Московский Технический Университет Связи и Информатики
Кафедра Электроники и микроэлектронных средств телекоммуникации
ОТЧЁТЫ(K)
По лабораторным работам по курсу
«Электроника в технике почтовой связи»
Студент гр. УИ0301
Востропятов Н. А.
Лабораторная работа №1 ___________допуск___________приём Лабораторная работа №2 ___________допуск___________приём Лабораторная работа №3 ___________допуск___________приём Лабораторная работа №4 ___________допуск___________приём Лабораторная работа №5 ___________допуск___________приём Лабораторная работа №6 ___________допуск___________приём
Лабораторная работа №1
Исследование функции дизъюнкции и ее реализация на базе
элементов 2ИЛИ-НЕ
I. Цель работы
Изучение возможностей построения логических устройств, реализующих функцию дизъюнкции, и компьютерного моделирования их работы.
II. Задание
Предварительная часть
1. Изучить основы системы схемотехнического моделирования Micro-CAPVI[1,2].
2. Изучить законы и следствия алгебры логики [6,7]
3. Изучить закономерности образования логических функций и их преобразования [6,7]
4. Преобразовать логическую функцию дизъюнкции с использованием цифровых компонентов 2ИЛИ-НЕ; ЕЛЕ (2NOR)
5. Задать последовательность работы источников цифровых сигналов типа Stim1. В данной работе используются два сигнала XI и Х2 с длительностью элементарных импульсов τ1 и τ2. Количество импульсов на длине интервала от 0 до t равно К. Длительность импульса задается в наносекундах (ns). Исходные импульсы τ1 и τ2 в момент t=0 имеют значение логической «1», чередуются с логическим «О» и имеют одинаковую скважность (меандр).
6. В таблице 1 приведены значения параметров задаваемых для каждой бригады сигналов.
Таблица 1
|
Номер бригады |
τ1 (ns) |
τ2 (ns) |
К |
|
1 |
2 |
4 |
40 |
|
2 |
3 |
6 |
30 |
|
3 |
1 |
2 |
10 |
|
4 |
0,5 |
1,0 |
5 |
|
5 |
4 |
8 |
20 |
|
6 |
4 |
8 |
16 |
|
7 |
2,5 |
5,0 |
25 |
|
8 |
3,5 |
7,0 |
35 |
|
9 |
1,5 |
3,0 |
15 |
Экспериментальная часть
1. Произвести выбор источников сигналов Stiml. Из меню Component нажатием на клавишу Digital Primitives цифровые компоненты и далее - Stimulus Generators (генератор цифровых сигналов). Выбранный первый компонент Stiml, создающий сигнал X1, размещается в свободном окне благодаря последовательному выполнению команд File-New (создание новой схемы-Schematic). Нажатую кнопку мыши не нужно отпускать до тех пор, пока компонент перемещением курсора не займет нужное место в схеме. Компонент поворачивается на 90° нажатием правой кнопки (до отпускания левой). Фиксация компонента на схеме выполняется отпусканием левой кнопки мыши. После этого появляется диалоговое окно (атрибутов источников сигнала). В диалоговом окне необходимо ввести следующую информацию:
-
позиционное обозначение PART=U1 (обязательно фиксируется, Value т. е. загорается Display, а имя Name не обязательно регистрировать посредством Display);
-
в строке Format окна атрибутов фиксируется позиция «1», что означает моделирование в двоичной системе исчисления;
-
в строке Command источнику сигналов присваивается имя, например рекомендуется Ml (возможны и другие способы описания источников [см ч. 1; 1, 8]
-
в строке I/O Model чаще всего применяется модель IO STD (стандартная);
-
период квантования по времени TIMESTEP по умолчанию оставляют равным «0»;
-
в строке IO LEVEL указывается номер модели интерфейса вх/вых, обычно «0» по умолчанию;
-
в строке POWER NODE и GROUND NODE оставляют имена узлов источника питания.
Ввод информации о втором источнике сигнала X2-Stiml с позиционным обозначением U2- осуществляется точно в той же последовательности, что изложена выше.
2. В соответствии с заданием на разработку схемы дизъюнкции на базе элементов 2ИЛИ-НЕ осуществляется разработка функциональной схемы, реализующей функцию дизъюнкции.
Для реализации этой схемы необходимо применить элемент 2NOR (2ИЛИ-НЕ) и элемент INV (Инвертор)
3. Выбрать в меню Component соответствующий цифровой компонент из библиотеки Digital Primitives элемент 2NOR (2ИЛИ- НЕ). После его установки в схему открывается диалоговое окно атрибутов, в котором вводили необходимую информацию об анализируемом элементе 2ИЛИ-НЕ:
-
номер элемента (например, автоматически U3); при необходимости на экране фиксируется имя (Name) посредством дисплеев;
-
вводится имя модели TIMING MODEL (нужно применять вентиль Do GATE);
-
в строке I/O MODEL присваивается имя модели IO STD (автоматически);
-
в строке MNTYMXDL Y окна атрибутов используется минимальное значение задержки «О»;
-
в строке атрибут IO LEVEL указывается цифровой интерфейс «О» (по умолчанию);
-
в строке узлов источника питания POWER NODE и GROUND NODE их имена указываются автоматически.
-
В соответствии с функциональной схемы из библиотеки компонентов посредством меню Component по команде Digital Primitives логический элемент INV (инвертер). Последовательность ввода данных через диалоговое окно осуществляется тем же порядком, что в пункте 3 экспериментальной части.
-
Производится соединение в графической схеме анализируемой модели. Ввод проводников схемы осуществляется с помощью команды Options-Mode-Wire. Проще всего применить соответствующую пиктограмму
Нанесение текстовых надписей, например, 2NOR, осуществляется щелчком по пиктограмме Т. При этом открывается окно, вводится выбранный текст, по завершении которого по команде Enter окно закрывается.
Для редактирования текстовых надписей и схем необходимо нажать кнопку Select - выбор объектов для последующего редактирования. Для удаления схем или их отдельных участков применяется команда Cut. В строке инструментов для ускорения процесса редактирования целесообразно использовать пиктограмму способную оперативно удалить схему или ее фрагменты.
6. По окончанию процесса создания схемы необходимо сохранить созданную (или собранную) схему. Для этого следует обратиться в меню File к команде Save As, после выполнения которой открывается окно «Сохранение», затем посредством клавиатуры стирается автоматически присвоенное схеме условное имя CIRCUIT1. Для этого для новой, только что разработанной схемы, оставляя в строке Имя файла реквизиты моделирующей программы C: /MC6Demo/Data/, вводят вместо CIRCUIT1 новое имя, имеющее следующие реквизиты:
-
1М - имя лабораторного цикла;
-
1(или 2) - номер студенческой группы;
-
1, 2,..., 9 - номер бригады (номер ЭВМ)
-
1, 2,..., 6 - номер лабораторной работы
Например: 1М 1 4 3. CIR. После набора на клавиатуре требуемого имени файла необходимо нажать клавишу «Сохранить». В результате разработанный файл заносится в библиотеку схем (совместно с текстами их описаний).
7. Подготовка к анализу исследуемой схемы осуществляется в следующей очередности (требуемый файл должен быть выведен на экран монитора если его закрывали):
-
выбрать команду Transient Analysis, в результате открывается окно анализа Transient Analysis Limits;
-
выбрать временной интервал Time Range в наносекундном диапазоне (см. таблицу 1 задания)
-
максимальный шаг интегрирования - 0;
-
температура - 27°С;
-
фиксация опции Normal;
-
установка начальных условий при фиксации опции Zero;
-
включить режим Operating Point для расчета переходного процесса;
-
присвоить признак автоматического масштабирования Auto Scale Regens;
-
в окне Р указать номер графика, на который будут выводится результаты анализа [1, 8];
-
в графе X Expression указывается буква Т, что соответствует временной зависимости;
-
в графе Y Expression указывается номер и наименование исследуемой зависимости, например, d(l), d(2), d(3), d(4), что адекватно номерам входных, промежуточных и выходных переменных. Здесь d означает использование цифровых переменных, а число - номер узла на схеме;
-
X Range; Y Range выбирается автоматически.
8. Ввод данных разделяется на два этапа:
- ввод информации о параметрах исследуемой модели осуществляется автоматически с использованием потенциальных возможностей моделирующей программы Micro-CAP VI;
- формирование текстовой директивы define в соответствии с заданием. Эта директива вводится в акте текстового описания схем и состоит из двух программных блоков, формирующих у источников STIM1 выходные сигналы XI и Х2. Отличие сигналов X1 и Х2 заключается в цифре τl (τ2) - длительности импульса, формируемого источником сигнала STIM1.
9. Анализ схемы производится по команде Run. При этом на экране дисплея появляются переходные характеристики, позволяющие оценить работу схемы. На основании графиков необходимо получить таблицу истинности логической схемы дизъюнкции.
III. Содержание отчета
-
Условное изображение и характеристики источников сигнала и логических элементов микросхем.
-
Определения и логические выражения законов и следствий алгебры логики
-
Логические функции схем и их преобразование
-
Таблицы истинности и временные диаграммы
-
Модель анализируемой схемы
-
Текст временной директивы.
-
Выводы.
|
A |
B |
A ИЛИ B |
НЕ(А ИЛИ В) |
НЕ(НЕ(А ИЛИ В)) |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
.DEFINE M1
+0nS 1
+ LABEL=ST1
+ +0nS 1
+ +1nS 0
+ +1nS GOTO ST1 -1 TIMES
.DEFINE M2
+0nS 1
+ LABEL=ST2
+ +0nS 1
+ +2nS 0
+ +2nS GOTO ST2 -1 TIMES
Лабораторная работа №2
Исследование функции дизъюнкции и реализация ее на базе
элементов 2И-НЕ
I. Цель работы
Изучение возможностей построения логических устройств, реализующих функцию дизъюнкции, и компьютерного моделирования их работы
П. Задание Предварительная часть
-
Изучение закономерности образования логических функций и их преобразования [6, 7]
-
Преобразовать логическую функцию дизъюнкции с использованием цифровых элементов 2И-НЕ, НЕ
-
Задать последовательность работы источника сигнала типа STIM1. В данной работе задаются те же значения τ1, τ2,... К, что и в лабораторной работе №1 (см. выше).
Экспериментальная часть
-
Произвести выбор источников сигнала STIM1 (см. пункт 1 табл. 1).
-
Разработать модель схемы, реализующей функцию дизъюнкции на базе элементов 2И-НЕ, НЕ. Для реализации этой схемы необходимо применить элемент 2NAND и два инвертера INV.
-
Выбрать в меню Componet элемент 2NAND и ввести через диалоговое окно атрибутов информацию о компоненте 2И-НЕ. Далее выбираются два элемента INV и вводятся в окне атрибутов данные на каждый элемент.
-
Сохранить схему и присвоить номер бригады (см. лаб. раб. №1)
-
Ввести данные по анализу схемы (см. лаб. раб. №1)
-
Ввести в программу текстовую директиву
-
Выполнить анализ и оформить графики результатов (см. лаб. раб. №1)
III. Содержание отчета
-
Условные изображения и характеристики источников сигналов и логических элементов
-
Логические функции схем и их преобразование
-
Таблицы истинности
-
Модель анализируемой схемы
-
Текст временной директивы
-
Выводы.
.DEFINE M1
+0nS 1
+ LABEL=ST1
+ +0nS 1
+ +1nS 0
+ +1nS GOTO ST1 -1 TIMES
.DEFINE M2
+0nS 1
+ LABEL=ST2
+ +0nS 1
+ +2nS 0
+ +2nS GOTO ST2 -1 TIMES
Лабораторная работа №3
Исследование функции конъюнкции и ее реализация на базе элементов 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ
I. Цель работы
Изучение возможностей построения логических устройств, реализующих функцию конъюнкции, и компьютерного моделирования их работы
П. Задание
Предварительная часть
-
Изучить закономерности образования логических функций и их преобразования
-
Преобразовать логическую функцию конъюнкции с использованием элементов интегральных микросхем 2И-НЕ, НЕ
-
Преобразовать логическую функцию конъюнкции с использованием элементов НЕ, 2ИЛИ-НЕ
-
Задать последовательность работы источника сигналов типа Stiml (см. лаб. раб. №1)
В данной лабораторной работе используются два типа сигналов X1 и Х2 длительностью τ1 и τ2. Количество импульсов для обоих моделей сигналов одинаковое и равно К. Длительность импульсов задается в наносекундах. Исходные импульсы τl и τ2 в момент времени t=0 имеют значение логической «1» и имеют одинаковую скважность.
В таблице 2 приведены параметры исследуемых схем
Таблица 2
|
Номер бригады |
τl (ns) |
τ2 (ns) |
К |
|
3 |
1, 5 |
3 |
20 |
Экспериментальная часть
-
Произвести выбор источников сигнала Stiml (см. пункт 1 лаб. раб. №1)
-
Разработать компьютерную модель схемы конъюнкции на базе элементов 2И-НЕ, НЕ. Для реализации этой схемы необходимо использовать элемент 2NAND и инвертер INV
-
Выбрать из меню Component элементы 2NAND, INV и ввести в окне атрибутов данные об обоих компонентах; собрать и сохранить схему, в каталоге задав ее имя (см. лаб. раб. №1); ввести данные к анализу схемы; ввести в программу текстовые директивы о сигналах X1 и Х2; выполнить анализ и оформить графики результатов.
-
Разработать компьютерную модель схемы конъюнкции на базе элементов 2ИЛИ-НЕ, НЕ. Для реализации данной схемы используются элементы 2NOR и два инвертера INV. Последовательность действий аналогична пункту 3 экспериментальной части.
III. Содержание отчета
-
Условные изображения и характеристики источников сигнала и логических элементов
-
Логические функции схем и их преобразование
-
Таблицы истинности
-
Модели анализируемых схем
-
Тексты временных директив
-
Выводы.
*** C:\MC6DEMO\DATA\DIGIO.LIB
.MODEL D0_GATE UGATE ()
.DEFINE M1
+0nS 1
+ LABEL=ST1
+ +0nS 1
+ +1.5nS 0
+ +1.5nS GOTO ST1 -1 TIMES
.DEFINE M2
+0nS 1
+ LABEL=ST2
+ +0nS 1
+ +3nS 0
+ +3nS GOTO ST2 -1 TIMES
Для схемы (1) конъюнкции на базе элементов 2И-НЕ, НЕ
|
A |
B |
A И B |
НЕ(А И В) |
НЕ(НЕ(А И В)) |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Для схемы (2) конъюнкции на базе элементов 2ИЛИ-НЕ, НЕ
|
A |
B |
НЕ А |
НЕ В |
НЕ А ИЛИ НЕ В |
НЕ(НЕ А ИЛИ НЕ В) |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Лабораторная работа №4
Компьютерное моделирование логических преобразований с использованием компьютерных моделей цифровых интегральных
микросхем