСКОЕ 
ИЗДАНИЕ 

ЛАБОРАТОРНЫЙ 
ПРАКТИКУМ 
ПО ДИСЦИПЛИНЕ 
«СХЕМОТЕХНИКА» 

Допущено 
Учебно-методической 
комиссией по специальности «Управление и информатика в технических 
системах» в качестве методических 
указаний 
для студентов 
МГГУ, 
обучающихся 
по 
специальности 
210100 «Управлеие и информатика 
в технических системах» 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
2004 

УДК 681.3.06 
ББК 32.846 
Н34 

Экспертиза проведена Учебно-методической комиссией по специальности 210100 «Управление и информатика в технических 
системах» Московского государственного горного университета 
(выписка из протокола № 3 от 28.05.2004 г.) 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям 
книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», 
утвержденным 
Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 
2003 г. 

Рецензент —проф., канд. техн. наук А.Д. Яризов (РГУ нефти 
и газа им. И.М. Губкина) 

Наумкнна Л.Г. 

Н 34 
Лабораторный практикум по дисциплине 
«Схемотехника»: Методические указания. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. — 
143 с : ил. 

Практикум позволяет студентам на лабораторных стендах изучить аппаратные средства малой и средней степени интеграции в процессе создания цифровых схем со сложными функциональными возможностями. 

Для студентов МГГУ, обучающихся по специальности 210100 
«Управление и информатика в технических системах». 

УДК 681.3.06 
ББК 32.846 

© Л.Г. Наумкина, 2004 
© Издательство МГГУ, 2004 
© Издательство «Горная книга» 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2004 

Введение 

Лабораторный практикум по дисциплине «Схемотехника» 
предназначен для студентов, обучающихся по специальности 
«Управление и информатика в технических системах». 

Лабораторная работа № 1 «Исследование параметров и 
характеристик 
базовых 
интегральных 
схем 
транзисторнотранзисторной логики» позволяет изучить структуру базового 
элемента 
транзисторно-транзисторной 
логики 
(ТТЛ) 
типа 
И-НЕ, определить его параметры, снять характеристики, сравнить его параметры со справочными данными. Эти знания позволят в дальнейшем заниматься комбинаторикой с интегральными схемами (ИС), независимо от их структуры и серии. 

В лабораторных работах № 2 и № 3 исследуется функциональный набор базовых элементов с памятью и без памяти 
ТТЛ 155 серии, изучаются методы схемотехники любого цифрового устройства с использованием правил, законов и аксиом 
алгебры логики и методов минимизации. 

В лабораторных работах № 4 и № 5 изучаются методы 
синтеза и анализа пересчетных схем и регистров (комбинационных логических схем с памятью). 

Лабораторная работа № 6 позволяет изучить работу и 
схемотехническую реализацию комбинационных логических 
схем (КЛС) без памяти типа мультиплексор, шифратор, демультиплексор, дешифратор и кодопреобразователь. 

На базе изучения КЛС с памятью и без памяти производится построение функциональных узлов для 
выполнения 
арифметических операций: сложения, вычитания, умножения, 
деления, сравнения ( лабораторная работа № 7). 

В лабораторной работе № 8 исследуется ИС арифметикологического устройства (АЛУ), программируемая БИС, выполняющая арифметические и логические операции. 

5 

Общие требования 
к выполнению лабораторных работ 
и оформлению отчета 

1. Студент может быть допущен к выполнению лабораторной работы только при хорошей теоретической подготовке к этой 
работе и при наличии разработанной гтригащпиальной схемы. 

2. Отчет по каждой лабораторной работе оформляется на 
листах формата ученической тетради. 

3. Защита лабораторной работы по оформленному отчету заключается в проектировании или исследовании нового функционального элемента по индивидуальному варианту задания. 

4. Изображение ИС на принципиальной схеме должно соответствовать ГОСТу. 

Размеры ИС: с > 5 мм, ширина кратна с (пс), высота определяется количеством входов. 

5. Принципиальные схемы выполняют ручкой или карандашом с помощью линейки. 

6. Студент не допускается к выполнению следующей лабораторной работы, если две предыдущие работы выполнены, 
но не защищены. 

Форма титульного листа. 

6 

ПС 

С 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Кафедра AT 

ОТЧЕТ 
по лабораторной работе № 
(название лабораторной работы) 
по дисциплине «Схемотехника» 

Выполнил: студент гр. АУПринял: 

Москва, 200 
г. 

Лабораторная 
р а б о т а № 1 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ 
И ХАРАКТЕРИСТИК БАЗОВЫХ 
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ 
ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИ 

Цель 
работы 

Исследовать параметры и характеристики интегральных 
схем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) серии К155, 
нашедших широкое промышленное применение при проектировании цифровых устройств. 

Используемое 
оборудование 

Стенд настольного типа УМ-16 ПС (рис. 1.1). 
На лицевой панели под прозрачным кожухом на текстолитовом листе с разъемом размещен корпус ИС типа К155 ЛАЗ 
или К155 ЛА4. В корпусе имеются 3 или 4 самостоятельных 
схемы, выполняющие логические операции И-НЕ. Одна из них 
представлена в виде печатной платы. 

Напряжение питания (5 В) устанавливается источником 

U1 или U2 и контролируется вольтметром V I или V2 соответственно. 

Для исследования влияния нагрузки на работоспособность 
ИС используют блок нагрузок, состоящий из трех видов сопротивлений: R, 
LnC. 

Источником входного сигнала на ИС являются два канала 
(1 и 2), на выходе которых формируется сигнал постоянного 
тока с амплитудой, изменяющейся с уровня логического 0 до 
уровня логической 1 (от 0,2 до 3,5 В). 

8 

Для измерения входных и выходных токов и напряжений 
ИС применяют измерительные приборы стевда типа 87 Л-01 — 
два ампервольтметра (АВМ1 и АВМ2). 

Основные 
теоретические 
сведения 

Постоянное повышение требований к увеличению быстродействия и уменьшению мощности потребления вычислительных средств привело к созданию различных интегральных 
микросхем различных логик, разработка которых, как правило, проводится сериями. 

Серия представляет собой комплект ИС, имеющих единое 
схемное и конструктивно-технологическое исполнение, единое напряжение питания, одинаковые уровни сигналов логического 0 и логической 1. Все это делает микросхемы одной 
серии совместимыми. 

Большинство цифровых ИС, входящих в состав серии, представляет собой логические элементы, выполняющие функции НЕ, 
И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ, триггеры типов JK и D. Это так называемые базовые функциональные элементы. 

Их основные электрические параметры определяют характеристики практически всех ИС, входящих в состав серии. 
От этих параметров зависят возможности совместной работы 
ИС разных серий в составе аппаратуры. 

Из логических ИС на биполярных транзисторах в настоящее время наибольшее распространение имеют: транзисторнотранзисторная логика (ТТЛ) в нескольких модификациях — 
ТТЛ различного быстродействия и мощности, а также ТТЛШ 
со структурами Шоттки, имеющие улучшенные электрические 
параметры; эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ) или, как еще ее 
называют, логика на переключателях тока, и из новых направлений следует отметить инжекционно-интегральную логику 
(И2Л) и ИЗЛ, на основе которой создаются 
микросхемы 
большой степени интеграции высокого быстродействия и с 
малым потреблением энергии. 

10