Универсальный регистр
Общие сведения о параллельных и универсальных регистрах, их классификация и типы, функции и применение. Моделирование схемы цифрового устройства на операционных усилителях, технология их сборки, внутреннее устройство и элементы программной среды.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.01.2018 |
| Размер файла | 728,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Универсальный регистр
Введение
усилитель программный регистр цифровой
Значение электроники и электротехники очень трудно переоценить в современном мире, так как она используется практически во всех областях науки и техники. Электроника широко используется как на бытовом так и на производственном уровне.
Профессия инженера-компьютерщика требует знания основных элементов компьютерной электроники, аналогового и цифрового оборудования. Этим определяется актуальность темы исследования.
Целью данной выпускной квалификационной работы является: используя известную компьютерную среду разработка лабораторной работы по изучению принципа действия универсального регистра.
Исходя из поставленной цели работы, были поставлены следующие
задачи:
· изучить специализированную литературу по теме ВКР
· провести анализ особенностей работы существующих типов регистров
· провести сравнительную оценку параметров различных видов регистров
· познакомиться со средой MS 10, позволяющей моделировать схемы и процесс работы электронных и цифровых устройств
· разработать лабораторную работу, в которой будет смоделирована работа универсального регистра
Работа состоит из введения, двух глав и заключения.
Во введении сформулированы актуальность ВКР, цели и задачи работы.
Первая глава работы посвящена сущности электронного устройства - регистра, видам, на которые разделены регистры, принципам их работы. Представлены схемы регистров и их подробный анализ.
Во второй главе рассмотрена программная среда NI Multisim 10 (MS10), с помощью которой будет моделироваться работа регистра. Рассмотрена установка среды, инструментальная линейка, измерительные приборы, процесс сборки схем.
В заключении подведены итоги проделанной работы.
На защиту выносится процесс моделирования схемы электронного регистра и разработка компьютерной лабораторной работы по изучению принципа его работы.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
1. Регистры
1.1 Общие сведения о регистрах
Регистрами называются устройства, которые выполняют функции приема, временного хранения и передачи информации. Информация в регистре хранится в виде числа (слова), представленного комбинацией сигналов 0 и 1.
На регистрах могут осуществляться преобразования информации из одного числа в другой, а также некоторые логические операции (логические сложение и умножение.).
Основными классификационным признаком, по которому различают регистры, является способ записи информации или кода числа в регистр. Отсюда можно выделить регистры трех типов:
· параллельные
· последовательные
· параллельно-последовательные
В параллельных регистрах запись числа идет во все разряды одновременно. Последовательные регистры характеризуются соответствующей записью кода числа, начиная либо с младшего, либо со старшего, путем последовательного сдвига кода тактирующими импульсами. Параллельно-последовательныеже имеют входы сразу двух видов записи кода числа. Ввод числа производится в параллельной форме, а вывод в
- последовательной, и наоборот.
В зависимости от числа каналов, подающих информацию на входы разрядов регистра, различают регистры парафазного и однофазного видов. Они различаются тем, что в парафазных регистрах информация поступает по двум каналам (прямому и инверсному), а в однофазных только по одному. Парафазные регистры выполняются, в основном, с применением триггеров CRS-типа, а однофазные - на основе триггеров CD-типа.
В зависимости от типов триггеров, которые применяются при построении регистров, и способа их тактирования различают регистры многотактного и однотактного действия.
Здесь, стоит остановиться и пояснить что такое триггер, какие триггеры бывают, так как в дальнейшем они будут часто упоминаться.
Триггеры являются простейшими, элементарными цифровыми автоматами, обладающими памятью и служащими для хранения одного бита информации или одного разряда двоичных чисел.
Триггер, как конечный автомат, имеет следующие свойства:
1) возможное число внутренних состояний - два, это единица и нуль, что, в свою очередь, соответствует одной переменной, обозначаемой для триггеров обычно буквой Q;
2) число входных переменных - одно;
3) число входных переменных х зависит от типа триггера.
Также, вместе с прямым выходом Q, триггер имеет инверсный выход
По функциональному признаку триггеры можно разделить на четыре основных типа:
· RS-триггеры (с двумя установочными входами), где R - вход, сбрасывающий триггер в нулевое состояние, а S - вход, устанавливающий в единицу.
· D-триггеры - триггеры задержки, имеющие один счетный вход
· T-триггеры - имеющие один счетный вход
· универсальные триггеры имеющие несколько входов.
Триггеры могут быть синхронными и асинхронными. В синхронных (тактируемых) состояние изменяется при подаче синхронизирующего (тактового) сигнала, а в асинхронных - при поступлении входного сигнала.
Также, триггеры различают по типам входов: статические и динамические. Статические входы управляются потенциалами, т.е. уровнями напряжения, а динамические управляются перепадами потенциалов, т.е. фронтами импульсов напряжения.
1.2 Параллельные регистры
Однофазные параллельные регистры двухтактного действия
Такие триггеры являются наиболее экономичными по числу компонентов, а в качестве разрядов используются триггеры CLS-RL-типов.
На рисунке 1 приведена схема параллельного регистра с однофазной записью информации двухтактного действия для записи двух чисел А и B. Входы а1, аnсоответствуют входам разрядов первого числа, в свою очередьb1, bnсоответствуют входам разрядов второго числа. Первый тактирующий сигнал Т1 устанавливает все разрядные триггеры в состояние 0, то есть Q1= Q2= …= Qn=0. Второй же сигнал обеспечивает запись числа А в регистр, а - запись числа В.
Такие регистры имеют небольшое быстродействие, но в свою очередь небольшие затраты по числу элементов.
Рисунок 1. Схема параллельного регистра на триггерах СLS-RL-типа
Однофазные параллельные регистры однотактного действия
Для построения однофазных параллельных однотактных регистров применяются СLD-триггеры, у которых входов равно числу входов регистра. На рисунке 2 показана функциональная схема данного регистра на 2 входа.
Запись числа А а1 аn происходит при поступлении импульса Т1а, запись числа В (b1,…, bn) осуществляется при поступлении импульса T2, и что важно, без предварительной установки разрядов в состояние 0.
Рисунок 2. Схема параллельного регистра на триггерах CLD-типа Быстродействие такого регистра примерно в 2 раза больше по сравнению с регистром двухтактного действия, но и аппаратурные затраты для реализации данного регистра также стали больше.
Парафазные параллельные регистры
Парафазные параллельные регистры (ППР) не являются столь многообразными, как однофазные. Все ППР сами по себе являются однотактными и выполняются на триггерах CLRS-типа. Быстродействие ППР полностью зависит от быстродействия триггеров, которые используются как типовые разряды числа.
Если сравнивать однофазные и парафазные параллельные регистры, то необходимо сказать, что первые наиболее эффективны при работе на интегральных схемах, за счет того, что содержат в 2 раза меньше информационных входов, нежели вторые. А это, в свою очередь, дает возможность сократить количество выводов микросхем и благоприятные возможности под проектирование БИС.
1.3 Сдвигающие регистры
Сдвигающие регистры получили свое название из-за операции сдвига кода числа, которую они выполняют. Операция сдвига - это перемещение содержимого регистра под воздействием внешних тактирующих импульсов на определенное число разрядов влево или вправо. В основном, это перемещение происходит на один разряд, и эту операцию записывают в виде
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Классификационным признаком сдвигающих (последовательных) регистров считают способ управления сдвигом кода числа. Он предпологает деление регистров по числу внешних тактирующих сигналов Кт, которые просто необходимы для выполнения сдвига на один разряд. Это число еще называют тактовым.
Сдвигающие регистры делятся регистры однотактного и многотактного дейтсвия. Их особенность заключается в том, что в первых сдвиг кода числа происходит за один такт, т.е. , а во вторых как минимум за два тактирующих импульса (ТИ). Но в свою очередь, каждый из этих СР можно классифицировать по:
· виду электрической связи между разрядами
в соответствии с этим признаком сдвигающие регистры на триггерах разделяются по типам связи:
a. регистры с однофазной связью (выполняются на триггерах D-типа)
b. регистры с парафазной связью (выполняются на триггерахRS-типа илиJK-типа)
c. регистры со смешанной связью (выполняются совместно на триггерахJK- иD- илиRS- иD-типов)
· направлению сдвига
a. регистры, сдвигающие код числа влево (в сторону старших разрядов)
b. сдвигающие вправо (в сторону младших разрядов)
c. регистры, сдвигающие код числа как влево, так и вправо. Такие регистры называются реверсивными.
· способу приема и выдачи кода числа.
a. последовательный прием и последовательная выдача информации
b. параллельный ввод и последовательный вывод кода числа
c. последовательно-параллельный ввод и последовательно - параллельный вывод.
Регистры с параллельно-последовательными вводом и выводом кода числа относятся к разряду универсальных, так как они могут использоваться как в качестве первого типа, так и второго.
При проектировании регистров сдвига всегда задаются направления сдвига, способы приема и выдачи кода числа, которые, в свою очередь, являются функциональными требованиями, обязательно предъявляемые к каждому СР. Помимо них, к этим требованиям относят функциональную надежность регистра, и, конечно же, такие требования безусловно должны быть выполнены.
Сдвигающие регистры многотактного действия
Сдвигающие регистры многотактного действия применяются в устройствах, где главным является снижение аппаратурно-мощностных затрат (АМЗ), а быстродействие отходит на второй план. Среди таких регистров одними из наиболее экономичных по АМЗ являются регистры, сделанные на основе - типа. Для наглядности представлена схема трехразрядного регистра со сдвигом вправо (рис. 3).Ввод и вывод информации происходят последовательно, а связь между разрядами - однофазная (однопроводная).
Рисунок 3. Схема последовательного (сдвигающего) регистра на триггерах -типа
Сдвиг информации здесь происходит посредством последовательной подачей тактирующих импульсов, начиная с младших разрядов., т.е. с Тг1. Первый тактирующий импульс сдвига устанавливает триггер Тг1в состояние 0, т.е.Q1=0. Второй (С2=1) переводит триггер в состояние 1 (Q1=1), но при условии, что Q2=1. Далее поступающие тактирующие импульсы производят перепись информации из Тг3в Тг2, а также запись информации, находящейся на входе Sстаршего разряда (S3).
Таким образом, для сдвига информации на один разряд требуется импульсов сдвига, а для полного сдвига n-разрядного кода числа нужно импульсов сдвига. Это, в свою очередь и показывает, что такие регистры медленные, но зато и более экономичные из-за того, что разряд такого триггера выполняется на одном элементе И-ИЛИ-НЕ и инверторе или на трех И-НЕ. Увеличить быстродействие же можно заменой
- триггеров на триггеры CLRS-типаилиCLD-типа. Сдвиг на один разряд в этих регистрах будет происходит за KT=nтактов. В итоге для сдвига n разрядов понадобится KИ=nn=n2импульсов сдвига. Дальнейшего повышения быстродействия СР многотактного действия достигают путем разбиения регистров на отдельные группы и введения в их состав добавочных триггеров по количеству групп. Для примера рассмотрим шестиразрядный СР четырехтактного действия (рис. 4).
Рисунок 4. Схема сдвигающего регистра двухтактного действия на триггерах CLD-типа
Регистр разбит на две группы, в каждой по 3 разряда, и на каждую группу приводится один добавочный триггер (Тг0 в первой и Тг'0во второй). В качестве разрядных и добавочных триггеров применяются триггеры вида L однотактного действия. Тактовые входы триггеров, имеющие одинаковый порядковый номер в группах, а также тактовые входы добавочных триггеров объединяются отдельными шинами, на которые поступают тактирующие импульсы сдвига. В таком регистре сдвиг информации на один разряд происходи за четыре тактирующих импульса, подаваемые последовательно на входы С0, С1, С2, С3. При воздействии первого ТИ сдвига начинается передача информации из младших триггеров каждой группы в добавочный триггер своей группы. Поступающие далее импульсы сдвига последовательно сдвигают информацию в пределах своих групп. В итоге при поступлении четвертого импульса вся информация в регистре будет сдвинута на один разряд.
Как видно из примера недостаток сдвигающего регистра многотактного действия это низкое быстродействие и сложность управления сдвигом. Последнее особенно проявляется в регистрах, где число ТИ сдвига выше 2.
Сдвигающие регистры однотактного действия
Главным преимуществом СР однотактного действия перед предыдущим это высокое быстродействие и простота организации управления сдвигом. Часто данные регистры проектируются на триггерах с внутренней задержкой с и - видами управления. Это особенно проявляется, когда выше упомянутые типы триггеров находятся в распоряжении разработчика в виде готовых интегральных микросхем. Но, при проектировании сдвиговых регистров на типовых логических элементах (ЛЭ), также применяют и триггеры. Такая компоновка дает возможность проектировать схемы более экономичные по аппаратно - мощностным затратам СР однотактного действия, чем те же регистры на - и - триггерах.
Рисунок 5. Схемы однотактных СР на триггерах-типа (а), - типа (б) и -типа (в)
Для построения сдвигающих регистров на любом из этих триггеров нужно тактовые входы всех триггеров объединить одной шиной сдвига, а к
информационным входам последующего разряда подключить выхода i-го разрядного триггера.
Регистры, чьи схемы показаны на рис. 4, производят сдвиг информации в сторону младших разрядов, т.е. вправо. Проектирование регистров со сдвигом влево происходит аналогично. Разница состоит лишь в том, что входная информация на следующий триггер передается с выхода младшего разряда, который располагается правее i-го разряда.
Также стоит отметить, что в практике проектирования цифровых узлов часто используются реверсивные регистры (сдвигающие код числа в регистре как вправо, так и влево).
Сдвигающие регистры на триггерах вида
Проектирование СР на триггерах этого вида происходит аналогично регистрам на триггерах вида , если тактирование всех разрядов осуществляется одним и тем же тактирующим сигналом. Схема такого регистра на триггерах -типа приведена на рисунке 6.
Рисунок 6. Схема сдвигающего регистра на триггерах - типа Особенность регистра состоит в том, что при отсутствии ТИ сдвига прием информации происходит во все вспомогательные триггеры: в первый разряд производится запись информации, действующая на входе D, а во все последующие - с предыдущего разряда.
усилитель программный регистр цифровой
1.4 Универсальные регистры
Существует множество вариантов регистров. Среди них есть и многорежимные или универсальные, которые способны выполнять набор микроопераций. К примеру, параллельный ввод и вывод данных, сдвиг параллельно записанного слова влево и вправо, поразрядный ввод, сброс всей записанной информации и т.п. Такая многорежимность достигается композицией в одной и той же схеме частей, необходимых для выполнения различных операций. Управляющие сигналы, которые задают вид выполняемой операции, активизируют необходимые для этого части схемы.
Рисунок 7. Универсальный регистр
На рисунке 7 изображен типовой универсальный регистр. Входы Dиспользуются для параллельной записи 8-разрядного слова данных, выходы Q - для его выдачи. Вход DSR(DataSerialRight) обеспечивает загрузку слова через нулевой разряд со сдвигом записываемого слова в сторону старших разрядов. Через вход DSL(DataSerialLeft) происходит загрузка слова через 7-ой разряд со сдвигом в сторону младших разрядов. Входы S0, S1 - управляющие. Они разрешают сдвиг влево и вправо соответственно. Вход Rи производит сброс всех разрядов регистра, то бишь его «обнуление», а вход C-синхронизирующий. Выходы Uccи GND служат для подключения к микросхеме напряжения питания.
Регистры, у которых разнотипные вход и выход, служат основными блоками преобразователей параллельных кодов в последовательные и наоборот. Такое преобразование кода очень актуально, так как передача цифровой информации в сетях происходит в последовательном коде, а обработка - в параллельном.
2. Моделирование схемы цифрового устройства на операционных усилителях
2.1 Структура и свойства среды моделирования
Общие положения
Помимо натурных экспериментов сейчас популярно компьютерное проектирование и анализ электронных схем в таких средах схемотехнического моделирования как Electronics Workbenсh, DesignLab, LabVIEW, NIMultisim, Matlab и др.
Самым подходящим средством является программная среда NI Multisim 10 (MS10) компании Electronics Workbenсh Group, в чьей библиотеке более
16.000 электронных компонентов, сопровождаемых аналитическими моделями, пригодными для быстрого моделирования. Особенностью среды MS10 в контрольно-измерительных приборах, которые приближены к их промышленным аналогам, в первую очередь по характеристикам.
Большое разнообразие моделей аналоговых, цифровых или смешанных аналого-цифровых устройств, а также средств анализа и виртуальных приборов делает среду MS10 удобным инструментом для визуализации и демонстрации проявления многих фундаментальных явлений и процессов аналоговой и цифровой электроники.
При построении сложных аналоговых и цифровых устройств, здесь используется модульный принцип: т.е. устройства собираются из более простых схем, состоящих из резисторов, конденсаторов, транзисторов, логических элементов, операционных усилителей и цифровых микросхем.
Установка Multisim 10
Скачать и установить на своем компьютере программную среду NI Multisim 10 с ограниченным сроком использования для операционной системы MS Windows, а также скачать описание среды (MultisimТМUserGuide) и ее компонентов (MultisimТМComponent Reference Guide) можно с сайта electronics workbenсh.com.
При установке среды MS10 в открывшемся экране выберите пункт Install Multisim 10, который запускает процесс установки. На следующих страницах предлагается документ для ознакомления и принятия лицензионного соглашения National Instruments Software License Agreement и End-User Agreement for Microsoft Software.
После принятия соглашения необходимо подтвердить выбор папки, куда будет установлено программное обеспечение MS10. После установки среды программа предложит перегрузить компьютер. После перезагрузки, в меню Пускпоявится пункт multisim.exe. С этого момента программа полностью готова к использованию.
Также, можно работать и с готовыми моделями электронных устройств. Для этого их нужно скачать с сайта издательства www.dmk-press.ru и перенести в папку CircuitDesign Suite10.1, находящуюся в папке National Instruments. Останется только запустить среду MS10 выбрать в меню опцию Файлпункт Открыт, и в открывшимся окне выбрать нужный схемный файл. Выбранная схема будет выведена на рабочее поле среды.
Основные элементы программной среды MS-10
Программная среда MS10 имеет простой и ясный пользовательский интерфейс, состоящий из:
· из строки заголовка, расположенной в верхней части экрана;
· строки главного меню;
· командных строк инструментальной линейки (управляющих кнопок - пиктограмм) библиотек электронных элементов, узлов и приборов.
Но егоможно изменить, если выбрать в меню Установкипункт Модифицировать интерфейс (Настроить пользовательский интерфейс). Также, с помощью диалогового окна Customize(Настройка) можно настроить систему под себя, а именно:
· назначить горячие клавиши клавиатуры любой его команде,
· изменить или создать новые панели инструментов и закрепить их в любом месте.
С помощью опции Установка / Настройка свойств листа и ее закладокСхема, Рабочее место, Соединение, Печатная плата и Доступностьможно изменить свойства каждого схемного документа (листа): размер и цвет схемы, шрифт текста описания схемы, настройки печатной платы, отображение или сокрытие слоев комментариев и другие параметры листа.
Глобальные настройкиуправления свойствами среды МS10 выполняются с помощью опции Глобальные настройкитой же команды Опции с закладками:
· Путь. Здесь указывается путь к файлам баз данных;
· Сохранить. Вэтом окне можно задать период автоматического сохранения и выполнить другие настройки;
· Компоненты. Здесь выбирается режим размещения компонентов и стандарт символов (ANSIили DIN).
· Общее. Можно изменить конфигурацию компонентов, колеса мыши и инструментов соединения компонентов.
Кроме команды Установки, строка главного меню (рис. 8) содержит команды, каждая из которых содержит больше десятка опций со своими закладками и кнопками. Длякоманд характерны как общеизвестные опции, такие как Открыть, Сохранить, Копировать, Вставитьидругие, так и опции, типичные лишь для среды MS10. Подробное описание команд, опций и моделей компонентов схем дано в меню Справка.
Также, нельзя не отметить назначение отдельных меню и их опций, наиболее часто используемых при проектировании схем.
Рисунок 8. Строка главного меню
Опции меню Файл предназначены для открытия, закрытия, сохранения и печати смоделированных электронных схем. Опции меню Редактор можно использовать для изменения объектов схем на лицевой панели или в самом блоке программы.
Опции команды Вид предназначены для вывода по краям рабочего поля размерных полос и точечной сетки на рабочем поле (Координатные полосы, Граничные линии, Сетка), пиктограмм библиотек в инструментальной линейке Панель инструментов (рис. 9), и других пиктограмм и панелей. Так, при выборе опции Виртуальный в инструментальной линейке библиотек добавляется панель Виртуальных приборов.
Рисунок 9. Библиотека виртуальных компонентов
В меню Вставитьпосле щелчка мышью на опции АТекстможно вносить (с помощьюкнопок клавиатуры) на рабочее поле программы текстовую информацию, в том числе на русском языке.
В меню Трансляция (или Обмен данными) размещены опции, позволяющие экспортировать разработанные схемы устройств в другие приложения (рис. 10).
Рисунок 10. Опции меню «Трансляция»
При помощи опций команды Инструментарий можно конвертировать схемы, спроектированные в средах MS8 и MS9, а средуMS10, выводить на экран из библиотеки MS10 (Инструменты / Мастер схем) средства разработки усилителей, фильтров, устройств на базе таймера 555 и выводить готовые схемы на операционном усилителе.
Опция Виды анализа в команде Моделирование нужна для выбора методов анализа и установки параметров моделирования (рис. 11). Перед моделированием схемы необходимо убедиться, что в схеме есть источник энергии и заземление.
Рисунок 11. Виды анализа при моделировании
В среду Multisim 10 встроено множество средств анализа данных моделирования, результаты которых отображаются на графиках программ Postprocessorи Grapher. Также в среду встроен эмулятор моделей компонентов SPICEи эмулятор XSPICE, использующиеся для эмулирования цифровых компонентов, а также конструктор моделей, он автоматически сгенерирует модель на основании данных Книги данных.
В среде имеется 3 базы данных:
· Основная База данных
· ИндивидуальнаяБаза данных
· Корпоративная База данных
Основная База Данных позволяет содержать компоненты, из которых можно только считывать информацию.
Пользовательская БД используется для хранения компонентов на персональном компьютере.
Корпоративная БД содержит компоненты, которые можно просматривать только будучи пользователем корпоративной сети.
Командные строки инструментальной линейки
Строки инструментальной линейки содержат управляющие кнопки, часть изкоторых используется для запуска / выключения программы (кнопка Запуск моделирования) или ее остановки (кнопка Пауза), а другая часть (кнопки библиотек инструментов и приборов, масштабирования и др.)
– при, непосредственно, проектировании схем.
На экран выводится столько панелей библиотек с соответствующим набором пиктограмм компонентов в инструментальной линейке, сколько их выберет сам пользователь в диалоговом окне.
Стоит отметить, что в среде имеется несколько типов библиотек компонентов:
· Стандартные компоненты - библиотеки с номинальными значениями параметров компонентов фирм-производителей.
· Виртуальные компоненты - библиотеки виртуальных компонентов, где сам пользователь устанавливает параметры.
· Компоненты с ограничениями - виртуальные компоненты с ограничениями, которые могут «сгореть», если при моделировании схемы на них подадутся сигналы с превышающими установленными ранее пользователем значениями параметры.
· Трёхмерные компоненты - трехмерные виртуальные компоненты, отображающиеся с использованием элементов трехмерной графики, вместо стандартных условных обозначений.
Использование этих библиотек целесообразно на завершающем этапе разработки и испытания схем электронных устройств с формированием таблиц с параметрами компонентов фирм-производителей.
При сборке и испытании схем, испытании базовых узлов и исследованиях влияния различных параметров компонентов на характеристики устройств используются библиотеки виртуальных компонентов (рис. 12): Аналоговые компоненты, Пассивные
компоненты, Диодные компоненты, Транзисторы, Измерительные компоненты, Аналого-цифровые компоненты, Источники питания С ограничениями, Источники сигналов
Рисунок 12. Библиотеки виртуальных компонентов
2.2 Измерительные приборы, источники питания, устройства визуализации
Справа от рабочего окна (поля) программы MS10 после выбора на пиктограммах команд Моделирование / Приборы выводится вертикальная линейка кнопок-пиктограмм источников питания, измерительных приборов и осциллографов (рис. 13).
Для подключения прибора к схеме нужно щелкнуть мышью на пиктограмме прибора, затем на рабочем поле программы MS10 и подключить выводы прибора к узлам схемы. Некоторые приборы нужно подключить к общей точке, в противном случае их показания будут неверными. Расширенное изображение прибора выводится на рабочее поле после двойного клика на его уменьшенном изображении или после выполнения команд Инструменты / Масштабирование. Закрыть увеличенное окно прибора можно одним кликом на кнопке Закрыть, расположенной в правом верхнем углу окна.
Рисунок 13. Приборы моделирования
2.3 Технология сборки схем
Процесс создания схем электронных устройств и узлов происходит по принципу «конструктора» - перенос на рабочее поле нужных компонентов и приборов из библиотек и их соединение «проводниками» между собой.
Процесс переноса или перетаскивания выбранного компонента на рабочее поле очень прост. Чтобы перенести виртуальный компонент на рабочее поле, необходимо кликнуть левой кнопкой мыши (ЛКМ) на изображении компонента, затем выбрать место рабочего поля, куда необходимо его поместить и еще раз кликнуть ЛКМ. А для перемещения компонента непосредственно на рабочем поле, нужно выбрать этот компонент нажав на него ЛКМ и, не отпуская кнопку мыши, передвинуть компонент в нужное место.
Процесс соединения также достаточно прост. Для соединения компонентов и / или приборов необходимо навести курсор мыши на конец нужного вывода, нажать ЛКМ и переместить тянущуюся за курсором линия к нужному выводу другого компонента. На его конце должна будет появиться точка (рис. 14) и после щелчка мышью на этой точке, два вывода будут соединены «проводником».
Рисунок 14. Процесс соединения приборов
Для разрыва проводника необходимо навести курсор мыши к нужному выводу, после появится крестик на который, надо будет щелкнуть мышью, и затем два раза на свободном пространстве поля. В этом месте, на конце отсоединенного провода появится точка, которую можно будет соединить с другим проводником любого другого компонента.
Если же нужно удалить проводник, необходимо щелкнуть на нем правой кнопкой мыши (ПКМ), на концах соединения данного проводника должны будут появиться квадраты, и в открывшемся окне выбрать ЛКМ выбрать Удалить (рис. 15). Здесь же можно выбрать цвет проводника (Сегмент цвета) и шрифт (Шрифт) его номера.
Стоит отметить, что при выборе цвета проводника, графики кривых на экранах, например, логического анализатора XLA1, тоже окрашиваются в выбранные цвета.
Помимо смены цвета проводника, можно также сменить и цвет самого компонента. Для того нужно навести курсор мыши на изображении компонента и щелкнуть ПКМ. Во всплывшем окне кликая мышью на соответствующей закладке Цвет компонента, можно выбрать любой цвет компонента, вырезать (Вырезать) или удалить (Удалить) компонент, а также выполнить другие операции, относящиеся к нему.
Рисунок 15. Пример удаления «проводника»
Также, можно удалить и группу компонентов предварительно щелкнув мышью на опции Выбрать всев меню. Удаляется выделенная группа также, как и один элемент.
Для поворота компонента его нужно выделить и нажать комбинацию клавиш Ctrl+R.
Для установки требуемых параметров компонента или прибора нужно два раза кликнуть ЛКМ на изображении нужного элемента. Далее всплывет окно (рис. 16), в котором можно изменить значения параметров прибора (закладка Параметры) и нажать «OK», тем самым подтвердив или «Отмена» отменив выбранные значения параметров.
Рисунок 16. Окно изменения параметров прибора
2.4 Моделирование схемы цифрового устройства - универсального регистра
Цель работы: смоделировать схему 4-разрядного универсального регистра и изучить принципы ее работы.
Порядок выполнения работы. 1. Запустить среду Multisim10.
Чтобы запустить среду разработки нужно два раза кликнуть левой кнопкой мыши на значке программы. После запуска, программой будет автоматически создано рабочее поле среды MS-10.
2 После запуска программы, используя библиотеку виртуальных компонентов, отобрать и перенести на рабочее поле необходимые компоненты:
1. Универсальный регистр сдвига 74LS194N
2. Генератор слов XWG1
3. Логический анализатор XLA1
4. Пробники
5. Импульсный источник напряжения
6. Земля
Для того чтобы перенести виртуальный компонент на рабочее поле, необходимо кликнуть левой кнопкой мыши (ЛКМ) на изображении компонента, затем выбрать место рабочего поля, куда необходимо его поместить и еще раз кликнуть ЛКМ.
3 Разместить на рабочем поле среды выбранные компонентыи приборы. Для размещения компонента непосредственно на рабочем поле, нужно выбрать этот компонент нажав на него левой кнопкой мыши и, не отпуская передвинуть компонент в нужное место.
4. Соединить их проводниками.
Чтобы соединить проводниками компоненты и / или приборы, необходимо навести курсор мыши на конец нужного вывода, нажать ЛКМ и переместить тянущуюся за курсором линия к нужному выводу другого компонента. На его конце должна будет появиться точка и после щелчка мышью на этой точке, два вывода будут соединены «проводником».
Ход выполнения работы.
Моделирование универсального 4-разрядного регистра проведем с помощью схемы (рис. 17). Универсальный регистр сдвига 74LS194N способен сдвигать информацию и вправо, и влево, возможна как параллельная, так и последовательная запись данных. Регистр имеет параллельные входы (А, В, С, D), параллельные выходы (QA, QB, QC, QD), последовательные входы (SR,
SL), цепь прямой очистки регистра по входу и управляющие входы (S0 и S1) - входы задания режима:
· S0=1, S1=1 - запись данных в регистр по входам A, B, C, D;
· S0=1, S1=0 - сдвиг данных вправо в направлении от QA к QD;
· S0=0, S1=1 - сдвиг данных вправо в направлении от QD к QA;
· S0=0, S1=0 - входы регистра блокируются.
Рисунок 17. Схема универсального регистра сдвига 74LS194N
Для начала необходимо составить план исследования и заполнить ячейки памяти генератора по правилам функционирования регистра сдвига 74LS194N. Эти правила отображены в таблице 1.
Таблица 1. Правила функционирования регистра сдвига 74LS194N
|
Входы |
|||
|
S0 S1 SR SL A B C D OA OB |
OC |
OD |
|
|
0 x xxxxxxx0 0 0 0 |
|||
|
1 |
1 1 x xA B C D A B C D |
||
|
1 1 0 1 x xxxx 1 QAnQBnQCn |
|||
|
1 1 0 0 x xxxx 0 QAnQBnQCn |
|||
|
1 0 1 x 1 x xxxQBnQCnQDn 1 |
|||
|
1 0 1 x 0 x xxxQBnQCnQDn0 |
|||
|
1 0 0 x xxxxxQA0QB0QC0QD0 |
Где х - любое состояние; QA0, QB0, QC0, QD0-стационарные уровниA, B, C, Dдо установки указанных положений на входах; QAn, QBn. QCn, QDn - соответственно уровни A, B, C, Dперед началом прохождения фронта самого последнего тактового импульса.
Каждый регистр сдвига состоит из связанных между собой триггеров и логических элементов, причем количество триггеров равно количеству разрядов в записываемом числе.
Задание 1.
Перед тем, каквводить данные в триггеры, надо очистить регистр. Для этого подадим логический 0 на вход очистки . Теперьподадим на входы D, С, В, А 4-разрядный сигнал 0001, это нужно для синхронной параллельной записи данных в регистр, и установим = 1, S0 = 1 и S1 = 1 на обоих управляющих входах. Также необходимо установить SR = 0 и SL = 0, потому что во время загрузки последовательное перемещение данных запрещено. Все эти операции подаются в генератор слов XWG1 (рис. 18).
Рисунок 18. Диалоговое окно генератора слов XWG1
При направлении сдвига влево S0 = 1 и S1 = 0, (шаг 3) сигнал0001 загружается в триггеры и параллельно выводится на выходы QA, QB, QC и QD. Реализация программы моделирования работы регистра показана на рис. 19 в виде временных диаграмм сигналов на его входах и выходах при Пошаговом режиме работы генератора XWG1.
С приходом тактового импульса происходит сдвиг содержимого триггера каждого разряда от разряда А к разряду D без изменения порядка следования единиц и нулей. По окончании шестого ТИ на выходе устанавливается число 1000. Теперь установим S0 = 1, S1 = 0 и сделаем еще один шаг. В результате занесенная в регистр информация будет полностью из него выведена.
Далее при работе регистра в режиме сдвига влево в ячейки памяти генератора внесем SL = 1 и увидим (рис. 19 такты 3-6), что сигнал 1 будет формироваться на выходе QA и сдвигаться влево от QA к QD при каждом новом ТИ. В итоге, после шестого импульса на выходе установится сигнал 1111. Режим блокировки начнет действовать, если подать на оба управляющих входа сигналов низкого уровня, то есть S0 = 0 и S1 = 0 при = 1. Здесь следует отметить, что в режиме блокировки данные в регистре не сдвигаются ни вправо, ни влево, а остаются на тех позициях, на которых они остановились на момент блокировки. При установке сигналов S0 = 0 и S1 = 1 с приходом 8,9 и 10 тактовых импульсов происходит сдвиг сигнала 1000 вправо и его полный вывод из регистра. Если при работе регистра в режиме сдвига вправо в ячейки памяти генератора установить SR = 1, то сигнал 1 будет формироваться на выходе QD и начнет сдвигаться вправо от QD к QA при каждом тактовом импульсе. И, в результате, после десятого импульса на выходе установится сигнал 1111.
Рисунок 19. Работа регистра в виде временных диаграмм сигналов
Теперь на 11-ом шаге установим S0 = 0 и S1 = 0. С приходом 11-го импульса происходит блокировка выходов, на следующем шаге выполняется параллельная запись числа DCBA = 1010 в регистр, затем сдвиг данных влево и т.д. В результате у нас получились вот такие данные в генераторе слов XWG1 (рис. 20).
Рисунок 20. XWG1 задания 1
Для того чтобы выполнить следующие задания, потребуется изменить схему. Компоненты остаются те же, но распологаются уже несколько по-другому. Здесь мы не подключаем генератор слов ко входам регистра, а пробники переносим со входов регистра на его выходы. Должна получиться вот такая схема (рис. 21).
Рисунок 21. Схема универсального регистра сдвига 74LS194N измененная
Теперь можно приступать к выполнению следующих задач.
Задание 2.
Чтобы микросхема 74LS194N работала в качестве последовательного регистра влево, нужно подать на управляющий вход S0 высокий уровень напряжения, а на вход S1 - низкийуровень, для этого нужно установить S0 =
1 и S1 = 0, и подавать в последовательнойформе на вход SR данные, например, 1, 0, 1, 0, которые записываются в разряд А. Регистр последовательно сдвигает влево эти сигналы от QA к QD, на выходе QD они теряются, что отчетливо видно на рисунке 22.
Рисунок 22. Диаграмма и XWG1 задания 2 Задание 3
Теперь установим микросхему в режим работы в качестве последовательного регистра вправо. Для этого надо установить S1 = 0 и S1 = 1, а также подавать на вход SL данные в последовательном виде, например, 1, 0, 0 и 1, которые будут записываться в разряд D (выход QD). Тогда микросхема начнет работать в режиме последовательного регистра сдвига вправо, а сигналы 1, 0, 0, 1 сдвигаться по направлению к разряду А и выходе QA будут теряются. Эта операция показана на рисунке 23.
Рисунок 23. Диаграмма и XWG1 задания 3
Таким образом, мы выяснили, что подавая в регистр импульсы сдвига, на его последовательном выходе можно получить последовательность загруженного слова. Также, в ходе работы, мы произвели преобразование параллельного кода в последовательный, что было показано в первом задании. Это является очень актуальной задачей, так как передача цифровой информации в сетях передачи данных осуществляется в последовательном коде, а обработка ее в микропроцессорах вычислительных устройств, при записи информации на магнитные носители, при работе с телевизионными мониторами и с видеокамерами, а также во многих других случаях - в параллельном коде.
Заключение
Таким образом, в ВКР была изучена специализированная литература и проанализированы особенности работы существующих типов регистров. Этот анализ показал, что все регистры делятся на две большие группы: параллельные регистры и регистры сдвига (или сдвиговые регистры). В параллельных регистрах запись числа идет во все разряды одновременно. Последовательные регистры характеризуются соответствующей записью кода числа, начиная либо с младшего, либо со старшего, путем последовательного сдвига кода тактирующими импульсами. Также существуют параллельно-последовательные регистры, которые объединяют в себе возможности обоих типов регистров.
В первой главе подробно проанализированы разновидности и характеристики, плюсы и минусы всех типов регистров, а также приведены схемы регистров.
Во второй главе была описана программная среда разработки и моделирования аналоговых, цифровых электронных устройствMultisim 10, позволяющая конструировать электронные схемы и моделировать процесс работы электронных цифровых устройств. Были описаны основные элементы программной среды Multisim 10, инструментальная линейка, измерительные приборы, компоненты и их библиотеки, технология сборки схем. Проиллюстрированы скриншоты из программной среды.
Кроме того, в ВКР была разработана лабораторная работа, в ходе которой была смоделирована и изучена работа универсального регистра. В ходе моделирования регистру задавались различные режимы работы, результаты которых были приведены в виде временных диаграмм сигналов.
Также были разработаны контрольные вопросы.
Таким образом, все поставленные в ВКР задачи выполнены полностью.
Список литературы
1. Аверченков О.Е. Основы схемотехники аналого-цифровых устройств 2012.
2. Амосов В.В. Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств 2007.
3. Берикашвили В.Ш. Основы электроники /2-е изд., стер. - М.: Академия 2015.
4. Бишоп О. Электронные схемы и системы / пер. с англ. к. т. н. Рабодзей А.Н. - М.: ДМК Пресс, 2016.
5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М «Микроэлектронные схемы цифровых устройств» 2009.
6. Герасимов В.Г. Электрические измерения и основы электроники 1998.
7. Джонс М.Х. Электроника - практический курс 2013.
8. Игумнов Д.В., Костюнина Г.П. Основы полупроводниковой электроники./ 2-е изд., доп. - М.: Горячая линия-Телеком 2014.
9. Каганов В.И. Прикладная электроника: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / В.И. Каганов - М.: Академия, 2015.
10. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. М.: Гелиос АРВ, 2011. 11. Лебедев Е.Ф., Мелешко Е.А., Протасов Ю.С., Сахаров К.Ю. Импульсная
электроника 2011.
12 Марченко А.Л., Освальд С. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике 2010.
13 Марченко А.Л. Основы электроники. / Учебное пособие для вузов - М.: ДМК Пресс, 2009.
14 Миловзоров О.В., Панков И.Г. Электроника - 5-е изд., перераб. И доп. - М.: Издательство Юрайт 2016.
15 Новожилов О.П. Основы цифровой электроники. 2-е изд., стереотип./ Учебное пособие М.: ИП РадиоСофт, 2015.
16 Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая. Под ред. О.П. Глудкина - М.: Горячая линия-Телеком, 2007.
17 Прянишников В.А. Электроника. Полный курс лекций 2014. 18. Ревич Ю.В. Занимательная электроника 2009.
19. Хернитер М.Е. «Современная система компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств» 2006.
20 Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. Электроника: учебник для бакалавров / 2-е изд. испр. и доп. - М.: Издательство Юрайт 2016.
21 Шогенков А.Х., Стребков Д.С. Электроника / М.: ИП РадиоСофт 2013. 22. Ямпурин Н.П., Баранова А.В., Обухов В.И. Электроника / 2-е изд., испр. и доп. - М.: Академия 2015.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные схемы включения операционного усилителя и его характерные свойства. Исследование неинвертирующего и инвертирующего включения данных устройств, усилители переменного тока на их основе. Выпрямители и детекторы сигналов на операционных усилителях.
курсовая работа [825,0 K], добавлен 19.03.2011Основные сведения о регистрах. Проектирование восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра. Постановка задачи и выбор методики расчета. Разработка и расчет схемы логического устройства. Выбор используемых элементов и типа триггеров.
курсовая работа [810,8 K], добавлен 14.09.2016Изучение схемотехники активных фильтров. Исследование влияния динамических параметров операционных усилителей на их частотные характеристики. Анализ электрических схем построения активных фильтров первого и второго порядка на операционных усилителях.
лабораторная работа [372,0 K], добавлен 12.11.2014Предпосылки к развитию ПЛИС. Сравнительный анализ ПЛИС, СБИС и микроконтроллеров. Обзор аналогов: компараторы LM311 и LM339, на операционных усилителях, Р300Х, сравнительные устройства. Создание схемы устройства. Сравнение мировых производителей ПЛИС.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 11.07.2011Разработка топологии базисных элементов и цифрового комбинационного устройства в целом в программе Microwind. Моделирование базисных логических элементов и функциональная схема демультиплексора. Схемотехническое проектирование цифрового устройства.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 27.02.2012Понятие и классификация, типы широкополосных приемных устройств, их структура и функциональные особенности. Разработка и описание, элементы структурной, функциональной и принципиальной схемы устройства, особенности его конструктивного исполнения.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 11.02.2013Устройство интегратора, построенного на операционном усилителе. Принцип действия прибора, принципиальные схемы и основные выражения. Основные проблемы и способы их решения. Применение интегратора на операционных усилителях. Тестирование и описание схем.
курсовая работа [529,2 K], добавлен 21.06.2014Развитие микроэлектронной элементной базы. Характеристика цифровых устройств последовательного типа. Функции триггера, импульсного логического устройства с памятью. Регистр как устройство выполнения функции приема, хранения и передачи информации.
курсовая работа [749,4 K], добавлен 12.05.2015Общие сведения об усилителях звуковой частоты. Электрический расчет схемы прибора. Разработка узлов радиоэлектронной аппаратуры. Определение номиналов пассивных и активных элементов схемы усилителя низкой частоты, которые обеспечивают работу устройства.
курсовая работа [355,0 K], добавлен 13.10.2017Этапы синтеза цифрового устройства, подсчитывающего число секунд. Особенности назначения и общая характеристика устройства, обеспечивающего отсчёт времени от 0 до 60 секунд с автоматическим сбросом. Условия эксплуатации и комплектующие элементы прибора.
курсовая работа [133,5 K], добавлен 29.01.2010АЛУ - параллельное восьмиразрядное устройство, обеспечивающее выполнение арифметических и логических операций, а также операции логического сдвига, обнуления, установки. Регистр аккумулятора и регистр временного хранения. Регистр состояния программы.
контрольная работа [111,2 K], добавлен 23.08.2010Особенности применения следящих систем. Синтез замкнутой следящей системы управления, модели ее элементов, техническая структура и проверка устойчивости. Разработка схемы управляющего устройства на операционных усилителях и схемы корректирующего звена.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 18.07.2015Описание функциональной схемы цифрового устройства для реализации микроопераций. Выбор элементной базы для построения принципиальной электрической схемы цифрового устройства. Разработка и описание алгоритма умножения, сложения, логической операции.
курсовая работа [684,0 K], добавлен 28.05.2013Характеристика, функции, конструктивное исполнение, технические данные и элементы исследуемого устройства числового программного управления. Графическое построение принципиальной и функциональной схемы устройства. Диагностирование и классификация отказов.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 09.07.2014Основные законы алгебры логики. Дизъюнктивные нормальные формы. Синтез комбинационных логических схем. Счетчики с параллельным и последовательным переносом. Общие сведения о регистрах. Синхронные и асинхронные триггеры. Минимизация логических функций.
методичка [2,7 M], добавлен 02.04.2011Определение и классификация частотных фильтров. Область применения, преимущества и передаточная функция активных фильтров верхних частот. Методы каскадной и непосредственной реализации функции цепи, резонаторное использование операционных усилителей.
курсовая работа [69,9 K], добавлен 27.08.2010Исследование абстрактного цифрового автомата Мили заданного устройства. Алгоритм его работы, таблицы прошивки и возбуждения постоянного запоминающего устройства. Составление функции возбуждения, функциональной и электрической принципиальной схемы.
курсовая работа [758,5 K], добавлен 18.02.2011Развитие современной микроэлектронной элементной базы. Номенклатура микросхем регистров. Цифровые устройства последовательного типа. Общее представление о триггерах. Регистр, как устройство выполнения функции приема, хранения и передачи информации.
контрольная работа [242,1 K], добавлен 25.03.2015Реализация разделения цифрового потока от приемника SPDIF для подачи его на микросхемы ЦАП. Оптимизация схемы получения лучших условий прохождения сигнала. Моделирование работы схемы на языке VHDL. Фильтрация питания с большим числом цифровых микросхем.
курсовая работа [472,0 K], добавлен 24.09.2010Структурная схема цифрового устройства. Проектирование одновибратора на интегральных таймерах. Минимизация логической функции цифрового устройства по методу Квайна и по методу карт Карно. Преобразование двоичного числа. Расчет номиналов сопротивлений.
курсовая работа [319,2 K], добавлен 31.05.2012
