Тема: Работа параметрических датчиков

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Тема: Работа параметрических датчиков

Цель: изучение принципа действия и конструктивных особенностей первичных измерительных преобразователей, предназначенных для измерений неэлектрических величин.

 

Задание

 

1. Зарисовать  конструктивный рисунок датчика.

2. Описать назначение и устройство датчика.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Комплексная автоматизация технологических процессов предполагает контроль и измерение различных физических величин, характеризующих состояние объекта управления (регулирования) – механических, тепловых, оптических и других неэлектрических.

Преимущества же электроизмерительных приборов и преобразователей очевидны. Этим обстоятельством объясняется широкое распространение первичных измерительных преобразователей (датчиков), предназначенных для измерений неэлектрических величин и преобразования их в электрические.

В зависимости от выходного параметра первичные измерительные преобразователи разделяют на параметрические и генераторные.

Их классифицируют также по физической природе явлений, лежащих в основе их работы, по принципу действия и др.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Тема: Работа терморезисторов

Цель: изучение принципа действия и конструктивных особенностей терморезисторов

 

Задание

 

1. Зарисовать  конструктивный рисунок терморезистора.

2. Описать назначение и устройство терморезистора.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от температуры называются терморезисторы. Они имеют свойство значительного температурного коэффициента сопротивления, величина которого больше, чем у металлов во много раз.

На электрических схемах терморезисторы обозначаются:

 

Рисунок 2.1 – Обозначение терморезистора

 

 

Устройство и работа

Они имеют простую конструкцию, выпускаются разных размеров и формы.

В полупроводниках есть свободные носители заряда двух видов: электроны и дырки. При неизменной температуре эти носители произвольно образуются и исчезают. Среднее количество свободных носителей находится в динамическом равновесии, то есть неизменно.

При изменении температуры равновесие нарушается. Если температура повышается, то число носителей заряда также увеличивается, а при снижении температуры концентрация носителей уменьшается. На удельное сопротивление полупроводника оказывает влияние температура.

 

Рисунок 2.2 – Зависимость удельного сопротивления от температуры

 

Если температура подходит к абсолютному нулю, то полупроводник имеет свойство диэлектрика. При сильном нагревании он идеально проводит ток. Основной особенностью терморезистора является то, что его сопротивление наиболее заметно зависит от температуры в обычном интервале температур (-50 +100 градусов).

Популярные терморезисторы производятся в виде стержня из полупроводника, который покрыт эмалью. К нему подведены электроды и колпачки для контакта. Такие резисторы применяются в сухих местах.

Некоторые терморезисторы располагают в металлическом герметичном корпусе. Поэтому они могут использоваться во влажных местах с агрессивной внешней средой.

Герметичность корпуса создается при помощи олова и стекла. Стержни из полупроводника обернуты металлизированной фольгой. Для подключения тока применяется проволока из никеля. Величина номинального сопротивления составляет 1-200 кОм, температура работы -100 +129 градусов.

Принцип действия терморезистора основан на свойстве изменения сопротивления от температуры. Для изготовления используются чистые металлы: медь и платина.

Основные параметры

• ТКС – термический коэффициент сопротивления, равен изменению сопротивления участка цепи при изменении температуры на 1 градус. Если ТКС положительный, то терморезисторы называют позисторами (РТС-термисторы). А если ТКС отрицательный, то термисторами (NТС-термисторы). У позисторов при повышении температуры повышается и сопротивление, а у термисторов все происходит наоборот.
• Номинальное сопротивление – это величина сопротивления при 0 градусах.
• Диапазон работы. Резисторы делят на низкотемпературные (менее 170К), среднетемпературные (от 170 до 510 К), высокотемпературные (более 570К).
• Мощность рассеяния. Это величина мощности, в пределах которой терморезистор во время работы обеспечивает сохранение заданных параметров по техническим условиям.

Полупроводниковые

Такие сопротивления имеют название термисторов. Если их сравнить с платиновыми и медными образцами, то они обладают повышенной чувствительностью и ТКС отрицательного значения. Это значит, что при возрастании температуры сопротивление резистора снижается. У термисторов ТКС намного больше, чем у платиновых и медных датчиков. При небольших размерах их сопротивление доходит до 1 мегома, что не позволяет оказывать влияние на измерение сопротивлению проводников.

Для осуществления замеров температуры большую популярность приобрели терморезисторы на полупроводниках КМТ, состоящих из оксидов кобальта и марганца, а также термосопротивления ММТ на основе оксидов меди и марганца. Зависимость сопротивления от температуры на графике имеет хорошую линейность в интервале температур -100 +200 градусов. Надежность терморезисторов на полупроводниках довольно высока, свойства имеют достаточную стабильность в течение длительного времени.

Основным их недостатком является такой факт, что при массовом изготовлении таких терморезисторов не получается обеспечить необходимую точность их характеристик. Поэтому один отдельно взятый резистор будет отличаться от другого образца, подобно транзисторам, которые из одной партии могут иметь различные коэффициенты усиления, трудно найти два одинаковых образца. Этот отрицательный момент создает необходимость дополнительной настройки аппаратуры при замене терморезистора.

Для подключения термисторов обычно применяют мостовую схему, в которой мост уравновешивается потенциометром. Во время изменения сопротивления резистора от действия температуры мост можно привести в равновесие путем регулировки потенциометра.

Применение терморезисторов

В работе термодатчиков существует два режима действия. При первом режиме температура датчика определяется лишь температурой внешней среды. Протекающий по резистору ток маленький и не способен его нагреть.

При 2-м режиме термистор нагревается протекающим током, а его температура определяется условиями отдачи тепла, например, скоростью обдува, плотностью газа и т.д.

 

Применение термисторов

• Измерение температуры.
• Бытовая техника: морозильники, фены, холодильники и т.д.
• Автомобильная электроника: измерение охлаждения антифриза, масла, контроль выхлопных газов, системы торможения, температура в салоне.
• Кондиционеры: распределение тепла, контроль температуры в помещении.
• Отопительные котлы, теплые полы, печи.
• Блокировка дверей в устройствах нагревания.
• Электронная промышленность: стабилизация температуры лазерных фотоэлементов и диодов, а также медных обмоток катушек.
• В мобильных телефонах для компенсации нагрева.
• Ограничение тока запуска двигателей, ламп освещения, импульсных блоков питания.
• Контроль наполнения жидкостей.

Применение позисторов

• Защита от короткого замыкания в двигателях.
• Защита от оплавления при токовой перегрузке.
• Для задержки времени включения импульсных блоков питания.
• Мониторы компьютеров и кинескопы телевизоров для размагничивания и предотвращения нарушения цвета.
• В пускателях компрессоров холодильников.
• Тепловая блокировка трансформаторов и двигателей.
• Приборы измерения.
• Автоматика управления техникой.
• Устройства памяти информации.
• В качестве нагревателей карбюраторов.
• В бытовых устройствах: закрывание дверки стиральной машины, в фенах и т.д.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое терморезистор? Какие физические явления лежат в основе его работы?

2. Почему терморезисторы изготавливаются на основе полупроводниковых материалов?

3. Объясните особенности температурных зависимостей электропроводно-сти металлов и полупроводников?

4. При каких условиях терморезистор будет обладать отрицательным диф-ференциальным сопротивлением? Какие режимы работы терморезисторов использу-ются на практике?

5. Перечислить основные параметры терморезисторов? Что они характери-зуют?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Задание

 

1.Зарисовать конструктивный рисунок датчика.

2. Описать назначение и устройство датчика.

3.Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Генераторные датчики – это такие преобразователи, которые при изменении конролируемого или регулируемого измеряемого сигнала генерируют на выходе напряжение или ток.

   Генераторными являются термоэлектрические, пьезоэлектрические, индукционные, фотоэлектрические и многие другие типы датчиков.

Типы этих датчиков называются так же, как и явления, на которых они основаны:

· Пьезоэлектрически е - пьезоэлектрический эффект.

· Термоэлектрические - термоэлектрический эффект.

· Индукционны е - электромагнитная индукция.

· Фотоэлектрические – фотоэффект.

· Гальванические - химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и/или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.

   Генераторные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины X в электрический сигнал. Такие датчики преобразуют энергию источника входной (измеряемой) величины сразу в электрический сигнал, т.е. они являются как бы генераторами электроэнергии (откуда и название таких датчиков - они генерируют электрический сигнал). Дополнительные источники электроэнергии для работы таких датчиков принципиально не требуются (тем не менее дополнительная электроэнергия может потребоваться для усиления выходного сигнала датчика, его преобразования в другие виды сигналов и других целей).

Пьезоэлектрические датчики

В этих датчиках используется пьезоэлектрический эффект, который заключается в том, что некоторые материалы под действием на них силы электризуются: на их поверхности появляется электрический заряд, величина которого зависит от приложенной силы.

Это означает, что материал, обладающий пьезоэффектом, выполняет преобразование силы в электрический заряд.

Природным материалом, который обладает пьезоэффектом, является кварц или горный хрусталь..

Заряд, возникающий вследствие пьезоэффекта, линейно зависит от приложенной силы:

,

где - коэффициент пьезочувствительности материала.

Пьезоэффект может быть продольным, когда заряд возникает на поверхностях, к которым приложена сила, или поперечным, когда заряд возникает на боковых поверхностях. Материал при этом практически не деформируется.

Рисунок 3.1 – Пьезоэлектрический датчик, а) – продольный, б) - поперечный

 

Термоэлектрические датчики

 

Их работа основана на термоэфекте — появлении термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС).

Сущность этого явления заключается в следующем.

Если соста­вить электрическую цепь из двух разнородных металлических про­водников (или полупроводников), причем с одного конца проводни­ки спаять, а место соединения (спай) нагреть, то в такой цепи воз­никает ЭДС. Эта ЭДС будет пропорциональна температуре места спая (точнее — разности температур места спая и свободных, не­спаянных концов).

     

Рисунок 3.2 – Термоэлектрический датчик

 

 

Коэффициент пропорциональности зависит от материала проводников и в определенном интервале температуры остается постоянным.

Цепь, составленная из двух разнородных ма­териалов, называется термопарой; проводники, составляющие термопару, называются термоэлектродами; места соединения тер­моэлектродов —спаями.

Индукционные датчики преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в ЭДС индукции. Принцип действия датчи­ков основан на законе электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея):

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Знак «–» в формуле позволяет учесть направление индукционного тока. Индукционный ток в замкнутом контуре имеет всегда такое направление, чтобы магнитный поток поля, созданного этим током сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока.

К этим датчикам относятся тахогенераторы постоянного и переменного то­ка, представляющие собой небольшие электромашинные генерато­ры, у которых выходное напряжение пропорционально угловой ско­рости вращения вала генератора. Тахогенераторы используются как датчики угловой скорости.

Рисунок 3.3 – Индукционный датчик

 

Тахогенератор представляет собой электрическую машину, работающую в генераторном режиме.

  При этом вырабатываемая ЭДС пропорциональна скорости вращения и величине магнитного потока. Кроме того, с изменением скорости вращения изменяется частота ЭДС. Применяются как датчики скорости (частоты вращения).

Контрольные вопросы

 

1. В чем различие между параметрическими и генераторными преобразователями?

2. Какие термопреобразователи вам известны? Опишите их конструкцию и принцип действия.

3. Для измерения (контроля) каких величин могут применяться индуктивные и емкостные датчики? Опишите их конструкцию и принцип действия.

4. Какие преобразователи применяются для измерения угловых перемещений?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

Задание

 

1. Зарисовать характеристики датчиков

2.Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Классификация датчиков.

    Любая автоматическая система управления и контроля содержит в качестве функционально необходимых элементов один или несколько измерительных преобразователей (или датчиков), служащих для измерения действительного значения управляемой или контролируемой (входной) величины и преобразования этого значения в сигнал для дальнейшей передачи по каналам управления.

По природе выходной величины все датчики можно подразделить на электрические, гидравлические, пневматические.

По природе измеряемой (преобразуемой) входной величины выделяют: датчики перемещения, температуры, уровня, расхода, положения, скорости, ускорения, давления (или усилия), частоты, светового потока, деформации.

По виду выходной величины электрические датчики подразделяют на:

 – параметрические (пассивные): контролируемая величина преобразуется в изменении таких параметров как электрическое сопротивление, индуктивность, емкость (индуктивный, емкостной датчик, фоторезистор, угольный столбик);

– генераторные (активные): контролируемая величина преобразуется в изменение заряда, напряжения, тока (термопара, фотоэлемент, пьезодатчик).

По принципу действия выделяют:

– датчики сопротивления: потенциометры, тензорезисторы, терморезисторы, фоторезисторы;

– датчики индуктивности и взаимной индуктивности: индуктивные, сельсины, микросины, вращающиеся трансформаторы;

– магнитно индукционные: тахогенераторы постоянного и переменного тока, емкостные датчики.

По структуре:

– с промежуточным преобразованием энергии;

– с непосредственным преобразованием энергии.

Основные характеристики датчиков.

  Входная величина – величина, воспринимаемая и преобразуемая датчиком. Бывает энергетической и параметрической.

Выходной сигнал – это определенное изменение несущей величины (ток, напряжение, мощность), вызванное изменением входной величины и используемое для передачи информации. Существуют две формы сигнала: непрерывная в виде физического процесса (электромагнитного) и дискретная кодированная.

Изменение несущей величины (модуляция) может осуществляться по амплитуде, по временному признаку (изменение частоты, длительности воздействия, порядка чередования воздействия), по пространственному признаку (чередование сигналов в каналах связи).

Статическая характеристика датчика y=F(x) описывает физические законы, положенные в основу работы датчика, и представляет собой зависимость выходного сигнала датчика y от входной величины х при медленном их изменении в установившемся режиме. Для удобства измерений датчики изготавливают таким образом, чтобы статическая характеристика была линейной.

Чувствительность датчика S представляет собой отношение весьма малого изменения выходной величины к весьма малому изменению входной в установившемся режиме

При S = ¥ статическая характеристика принимает релейный характер.

Порог чувствительности – это минимальное изменение входной величины, вызывающее изменение выходного сигнала.

Гистерезис – это неоднозначность хода статической характеристики при увеличении и уменьшении входной величины.

Основная погрешность – отклонение реальной статической характеристики (нагрузочной) от желаемой.

Дополнительная погрешность вызывается изменениями внешних условий по сравнению с их нормальным значением.

Максимальная мощность входных и выходных сигналов, потребляемая мощность и КПД.

Динамические характеристики определяют поведение датчика при быстрых изменениях входной величины (передаточная функция, переходная характеристика, амплитудно-частотная и фазовая).

Метрологические характеристики имеют большое значение при оценке качества и свойств датчика (класс точности, допускаемая погрешность).

 

Рисунок 4.1 – Характеристики датчиков

Контрольные вопросы

 

1. В чем различие между параметрическими и генераторными преобразователями?

2. Что такое чувствительность датчика?

3. Что представляет собой статическая характеристика датчика?

4. Что такое гистерезис?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5

Тема: Сравнивающие устройства.

Цель: изучение сравнивающих устройств.

Задание

 

1. Зарисовать типовые схемы.

2. Описать работу схем.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Сравнивающие устройства или элементы сравнения являются неотъемлемой частью любой системы автоматического управления. К одному из входов сравнивающего устройства, как правило, подключается датчик, к другому — задающее устройство (задатчик).

В качестве задающих устройств в электрических схемах сравнения обычно используют переменные резисторы, а в отдельных случаях — многоцепные переключатели с набором резисторов, потенциометры с профильными каркасами, кулачковые механизмы и другие устройства. С развитием вычислительной техники в качестве задающего устройства стали использоваться специальные программы.

В сравнивающих устройствах управляемая величина Y(t), контролируемая датчиком, сравнивается с сигналом задания Yз(t), формируемым задатчиком. На выходе сравнивающего устройства устанавливается исполнительный механизм (ИМ), который в зависимости от сигнала рассогласования е, определяемого выражением ε(t) = Y_з(t) - Y(t) может находиться в состоянии равновесия (при е = 0) или рабочем состоянии (при е ≠ 0). Пусковое устройство включает ИМ в целях устранения рассогласования.

   Сравнивающие устройства измеряют рассогласование ε(t) = Y_з(t) - Y(t) – отклонение управляемой величины Y(t) от ее заданного значения Y_з(t). Сравнивающие устройства в зависимости от вида обрабатываемого сигнала могут быть аналоговые и цифровые, а по результату сравнения – релейными (двух- и более позиционными) или иметь на выходе абсолютную разность рассогласования.

На рис.5.1а приведена схема сравнивающего устройства на операционном усилителе ОУ с отрицательной обратной связью через резистор R₀. На оба входа ОУ подаются: на инвертирующий (-)- сигнал выходной управляемой величины САУ Y(t), а на неинвертирующий (+) - сигнал с задающего устройства Y_з(t). Если принять в схеме

R₂/R₃=R₁/R₀,

то сигнал на выходе будет пропорционален разности

ε (t)= [Y_з(t) - Y(t)] R₀/R₁.

Этот сигнал подается на другие элементы САР, в частности в регулирующее устройство для выработки соответствующего сигнала управления.

Для двухпозиционного регулирования используются компараторы (нуль-органы) (рис.5.1б), в котором в отличие от схемы (рис.5.1а) отрицательная обратная связь отсутствует, т.е. ОУ работает с коэффициентом усиления, стремящимся к бесконечности. В этом случае на выходе ОУ при ε (t)=<0 сигнал d(t) скачком изменяется с логической “1” на логический “0”. Аналоговые схемы сравнения сигналов просты, но не всегда имеют достаточную точность и стабильность работы.

 

Рисунок 5.1 – Аналоговые сравнивающие устройства.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Каково назначение задающего устройства в САУ?

2. Как и в каком виде вводятся заданные величины в различных САУ?

3. Как работают и чем отличаются командоаппараты непрерывного и дискретного действия?

4. Приведите схемы кулачковых задающих устройств.

5. Поясните работу задающего устройства, выполненного по релейной схеме.

6. Какова функция устройств сравнения в составе САУ?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6

Тема: Логические элементы

Цель: изучение логических элементов, получение практических навыков в составлении схем по логическим уравнениям

Задание

 

1. Составить схему из логических элементов по заданному уравнению

 

Таблица 6.1- Исходные данные

 

Вариант	Уравнение
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Теоретические сведения

Логический элемент — это интегральная схема, выполняющая логические операции с входной информацией.

В зависимости от типа используемых материалов выделяют следующие разновидности микросхем:

1. Диодно-резисторная логика. Использование схем, разработанных по этой технологии, возможно только с полупроводниковыми триодами. Для самостоятельного применения этих элементов характерны большие потери.

2. Диодно-транзисторная логика. Операции при этой технологии реализуются посредством диодных цепей, а усиление и инверсия сигнала происходят благодаря транзистору.

3. Резисторно-транзисторная логика. Данный класс чипов базируется на резисторах и биполярных транзисторах.

4. Транзисторно-транзисторная логика. За триодом, выполняющим логическую операцию, подключают выходной инвертор для четкости сигнала на выходе.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

Тема: Работа регистров

Цель: изучить схемы построения основных типов регистров, проверить функционирование параллельного и сдвигового регистров.

Задание

1. Зарисовать типовые схемы.

2. Описать работу схем.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Электронное устройство, выполняющее функцию записи двоичного кода числа, его хранения и выдачи по запросу в другие устройства называется регистром. Регистр является совокупностью триггеров, объединенных цепями управления.

Любое число характеризуется разрядностью. Один триггер способен хранить один бит информации (0 или 1), то есть один разряд числа. Следовательно, для хранения n – разрядного числа регистр должен содержать n –триггеров. Обычно регистры выполняются на RS – триггерах или D – триггерах.

Регистры характеризуются большим разнообразием функционального назначения и схемотехнического построения. По принципу действия они делятся на две основные группы: параллельного действия или накопительные и последовательного действия или сдвиговые.

Параллельный регистр на RS – триггерах. Он имеет независимые информационные входы и выходы триггеров, которые объединены в еди ный узел по цепям обнуления и синхронизации (рис. 1).

 

Рисунок 7.1 – Схема параллельного регистра

Перед записью числа в регистр он обнуляется подачей сигнала (импульса) «сброс» одновременно на входы R всех триггеров. На входы S триггеров подаются разряды двоичного числа «Х3Х2Х1Х0» (разряд Х0 на триггер D0, разряд Х1 на триггер D1 и так далее), число подготовлено к записи. Запись числа в регистр происходит в момент подачи импульса на вход синхронизации С. Далее сигналы с информационных входов могут быть сняты, число записано в регистр и непрерывно выдается на выходах Q3Q2Q1Q0. Число может храниться в регистре, пока не будет стерто или пока включено питание регистра.

Регистр на рис. 7.1 неудобен в практическом применении. При дополнении схемы элементами логики и управления он становится более гибким в использовании (рис.7. 2).

 

 

Рисунок 7.2 – Трехразрядный параллельный регистр с элементами управления

 

 

Сигнал синхронизации для регистра рис. 2 назван сигналом записи (WR).

Информация в регистре хранится, но во внешние устройства не выдается. Выдача информации происходит только при подаче сигнала «чтение», который открывает ключи на логических элементах «И» и разрешает прохождение кода Q c выходов триггеров в другие узлы.

Промышленность выпускает регистры в виде интегральных схем. В сложных устройствах внутренняя схема микросхем регистра не показывается, он изображается как единое целое в виде условных обозначений рис.7.3. На схемах регистры обозначаются символами RG среднего поля УГО.

 

Рисунок 7.3 – Условные графические обозначения регистров

 

Чаще регистры выполняются на синхронизируемых D - триггерах. Схема параллельного регистра на D-триггерах принципиально не отличается от схем рис. 1 или рис. 2. Свойства двухступенчатого D-триггера позволяют собрать регистр последовательно действия.

Последовательный регистр. В таком регистре триггеры соединены друг с другом в цепочку так, что выход каждого предыдущего триггера соединен со входом последующего (рис. 7.4).

 

 

Рисунок 7.4 – Сдвиговый регистр

 

На информационный вход D (вход данных) последовательно подаются разряды X0, X1, X2, X3 четырехразрядного двоичного числа X3X2X1X0 младшими разрядами вперед. По переднему фронту (0-1) импульса синхронизации на входе «С» младший разряд Х0 записывается в первую ступень триггера D0. По заднему фронту (1- 0) синхроимпульса блокируется первая ступень и разблокируется для записи вторая ступень D0. Так как выход первой ступени (хозяин) D0 соединен со входом второй (работник),разряд X0 переписывается из первой ступени во вторую.Выход триггера D0 соединен со входом триггера D1. Последний подготовлен к записи разряда Х0. Запись происходит только по приходу очередного синхроимпульса. По второму синхроимпульсу разряд Х0 переписывается из D0 в D1, одновременно второй разряд Х1 числа записывается в триггер D0.

Далее процесс продолжается аналогично. По третьему синхроимпульсу С разряд Х0 переписывается из триггера D1 в D2, разряд Х1 переписывается из D0 в D1, в триггер D0 записывается разряд Х2. Из механизма работы регистра следует, что разряды числа поочередно сдвигаются на один триггер (шаг) вправо. Механизм сдвига иллюстрируется диаграммами рис.5 для четырехразрядного слова X3X2X1X0 = 1101.

Диаграммы соответствуют исходному состоянию обнуления регистра (Q3 = Q2 = Q1 = Q0 = 0). Далее разряды числа последовательно подаются на вход регистра и сопровождаются синхроимпульсами. По первому синхроимпульсу С младший разряд числа Х0 = 1записывается в триггер D0.По второму синхроимпульсу разряд Х0 = 1 переписывается в триггер D1, а разряд Х1 = 0 со входа регистра в триггер D0. В итоге, по четвертому импульсу все разряды числа записаны в регистр последовательно друг за другом пошаговым сдвигом.

Разряды числа подаются в регистр последовательно, разряды записанного числа выдаются с выходов одновременно. Следовательно, сдвиговый регистр является преобразователем последовательного кода в параллельный.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое регистр?

2.Какой элемент является основой регистра?

3.Чем отличается параллельный регистр от последовательного?

4.Как обозначаются регистры?

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8

Задание

 

1. Зарисовать типовые схемы.

2. Описать работу схем.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Счетчиком импульсов называют устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поступаю­щих на его вход, и хранения результата счета в виде кода. Счетчики импульсов широко применяются в изме­рительной технике и в устройствах цифровой обработки информации. Практически любую аналоговую величину (длительность и период повторения импульсов, угол по­ворота, перемещение, скорость и т. п.) можно преобразо­вать в электрические импульсы, число которых пропор­ционально значению аналоговой величины, подсчитать эти импульсы с помощью счетчика и выразить числом или кодом. На таком принципе основана и работа аналогово-цифровых преобразователей. В ЭВМ счетчики применяются для формирования адресов команд, подсчета количества циклов при выполнении программы, подсчета количества шагов при выполнении операций умножении и деления.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9

Задание

 

1. Зарисовать типовые схемы.

2. Описать работу схем.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Электромагнитные реле (ЭМР) представляют собой электромеханические контактные устройства, преобразующие управляющий электрический ток в магнитное поле, которое оказывает силовое скачкообразное воздействие на подвижное намагниченное тело, механически связанное с электрическим контактом реле или являющееся подвижной частью этого контакта. При возникновении управляющего тока в ЭМР происходит скачкообразное срабатывание контакта, который из разомкнутого (замкнутого) состояния через замыкание (размыкание) переходит в замкнутое (разомкнутое) состояние.

В разомкнутом состоянии контакт имеет видимый разрыв с высокой электрической прочностью и контактным сопротивлением на уровне поверхностного сопротивления элементов конструкции реле. В замкнутом состоянии переходное сопротивление механического контакта, выполненного из соответствующих материалов, составляет единицы – десятки мОм, а падение напряжения на контакте даже при протекании тока силой в десятки ампер не превышает 100...200 мВ.

На работу контактов ЭМР, помимо управляющей электромагнитной силы, существенное влияние оказывают также силы упругой деформации контактных элементов и/или специальной (возвратной) пружины, которые в процессе срабатывания реле препятствуют действию электромагнитной силы, а в ее отсутствие способствуют возвращению контактов в исходное состояние. В некоторых конструкциях ЭМР работу упругих сил дополняет или заменяет сила тяжести, действующая на массивные подвижные детали реле.

При замыкании или размыкании электрически нагруженного контакта в межконтактном промежутке практически всегда возникает электрический разряд, взаимодействующий с областью контактируемой поверхности материала, что приводит к ее электрофизическому износу. Кроме того, электрический разряд, обладая электропроводимостью, ускоряет процесс замыкания и затягивает процесс размыкания контакта. Таким образом, ЭМР является устройством, в котором действуют электромагнитные, контактные, механические и электроразрядные явления.

Конструкции ЭМР в зависимости от принципа силового воздействия магнитного поля на подвижный элемент контакта подразделяются на два основных вида:

• реле с магнитоуправляемым якорем или якорные реле, в которых подвижное магнитоуправляемое тело - якорь, который либо несет на себе подвижный контактный элемент, либо механически воздействует на него посредством толкателя, поводка и т.п. передающего органа;
• реле с магнитоуправляемым контактом, в которых магнитоуправляемым телом