Экономическая и информационная безопасность. Цифровые и автоматизированные промышленные электронные устройства. Лабораторный практикум
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Инфра-Инженерия
Авторы:
Брысин Андрей Николаевич, Журавлева Юлия Алексеевна, Микаева Светлана Анатольевна, Микаева Анжела Сергеевна
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 264
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-9729-1842-3
Артикул: 844708.01.99
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.
Экономическая и информационная безопасность цифровых промышленных устройств: лабораторный практикум
Данное учебное пособие представляет собой лабораторный практикум, предназначенный для изучения экономических и информационных аспектов безопасности промышленных электронных устройств. Практикум ориентирован на студентов, обучающихся по специальностям «Промышленная электроника» и «Кибербезопасность и цифровые технологии», а также на специалистов в области приборостроения, радиоэлектроники, инженерно-технических и научных работников, занимающихся разработкой, производством и применением промышленных электронных устройств.
Обзор содержания
В пособии рассматриваются различные типы промышленных электронных устройств, уделяется внимание вопросам экономической и информационной безопасности их использования. Особое внимание уделено цифровым и автоматизированным системам, построенным на базе промышленных электронных устройств. Практикум включает в себя теоретическую часть, описывающую основные логические функции и элементы, а также подробные инструкции по проведению лабораторных работ.
Теоретические основы
В теоретической части изложены основы цифровой электроники, включая основные логические функции: инверсию (НЕ), конъюнкцию (И) и дизъюнкцию (ИЛИ). Рассмотрены различные типы логических элементов, такие как ДТЛ, ТТЛ, ЭСЛ, И2Л, КМОП, и их основные параметры, включая быстродействие и потребляемую мощность. Особое внимание уделено логике ТТЛ и КМОП, широко используемым в современных цифровых устройствах. Также представлены основы работы триггеров, сумматоров, дешифраторов, мультиплексоров и других комбинационных и последовательностных схем.
Лабораторные работы
Практикум содержит подробные инструкции по проведению лабораторных работ, направленных на изучение различных аспектов цифровой электроники. Рассматриваются схемы, построенные на базовых логических элементах, таких как «Исключающее ИЛИ», вентильные схемы AOI, компараторы, схемы «НЕ-И» и другие. Проводятся измерения характеристик логических элементов ТТЛ и КМОП, включая пороговые напряжения, токи и напряжения сигналов. В лабораторных работах изучаются полусумматоры, полные сумматоры, полувычитатели, полные вычитатели, декодеры, кодеры, мультиплексоры, демультиплексоры, регистры сдвига, триггеры и счетчики. Каждая лабораторная работа включает в себя подробные схемы соединений, пошаговые инструкции и примеры результатов измерений. Используется мультимедийная цифровая учебно-экспериментальная платформа ide#Lab для проведения экспериментов.
Заключение
Данное учебное пособие предоставляет студентам и специалистам необходимые знания и практические навыки для работы с промышленными электронными устройствами, уделяя особое внимание вопросам экономической и информационной безопасности. Лабораторный практикум позволяет закрепить теоретические знания на практике, изучить различные типы логических элементов и схем, а также освоить методы измерения их характеристик.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 10.03.01: Информационная безопасность
- ВО - Магистратура
- 10.04.01: Информационная безопасность
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
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: 0a10 В (0a5 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