СЛОЖНЫХ УСТОЙСТВ В КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМОТЕХНИКЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СЛОЖНЫХ УСТОЙСТВ В КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМОТЕХНИКЕ

Учебное пособие

Лабораторные работы № 4 – 6

Харьков 2006

СИНТЕЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМБИНАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ, ЗАДАННЫХ В ТАБЛИЧНОЙ ФОРМЕ

Представление логической функции, заданной таблично, в аналитической форме

СНДФ (так же как и нормальная дизъюнктивная форма) представляет собой совокупность минтермов, объединенных знаком дизъюнкции. СНКФ (как и нормальная конъюнктивная форма) представляет собой совокупность макстермов, объединенных знаком…

Пример представления логической функции в СНДФ

Пусть дана логическая функция от трех переменных , заданная в табличной форме. Необходимо получить ее аналитическое представление в совершенной нормальной дизъюнктивной форме.

 

X1	X2	X3	y

 

Аналитическое представление функции будет иметь вид:

=+++ (1)

Согласно приведенному представлению, принципиальная электрическая схема должна состоять из логических элементов И, ИЛИ, НЕ и может иметь следующий вид:

 

 

МИНИМИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

Наиболее универсальным методом минимизации функций является метод Квайна, позволяющий получить минимальное представление логических функций любого… Общий принцип Для минимизации функции по методу Квайна, необходимо, чтобы она была представлена в СНДФ. Метод заключается в…

I этап.

      …   В таблице нет пустых строк, след. ранг всех импликант уменьшен до 1.

II этап.

Как видно, каждая из импликант является существенной, поэтому ФАЛ имеет вид + Пример 2

I этап.

В таблице одна пустая строка, которая соответствует импликанте , следовательно, она является первичной. При этом получена одна импликанта ранга 2 –…

II этап.

+

Пример минимизации логической функции

Рассмотрим логическую функцию от трех переменных (1).

I этап.

        …   В таблице нет пустых строк, след. ранг всех импликант уменьшен до 2

II этап.

+ Согласно приведенному представлению, принципиальная электрическая схема должна…  

Представление логических функций в различных базисах.

Следствие из правил де Моргана:

Лабораторная работа № 4

Порядок выполнения работы

2. Выполнить моделирование синтезированного устройства в системе OrCAD 3. Получить минимизированное заданной представление логической функции,… 4. Выполнить моделирование полученного устройства в системе OrCAD в базисе И, ИЛИ, НЕ

Задания к лабораторной работе

Вариант №1	Вариант №2
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

 

 

Вариант №3	Вариант №4
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

Вариант №5	Вариант №6
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1
Вариант №7	Вариант №8
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

Вариант №9	Вариант №10
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

Вариант №11	Вариант №12
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

Вариант №13	Вариант №14
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

Вариант №15	Вариант №16
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

Вариант №17	Вариант №18
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

 

Вариант №19	Вариант №20
X1 X2 X3 X4 Y1	X1 X2 X3 X4 Y1

 

Лабораторная работа №5

Применение пятизначного моделирования для анализа цифровых элементов в системе автоматизированного проектирования OrCAD Исследование статических и динамических рисков сбоя

Логическое моделирование

При логическом моделировании могут решаться задачи проверки логики работы схем, анализ переходных процессов, определение надежности работы схем в… В логическом моделировании принято представление сигналов в виде логических… В логическом моделировании оперируют понятиями моделей элементов, которые представляют собой законченную часть…

Синхронное логическое моделирование

Синхронное моделирование наиболее удобно использовать для анализа работы комбинационных схем в установившемся режиме. Результат моделирования в этом… При синхронном моделировании каждый из элементов схемы описывается логическим… y = f(x1, x2, ..., xn),

Асинхронное моделирование.

Изменение значений выходных сигналов логического элемента происходит с некоторым запаздыванием по отношению к входным сигналам, которое учитывается… Временное рассогласование входных сигналов элемента может привести к появлению…    

Справочная информация по некоторым элементам

  Источник сигнала Название Изображение Описание параметров Синусоидальный VSIN …  

Порядок выполнения работы

1. Создать проект моделирования устройств; 2. Поместить на рабочую поверхность три элемента «НЕ», принадлежащих различным… 3. Подключить к трем элементам один аналоговый источник питания;

Пример выполнения работы

1. Подключение синусоидального источника сигнала.

 

2. Подключение импульсного источника сигнала.

 

 

3. Подключение экспоненциального источника сигнала.

 

Ø Моделирование статических рисков сбоя на примере элемента «И»

1. Создать проект моделирования устройств;

2. Поместить на рабочую поверхность элемент «И» из библиотеки 7400.olb;

3. Подключить к входам элемента аналоговые источники питания;

§ Синусоидальный

o Синхронная подача сигналов

o Противофазная подача сигналов

o Подача сигналов в режиме моделирования статического риска сбоя

§ Импульсный

o Синхронная подача сигналов

o Противофазная подача сигналов

o Подача сигналов в режиме моделирования статического риска сбоя

§ Экспоненциальный

o Синхронная подача сигналов

o Противофазная подача сигналов

o Подача сигналов в режиме моделирования статического риска сбоя

4. Выполнить моделирование устройства;

5. Проанализировать результаты моделирования.

 

Ø Моделирование статических рисков сбоя на примере элемента «ИЛИ»

1. Создать проект моделирования устройств;

2. Поместить на рабочую поверхность элемент «ИЛИ» из библиотеки 7400.olb;

3. Подключить к входам элемента аналоговые источники питания;

§ Синусоидальный

o Синхронная подача сигналов

o Противофазная подача сигналов

o Подача сигналов в режиме моделирования статического риска сбоя

§ Импульсный

o Синхронная подача сигналов

o Противофазная подача сигналов

o Подача сигналов в режиме моделирования статического риска сбоя

§ Экспоненциальный

o Синхронная подача сигналов

o Противофазная подача сигналов

o Подача сигналов в режиме моделирования статического риска сбоя

4. Выполнить моделирование устройства;

5. Проанализировать результаты моделирования.

Ø Моделирование динамических рисков сбоя на примере комбинации элементов «И» и «ИЛИ» в соответствии с рис. 1 и рис. 2 данной методички.

 

Лабораторная работа №6

Применение пятизначного моделирования для анализа работоспособности цифровых устройств

Порядок выполнения работы

1. Выполнить проектирование цифрового устройства, согласно индивидуальному заданию;

2. Выполнить моделирование полученного устройства, используя цифровые источники сигнала;

3. Подключить к входам устройства аналоговые источники сигнала

4. Выполнить моделирование устройства;

5. Проанализировать результаты моделирования.

Индивидуальные задания

№ п/п	Наименование задания
1.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы мультиплексора 16 ´ 1
2.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы дешифратора 4 ´ 16
3.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы сумматора
4.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы JK-триггера
5.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы шифратора 8 ´ 3
6.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы RS-триггера
7.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы D-триггера
8.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы дешифратора 3 ´ 8
9.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы дешифратора 4 ´ 10
10.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы мультиплексора 8 ´ 1
11.	Применение пятизначного моделирования для анализа работы 8-разрядной схемы проверки на четность или нечетность

 

Справочная информация по некоторым элементам

  Источник сигнала Название Изображение Описание параметров Генератор импульсов DigClock …  

Пример выполнения работы

Индивидуальное задание: Выполнить проектирование D-триггера.

Схема D-триггера при его проектировании в системе OrCAD приведена на следующем рисунке:

 

 

Временные диаграммы функционирования D-триггера:

 

Как видно из приведенных диаграмм, работа спроектированного триггера соответствует заданной таблице функционирования.

Подключим аналоговые источники питания ко входам D-триггера. Модифицированная схема проектируемого устройства и временные диаграммы его работы приведены на следующем рисунке:

 

 

 

Для того чтобы проанализировать работу триггера в режиме динамического сбоя поставим на выходах аналоговых источников питания цифровые повторители. Повторители можно построить, соединив последовательно два элемента «НЕ» и объединив их в отдельный логический элемент.

 

 

Модифицированная таким образом схема D-триггера приведена на следующем рисунке:

 

 

Воспользовавшись подобным приемом можно получить запись входных сигналов триггера в цифровой форме с использованием их пятизначного представления.

Временные диаграммы работы полученного устройства выглядят следующим образом:

 

 

Рассмотрим более подробно участок [30 us – 55 us] работы временной диаграммы.

 

 

На протяжениии всего этого участка сигналы NS и NR держат значение «1», что соответствует режиму работы триггера. Сигнал C находится в состоянии «1», D – «0», Q – «0», а NQ, соответственно, «1». В момент времени t = 35 us сигнал С переключается в «0», а через 0,5 us начинается переключение сигнала D из «0» в «1», что находит отражение в том, что через 0,035 us на выходе Q триггера начинается процесс переключения «0» ® «1», что в свою очередь вызывает начало процесса переключения выхода NQ из состояния «1» в состояние «0». Нестабильное состояние на выходах триггера держится в течении 11 us до тех пор, пока сигнал C не переключится в «1», что через 0,018 us приводит к установлению на выходе Q состояния «1», таким образом на входах элемента «3И-НЕ», формирующего сигнал NQ устанавливаются три логических «1», что определяет значение «0» на инверсном выходе триггера.