Моделирование в САПР Workbench v5.12

Workbench – многофункциональная программа, реализующая имитационное моделирование при разработке электронных схем. В комплект поставки программы входит библиотека элементов нескольких стандартных серий (по зарубежной классификации). В нашем примере мы ограничимся серией 74хх.

Сначала следует условно сгруппировать объекты схемы на элементах «И-НЕ» по некоторым группам, каждая из которых будет «привязана» к конкретному экземпляру микросхемы. Например, четыре двухвходовых объекта «И-НЕ» можно представить в виде одной микросхемы 7400 (рис. 9).

Рис. 9

1А, 1В - сигнальные входы элемента «И-НЕ»,

1Y — выход данного элемента (аналогично для 2,3,4);

VCC — вход питания; GND — земля.

Другие микросхемы, используемые в работе (см. рис.11):

7411 — три трехвходовых элемента «И»;

7410 — три трехвходовых элемента «И-НЕ»;

7420 — два четырехвходовых элемента «н-ие»;

7408 — четыре двухвходовых элемента «И»;

Все микросхемы имели общие контакты «земля» и питание (5V).

В качестве источника сигнала можно было использовать различные устройства, но в целях упрощения схемы и улучшения наглядности, был использован один из стандартных инструментов программы WorkBench — Word Generator (рис.10).

Рис. 10 Word Generator, вид на схеме.

Word Generator позволяет синтезировать до шестнадцати разрядов логического сигнала («0» или «1») в соответствии с заданными пользователем условиями (правилами, последовательностью, частотой и т.д.). Он также позволяет производить пошаговую отладку схемы (подача единичного сигнала и остановка процесса моделирования для анализа), выбирать точки останова (breakpoints) и имеет заранее определенный набор установок (счетчик инкремента, счетчик декремента, сдвиговый счетчик и т.д.).

Вид окна Word Generator представлен на рис. 12.

В разрабатываемой системе через Word Generator задавались комбинации входных сигналов A,B,C,D (минтермы). Также, для упрощения

проектирования, сигналы!А,!В,!С,!D вводились в схему не через инвертор от основных сигналов, а через Word Generator. Для этого каждый разряд исходной комбинации А, В, С, D заменялся на соответствующую ему пару разрядов (Х,!Х).

Рис. 11

Рис.12 Окно Word Generator.

Для выходной индикации результата использовался элемент «семисегментный индикатор» из комплекта стандартных устройств-индикаторов программы (рис. 13).

Рис.13 Семисегментный индикатор

В работе были учтены различия в параметрах индикаторов: описанного в методическом пособии, и используемого в программе (различная нумерация сегментов, принцип работы отдельного сегмента).

Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Схема многополюсника в соответствии с заданием.

4. Перечень применяемых в модели устройств.

5. Результаты измерений, временные диаграммы.

6. Осциллограммы, снятые в контрольных точках.

7. Анализ полученных результатов и выводы.

8. Подпись выполнявшего работу студента.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные компоненты электрических цепей, моделируемые в САПР WorkBench.

2. Перечислите основные действия для создания логической схемы в базисе И-НЕ.

3. Перечислите основные функции Панели инструментов САПР WorkBench.

4. Перечислите основные функции Меню САПР WorkBench.

5. Что такое многополюсник?

6. Чем отличается синтез многополюсника от синтеза отдельных логических функций?

7. Определите неисправности в схеме.

Работа №2 Исследование структуры регистров

Цель работы: изучение структуры и исследование работы регистров.

Регистром называется быстродействующее запоминающее устройство, предназначенное для хранения, приема и выдачи двоичных слов.

Регистр представляет собой совокупность триггеров, число которых соответствует количеству разрядов в двоичном слове, и вспомогательных схем, позволяющих дополнительно реализовать следующие
функции регистров:

· установку регистра в ноль (запись нулевого слова);

· прием-передачу слова с поразрядной инверсией;

· сдвиг слова вправо или влево на заданное число разрядов;

· прием-передачу с преобразованием последовательного кода слова
в параллельный и наоборот.

При реализации последовательного кода
все разряды слова передаются во времени последовательно один за, другим по одной шине, при реализации параллельного кода все разряды слова передаются одновременно, каждый по своей шине.

На рис. 14 представлена схема регистра на триггерах типа J-K с приемом и выдачей параллельных кодов.

Рис. 14

В этой схеме, использующей парафазный прием входного слова,
имеется шина установки нуля. Перед записью информации в регистр все
триггеры одновременно сбрасываются в ноль сигналом «Уст.0», затем
сигнал «Прием», поданный на входы синхронизации всех триггеров, одно-
временно пропускает по входам J и K соответствующие разряды слова.

Выдача информации с регистра может быть осуществлена в од-
нофазной форме: прямым кодом (с прямых выходов триггеров) или
обратным кодом (с инверсных выходов), а также в парафазной форме
(одновременно с обоих выходов каждого триггера, т.е. передачей од-
ного двоичного символа по двум шинам в прямой и инверсной форме.

В регистре на синхронных триггерах типа J-K можно реализовать
выполнение следующих поразрядных логических операций над предыдущим содержанием регистра и входным словом:

· логического сложения (дизъюнкции)

· логического умножения (конъюнкции)

· сложения по модулю 2 (неравнозначности)

Здесь ­­– предыдущее содержимое i-го разряда регистра;

–
соответствующий разряд входного слова;

– новое содержимое i-го
разряда регистра.

Операция логического сложения выполняется передачей прямого
кода второго операнда на входы J-триггеров регистра без предвари-
тельного гашения первого операнда. Эта операция может быть использована для формирования в регистре n-разрядного кода из нескольких
малоразрядных кодов.

Операция логического умножения выполняется передачей обрат-
ного кода второго операнда на входы К-триггеров регистра без пред
варительного гашения первого операнда. Эта операция обычно используется для выделения части разряда кода.

Операция сложения по модулю 2 выполняется передачей прямого
кода второго операнда одновременно на оба входа J и К триггеров
регистра без предварительного гашения первого операнда. Операция
используется для сравнения операндов, признак совпадения — нуле
вой код результата.

Регистры, выполняющие операцию сдвига, называются сдвигающ-
ими регистрами.

По способу межразрядных связей сдвигающие регистры бывают с
однофазной передачей информации (на триггерах типа D) и с пара-
фазной передачей информации (на триггерах типа j-k).

По направлению сдвига регистры делятся на три типа: регистры,
сдвигающие вправо; регистры, сдвигающие влево; реверсивные сдви-
гающие регистры, которые в зависимости от управляющих сигналов осуществляют сдвиг кодов вправо или влево. При наличии цепей
связей между младшим и старшим разрядами сдвигающие регистры
называются кольцевыми. Такие схемы удобны для исследования, обладают свойством деления частоты входных сигналов и могут быть
использованы в качестве счетчиков.

На рис. 15,а и 16,а представлена однофазная схема сдвигающего реги-
стра на D-триггерах, реализующая сдвиг кода влево. Шина «Уст.0»,
на которую подается сигнал установки нулевого слова, связана со вхо-
дами R всех триггеров регистра. Заметим, что понятия «вправо» и «влево» весьма условны и связаны с нумерацией триггеров в регистре.

Рассмотрим работу схемы в кольцевом режиме (выход триггера старшего -
левого разряда регистра связан со входом триггера младшего - правого раз-
ряда) при наличии в регистре двоичного кода 0001. С приходом сиг-
нала сдвига на входы синхронизации С всех D-триггеров происходит
перезапись информации из каждого i -го разряда в (i–1)-й разряд и
из 1-го в 4-й (за счет кольцевой связи). После поступления первого
сигнала сдвига содержимое регистра представляет код 0010, после
второго сигнала сдвига — 0100 и т.д. (см. временную диаграмму на
рис. 2.3). После поступления четырех сигналов сдвига восстанавливается начальное содержание регистра 0001.

На рис. 16 б) и 18 представлена парафазная схема сдвигающего регистра, выполненная на триггерах типа J-К и реализующая сдвиг вправо. Межразрядная связь осуществляется соединением выходов и триггеров (i–1)-го разряда со входами J и K соответственно триггера i-го разряда. Временная диаграмма работы схемы указана на рис.17, б.

Схема реверсивного сдвигающего регистра на триггерах типа D
приведена на рис. 18, где каждый i-разряд схемы соединен с (i–1) -
разрядом и с (i+1)-разрядом посредством логических элементов И--
ИЛИ-НЕ, единичный выход которых определяется наличием хотя бы од-
ного нуля на входе каждой из схем И (рекомендуем составить само-
стоятельно таблицу истинности функции данного элемента = ).Выбор режима осуществляется изменением управляющего сигнала 0/1.

Так, при постоянном нулевом сигнале на шине «вправо» управления ревер-
сом, соединенные с ней верхние элементы И-НЕ не влияют на работу
схемы. Соединение нижних (работающих) элементов И обеспечивает
передачу информации для сдвига вправо, от (i-1)-го разряда к i-му.
При постоянном нулевом сигнале на шине «влево» управления ревер-
сом отключены нижние элементы И, а соединение верхних обеспечи-
вает сдвиг информации влево, от (i+1)-го разряда к i-му.

Включение шин управления реверсом должно быть раздельным. Применение элементов И-ИЛИ-НЕ в данной схеме определяет необходимость использования инверсных выходов триггеров.

Рис. 15

Рис. 16

Рис. 17

Рис. 18

Рис. 19

Кольцевые сдвигающие регистры могут быть использованы при
построении счетчиков с постоянно взвешенными кодами, для ко-
торых число единиц и нулей в каждом устойчивом состоянии посто-
янно.

Простейшим счетчиком этого класса является счетчик Джонсона,
работающий в коде Либау-Крейга:

Указанный код реализуется на сдвигающем регистре с ин-
версной кольцевой связью (рис. 18) такие схемы обладают 2-n устойчивыми состояниями.

Дата добавления: 2015-06-27