Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Синтез и логическое моделирование электронных схем. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 61 2 3 4 5 6 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А.В. Болдырев

СИНТЕЗ И ЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

Учебно-методическое пособие

Ростов-на-Дону

ДГТУ

2022

УДК 004.94 Б79

Рецензент

кандидат технических наук, доцент

вед. науч. сотрудник АО «ВНИИ «Градиент» А.Г. Стуров

Болдырев, Александр Валентинович.

Б79 Синтез и логическое моделирование электронных схем : учебно-

методическое пособие / А.В. Болдырев ; Донской государственный технический университет. – Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2022. – 54 с.

ISBN 978-5-7890-2009-8

Представлен теоретический и практический материал для освоения методов синтеза и логического моделирования электронных схем. Содержит краткое руководство по выполнению графического ввода схем, анализа результатов моделирования, настройки и оптимизации цифровых схем с использованием отечественной программы ВАРИАНТ.

Предназначено для обучающихся по направлениям подготовки «Управление в технических системах» и «Автоматизация технологических процессов и производств» всех форм обучения.

УДК 004.94

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Донского государственного технического университета

Научный редактор

доктор технических наук, профессор В.Л. Заковоротный

Список сокращений

АЛУ – арифметико-логическое устройство БИС – большая интегральная схема ДНФ – дизъюнктивная нормальная форма ЗЭ – запоминающий элемент ЗУ – запоминающее устройство КНФ – конъюнктивная нормальная форма КЦ – комбинационная цепь ПЗУ – постоянное запоминающее устройство ПЛИС – программируемая логическая интегральная схема САПР – система автоматизированного проектирования СБИС – сверхбольшая интегральная схема СВЧ – сверхвысокая частота СИ – язык программирования ТТЛ – транзистор-транзисторная логика ТТЛШ – транзистор-транзисторная логика на элементах Шоттки УГО – условное графическое обозначение ЯП – ячейка памяти

ASIC – интегральная схема специального назначения CPLD – сложное программируемое логическое устройство DOS – дисковая операционная система EDA – автоматизация проектирования в электронике ECAD – компьютерное проектирование в электронике EEPROM – перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство с электрическим стиранием EPROM – перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство со стиранием ультрафиолетовым освещением FPGA – программируемая вентильная матрица HDL – язык описания аппаратуры PLD – программируемое логическое устройство PROM – однократно программируемое постоянное запоминающее устройство ROM – постоянное запоминающее устройство с масочной записью данных SRAM – статическое оперативное запоминающее устройство VHDL – язык описания аппаратуры интегральных схем

Введение

История автоматизации проектирования в электронике (EDA – Electronic Design Automation, ECAD – Electronic Сomputer-Aided Design)

насчитывает уже около 60 лет. На первом этапе в 60-70-е годы решались принципиальные вопросы создания математического обеспечения ECAD. До этого в электронике господствовали экспериментальные методы проектирования.

Переход к компьютерным расчетам и моделированию требовал разработки адекватных математических моделей схем и конструкций радиоэлектронной аппаратуры и численных методов исследования этих моделей. Поэтому для первого поколения средств EDA, представлявших собой не связанные друг с другом программы расчета печатных плат и электронных схем, главными были формализация постановок проектных задач и выбор соответствующего математического аппарата.

Уже с конца 60-х годов развитие EDA в основном определяется прогрессом микроэлектроники. Непрерывный рост степени интеграции, уменьшение проектных норм приводят к увеличению сложности микроэлектронных изделий, к появлению БИС, затем СБИС. В 80-е годы появляются технологии разработки микропроцессоров и схем памяти, заказных и полузаказных СБИС (ASIC – Application-Specific Integrated Circuits), в том числе на программируемых логических микросхемах – ПЛИС (CPLD – Complex Progammable Logic Device) и программируемых вентильных матрицах (FPGA – Field Programmable Gate Array).

Выделяют следующие категории электронных САПР:

– моделирование смешанных аналого-цифровых устройств;

– моделирование и синтез логики для ПЛИС;

– схемотехническое и электромагнитное моделирование СВЧустройств;

– поведенческое моделирование на уровне структурных схем;

– проектирование печатных плат;

– анализ электромагнитной совместимости;

– тепловое моделирование;

– проектирование топологий БИС;

– разработка конструкторской документации;

– разработка технологических процессов

Важной задачей проектирования является синтез логической схемы для последующей ее реализации на программируемых логических интегральных схемах (PLD, CPLD, FPGA). Как правило, в продуктах, предназначенных для этих целей, используется задание функционирования работы схемы, сделанное на одном из языков описания аппаратуры (HDL), например, VHDL или Verilog.

Для простых устройств проект может быть задан в виде принципиальной электрической схемы. В этих случаях достаточно использовать такие программные продукты как отечественную систему ВАРИАНТ, уже много лет успешно применяемую в учебных целях на кафедре АПП в ДГТУ.

Система ВАРИАНТ позволяет синтезировать логические схемы на базе цифровых микросхем и моделировать их работу с наглядным отображением результатов на экране монитора. Простота работы с системой обеспечивает приобретение навыков работы в очень короткие сроки даже теми, кто впервые имеет дело с данной программой, что позволяет сосредоточиться на изучении логики работы схемы и не отвлекаться на технику общения с программой.

Набор схем осуществляется простым перемещением по экрану графических обозначений различных элементов с помощью кнопок управления курсором. В режиме логического моделирования обеспечивается отображение состояния элементов схемы с помощью элементов индикации, которые могут быть установлены в любом месте схемы в необходимом количестве. Входные воздействия задаются с клавиатуры компьютера, символы на кнопках которого совпадают с обозначениями элементов ввода набираемой схемы. Логические элементы и узлы моделируются с учетом задержек, соотношения между величинами которых отражают соотношения их реальных величин.

Программа написана на языке СИ для DOS и может быть установлена на простейших компьютерах, имеющих по нынешним временам весьма скромные технические характеристики:

 оперативная память 256К;

 цветной графический адаптер VGA;

 свободное пространство на диске 360К.

Для установки программы ВАРИАНТ на современный компьютер и ее запуска необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1. Скачать с сайта DOSBox.com и установить программу DOSBox.

2. В корневом каталоге разместить папку с файлами программы

ВАРИАНТ, полученную от преподавателя, например C:\VARIANT.

3. Выбрать в меню Пуск конфигурационный файл DOSBox 0.74–3 Op-

tions и открыть его.

4. В конце файла, в секции [autoexec], добавить следующие строчки:

mount c c:\variant c: variant.exe exit

5. Сохранить изменения в файле и закрыть его.

6. Запустить по ярлыку программу DOSBox.

7. Нажать клавишу Enter при появлении шапки «ВАРИАНТ».

8. Для перехода в полноэкранный режим и обратно использовать соче-

тание клавиш Alt+Enter.

1. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ ВАРИАНТ

После запуска программы ВАРИАНТ на экран выводится окно синего наборного поля с горизонтальным меню вверху и строкой подсказки внизу. Все дальнейшие действия в программе осуществляются только с помощью клавиш курсора и Enter в соответствии с подсказками в нижней части рабочего окна. Программа обеспечивает следующие режимы работы:

 набор и редактирование схемы;

 моделирование работы набранной схемы;

 выбор активного (перемещаемого) элемента из библиотеки;

 запись на диск набранной схемы;

 чтение с диска ранее сохраненной схемы;

 распечатка схемы на принтере;

 стирание экрана.

Перечисленные режимы могут быть вызваны нажатием управляющих клавиш, указанных в строке подсказки, или через горизонтальное меню. Для выхода в меню следует нажать клавишу F1. После появления в верхней части рабочего окна горизонтального меню осуществляется выбор необходимого режима работы с последующим нажатием Enter.

Формат наборного поля

Набираемая схема размещается на наборном поле, превышающем размер его видимой части. Видимый на экране участок составляет 1/4 часть от всего наборного поля, имеющего 160 шагов по горизонтали и 64 шага по вертикали. Размер же видимой его части соответствует 80 шагам по горизонтали и 32 шагам по вертикали. Первоначально при запуске программы видимая часть наборного поля находится в левом верхнем углу наборного поля, как показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Исходное положение видимой части наборного поля

Для просмотра всей схемы необходимо изменять координаты видимой

части схемы с помощью клавиш Home, End, PgUp, PgDn, Shift и клавиш управления курсором.

Библиотека элементов

Набор схем осуществляется из элементов, расположенных в библиотеке, которая вызывается на экран нажатием клавиши F5 или через меню активизацией пункта ВЫБОР. При этом появляется окно библиотеки элементов, приведенное на рис. 1.2. Снизу, под каждым условным графическим обозначением (УГО) элемента, указываются буквы, соответствующие клавишам, с помощью которых можно вызвать данные элементы в режиме набора схемы. Активизировать необходимый элемент в режиме показа библиотеки можно, поместив синий курсор-квадратик на изображение этого элемента с последующим нажатием Enter. В результате выделенный в зеленом цветовом фоне библиотеки активный элемент будет перенесен в наборное поле схемы.

Рис. 1.2. Окно библиотеки элементов программы ВАРИАНТ

Все элементы библиотеки разбиты на четыре группы:

 цифровые элементы;

 элементы индикации;

 элементы ввода входных воздействий;

 элементы соединений.

Особенности работы моделей элементов рассматриваются в разделе 2.

Режим набора и редактирования схемы

В этом режиме для управления зарезервированы клавиши, имеющие следующие назначения:

 F1 – выход в меню;

 F2 – переход в режим моделирования;

 F3 – сохранение набранной схемы на диске;

 F4 – ввод ранее сохраненной схемы с диска;

 F5 – вызов библиотеки элементов;

 Home – перемещение видимого окна влево на 80 шагов;

 End – перемещение видимого окна вправо на 80 шагов;

 PgUp – перемещение видимого окна вверх на 32 шага;

 PgDn – перемещение видимого окна вниз на 32 шага;

 PrtScr – распечатка схемы на принтере;

 Ins – захват элемента с экрана;

 Del – удаление элемента с экрана;

 Enter – установка элемента;

 Ctrl + Backspace – стирание наборного поля;

 Shift + [стрелка влево] – перемещение видимого окна влево

на 20 шагов;

 Shift + [стрелка вправо] – перемещение видимого окна вправо на 20 шагов;

 Shift + [стрелка вверх] – перемещение видимого окна вверх на 8 шагов;

 Shift + [стрелка вниз] – перемещение видимого окна вниз на 8 шагов;

 клавиши управления курсором – для перемещения активного эле- мента по наборному полю.

С помощью ряда буквенных клавиш происходит вызов (активизация) элементов из библиотеки (см. рис. 1.2).

Набор схем осуществляется перемещением клавишами курсора по наборному полю УГО активных элементов, выбираемых из библиотеки, с последующей их установкой в необходимых местах с помощью Enter. При этом цветовой фон элемента изменяется на синий цвет наборного поля. До выхода из режима набора таким образом можно установить необходимое количество однотипных элементов.

Если установка элемента производится поверх собранного участка схемы, то элементы, на которые происходит наложение активного элемента (хотя бы и частично), полностью удаляются с наборного поля.

Для захвата элемента необходимо левый верхний угол активного элемента расположить на изображении захватываемого и нажать клавишу Ins. При этом произойдет смена активного элемента.

Для удаления элемента с наборного поля необходимо курсор или левый верхний угол активного элемента наложить на любую точку стираемого элемента и нажать клавишу Del.

Убрать активный элемент с наборного поля можно нажатием клавиши Esc.

Рисование соединительных линий осуществляется после выбора в меню пункта ЛИНИИ и последующем использовании клавиши F6. В режиме набора достаточно дважды нажать F6. Собственно рисование линий производится нажатием клавиши курсора необходимого направления в соответствии с топологией соединения. При этом любые ответвления и однократные пересечения линий сопровождаются автоматической установкой соединительных узлов. Принудительное соединение реализуется клавишей Enter. Повторное нажатие клавиши F6 позволяет движением курсора по линии осуществить ее стирание.

Альтернативный способ соединения выводов заключается в использовании соединительных элементов. Активизация их производится клавишами русского регистра клавиатуры. Взаимное соответствие элементов соединений и клавиш легко запоминается, так как клавиши расположены в виде прямоугольника в левой части клавиатуры, углам которого соответствуют повороты соединительных линий, а сторонам – отводы к центру прямоугольника от них (рис. 1.3).

Для отображения состояния цифровых схем в характерных узлах устанавливаются элементы индикации, а для ввода сигналов – элементы ввода входных воздействий. Ввод букв возможен после нажатия клавиши CapsLock. При этом вместо элементов на наборном поле будут появляться буквы, соответствующие нажатым клавишам.

Режим моделирования

После завершения набора схемы переход в режим моделирования

осуществляется нажатием клавиши F2 или выбором в меню пункта МОДЕЛЬ. Состояние выходов схемы контролируется по индикаторам. Если их недостаточно или обнаружена ошибка, необходимо вернуться в режим набора и откорректировать схему. Выход в режим набора осуществляется нажатием на любую управляющую клавишу или клавишу управления курсором.

Рис. 1.3. Привязка

соединительных

элементов

к клавиатуре

Входные сигналы в схему вводятся с помощью элементов ввода вход-

ных воздействий. Возможны как динамический, так и статический ввод входных сигналов. В первом случае используются элементы программных генераторов, а во втором – клавиатура, причем каждое нажатие на клавишу, соответствующую элементу ввода, приводит к смене состояния на выходе этого элемента (1 → 0 или 0 → 1).

Рис. 1.4. Окно графиков

В режиме динамического ввода входных сигналов программа ВАРИАНТ позволяет построить до десяти диаграмм работы цифровой схемы в узлах, к которым подключены входы элемента библиотеки Р(ЛАТ). Для этого после выполнения моделирования в меню необходимо выбрать пункт ГРАФИКИ. В результате, как показано на рис. 1.4, в окне графиков помимо собственно рисунка диаграмм работы появляются пояснения по использованию клавиш управления.

Чтение и сохранение схем на диске

Вызов режима чтения осуществляется с помощью клавиши F4 или выбором в меню пункта ЧТЕНИЕ. После этого в наборном поле появляется окно, приведенное на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Окно чтения

с диска файла схемы

1 / 61 2 3 4 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]