Экономическая и информационная безопасность. Цифровые и автоматизированные промышленные электронные устройства. Лабораторный практикум

 
 
 
 
 
 
 
 
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. 
ЦИФРОВЫЕ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ  
ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА 
 
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
 

УДК 621.382 
ББК 32.844.1 
Э40 
 
 
 
Авторы: 
Брысин А. Н., Журавлева Ю. А., Микаева С. А., Микаева А. С. 
 
Рецензенты: 
профессор кафедры механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного 
производства Чувашского ГАУ Овчукова Светлана Александровна; 
доктор технических наук, доцент, заведующий базовой кафедрой источников света Института электроники и светотехники Национального исследовательского Мордовского  
государственного университета (ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарева»)  
Ашрятов Альберт Аббясович 
 
 
 
 
 
 
 
 
Э40   
Экономическая и информационная безопасность. Цифровые и 
автоматизированные промышленные электронные устройства. Лабораторный практикум : учебное пособие / [Брысин А. Н. и др.]. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 264 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1842-3 
 
Представлены различные виды промышленных электронных устройств, экономическая и информационная безопасность их использования. Рассматриваются цифровые и автоматизированные системы сопряженных промышленных электронных 
устройств.  
Для студентов специальности «Промышленная электроника» и «Кибербезопасность и цифровые технологии», а также для специалистов в области приборостроения 
и радиоэлектроники, инженерно-технических и научных работников, занятых разработкой, производством и применением промышленных электронных устройств. 
 
УДК 621.382 
ББК 32.844.1 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1842-3 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 
................................................................................................................. 5 
Описание экспериментальной установки ................................................................. 6 
Теоретическая часть 
.................................................................................................. 18 
Построение схемы «Исключающее ИЛИ» на базовых логических  
элементах 
.................................................................................................................... 31 
Вентильные схемы AOI ............................................................................................ 33 
Компаратор, построенный на базовых логических элементах 
............................. 38 
Схемы «НЕ-И» 
........................................................................................................... 41 
Схема ТТЛ 
.................................................................................................................. 46 
Измерение порогового напряжения ТТЛ 
................................................................ 51 
Измерение тока и напряжения сигналов обмена данными уровня ТТЛ ............. 54 
Измерение характеристик схемы «И» 
..................................................................... 65 
Измерение характеристик схемы «ИЛИ» ............................................................... 67 
Измерение характеристик схемы «НЕ» .................................................................. 70 
Измерение характеристик схемы «И-НЕ» .............................................................. 73 
Измерение характеристик схемы «ИЛИ-НЕ» ........................................................ 75 
Измерение характеристик схемы «Исключающее ИЛИ» ..................................... 77 
Схема ИЛИ-НЕ .......................................................................................................... 80 
Схема КМОП ............................................................................................................. 87 
Измерение порогового напряжения КМОП ........................................................... 92 
Измерение тока и напряжения КМОП .................................................................... 95 
Построение полусумматора и полного сумматора на базовых логических  
элементах 
.................................................................................................................. 100 
Построение полувычитателя и полного вычитающего устройства  
на базовых логических элементах ......................................................................... 107 
Генератор контроля четности на элементах «Исключающее ИЛИ» ................. 111 
Построение 4-разрядного полного сумматора на микросхеме 
........................... 116 
Построение двоично-десятичного сумматора 
...................................................... 123 
Построение 4-разрядного полного вычитателя на микросхеме ......................... 127 
Построение декодера 4-10 на микросхемах ТТЛ 
................................................. 132 
Построение кодера 4-2 на базовых логических элементах 
................................. 138 
Построение декодера двоично-десятичного кода в 7-сегментный код ............. 148 
Построение декодера 2-4 на базовых логических элементах ............................. 156 
3 

Построение кодера 10-4 на микросхемах ТТЛ 
..................................................... 159 
Построение демультиплексора 1-8 на микросхемах КМОП .............................. 165 
Схемы аналоговых мультиплексоров/демультиплексоров 
................................. 170 
Построение мультиплексора 2-1 на базовых логических элементах 
................. 178 
Построение демультиплексора 1-2 на базовых логических элементах 
............. 182 
Использование мультиплексоров для создания функций 
................................... 184 
Построение мультиплексора 8-1 на микросхемах ТТЛ ...................................... 191 
Компаратор, построенный на микросхемах ТТЛ 
................................................. 195 
Схема арифметико-логического устройства (АЛУ) ............................................ 199 
Генератор четности на микросхеме 
....................................................................... 208 
Построение регистра сдвига на D-триггерах 
........................................................ 212 
Предварительная установка регистра сдвига влево/вправо 
................................ 215 
Построение RS-триггера на базовых логических элементах 
.............................. 220 
Построение D-триггера на RS-триггере 
................................................................ 226 
Построение JK-триггера на RS-триггере .............................................................. 228 
Построение JK-триггера ведущий-ведомый на RS-триггере 
.............................. 231 
Построение схемы шумоподавления на RS-триггерах ....................................... 235 
Управление бегущими светодиодами ................................................................... 238 
Построение счетчика-делителя на 8 на 7490 
........................................................ 240 
Построение двоично-десятичного счетчика на 7490 
........................................... 244 
Управление светофором ......................................................................................... 248 
Построение счетчика-делителя на 8 на JK-триггерах ......................................... 250 
Построение синхронного счетчика на JK-триггерах 
........................................... 252 
Список литературы ................................................................................................. 255 
4 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
В учебном пособии излагаются различные виды промышленных электронных устройств, экономическая и информационная безопасность их использования. Цифровые и автоматизированные системы сопряженных промышленных электронных устройств. Лабораторный практикум. 
Пособие предназначено для специалистов в области приборостроения и 
радиоэлектроники, инженерно-технических и научных работников, занятых 
разработкой, производством и применением промышленных электронных 
устройств, а также студентов специальности «Промышленная электроника» и 
«Кибербезопасности и цифровых технологий». 
 
5 

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 
Система ide#Lab (интеллектуальная цифровая имитационная учебная лаборатория) является мультимедийной цифровой учебно-экспериментальной 
платформой. Она состоит из трех основных частей, включая экспериментальную аппаратную платформу, экспериментальные модули и платформа прикладных программ. Экспериментальная платформа включает в себя цифровой 
осциллограф с памятью, логический анализатор, функциональный генератор 
прямого цифрового Синтеза, два цифровых мультиметра, программируемый 
источник питания, интерфейс отображения выходных сигналов, интерфейс 
USB для управления и обмена данными между de#Lab и персональным компьютером. Аппаратная часть системы ide#Lab состоит из главного блока 
ide#Lab-21001A, блока расширения и различных экспериментальных модулей. 
 
Главный блок ide#Lab-21001A состоит из следующих элементов: 
Осциллограф с памятью (DSO) с 4 каналами и следующими характеристиками: 
 вход: постоянный ток, переменный ток; 
 входной импеданс: 1 МО “2  // 17 пФ; 
 максимальное входное напряжение: “50 В; 
 ширина полосы: 
x 1 канал постоянного тока a 200 МГц; 
x 2 канал постоянного тока a 125 МГц; 
x 4 канал постоянного тока a 80 МГц; 
 разрешение: 8 бит; 
 режим повторений: частота выборок до 20 ГГц. 
Логический анализатор (LA) с 12 каналами и следующими характеристиками: 
 полоса частот: постоянный ток a30 МГц; 
 частота выборки: макс. 125 МГц; 
6 

 длина записи: 4К точек; 
 входной импеданс: 50 к0 // 9 пФ; 
 пороговое напряжение: от െ4 В до 3,98 В; 
 уровень запуска: высокий (1), низкий (0), не важно (х), устанавливается для всех каналов. 
Прямой цифровой синтез FG (DDS FG) с каналами OUT, TTL и следующими характеристиками: 
 форма сигнала: синусоида, прямоугольные, треугольные импульсы, 
пилообразный; 
 диапазон амплитуд сигнала: 
x 0a20 В для двойного размаха амплитуды; 
x 0a10 В для двойного размаха амплитуды при нагрузке 50Q; 
 диапазон частот: 1 Гц - 2 МГц; 
 разрешение по частоте: 0,03 Гц; 
 диапазон смещения формы сигнала по постоянному току: 0a“10 В 
(0a“5 В с нагрузкой 50Q); 
 выходной импеданс: 50Q. 
Цифровые мультиметры (DMM1 и DMM2) со следующими характеристиками:  
 сопротивление (Q): 4000, 4KQ, 40KQ, 400KQ, 4МО, 40MQ автоматический диапазон; 
 напряжение постоянного тока (DCV): 400 мВ, 4 В, 40 В автоматический диапазон; 
 напряжение переменного тока (ACV): 400 мВ, 4 В, 40 В, 400 В rms автоматический диапазон; 
 постоянный ток (DCA): 400 мА (плавкий предохранитель 0,5 А / 250 В); 
 переменный ток (АСА): 400 мА (плавкий предохранитель 0,5 А / 250 В). 
Программируемый источник питания постоянного тока с следующими 
характеристиками: 
 выход постоянного тока: 2 канал; 
 положительный V: 0,5a10 В / 0,5 А; 
 отрицательный Vെ: െ0,5aെ10 В / 0,5 А; 
 выход фиксированного постоянного тока: 12 В / 0,5 А, െ12 В / 0,5 А,  
5 В / 0,5 А. 
Интерфейс связи и отображения состоит из ПК контроль и дисплей (связь 
с компьютером через USB кабель) и ручного контроля и дисплея (сенсорный 
пульт (ЖК TFT дисплей, 5.7, разрешение 640î480, 256 уровней градации цвета)). 
При подключении к системе ide#Lab блок расширения расширяет функциональность главного блока для выполнения экспериментальных заданий, состоит из следующих компонентов: 
7 

Universal Counter (универсальный счетчик): 8-разрядный 7-сегментный 
светодиодный дисплей функций: 
 
Кнопка SEL: выбирает режим измерения частоты или периода (по умолчанию измеряется частота). 
Измерение частоты от 1 Гц до 99,999999 МГц (длительность выборки - 
1 секунда) от 10 Гц до 100,99999 МГц (длительность выборки - 0,1 секунды). 
Измерение периода (ширина положительного импульса): от 0,01 МКС до 
999999,99 мкс и от 1 мкс до 99,999999 сек. 
TL (ширина отрицательного импульса): от 0,01 мкс до 999999,99 мкс и от 
1 мкс до 99,999999 сек TH  TL (период): от 0,01 мкс до 999999,99 мкс и от 1 мкс 
до 99,999999 сек. 
Входной уровень: сигналы уровня ТТЛ. 
Длительность выборки при измерении частоты: 0,01 сек и 0,1 сек. 
При измерении частоты одновременно светятся светодиоды «F» и «KHz». 
При измерении периода одновременно светятся светодиоды «ТН» и «TL». Если 
светится только светодиод ТН, измеряется ширина положительного импульса. 
Если светится только светодиод TL, измеряется ширина отрицательного I. Во 
время измерения частоты и периода светодиоды. 
I/P: вход, входной контакт счетчика. 
GND: земля, подключена к земле главного блока ide#Lab-21001A. 
 
LED Display (светодиодный дисплей): L0-L7, вход, сигнал ТТЛ уровня: 
 
 
 
8 

Debounce PB. Switch (кнопочный переключатель с противодребезговой 
защитой): 
 
 
Pulser (пульсатор): 2 комплекта, выход, сигналы уровня TTL: 
 
PL-SEL - импульсный переключатель. 
PS position - фиксированная ширина выходного импульса 10 мс.  
Р.Р position - ширина выходного импульса определяется длительностью 
нажатия кнопки пульсатора. 
 
Clock Generator (тактовый генератор) регулируемый: 1 настройка (50 Гц - 
14 кГц), выход, ТТЛ уровень: 
 
 
 
9 

Clock Generator (тактовый генератор) фиксированный: 7 настроек (0,1 Гц, 
1 Гц, 10 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц), выход, уровень TTL: 
 
 
Data Switch (переключатель данных): DP0-DP7, выход: 
 
Ниже приведено внешнее изображение ide#Lab-133xx: цифровые логические схемы. 
13301 - экспериментальный модуль комбинационных логических схем: 
 
 
10