Логическое проектирование и минимизация

Логическое проектирование и минимизация Содержание Введение 1. Обзор методов логического проектирования и минимизации 1.1 Нормальные формы логических функций 1.2 Общие сведения о минимизации логических функций 1.3 Расчётный метод минимизации 1.4 Расчётно-табличный метод минимизации 1.5 Табличный метод минимизации 2. Возможности программы моделирования Electronics Workbench 2.1 Общие сведения об Electronics Workbench 2.2 Интерфейс Electronics Workbench 2.3 Свойства и параметры измерительной аппаратуры, используемой в работе 3. Математические модели и эквивалентные схемы в программе логического проектирования 4. Разработка логических схем практикума 4.1 Схема цифрового автомата 53 4.2 Цифровой компаратор 2-х разрядного кода 4.3 Дешифратор 4-х разрядного адреса 4.4 Схема контроля чётности 5. Методические указания 5.1 Описание лабораторной установки 5.2 Предварительное расчётное задание 5.3 Рабочее задание 5.4 Контрольные вопросы 6. Методические рекомендации по быстрому знакомству с программой 6.1 Работа с HELP, проблема языка и русификация 67 6.2 Об окне Description 6.3 Возможности получения твёрдой копии и подготовки отчёта 6.4 Демонстрационная версия 7. Организационно-экономическая часть 7.1 Организация НИР 7.2 Расчёт затрат 7.3 Обоснование социально-экономической эффективности разработки 8. Экология и охрана труда 8.1 Общие сведения об электромагнитных полях 8.2 Методика проведения исследования 87 Заключение 91 Список используемой литературы 93 Введение Лабораторный практикум является обязательным компонентом обучения во всех электронных курсах, читаемых на кафедре Технической электродинамики и электроники МГИРЭА ТУ . Во время практикума студенты закрепляют теоретические знания практической работой с электронными схемами, учатся работать с контрольно-измерительной аппаратурой, приобретают исследовательские навыки.

В связи с динамическим изменением элементной базы электроники, измерительной аппаратуры, электронный практикум должен своевременно обновляться и совершенствоваться.

Дело это трудоемкое и достаточно дорогое, особенно в нынешних условиях.

При всех несомненных достоинствах существующего практикума имеется довольно много замечаний, которые в силу объективных и субъективных трудностей практической реализации не решены на сегодня 1 Современная полупроводниковая и интегральная элементная база очень чувствительна к перегреву, перенапряжению, статическому электричеству, имеет миниатюрные размеры и поэтому требует сложной, дорогой технологической оснастки для реальной работы с современными электронными схемами.

Использование вредных химических веществ при монтаже требует соответствующего оборудования помещения тоже не дешевого . 2 Работа с современными быстродействующими компонентами требует постоянного обновления дорогой и сложной контрольно-измерительной аппаратуры. Современная аппаратура сложна, требует высокой квалификации исследователя и мало приспособлена для студенческого практикума. 3 Целый ряд исследований невозможно выполнить из-за уникальности необходимой аппаратуры исследование фазовых характеристик, спектральных характеристик, нелинейных характеристик, исследование влияния температуры на работу электронного устройства и т.д 4 В существующем практикуме отсутствует возможность диагностики неисправности электронного устройства, обучения навыкам ремонта электронных схем, пуско-наладочных работ, то есть тех обязательных навыков, которыми обязан владеть электронщик при разработке и эксплуатации электронной аппаратуры. 5 В разработке современной электронной аппаратуры все шире используется вычислительная техника, системы автоматического проектирования, интеллектуальная диагностика работоспособности устройств.

Это направление совершенно не представлено в существующем практикуме. Перечисленные замечания конечно не полностью описывают проблему.

Поэтому актуально стоит поиск альтернативных методических направлений обучения электронным дисциплинам.

Одно из таких направлений рассмотрено в данной работе - использование в лабораторном практикуме компьютерного моделирования на базе программного пакета Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies Ltd. Canada. Этот пакет представляет законченную среду shell разработки электронных схем с интуитивным простым интерфейсом, близким для электронщика.

Название пакету выбрано точно - в переводе - рабочий стол электронщика.

У этого пакета имеется целый ряд достоинств, привлекающих внимание 1. Оригинальный простой графический редактор, позволяющий достаточно просто рисовать на экране практически любые электронные схемы в привычном изображении. 2. Большая библиотека современных электронных компонент, дискретных, интегральных аналоговых, цифровых и смешанных аналогово-цифровых.

Библиотека открытая, легко может пополняться новыми элементами, в том числе и отечественными. 3. Богатая библиотека электронных схем, позволяющая использовать готовые практические разработки и легко модернизировать под конкретную задачу.

Библиотека открытая, позволяет пополнение как за счет новых разработок, так и за счет подключения библиотек более ранних версий. 4. Великолепный набор виртуальных измерительных приборов, позволяющих выполнить любое электрическое и не только электрическое измерение. Работа с этими измерительными приборами максимально приближена к работе с реальными приборами.

Подключив виртуальный прибор к любой точке схемы можно получить исчерпывающую информацию о процессах в данном узле. 5. Простой по интерфейсу набор моделирующих средств, позволяющий помимо традиционного моделирования электронной схемы по постоянному и переменному току, повести моделирование спектральных, нелинейных, амплитудно-частотных, фазо-частотных характеристик, влияние температуры на отдельные компоненты и на схему в целом, возможность сканирования sweep любых параметров компонентов, параметров источников сигналов и питания.

Достаточно просто можно выполнить вероятностный анализ работы схемы с различными законами распределения параметров. 6. Большие возможности документирования исследования, получение твердой копии как электрической схемы, параметров моделирования, информации с экрана измерительной аппаратуры, хорошо оформленных графических результатов исследования. 7. Поразительно низкие требования, предъявляемые к компьютеру.

Возможна работа начиная с 386 модели. 8. Не требует знаний по программированию. Требуется лишь знакомство со средой Windows. Интуитивный интерфейс позволяет быстро даже неподготовленному пользователю буквально за полчаса познакомится с основами и приступить непосредственно к электронным исследованиям. 9. Нельзя не упомянуть обширный, тщательно подготовленный Help, обеспечивающий как контекстную помощь по меню, компонентам, опциям моделирования, так и общие вопросы моделирования, возможные ошибки.

Достоинств в этом пакете больше, чем перечислено и о них еще будет говориться в процессе разработки лабораторного практикума. Однако то, что перечислено, позволило среди множества известных пакетов электронных CAD ов Computer Aided Design выбрать именно Electronics Workbench как наиболее подходящий для использования в лабораторном практикуме. В настоящее время всё большее количество студентов получает доступ к персональным компьютерам.

Возрастает количество компьютеров на кафедрах и в лабораториях институтов, растёт и число студентов, имеющих компьютеры дома. Следовательно российские учебные заведения уже заинтересованы в появлении компьютерного лабораторного практикума. Таким образом объективные экономические причины для разработки компьютерного моделирования лабораторных работ уже есть. В этой связи имеет смысл начать разработку моделирования лабораторных работ средствами вычислительной техники, тем более что программы появляющиеся на российском рынке программного обеспечения позволяют сделать это моделирование не менее наглядным чем работа на реальных стендах. 1.

Обзор методов логического проектирования и минимизации

Обычно логическое проектирование выполняется в следующей последователь... Обзор методов логического проектирования и минимизации. Термин логическое проектирование охватывает целый комплекс проблем, во... 1.1 . Поскольку эти элементы образуют функционально полный набор, то с их по...

Нормальные формы логических функций

1-й этап синтеза - даётся словесное описание полусумматора и принципа ... 1-й логический аргумент Х1 0 0 1 1 2-й логический аргумент Х2 0 1 0 1 ... Обобщив вышеизложенное можно сформулировать правило получения аналитич... Пользуясь сформулированными правилами и таблицей 1.1 для полусумматора... С функциональной точки зрения обе схемы полностью тождественны, хотя п...

Общие сведения о минимизации логических функций

Не исключен случай, когда СД К НФ тождественно равна сокращенной форме... Лишним будем называть такой член функции, удаление которого не влияет ... получением самой простой среди тупиковых ДНФ КНФ . Рассматривая соотношение 1.6 , убеждаемся, что все его члены изолирова... любая импликанта становится равной 1 лишь на одном, вполне определенно...

Расчётно-табличный метод минимизации

Нахождение тупиковой формы второй этап производится с помощью специаль... Если какая-либо импликанта является собственной частью некоторой конст... Следовательно, импликанта x1x3 является лишней. Рис.1.3 Примеры графического представления логических функций с помощь... 2.

Возможности программы моделирования Electronics Workbench

Возможности программы моделирования Electronics Workbench 2.1

Общие сведения об Electronics Workbench

Существуют версии Electronics Workbench для DOS, Windows и Macintosh. ... Clear - кнопка предназначена для обнуления очистки дисплея логического... Для этого следует выполнить следующие действия - подсоединить схемные ... Примечание Упрощение требует много памяти ОЗУ . 5 Конвертация булева выражения в таблицу истинности.

Математические модели и эквивалентные схемы в программе логического проектирования

Логический элемент находится в устойчивом состоянии, если сигналы до э... а б Рис.3.2 Комбинационная схема составленная из логических элементов ... . 4. из статической модели КС следует, что её выходной сигнал не должен изм...

Разработка логических схем практикума

Разработка логических схем практикума Представленные ниже электрические схемы являются примерами схем синтезируемых в ходе выполнения лабораторной работы. 4.1

Схема цифрового автомата

Схема цифрового автомата. Наименование каналов сверху вниз А1, А2, В1, В2 и Y. 4.3 Дешифратор 4-х разрядного адреса а б Рис.4.4 Схема дешифратора адр... 4.4 Схема контроля чётности Рис.4.6 Схема для получения таблицы истинн... Цель работы Изучить способы проектирования комбинационных схем с испол...

Описание лабораторной установки

После выбора этой команды появится панель см.рис.5.1. 5.2 . Лабораторная установка представляет из себя виртуальную электронную ла... Для того чтобы сохранить схему в требуемом каталоге следует воспользов... Сохранение, полученных в ходе лабораторной работы схем, производить в ...

Предварительное расчётное задание

Предварительное расчётное задание.

Для 1-го варианта По заданной преподавателем таблице истинности составить уравнение, минимизировать его с помощью карт Карно и построить схемы а в базисе И, ИЛИ, НЕ б в базисе И-НЕ. Для 2-го варианта Записать логическое уравнение компаратора, минимизировать, разработать логическую схему в базисе И-НЕ, ИЛИ-НЕ 5.3

Рабочее задание

Рабочее задание. й вариант При помощи логического конвертора по заданной таблице истинн... Сигнал на выходе высокий, если код А равен коду В, и низкий если коды ... 5.2 Схема контроля чётности ко входам перенесённой схемы подключить пе... предыдущие варианты, полученные схемы сохранить в текущем каталоге Cus...

Контрольные вопросы

Контрольные вопросы 1. Назовите способы задания логических функций. 2. Что такое совершенная дизъюнктивная и совершенная конъюнктивная и нормальные формы ? 3. Назовите основные способы минимизации булевых выражений. 4. Что такое- функционально полный базис ? 5. Объясните почему так сильно различаются по количеству логических элементов, схемы контроля чётности, синтезированные в различных базисах см.4-й вариант ? 6. Что такое гонки в цифровой схеме и каким образом можно избавится от них ? 6.

Методические рекомендации по быстрому знакомству с программой

6.2 . Он использует стандартную панель Help для Windows и может использовать... Но всё это к сожалению на английском языке. Правда с помощью меню Реда... Методические рекомендации по быстрому знакомству с программой. Работа с HELP, проблема языка и русификация Electronics Workbench имее...

Об окне Description

Возможно также и копирование текста из приложений Windows в Descriptio... 6.3. Рис.6.1 Панель для распечатки результатов моделирования Electronics Wo... Схема позволяет ознакомится с подключением приборов и с их управлением... Методические указания для ознакомления с генератором слов и логическим...

Организационно-экономическая часть

Организационно-экономическая часть 7.1

Организация НИР

7.2 . 4 Дополнение базы данных. 7.1 Рис.7.1 Календарный график выполнения работ. Календарный график выполнения работ представлен на рис. В разработке участвуют - руководитель темы - 1 чел - программист - 1 ч...

Расчёт затрат

120 Коврик для мыши 48 1шт. Таблица 7.2 Основная заработная плата. Этапы разработки Исполнители Ме... ТЗ - разработка технического задания ТП - разработка технического пред... 7.2.3 Дополнительная заработная плата персонала составляет 20 от его о... Оз.пл.

Обоснование социально-экономической эффективности разработки

7.3.1 Цена стенда для выполнения лабораторных работ по цифровой электр... . Как мы можем видеть из таблицы 2.4 компьютерное моделирование обходитс... 7.3.3 Занимаемая площадь стоимость 1 кв.м площади 9600 руб. Стенды сделаны по одному на каждую лабораторную работу. Таблица 7.4 Ср...

Экология и охрана труда

Экология и охрана труда Лабораторная работа.

Исследование электромагнитного поля СВЧ. 8.1

Общие сведения об электромагнитных полях

По мере разработки и внедрения в эксплуатацию всё более мощных радиопе... 2 Информационная теория, основанная на слабых воздействиях, когда энер... Длительное систематическое воздействие на организм человека ЭМП, особе... Изменения в сердечно-сосудистой системе выражаются в виде гипотонии, б... Первый - выбор и обоснование нормируемого параметра ЭМП, адекватно хар...

Методика проведения исследования

В данной лабораторной работе рассчитывается интенсивность электромагни... ППМ Ризл - построить график зависимости ППМ Ризл - проанализировать ре... Nвар r нач. r кон. L кон.

Заключение

Заключение Представленная работа - это первая в своём роде попытка разработать реальный лабораторный практикум по теме логического проектирования цифровых схем с использованием методов виртуальной электронной лаборатории.

Основные результаты работы следующие Рассмотрены методы логического проектирования, используемые в предметах, читаемых на кафедре. В основном они сводятся к табличным методам или операциям с уравнениями Булевой алгебры.

Предложено использовать для создания лабораторной работы виртуальный прибор - логический конвертор - из электронного пакета CAD Electronics Workbench. Рассмотрена возможность с помощью логического конвертора выполнять операции синтеза логических устройств по таблице состояний, логическим уравнениям и т.д. Методически такая практическая работа прекрасно вписывается в программу курсов, читаемых на кафедре.

Программа имеет интуитивный интерфейс, достаточно проста и не практически требует специального времени на освоение. Разработаны методические указания к лабораторному практикуму. Предложен ряд схем цифровой компаратор, дешифратор, схема контроля четности подходящих для студенческих практических работ и проведено демонстрационное проектирование. Разработана демонстрационная версия лабораторного практикума, позволяющего быстро освоить работу с программой.

На виртуальных приборах, студент осваивает необходимые на практике, но достаточно редкие в наших лабораториях измерительные приборы - логический анализатор, генератор двоичных слов, Настоящий лабораторный практикум не является окончательным и закрытым его всегда можно расширить и модифицировать. Для этого не нужны специальные навыки и знания как например при попытках дополнить программы моделирующие лабораторные работы и написанные на языках программирования интерфейс Electronics Workbench прост и выразителен.

Кроме того тематика лабораторных работ а возможно и курсовых выполняемых в этой виртуальной лаборатории может быть очень широка. Данная разработка демонстрирует лишь очень небольшую часть возможностей Electronics Workbench. Основные результаты организационно-экономической части. Произведена калькуляция расходов и расчёт себестоимости разработки. Выполнено социально-экономическое обоснование использования виртуального лабораторного практикума.

Сравнение производилось с традиционным оборудованием - лабораторными стендами. Итог этого обоснования следующий - один компьютер способен заменить несколько стендов с разной тематикой работ - использование компьютерного моделирования позволяет высвободить часть персонала занятого ранее ремонтом стендов - качество обучения также повысится за счёт большей чем у стендов наглядности, за счёт того, что перестанут выходить из строя исследуемые и вспомогательные компоненты, и за счет приобретения студентами дополнительных навыков работы на компьютере.

В разделе по экологии и охране труда были разработаны методческие указания по компьютеризированному лабораторному практикуму на тему Исследование электромагнитного поля СВЧ .

Список используемой литературы

Список используемой литературы . 1 Алексенко А.Г, Шагурин И.И. Микросхемотехника. Москва, изд. Радио и связь , 1982г. 2. Влах, Кишор, Сингхал Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. Москва, изд. Радио и связь , 1988г. 3. Дебновецкий С.В. Основы автоматизированного проектирования электронных приборов. Киев, Вища школа, 1987г. 4. Измерения параметров цифровых интегральных микросхем. под ред. Эйдукаса Д.Ю Орлова Б.В. Москва, Радио и связь , 1982г. 5. Корнеев В.В Киселёв А.В. Современные микропроцессоры.

Москва, изд. Нолидж , 1998г. 6. Лазер И.М Шубарев В.А. Устойчивость цифровых микроэлектронных устройств. Москва, Радио и связь , 1983г. 7. Лысиков Б.Г. Арифметические и логические основы цифровых автоматов.

Минск, Вышэйшая школа , 1980г. 8. Нефедов А.В Савченко А.М Феоктистов Ю.Ф. Зарубежные интегральные микросхемы для электронной аппаратуры. Москва, Энергоатомиздат, 1989г. 9. Ногов Ю.Р. Математические модели элементов интегральной электроники. Москва, Современное радио , 1976г. 10. Пухальский Г.И Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства. Санкт-Петербург, изд. Политехника 1996г. 11. Сысоев В.В. Структурные и алгоритмические модели автоматизированного проектирования производства изделий электронной техники.

Воронеж, Воронежский технологический институт, 1993г. 12. Токхейм Р. Основы цифровой электроники Москва, изд. Мир , 1988г. 13. Чахмахсазян Е.А Мозговой Г.П Математическое моделирование и макромоделирование биполярных элементов электронных схем. Москва, Радио и связь , 1985г. 14. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Москва, Металлургия, 1988г. 15. Якимов О.П. Моделирование режимов и оценка качества электронных приборов. Москва, Радио и связь , 1989г. 16. Янсен Й. Курс цифровой электроники. т. 1 Москва, Мир, 1987г.