Моделирование схем цифровыхи аналого-цифровых устройств

Библиотеки цифровых устройств и инструментарий программной среды MS10

Основу многих электронных устройств и ЭВМ составляют цифровые схемы логических элементов, регистров, счётчиков, коммутаторов, дешифраторов, сумматоров, преобразователей и т. п. Понимание принципов функционирования этих схем и методов синтеза сложных систем на их основе является необходимым условием того, чтобы готовые изделия беспричинно не отказывались выполнять свои функции.

Нынешнему поколению студентов самых различных специальностей предстоит обеспечить высокую надёжность создаваемых автоматических цифровых и смешанных аналого-цифровых устройств, управляющих объектами, процессами и производственными системами.

При моделировании схем цифровых устройств будут даны необходимые пояснения особенностей применения соответствующих элементов и микросхем. Здесь же целесообразно дать краткое описание таких инструментов MSI0, как WordGenerator и LogicAnalyzer, без которых анализ электронных схем с цифровыми многополюсными элементами значительно усложняется.

10.1.1. Генератор бинарного слова

Генератор бинарного слова (WordGenerator) размещён на панели инструментов, находящейся справа от рабочего окна программы MS 10. Чтобы " перетащить" его на рабочее поле, щёлкнем мышью вначале на кнопке WordGenerator, а затем в нужном местерабочего окна среды MS 10. Условное изображение генератора XWG1 (рис. 10.1, а) выводится на рабочем поле. Как видим, генератор XWG1имеет 32 выхода, пронумерованные от 0 до 31, т. е. он является 32-разрядным. Выходы размешены с обеих сторон прямоугольника, по восемь выходов в каждой из 4-х групп. На каждом выходе сформирован независимый от других логический сигнал, который может использоватьсякак входной для логических схем.

При моделировании схем можно использовать любое количество выходов. На начальном этапе изучения цифровых схем устройств будут использоваться первые 4 или 8 выходов. Так как генератор обычно размешают слева от исследуемой схемы, то, чтобы упростить работу с инструментом, перевернем его по горизонтали (рис. 10.1, 6).

Для этого нужно:

• щёлкнуть правой клавишей мыши на изображении генератора;

• в открывшемся окне щёлкнуть мышью на опции FlipHorizontal (Перевернуть по горизонтали).

Прежде чем включать генераторXWG1в работу, необходимо его запрограммировать. Для этого щёлкнем два раза мышью на его изображении и в открывшемся окне(рис. 10.1, в), оставив шестнадцатеричную систему исчисления Hex, можем:

• задать возрастающие значения счёта в ячейках памяти генератора от 0 до 3FF, т. е. автоматически ввести возрастающие 1024 значения. Для этого щёлкнем мы-шью на кнопке Set (Настроить), выберем в блоке Pre-setPatterns (рис. 10.2) опцию I рCounter (Возрастающий счёт) и щёлкнем мышью на кнопке Accept(Принять);

• ввести вручную ограниченное число как возрастающих, так и нисходящих значений счета генератора. Например, для четырехразрядных элементов нужно, чтобы генератор выполнял счёт от 0 до 15 (F) и обратно. Для этого найдем и выделим ячейку 10 (позиция памяти инструмента WordGenerator, в которой записано число 16 (рис. 10.3, а)). Запишем в неё шестнадцатеричный код Е(десятичное число 14) и нажмём клавишу Enter клавиатуры (рис. 10.1, б). При этом курсор сместится на следующую ячейку памяти, куда занесём код D и т. д. до номера 1.

Примечание. Введение нисходящих значений удобно осуществлять в привычной десятичной системе исчисления. Для этого в опции Display следует выбрать кружок Dec;

• ввести с клавиатуры необходимые двоичные слова (комбинации из нулей и единиц) в ячейки памяти, которые затем выводятся на соответствующие клеммы-выводы в выбранном коде (в шестнадцатеричном (Hex), десятичном (Dec), двоичном (Binary) или в коде ASCII).

Другие опции настройки Set (см. рис. 10.2):

• Clearbuffer (Очистка буфера) — стереть содержимое всех ячеек памяти генератора;

• DownCounter (Обратный счёт) — заполнить ячейки памяти кодовыми комбинациями, начиная с ячейки с адресом ЗРРдо ячейки с адресом 0);

• ShiftRight (Правая запись) — заполнить каждые четыре ячейки комбинациями 8-4-2-1 со смешением их в следующих четырёх ячейках вправо;

• ShiftLeft (Левая запись) — то же самое для комбинации 1-2-4-8, но со смещением влево.

После ввода содержимого ячеек памяти нужно задать генератору начальную и конечную ячейки данных. По умолчанию новый цикл моделирования начинается с ячейки, которая содержит индикатор начального положения — синяя стрелка, направленная вниз (см. рис. 10.1, в), а конечная ячейка данных располагается после всех 1024 ячеек — синяя стрелка, направленная вверх (см. рис. 10.2, справа внизу).

Для приведенного выше примера нужно оставить начало счёта на ячейке с адресом 0 и закончить счёт на 29-й ячейке. Для этого, найдя ячейку с адресом 21 (или 29в десятичной системе исчисления), выделим её и щёлкнем правой клавишей мыши.

В открывшейся закладке (рис. 10.4, справа) щёлкнем мышью на опции SetFinalРosition (Настроить конечное значение). Индикатор (стрелка) конечного положения появится слева от содержимого указанной ячейки памяти.

Рис. 10.4

Проверим правильность выполнения заданного счёта генератором посредством выбора режима Cycle (Цикл) его работы. Генератор последовательно и циклично выводит содержимое каждой ячейки памяти от начальной до конечной. При нажатии кнопки режима Set или Burst работа генератора приостанавливается.

При испытании схемы в режиме Cycle цикличный счет повторяется до окончания процесса моделирования.

Уточним работу генератора XWG1 при выборе других режимов:

• в режиме Burst (Просмотр) цикл выполняется один раз;

• в режиме Step (Шаг) последовательно выводится содержимое одной ячейки

после каждого щелчка мышью на кнопке Step. Этот режим полезен при отладке схем.

В закладке Set при программировании генератора, выделив ячейку и щелкнув на ней правой клавишей мыши, можно выбрать опцию SetBreak-Point (Выбрать точкупрерывания) в цикле. Выполнение цикла после прерывания продолжится после щелчка мышью на одной из кнопок: Cycle. Burst или Step. Отменить точку прерывания можно (после щелчка мышью на ячейке с пометкой прерывания), выполнив команду DeleteBreak-Point.

Во время моделирования перемещающийся вдоль ячеек курсор в окне генератора указывает на текущую ячейку (рис. 10.5). Щелчком мыши на другой ячейке после остановки моделирования и выборе команды SetCursor (Настроить курсор) можно изменить текущее положение курсора.

Рис. 10.5

Кроме этого, нужно задать частоту счёта моделирования в окне Frequency (Частота) или оставить I кГц по умолчанию, срабатывание триггеров (по переднему или заднему фронту запускающего сигнала) и способ синхронизации (внутренняя синхронизация (Internal) или внешняя (External)) (см. рис. 10.5).

На этом программирование инструмента WordGenerator заканчивается, и он готов к работе.

Внимание! Не забудьте записать (используя команду Save в меню Set) выполненные настройки инструмента XWG1 с тем, чтобы их восстановить (воспользовавшись командой Load) послеочистки буфера памяти инструмента или при добавлении инструмента WordGeneratorво вновь создаваемую схему.

1012. Логический анализатор

Анализатор бинарного слова " перетаскивается" на рабочее поле среды MS 10 из панелиинструментов после щелчка мышью на кнопке . LogicAnalyzer. Анализатор предназначен для отображения на его экране 16-разрядных кодовых последовательностей, подаваемых на вход одновременно из 16-ти точек схемы, а также значений координат сигнала в местах расположения визиров в виде шестнадцатеричных чисел в окне, расположенного внизу экрана анализатора.

Как следует из условного изображения инструмента XLAI (рис. 10.6, а), он имеет16 входных каналов (входов), помеченных цифрами от I до F (а не от Одо F), т. е. в десятичной системе исчисления первый канал имеет номер I (Terni I), а последний F —номер 16 (Term 16). В окне инструмента XLA1 (рис. 10.6, б), открывающегося последвойного щелчка мышью на его условном изображении, могут отобразится 16 логических сигналов, если ко всем входам подвести сигналы с узловых точек (выходов)анализируемой цифровой схемы.

На экране инструмента Х1А1 размещены две визирные линии (визиры): красная1и синяя 2, с помощью которых можно измерять значения входных кодированных слови их координаты по времени, а также временной сдвиг между визирными линиями.

Перемешать визирные линии можно как плавно с помощью мыши, так и дискретнос помощью кнопок Т1 и Т2, расположенных внизу окна.

Настройка инструмента ХLА1 заключается в установке частоты его таймера, которая должна в несколько раз превышать частоту изменения входного сигнала, в томчисле частоту логических сигналов с генератора XWG1, параметров запускающего сигнала и в выборе режима работы дисплея анализатора.

Для этого щёлкнем мышью на кнопке Set в блоке Clock, и в открывшемся окне(см. рис. 10.6, б) в закладке ClockRate (Частота таймера) нужно задать частоту, большую частоты генератора в 2" раз, например, 16 кГц. Сохраним в закладке ClockSource(Источник синхронизации) режим внутренней синхронизации (Internal). В окне TriggerQualifier можно установить значение логического сигнала: 0, I или X (Неопределённое состояние), при котором осуществляется запуск анализатора. Завершим настройку блока Clock щелчком мыши на кнопке Accept.

После щелчка мышью на кнопке Set в блоке Trigger в открывшемся окне (рис.10.7, а) можно установить или оставить без изменения дополнительные условия запуска анализатора:

• запуск или по переднему (Positive) — установлен по умолчанию, или по заднему (Negative), или по обоим (Both) фронтам сигнала;

• запуск анализатора в соответствии с выбранным булевым выражением с тремя логическими переменными (канатами А, В и С), 16-разрядные двоичные числа которых набираются предварительно с клавиатуры в соответствующих окнах путём введения символов 0, 1 или X в каждый разряд. Например, при выборе выражения В OR С запуск анализатора осуществляется от канала В или С и т. д.

Прежде чем начать моделирование схемы, нужно выполнить настройку дисплея логического анализатора, в частности, нужно у казать количество импульсов таймера, приходящихся на одно деление (Clocks/div).выбрав одно из чисел I, 2, 4, 8, 16, 128.

Если ванализаторе задана частота таймера 16 кГц, ачастота генератора слова I кГц, тодля того, чтобы одно деление дисплея соответствовало I мс, нужно выбрать 16 импульсов/деление (рис. 10.7, 6).