Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Синтез и логическое моделирование электронных схем. Учебно-методическое пособие
.pdf
11
В этом окне необходимо набрать имя файла, в котором была сохранена
созданная ранее схема. При введении ошибочного символа его удаление
возможно с помощью клавиш Backspace или [стрелка влево]. Для активизации режима чтения нажимается клавиша Enter, а для его отмены – клавиша
Esc. Если чтение прошло успешно, в наборном поле появится изображение
созданной ранее схемы.
Для сохранения набранной схемы на
диске необходимо нажать клавишу F3 или
выбрать в меню пункт ЗАПИСЬ. После этого
в наборном поле появляется окно, приведенное на рис. 1.6.
Набор имени в формате *.sx и его редактирование производится аналогично тому, как это делалось в режиме
чтения с диска.
В случае возникновения ошибок в режимах чтения или записи в соответствующем окне выводится информация об ошибке. Появление этого сообщения возможно как при ошибках чтения с диска, так и при невозможности открыть или записать файл с заданным именем. В этих случаях необходимо проанализировать причину появления ошибки и после ее устранения
повторить попытку чтения или записи.
Печать экрана
Печать экрана на принтере осуществляется после выбора в меню пункта ПЕЧАТЬ и последующего задания интервала перевода строки и формата
выводимого изображения. Перед выбором этого режима следует убедиться,
что принтер включен и в него заправлена бумага.
Стирание экрана
Выбор этого режима требует особой осторожности, так как после его
активизации схема будет уничтожена. По этой причине перед его вводом
следует предварительно сохранить схему на диске, если это необходимо.
Выбор режима осуществляется в меню активизацией пункта СТЕРЕТЬ или
одновременным нажатием клавиш Ctrl и Backspace в режиме набора. После
завершения операции наборное поле очистится и на нем останется только
изображение активного элемента.
Выход из программы
Перед выходом из программы ВАРИАНТ следует сохранить на диске
результаты работы, после чего войти в меню, нажав клавишу F1, выбрать
пункт ВЫХОД и утвердительно ответить на предостерегающий вопрос.
Рис. 1.6. Окно записи
на диск файла схемы
12
2. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ МОДЕЛЕЙ
При работе с программой ВАРИАНТ необходимо учитывать ряд особенностей работы моделей элементов.
Незадействованные «висящие в воздухе» входы элементов воспринимаются как входы с поданными на них уровнями логической 1.
Логические элементы и узлы из состава библиотеки моделируются
с учетом задержек, соотношения между величинами которых приблизительно отражают соотношения их реальных величин. За единицу задержки принята задержка логического элемента Шеффера (И-НЕ). Одинаковые элементы имеют одинаковые задержки и не имеют разброса их величин.
При замыкании выходов схем уровень сигнала на всех таких выходах
будет равен логическому 0, если хотя бы на одном из них есть логический 0.
Элементы ввода входных воздействий
Соответствующее поле в окне библиотеки элементов представлено на
рис. 2.1, а.
а) б)
Рис. 2.1. Элементы ввода входных воздействий (а) и индикации (б)
Здесь ключам с номерами 0–9, а также буквам A, B, C, D, E, F соответ-
ствуют клавиши на клавиатуре компьютера. Уровень сигнала на выходе
ключей можно изменять нажатием этих клавиш, причем каждое нажатие будет приводить к смене уровня сигнала на противоположный (1 → 0 или 0 → 1).
Независимо от количества установленных ключей с одинаковым цифровым индексом их переключение в режиме моделирования будет осуществляться одновременно. Это свойство может быть использовано с целью
сокращения длины связей и экономии тем самым активной площади наборного поля. Вариант такой эквивалентной схемы показан на рис. 2.2.
13
Для динамического ввода входных сигналов предназначены про-
граммные генераторы. Генератор G формирует меандровую последовательность импульсов с неизменяемой частотой, привязанной к тактовой частоте компьютера (см. на рис. 1.4 диаграмму 5). Генератор GF является настраиваемым, работающим по принципу деления частоты
генератора G на изменяемый пользователем коэффициент (см. на рис. 1.4 диаграмму 4). Численное значение коэффициента задается с помощью клавиш (+) и
(-) в режиме моделирования. При этом изменение величины коэффициента
можно отслеживать в правой части строки подсказки.
Элементы индикации
Соответствующее поле в окне библиотеки элементов представлено на
рис. 2.1, б.
В программе ВАРИАНТ реализовано три вида индикаторов.
Круглый горизонтальный индикатор обозначается как О(РУС). Этот
индикатор кроме отображения уровня сигнала (логической 1 соответствует
красный цвет) может передавать его дальше в горизонтальном направлении
без задержки на распространение сигнала. Допускается подводить сигнал
к индикатору сверху и снизу, но при этом дальнейшей его передачи на другие элементы не происходит.
Квадратный индикатор обозначается как I. Индикатор позволяет передавать уровни сигналов во всех четырех направлениях (логической 1 соответствует красный цвет). Из таких индикаторов в случае их касания сторонами друг с другом можно набирать индикаторы больших размеров нужной
конфигурации. При этом сигнал достаточно подвести к одному из блока индикаторов.
Семисегментный индикатор с дешифратором обозначается как
Н(ЛАТ). Такой индикатор отображает состояние сигналов четырех входных
линий в виде шестнадцатеричной цифры (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D,
E, F). Верхний вывод соответствует младшему разряду входного кода, нижний – старшему. Кроме этого, индикатор передает состояние линий от входов к выходам с задержкой, равной задержке элемента Шеффера (И-НЕ).
Логические элементы
Модели логических элементов (см. рис. 1.2) работают в точном соответствии с диаграммами работы этих элементов ТТЛ и ТТЛШ серий микросхем.
Рис. 2.2. Сокращение длины связей
параллельно работающими ключами
14
Дешифратор
Выбор этого элемента осуществляется с помощью клавиши N или курсором в окне библиотеки, как и всех остальных элементов. Данная модель
функционирует в соответствии с диаграммой работы реальной ТТЛШ микросхемы. УГО модели приведено на рис. 2.3, а.
а) б) в) г)
Рис. 2.3. УГО моделей дешифратора (а), мультиплексора (б),
D-триггера (в) и JK-триггера (г)
Дешифратор имеет три адресных входа А1, А2, А4, три входа данных
D1, D2, D4, два из которых инверсные, а также восемь инверсных выходов.
Логический 0 на одном из выходов может появиться лишь при единственном
разрешающем сочетании сигналов на входах данных. При всех других сочетаниях сигналов на входах данных на выходах дешифратора присутствует
логическая 1.
Логический 0 при разрешающем сочетании сигналов на входах появится на том выходе дешифратора, номер которого соответствует десятичному эквиваленту кода, поданному на адресные входы А1, А2, А4.
Мультиплексор
Выбор этого элемента осуществляется с помощью клавиши М(ЛАТ)
или курсором в окне библиотеки, как и всех остальных элементов. УГО модели приведено на рис. 2.3, б. Мультиплексор имеет восемь информационных D0-D7 и три адресных входа А1, А2, А4, а также вход стробирования
(разрешения) V. У мультиплексора два выхода – прямой и инверсный.
Если на входе стробирования присутствует логическая 1, то на прямом
выходе – логический 0, независимо от сигналов на других входах. Если на
этом входе появляется логический 0, сигнал на прямом выходе повторяет
сигнал на том входе, номер которого совпадает с десятичным эквивалентом
кода на входах А1, А2, А4 мультиплексора. На инверсном выходе сигнал
всегда находится в противофазе к сигналу на прямом выходе.
Наличие входа стробирования (разрешения) позволяет простыми средствами строить мультиплексоры на большее число входов.
15
Триггеры
В библиотеке элементов представлены триггеры двух типов: D и JK.
УГО модели D-триггера приведено на рис. 2.3, в. Элемент выбирается
с помощью клавиши Ю или курсором в окне библиотеки, как и все остальные элементы.
Триггер имеет четыре входа.
Вход R – установка в 0. При подаче на него логического 0 триггер
устанавливается в нулевое состояние, при котором на прямом выходе – логический 0, а на инверсном – логическая 1.
Вход S – установка в 1. При подаче на него логического 0 триггер
устанавливается в единичное состояние. В случае подачи логического 0 одновременно на оба входа (R и S) триггера на обоих выходах появляется логическая 1. Такое состояние триггера называется неопределенным. Состояние триггера после снятия логического 0 со входов R и S определяется тем,
с какого из входов логический 0 снят последним.
Вход D – информационный. Состояние этого входа запоминается триггером в момент перехода сигнала на входе синхронизации С из логического
0 в логическую 1 (по фронту) при условии, если на обоих входах установки
(R и S) присутствует логическая 1. Входы R и S имеют приоритет по отношению ко входам D и C.
Для организации работы триггера в счетном режиме вход D необходимо соединить с инверсным выходом триггера. В этом случае триггер будет
изменять свое состояние на противоположное по спадам входных импульсов
отрицательной полярности.
УГО модели JK-триггера приведено на рис. 2.3, г. Элемент выбирается
с помощью клавиши Б или курсором в окне библиотеки, как и все остальные
элементы.
Триггер имеет вход синхронизации С для подачи тактовых импульсов,
информационные входы J и K, а также входы установки R и S, которые обладают более высоким приоритетом, чем информационные входы.
Логика работы триггера при подаче логического 0 на входы R и S аналогична логике работы D-триггера, рассмотренной выше.
Запись информации со входов J и K возможна при наличии логической
1 на входах R и S. Переключение триггера происходит по спаду (срезу) импульсов положительной полярности на входе С. Если к этому моменту на
входе J присутствует логическая 1, а на входе К – логический 0, триггер
установится в единичное состояние. Если на этих входах будут противоположные значения логических сигналов, то триггер переключится в нулевое
состояние. В случае если на входах J и K установлен логический 0, переклю-
16
чение по спаду (срезу) импульса на входе С не произойдет, но, если на обоих
входах J и K установлена логическая 1, триггер по спаду (срезу) импульса на
входе С переключится в состояние, противоположное предшествующему.
Для переключения триггера важна информация на входах J и K непосредственно в момент перехода уровня сигнала на входе С из логической 1
в логический 0, т. е. по спаду (срезу) импульса. В другое же время информация на входах J и K может меняться как при логическом 0, так и при логической 1 на входе С.
Регистр
В библиотеке элементов регистр представлен четырехразрядной моделью универсального типа, позволяющей производить последовательную
и параллельную запись и считывание информации, а также ее сдвиг в одном
направлении.
УГО модели регистра приведено на рис. 2.4, а. Элемент выбирается
с помощью клавиши Ь или курсором в окне библиотеки, как и все остальные
элементы.
Вход синхронизации С1 регистра служит для подачи положительных
тактовых импульсов, сдвигающих информацию. Сдвиг происходит по спадам (срезам) импульсов. При подаче положительного импульса на вход С2
по его спаду (срезу) происходит запись в триггеры регистра информации,
присутствующей на входах данных D1-D4.
Вход V – управляющий. Запись со входов D1-D4 может осуществляться лишь при наличии на этом входе логической 1, а сдвиг – при наличии логического 0.
Для последовательной записи информации в режиме сдвига используется вход S1, запись с которого происходит в младший разряд регистра.
Счетчики
УГО моделей счетчиков трех типов приведены на рис. 2.4, б–г. Эле-
менты выбираются в окне библиотеки с помощью курсора или соответствующих буквенных клавиш (см. рис. 1.2).
Каждый счетчик состоит из четырех триггеров, работающих в счетном
режиме. Все счетчики работают в коде 1-2-4-8.
Первый из триггеров двоичного и двоично-десятичного счетчиков
имеет отдельный вход С1 и прямой выход 1. Три оставшиеся триггера
соединены между собой так, что образуют счетчики с коэффициентом
пересчета (модулем счета) 5 в случае с двоично-десятичной структурой
(рис. 2.4, б) и 8 – в случае с двоичной структурой (рис. 2.4, в). При соедине-
17
нии выхода первого триггера со входом С2 цепочки из триггеров образуют
счетчики с коэффициентами пересчета 10 и 16 соответственно.
Счетчики на рис. 2.4, б, в имеют по два объединенных по конъюнкции
входа R установки в 0. Сброс триггеров (установка в 0) производится при
подаче логической 1 на оба входа R0. Двоично-десятичный счетчик имеет,
кроме того, входы R9 для установки в состояние 9, при котором первый и
последний триггеры устанавливаются в единичное состояние, а остальные –
в нулевое.
а) б) в) г)
Рис. 2.4. УГО моделей регистра (а) и счетчиков: двоично-десятичного (б),
двоичного (в), реверсивного двоичного (г)
Наличие входов установки, объединенных по конъюнкции, позволяет
строить на основе счетчиков делители частоты с различными коэффициентами деления в пределах от 2 до 16 без использования дополнительных логических элементов.
На рис. 2.4, г приведено УГО реверсивного двоичного счетчика. Входы
(+) и (-) служат для подачи импульсов в унитарном коде при прямом и обратном счете соответственно. Вход R позволяет установить счетчик в 0,
а вход С – записать информацию, поступающую по входам данных D1, D2,
D4, D8.
Установка триггеров счетчика в 0 происходит при подаче логической 1
на вход R. Для предварительной записи в счетчик любого числа используются входы D1, D2, D4, D8, сигналы с которых вводятся в триггеры счетчика
при подаче на вход С логического 0. При этом на вход R должен подаваться
логический 0.
Прямой счет осуществляется при подаче импульсов отрицательной
полярности на вход (+). При этом на входах (-) и С должна быть логическая
1, а на входе R – логический 0. Переключение триггеров счетчика происходит в момент перехода сигнала, подаваемого на счетный вход, из логического 0 в логическую 1 (по фронту).
С каждым шестнадцатым входным импульсом на выходе (>) формируется отрицательный выходной импульс переноса, который может подаваться
18
на вход (+) следующего счетчика. Уровни на выходах счетчика 1, 2, 4, 8 соответствуют состоянию счетчика в данный момент.
При обратном счете входные импульсы подаются на вход (-), а выходные импульсы заема снимаются с выхода (<).
Постоянные запоминающие устройства
УГО моделей ПЗУ приведены на рис. 2.5, а. Элементы выбираются
в окне библиотеки с помощью курсора или соответствующих буквенных
клавиш (см. рис. 1.2).
а) б) в)
Рис. 2.5. УГО моделей ПЗУ (а), сумматора (б) и входов
построителя диаграмм (в)
Модель ПЗУ по логике работы соответствует однократно программируемому типу микросхем, имеющему 5 адресных входов А0-А4, вход разрешения CS и 8 выходов D0-D7. Организация: 32 × 8 бит (25 × 8). Записанная
информация появляется на выходах при подаче на вход CS логического 0.
При подаче на вход CS логической 1 на всех выходах устанавливаются логические 1.
Для занесения информации в модель ПЗУ используется программатор,
который выбирается для ПЗУ1 или ПЗУ2 нажатием клавиш F8 или F9 соответственно. После этого на экране появится окно, отображающее информацию, соответствующую прошивке моделируемого ПЗУ. С помощью клавишей управления курсором достаточно поместить перекрестье логического
промптера на изменяемый бит и нажать клавишу Enter. Таким образом, информация в ПЗУ1 или ПЗУ2 может неоднократно изменяться, что принципиально невозможно в реальной микросхеме-прототипе, рассчитанной на
однократное программирование.
Сумматор
УГО модели четырехразрядного сумматора приведено на рис. 2.5, б.
Элемент выбирается в окне библиотеки с помощью курсора или буквенной
клавиши О(ЛАТ).
19
Сумматор имеет четыре пары входов арифметически складываемых чисел А1 В1, А2 В2, А3 В3 и А4 В4, вход переноса из младшего разряда CR, выход переноса в старший разряд СР и выходы результата суммирования S1-S4.
При наращивании разрядности сумматоров выход переноса СР соединяется со входом переноса CR более старшей структуры.
Для осуществления арифметического суммирования одно четырехразрядное двоичное число подается на группу входов А (младший разряд – А1),
а второе – на группу входов В (младший разряд – В1).
Входы построителя диаграмм
УГО входов приведено на рис. 2.5, в. Элемент выбирается в окне биб-
лиотеки с помощью курсора или буквенной клавиши Р(ЛАТ).
Подключение десяти входов элемента (1–9, А) к характерным точкам
моделируемой схемы позволяет сформировать в режиме моделирования диаграммы работы, которые затем выводятся на экран после выбора пункта
ГРАФИКИ в горизонтальном меню программы.
Пример окна графиков приведен в предыдущем разделе на рис. 1.4.
3. СИНТЕЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМБИНАЦИОННЫХ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
Основные типы логических элементов
Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим операциям над логическими переменными 0 и 1. Такие операции реализуются в соответствии с законами алгебры
логики:
x
= x; x 1 = 1; x 0 = x; x ˄ 1 = x; x ˄ 0 = 0;
x x = x; x ˄ x = x; x x ˄ y = x;
x ˄ y x ˄y = x; (x y) ˄ (x y) = x; x x ˄ y = x y;
= x y;
yx
= x˄y,
где x, y – входные логические переменные.
Взаимосвязь выходной и n входных логических переменных образует
логическую функцию n переменных F(x n, x
n-1
, … x 1). Так как аргумент
и функция принимают конечное число значений (1 или 0), то число возможных логических функций всегда конечно и равно: N = 2m, где m = 2n – число
наборов независимых переменных.
20
На практике используется лишь часть функций, получивших название
основных:
F1 (x) =x – логическое отрицание (инверсия);
F2 (x, y) = x ˄ y – логическое умножение (конъюнкция);
F3 (x, y) = x y – логическое сложение (дизъюнкция);
F4 (x, y) = – логическое умножение с инверсией (штрих Шеффера);
F5 (x, y) =
yx
– логическое сложение с инверсией (стрелка Пирса);
F6 (x, y) = x y = x ˄y x ˄ y – суммирование по модулю 2 (нерав-
нозначность).
Так как область определения любой функции n переменных конечна
и равна m, такая функция может быть задана таблицей значений f(vi), которые она принимает в точках vi , где i = 0,1…2
n-1
. Такие таблицы называют
таблицами истинности.
Физическое устройство, реализующее одну из операций алгебры логики
или простейшую логическую функцию, называется логическим элементом.
Основным логическим функциям соответствуют выполняющие их основные типы логических элементов: F1 (x) – инвертор (элемент НЕ),
F2 (x, y) – конъюнктор (элемент И), F3 (x, y) – дизъюнктор (элемент ИЛИ),
F4 (x, y) – элемент И-НЕ, F5 (x, y) – элемент ИЛИ-НЕ, F6 (x, y) – элемент
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
Моделируемые логические элементы представляются условными графическими обозначениями (УГО) – прямоугольниками, в которых ставится
символ выполняемой операции (“&” – конъюнкции, “1” – дизъюнкции,
“=1” – неравнозначности двух переменных, “М2” – неравнозначности нескольких переменных), а на линиях входных и выходных переменных могут
изображаться кружки (индикаторы инверсии), если данная переменная входит
в формулу зависимости выходной переменной от входных в инверсном виде.
В реальных элементах логические переменные 0 и 1 отображаются, как
правило, двумя различными уровнями напряжения: U0 и U1. Переход от логических переменных к электрическим сигналам ставит вопрос о логических
соглашениях. Необходимо условиться, какой из двух уровней напряжения
принять за U0 и какой за U1. Существуют соглашения положительной и отрицательной логики. В положительной логике U1 > U0, а в отрицательной
U1 < U0. Один и тот же элемент, в зависимости от принятого логического со-
глашения, выполняет различные логические операции. Переход от операции
в положительной логике к операции в отрицательной производится инвертированием всех переменных.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]