3.1.2 Проведення різного роду аналізів в Electronics Workbench Розділ: Ввступ Теоретичне вступ: Метою лабораторної роботи є освоєння правил і методів проведення різного роду аналізів. А також освоєння і розуміння результатів проведеного аналізу, і формування висновків по роботі аналізованої схеми. Всі види аналізу здійснюються за допомогою елементів панелі інструментів "Instruments" (див. малюнок 3.1.2.1).
Малюнок 3.1.2.1 - Панель інструментів Прилади Multimeter. Використовуйте цей прилад для вимірюваннь змінної або постійної напруги, струму, опору, або втрати децибел між двома точками на схемі. Multimeter автоматично виставляє діапозони, тому Вам не потрібно самим вказувати діапазон вимірів. Внутрішній опір і струм наближені до ідеальних значень. Ці значення можуть бути змінені за допомогою натиснення на кнопку "Settings". Oscilloscope. Двоканальний осцилограф відображує амплітуду і коливання електронних сигналів. Даний прилад здатний відображувати інтенсивність одного або двох сигналів в часі або ж порівнювати одну тимчасову діаграму з іншою. Bode plotter. Графічний пристрій Боде малює графік частоти відповідей схеми і він корисний для аналізу схем фільтрації. Даний прилад використовується для виміру збільшення напруги сигналу або зрушення фази. Коли графічний пристрій Боде підключений до схеми, виконується спектральний аналіз. Logic Analyzer. Аналізатор логіки відображує рівні до 16 цифрових сигналів. Він використовується для швидкого збору даних про логічний стан і розширеного тимчасового аналізу щоб допомогти спроектувати великі системи і піклуватися про вирішення можливих проблем. Завдання: Зібрати схеми, приведені на малюнках 3.1.2.2 і 3.1.2.3. Провести різного роду аналізи з кожною з схем (особливу увагу необхідно приділити розумінню функцій і умінню налаштовувати різні опції). Сформувати звіт, в який включити графіки для кожного з аналізів.
Малюнок 3.1.2.2 - Приклад схеми
Малюнок 3.1.2.3 - Приклад схеми 3.1.3 Проектування 16-тьох найпростіших логічних схем (Or, And і так далі) Розділ: Аналогова схемотехніка Короткі теоретичні відомості: Всі пристрої ЕОМ складаються з елементарних логічних схем. Робота цих схем основана на законах і правилах алгебри логіки, яка оперує двома поняттями: істинності і помилковості виразу. Відповідно до такої двійкової природи виразів домовились називати їх логічними двійковими змінними і позначати 1 в разі істинності і 0 в разі помилковості. Прикладами логічних змінних є вирази: A = “Земля плоска”, В = “Автомобіль має двигун” На підставі цих виразів можна записати А = 0; В = 1, оскільки вираз А – хибний, а вираз В істинна. Вирази можуть бути простими і складними: прості містять одне закінчене твердження, складні утворюються з двох або більшого числа простих виразів, зв'язаних між собою деякими логічними зв'язками. Формалізація і перетворення зв'язків між логічними змінними здійснюється відповідно до правил алгебри логіки званою Булевою алгеброю. Дві логічні змінні А і В, що набувають значення 0 або 1, можуть утворювати логічні функції. У алгебрі логіки будь-які функції зручно змальовувати у вигляді таблиці відповідності всіх можливих комбінацій вхідних логічних змінних і вихідної логічної функції, так званою таблицею істинності. Нижче приведений повний перелік функцій двох аргументів. Функції, утворені логічними змінними, можна перетворювати відповідно до правил або законів алгебри логіки. При цьому прагнуть мінімізувати логічний вираз, тобто привести його до вигляду, зручного для практичної реалізації на логічних елементах (див. таблицю 3.1.3.1). Функція Назва функції Х1 0 0 1 1
Таблиця 3.1.3.1 - Таблиця Істинності Проектування схем в Electronics Workbench: При проектуванні схем в Electronics Workbench використовувалися елементи панелі компонентів Logic Gates: Or, Nor, And, Nand, Xor, Xnor, Inverters, на необхідне число входів. Для імітації роботи спроектованої схеми входи підключаються до генератора тактових імпульсів. Він вибирається з панелі компонентів Instruments і називається Word Generator. Генератор має 16 виходів. Розглянемо приклад побудови (наприклад Диз'юнкції) і оформлення лабораторної роботи: Функції F2(А, В) - Диз'юнкція: Логічне додаванні двох змінних А і В є логічна функція F2, яка істинна тоді, коли істинна одна з двох вхідних змінних. F2 = A+B. Для функції логічного додавання таблиця істинності має вигляд: А 0 0 1 1
В 0 1 0 1
F 0 1 1 1
Таблиця 3.1.3.2 - Диз'юнкція - логічне додавання
Малюнок 3.1.3.1 - Графічна схема проектування функції додавання Функція F2=A+B. Графічна схема проектування функції складання, створена в програмі Electronics Workbench наведена на малюнку 3.1.3.1
Малюнок 3.1.3.2 - Діаграми вхідних і вихідних сигналів Після приведення самої схеми намальованою і зібраною в програмі Electronics Workbench ви повинні привести діаграми вхідних і вихідних сигналів (див. малюнок 3.1.3.2). Для перевірки можна порівняти діаграми вхідних і вихідних сигналів з таблицею істинності. Як видно на 1-ом такті А=1; B=0; F2=1. Порівняємо це з таблицею істинності і побачимо, що Fn збігаються. При повному збігу вихідної функції на інших тактах і при іншому поєднанні змінних можна зробити висновок, що побудована схема працює правильно. На цьому опис цієї функції закінчується. Інші функції описуються і збираються аналогічно. При побудові і проектуванні інших лабораторних робіт перевірка працездатності побудованої схеми виконується таксамо. Перевіряються діаграми вхідних і вихідних сигналів і порівнюються по тактах з таблицею істинності. Завдання: Використовуючи пакет Electronics Workbench спроектувати схеми логічних функцій в базисі СЬКНФ і СДНФ; Скласти звіт про виконання лабораторної роботи в MS Word. У звіт включити побудовані схеми і діаграми вхідних і вихідних сигналів кожної з виконаних схем; Лабораторна виконується відповідно до варіантів (див. таблицю 3.1.3.3). N варіанту F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
1 +
+
+
2
+
+
+
3
+
+
+
4
+
+
+
5
+
+
+
6
+
+
+
7 +
+
+
8
+
+
+
9
+
+
+
10
+
+
+
11
+
+
+
12 +
+
+
13
+
+
+
14
+
+
+
15
+
+
+
16
+
+
+
Таблиця 3.1.3.3 - Варіанти завдань Доказ основної тотожності булевої алгебри за допомогою простих логічних схем (Or, And і так далі) Розділ: Аналогова схемотехніка Короткі торетичні відомості: Робота полягає в доведенню дев'ятнадцяти основних (див. таблицю 3.1.4.1) тотожностей булевої алгебри за допомогою пакету моделювання Electronics Workbench. № Логічний вираз Формулювання
1 F1=X*0=0 Логічне множення будь-якого аргументу на 0 дорівнює 0
2 F2=X*1=X Логічне множення будь-якого аргументу на 1 дорівнює значенню аргументу
3 F3=X*X=X Логічне множення одних і тих же аргументів дорівнює аргументу
4 F4=X*X^=0 Логічне множення аргументу з його інверсією дорівнює 0
5 F5=X+0=X Логічна сума будь-якого аргументу з 0 дорівнює аргументу
6 F6=X+1=1 Логічна сума будь-якого аргументу з 1 дорівнює 1
7 F7=X+X=X Логічна сума аргументу з самим собою дорівнює аргументу
8 F8=X+X^=1 Логічна сума аргументу з його інверсією дорівнює 1
9 F9=X^^=Х Подвійна інверсія аргументу дає його дійсне значення
10 F10=X1*X2=X2*X1 Закон перестановок
11 F11=X1+X2=X2+X1 -“-
12 F12=(X1*X2)*X3=X1*(X2*X3) Сполучний закон
13 F13=(X1+X2)+X3=X1+(X2+X3) -“-
14 F14=X1*(X2+X3)=X1*X2+X1*X3 Розкриття дужок
15 F15=X1+(X2*X3)=(X1+X2)*(X1+X3) Виключене третє
16 F16=X1+X1*X2=X1 Поглинання
17 F17=X1+X1^*X2=X1+X2 -“-
18 F18=(X1*X2)^=X1^+X2^ 1 правило де Моргана
19 F19=(X1+X2)^=X1^*X2^ 2 правило де Моргана
Таблиця 3.1.4.1 - Тотожності для перетворення логічних виразів Для виконання роботи необхідно використовувати досвід попередньої лабораторної роботи, в тій її частині що стосується побудови технічних аналогів логічних рівнянь. Для доказу тотожності необхідно побудувати схеми аналоги логічних рівнянь обох частин тотожності і проаналізувати вихідні параметри кожної схеми.
Малюнок 3.1.4.1 - Схема тотожності Як приклад розглянемо сьому тотожність із таблиці 3.1.4.1. На 3.1.4.1 приведені схеми для обох частин тотожності, а на малюнку 3.1.4.2 приведена тимчасова діаграма вхідних і вихідних характеристик для схеми.
Малюнок 3.1.4.2 - Діаграми вхідних і вихідних сигналів Завдання: Використовуючи пакет Electronics Workbench спроектувати схеми відповідні обом частинам тотожності, і за допомогою проведення аналізу довести тотожність. Скласти звіт про виконання лабораторної роботи в MS Word.В звіт включити побудовані схеми і діаграми вхідних і вихідних сигналів кожної з виконаних схем; Лабораторна виконується відповідно до варіантів (див. таблицю 3.1.4.2). N варианта T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19
