Лабораторная работа № 23 Тема: Моделирование схем, содержащих аналоговые и цифровые компоненты
Цель работы: Совершенствование навыков работы в Multisim 12; Знакомство с виртуальными приборами: генератором слов и логическим анализатором; Построение временных диаграмм исследуемых схем; Синтез цифровых схем по заданной таблице истинности.
Оборудование рабочего места: ПК, ПО
Краткие теоретические сведения
Генератор слов
Программа Multisim предоставляет возможность подавать на входы исследуемой схемы произвольный набор цифровых сигналов, для чего служит специальный инструмент – генератор слов (Word Generator на рисунок 1).
Рисунок 1 - Выбор генератора слов на панели инструментов Multisim
Для знакомства с его основными характеристиками разместите на рабочем листе: генератор слов и двухвходовой элемент И.
Рисунок 2 - Простая схема для изучения генератора слов
Генератор имеет 32 выхода, пронумерованных от 0 до 31 в порядке возрастания старшинства. Запрограммировав генератор, возможно получить последовательность из 65536 произвольных 32-разрядных слов на выходе генератора и подать их на вход исследуемой схемы. Подключите 0-й и 1-й выходы генератора к входам элемента И (рисунок 2). Для настройки генератора дважды щелкните по его условному обозначению на рабочем листе -откроется окно свойств (рисунок 3).
Рисунок 3 – Окно генератора слов
Для начала – зададим длину формируемой числовой последовательности. Для этого служат поля Initial (номер первого слова в списке справа) и Final (номер последнего слова). Поскольку элемент И содержит два входа – на них возможны четыре состояния сигналов (00, 01, 10, 11). Установим в поле Final – число 3 (рис. 3). Таким образом, на выходы генератора будут последовательно поступать слова с номерами от 0 до 3, всего 4 слова. Теперь установим значения числовых слов, отображаемые в виде списка в левой части окна. В нашем, случае мы могли бы установить значения вручную, выбирая один из элементов списка и вводя его значение в двоичном виде в поле Binary.
Однако существуют автоматизированные варианты инициализации списка слов. Щелкните клавишу Pattern (Образец) – откроется окно выбора вариантов заполнения списка.
Управление
Диалоговое окно Settings
Щелкните по Set, чтобы отобразить набор опций, которые позволяют вам сохранять шаблоны слов, введенные в генератор слов, в файле и загружать прежде сохраненные шаблоны. Эта функция может также использоваться для генерации полезных шаблонов или очистки дисплея.
Рисунок 5 - Выбор способа автозаполнения списка слов
Существует возможность очистки списка (Clear Buffer); формирования возрастающей (Up Counter) и убывающей (Down Counter) последовательностей с шагом 1; формирования бегущей единицы вправо или влево (Shift Right или Shift Left). Возможно также сохранить составленный список слов на диске (Save) или, наоборот, загрузить ранее составленный список. Для нашего примера выберите опцию Up Counter и нажмите Accept (принять). Теперь список слов заполнен возрастающей числовой последовательностью.
При моделировании схемы возможно использовать один из нескольких режимов выдачи слов: циклический повтор списка (Cycle); однократный проход списка (Burst); пошаговая выдача выходных слов (Step). Также можно установить точку останова на любой элемент списка (Breakpoint). В нашем случае, для дальнейшей работы, установите режим Burst.
Логический анализатор:
При помощи генератора слов мы получили возможность подавать на входы цифровой схемы выбранную нами цифровую последовательность. Для визуального отображения сигналов в произвольных точках схемы служит другой инструмент – логический анализатор
(Logic Analyzer). Отметим, что данный прибор напоминает осциллограф, однако в отличие от него считывает информацию на входах в дискретные моменты времени. Частота дискретизации задается при настройке инструмента. Между моментами считывания входной информации сигналы отображаются неизменными.
Для использования инструмента щелкните по кнопке Logic Analyzer на панели Instruments и щелкните там, где нужно разместить иконку в рабочей области. Иконка используется для подключения логического анализатора к схеме. Дважды щелкните по иконке, чтобы открыть панель инструмента, которая используется для установок и просмотра результатов.
Рисунок 6
Логический анализатор отображает уровни до 16 цифровых сигналов в схеме. Используется для быстрого сбора данных о логическом состоянии и расширенного
временного анализа при разработке больших систем и выявлении неисправностей.
Рисунок 7 - Временные диаграммы работы ЛЭ «И»
16 кружков на левой стороне иконки относятся к выводам и горизонтальным строкам на панели инструмента. Когда выводы соединены с узлами, кружки отображаются с черными точками и отображаются имена узлов и цвет. Иначе кружки выводов отображаются без черных точек.
Когда схема активизируется, логический анализатор записывает входные значения своих выводов. При получении сигнала переключения логический анализатор отображает данные перед и после переключения. Данные отображаются как всегда как прямоугольные импульсы. Верхний ряд отображает значения канала 1, следующий канала 2 и т.д. Двоичные значения каждого бита в текущем слове отображаются на выводах левой стороны панели прибора. Временная ось отображается, как верхняя ось диалогового окна отображения сигналов. Диалоговое окно также отображает сигнал внутреннего тактового генератора, внешнего тактового генератора, сигнала внешнего описателя синхроимпульсов и сигнала уточнителя импульсов записи.
Порядок проведения работы
Изучите описание генератора слов и логического анализатора. Соберите и проанализируйте работу схемы идентичной представленной на рисунке 7.
1 Построить временные диаграммы работы схемы
2 Убедиться, что полученные диаграммы соответствуют таблице истинности схемы.
3 Сформировать циклическую последовательность 000….111
4 Отобразить сформированную последовательность с помощью логического анализатора и осциллографа.
Содержание отчета
В отчете указать тему, цель работы
Схемы исследования
диалоговые окна генератора слов и логического анализатора
Характеристики и осциллограммы сформированных последовательностей
Записать выводы по проделанной работе
Контрольные вопросы
1 Понятие технологии виртуальных приборов.
2 Состав и назначение виртуальных измерительных приборов аппаратно-программных комплексов NI Multisim.
3 Назначение органов управления лицевой панели виртуальных приборов.
4 Порядок сборки и подключения виртуальных приборов к схеме.
5 Порядок проведения Logic Analyzer анализа. Каковы функции и возможности генератора слов?
6 Каковы функции и возможности логического анализатора?