|
НЕ
|
|
И-НЕ
|
|
ИЛИ-НЕ
|
|
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ
|
|
Буфер
|
|
Буфер с тремя состояниями
|
|
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ
|
Панель
универсальных измерительных приборов:
- мультиметр;
- функциональный
генератор;
- осциллограф;
- боде плоттер(измеритель
ФАПЧХ);
- генератор слов;
- логический анализатор;
- логический конвертор.
Следующая строка
панелей является лишь повторением нижних 11-ти строк меню Window, выведенных
отдельно ввиду их частого использования.
2.3 Свойства и параметры
измерительной аппаратуры, используемой в работе
Генератор слов.
Рис.2.3 Внешний
вид панели управления генератора слов.
Генератор слов
используется для посылки последовательностей битов в схемы. Его левая часть
содержит(см. рис.2.3) 16 рядов(слов) по 8 бит каждый. Когда генератор
активирован слова одно за другим посылаются в схему. Кроме этого устройство
имеет выход внутреннего генератора временных импульсов используемого для
синхронизации.
Управление
генератором слов:
1) Ввод слов.
Для ввода
последовательности битов в генератор слов, следует навести стрелку на нужный
бит и нажать левую кнопку “мыши”, выбранный бит окажется в режиме выделения -
можно вводить 1 или 0. Выбрав однажды точку для введения 0 или 1 вы сможете
перемещаться по полю слов при помощи клавиш управления курсором.
2) Активация.
В верхней правой
части панели управления генератора слов во второй строке находятся три
кнопки(панельки) управления.
- Step - после
активации(навести стрелку и нажать левую кнопку “мыши”) в схему будет заслано
выделенное в данный момент слово;
- Burst -
активация этой панельки вызовет пересылку всех 16 слов друг за другом, причём
старт будет произведён с выделенного слова;
- Cycle - посылка
непрерывной последовательности слов(останов CTRL+T или “нажать” стрелкой
виртуальный выключатель в верхнем правом углу над рабочим полем Electronics
Workbench.
Значения битов
каждого текущего слова индицируются в окошках внизу панели управления
генератора слов.
3) Сохранение,
загрузка и очистка последовательностей слов.
Для очистки
сохранения и загрузки последовательностей слов используются кнопки вверху
справа в первом ряду панели управления генератора слов Save, Load и Clear
соответственно. После выбора Save или Load на экране появляется стандартное
диалоговое окно Windows используемое для сохранения или загрузки. Файлы
последовательностей слов имеют расширение DP.
4) Временные
импульсы.
Внутренний
генератор временных импульсов имеет выход обозначенный на панели управления
Clk. Каждый временной цикл содержит два уровня сначала идёт 1 затем 0.
5) Синхронизация
(обозн. на панели Trigger).
Генератор слов
может быть синхронизирован как изнутри своими временными импульсами так и
снаружи, сигналами поступающими на вход внешней синхронизации(вывод справа на
панели управления). Если используется внешняя синхронизация, генератор слов
пересылает каждое слово с приходом снаружи высокого или низкого, в зависимости
от выбранного режима, сигнала:
- срабатывает по высокому уровню;
- срабатывает по низкому
уровню.
6) Частота.
Частоту
внутреннего временного генератора можно изменять в окошках под надписью
Frequency. Менять можно как порядок Mhz, Khz, Hz, так и цифры.
Цифровой(логический)
анализатор.
Рис.2.4 Внешний
вид панели управления цифрового(логического) анализатора.
Восьмиканальный
логический анализатор отображает приходящие сигналы как прямоугольные импульсы
развёртываемые по оси времени. Он так же позволяет увидеть их двоичное и
шестнадцатиричное представление.
В левой части
панели управления логического анализатора (см.рис.2.4) расположен дисплей
предназначенный для отображения состояния сигналов пришедших по 8-ми
каналам(входам).
Пронумерованные
входы расположенные непосредственно под дисплеем пересылают в горизонтальные
ряды дисплея последовательности битов и показывают их текущее двоичное
представление.
Hex: - окошко
справа от входов показывает шестнадцатиричное представление каждого текущего
бита.
Clear - кнопка
предназначена для обнуления(очистки) дисплея логического анализатора.
Time base -
контролирует временную развёртку последовательностей битов, устанавливает время
в секундах.
Синхронизация:
- отображение битов на
дисплее стартует с фронта импульса;
- отображение битов на
дисплее стартует со спада импульса;
Burst - кнопка
обеспечивает синхронизацию входящих сигналов по внутреннему генератору
логического анализатора;
External - кнопка
обеспечивает синхронизацию входящих сигналов по внешним синхроимпульсам,
подаваемым на вход на правой стороне панели управления логического анализатора;
Pattern - после
нажатия этой кнопки запуск логического анализатора происходит с приходом слова
вводимого в окошке непосредственно под кнопкой Pattern, ввод слова побитно
осуществляется побитно так же как ввод слов вручную в генератор слов (см.
Генератор слов:1) Ввод слов.).Кроме 1 и 0 можно вводить Х т.е. не 0 и не 1(этот
бит не имеет значения, можно 0 можно 1 это всё равно).
Логический(цифровой)
конвертор.
Рис.2.5 Внешний
вид панели управления логического(цифрового конвертора).
Логический
конвертор является мощным компьютерным прибором способным проводить несколько
трансформаций схемных представлений.
Вы можете
использовать его для преобразования:
- схемы в таблицу
истинности ;
- таблицу
истинности в выражение булевой логики;
- выражение
булевой логики в схему или таблицу истинности с промежуточной минимизацией.
Управление
логическим конвертором.
В правой части
панели управления логического конвертора (см.рис.2.5) расположены конверсионные
кнопки, которые можно использовать для выполнения следующих операций:
1)
Конвертирование схемы в таблицу истинности.
Логический
конвертор может создавать таблицу истинности для схемы с не более чем 8-ю
входами и одним выходом. Для этого следует выполнить следующие действия:
- подсоединить
схемные входы к выводам в верхней части панели управления логического
конвертора (следует использовать левые 8 выводов). Затем подсоединить схемный
выход к правому выводу в верхней части панели управления;
- Чтобы получить
таблицу истинности на дисплее панели управления, расположенном слева от кнопок,
следует “нажать” стрелкой(навести стрелку и нажать левую кнопку “мыши”)
виртуальную кнопку:
Далее можно
редактировать или конвертировать таблицу истинности в другие формы используя
остальные кнопки логического конвертора.
(см. также 2)
Ввод таблицы истинности.)
2) Ввод таблицы
истинности.
Для создания
таблицы истинности следует стрелкой и нажатием левой кнопки “мыши” выбрать
желаемые вводы(каналы) логического конвертора от A до H, расположенные над
дисплеем. Затем в столбце OUT присвоить желаемым разрядам 1, 0 или X тем же
способом, что и побитный ввод слов в генераторе слов.
3)
Конвертирование таблицы истинности в выражение булевой логики.
Чтобы
конвертировать таблицу истинности, имеющуюся на дисплее логического конвертора,
в выражение булевой логики следует “нажать” стрелкой на кнопку:
Булево выражение
появится внизу в окошке под дисплеем и кнопками. Его можно затем упростить(см.
4)Упрощение булева выражения) или конвертировать в схему (см. 6)Конвертация
булева выражения в схему).
4)
Упрощение(минимизация) булева выражения. Конвертирование таблицы истинности в
минимизированное булево выражение.
Чтобы
минимизировать имеющееся в окошке под дисплеем и кнопками булево выражение или
перевести, расположенную на дисплее панели управления, таблицу истинности в
минимизированное булево выражение следует “нажать” стрелкой кнопку:
Electronics
Workbench использует метод Квайна-Мак Класки для минимизации булевых выражений.
Этот способ обеспечивает упрощение для систем с большим числом входов, чем
может быть расчитано вручную с помощью карт Карно.
Примечание:
Упрощение требует много памяти(ОЗУ). Если ваш компьютер не имеет достаточно
памяти, эта операция не будет вам доступна.
5) Конвертация
булева выражения в таблицу истинности.
Булево выражение
можно напрямую ввести в окошко предназначенное для него. Т.е. с помощью “мыши”
установить туда курсор и набрать выражение с клавиатуры(доступны будут лишь те
клавиши, которые имеют смысл в этом выражении), либо получить с помощью предыдущих
операций.
Для конвертации
булева выражения в таблицу истинности следует “нажать” стрелкой на кнопку:
Если вы хотите
минимизировать булево выражение его следует сначала перевести в таблицу
истинности.
6) Конвертация
булева выражения в схему.
Чтобы выполнить
эту операцию(при имеющемся в окошке панели управления булевом выражении)
следует “нажать” стрелкой на кнопку:
Схема
реализованная на логических ключах появится на рабочем столе Electronics
Workbench. Компоненты будут в режиме выделения, поэтому их при необходимости
можно будет легко перенести в другое место копированием(Copy), вставкой(Paste)
или вставкой в подсхему(Subcircuit), (см. соответствующие команды Copy, Paste и
Subcircuit).
Для построения схемы
в этом случае будет использован базис: И, ИЛИ, НЕ. Если же требуется построить
схему в базисе только И-НЕ см.ниже.
7) Конвертация
булева выражения в схему в базисе И-НЕ.
Для выполнения
этой операции (при имеющемся в окошке булевом выражении) следует “нажать”
стрелкой кнопку:
3. Математические модели и
эквивалентные схемы в программе логического проектирования
Любой реальный
логический элемент(ЛЭ) не мгновенно реагирует на изменения входных сигналов,
поэтому имеется некоторая паразитная задержка между моментом времени, в который
на его входы поступают новые значения сигналов, и моментом времени, когда
выходной сигнал принимает значение, определяемое функцией, которую выполняет
ЛЭ. Эта функция представляет собой статическую модель ЛЭ, так как она не
учитывает поведение ЛЭ при изменении входных сигналов. Аналогично этому функция
f(v) или система функций fq(v):
zq=fq(xn,....,x1),
где zq-
выходные сигналы комбинационной схемы,
xp-
входные сигналы, p= 1, 2, .....,n, q= 1, 2, ....,k;
описывающая работу
комбинационной схемы(КС) без обратных связей, является её статической моделью.
Для исследования
переходных процессов, вызываемых в логических схемах(ЛС) изменениями входных
сигналов, необходимо ввести динамические модели ЛЭ, учитывающие паразитные
задержки. Тогда динамическая модель ЛС будет определятся динамической моделью
ЛЭ и статической моделью ЛС. Так, динамическая модель КС без обратных связей
будет определятся формой представления функций fq(v),
задающей структурную схему (число ЛЭ и все связи между ними), и динамической
моделью ЛЭ.
Самая общая
динамическая модель ЛЭ И-НЕ, имеющего два входа, представлена на рис.3.1(а).
а)
б)
в)
Рис.3.1 Модели
логического элемента ИЛИ-НЕ
Эта модель
состоит из безынерционного ЛЭ И-НЕ (статическая часть модели) и паразитных
элементов задержки (i=1, 2, 3). Величины задержек и зависят
от длины проводников, соединяющих выводы ЛЭ с источниками сигналов, от
длительности фронтов входных сигналов x1 и x2, от
порогов срабатывания ЛЭ по входам x1 и x2,
а величина определяется инерционностью той части ЛЭ И-НЕ, через которую
проходит сигнал описываемый функцией x1 x2
.В общем случае точные значения величин i неизвестны, так как
они зависят от многих факторов и стечением времени могут изменяться. Кроме
того, значения величин i могут быть различными при переходах
сигналов x1, x2 и с 0 на 1 и с1 на 0.
Рассмотренная модель является наиболее сложной и пригодна для описания любого
ЛЭ (И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ), если использовать в ней соответствующую статическую
модель.
Будем говорить,
что входные сигналы ЛЭ не изменяются одновременно, если на интервале изменяется
только один сигнал x1 или x2 , и что
входные сигналы ЛЭ изменяются одновременно, если на интервале изменяются оба
сигнала x1 и x2, так как истинное
соотношение величин задержек и неизвестно. Если сигналы x1
и x2 никогда одновременно не изменяются (хотя бы в
противоположных направлениях), то модель ЛЭ И-НЕ может быть приведена к виду,
показанному на рис.3.1(б), где - элемент задержки с переменной величиной
задержки или в зависимости от того,
каким сигналом xp вызывается изменение выходного сигнала .
Поэтому данную модель назовём динамической моделью с переменной задержкой. Из
рис 3.1(б) следует, что:
Обозначив сигналы
xp(t)= xp и , получим :
где -
значение выходного сигнала ЛЭ в данный момент времени,
-
следующее его значение, которое появится через времям
после изменения входных сигналов xp.
Модель с
переменной задержкой можно представить в несколько ином виде (рис.3.1(в)),
положив, что элемент задержки в момент изменения сигнала xp
подключается к тому входу, на который этот сигнал подаётся, а на другом входе
элемент задержки в этом случае отсутствует. Данную модель будем называть
динамической моделью с виртуальной задержкой.
Логический
элемент находится в устойчивом состоянии, если сигналы до элемента задержки и
после него совпадают, т.е. если . Если же , то ЛЭ
находится в неустойчивом состоянии, так как в этом случае его выходной сигнал
должен изменится через время не большее .
а)
б)
Рис.3.2
Комбинационная схема составленная из логических элементов И и ИЛИ на основании
их динамических моделей
На рис.3.2(а)
показана КС, составленная из ЛЭ И и ИЛИ на основании их динамических моделей.
Для ЛЭ И использована модель с переменной задержкой, а для ЛЭ ИЛИ - общая
модель. Как видно из рис.3.2(а), КС выполняет функцию f(v)=x3 x1+x3
x2, которая является её статической моделью.
Пусть x1=
x2=1 и изменяется только один сигнал x3.
Тогда функция f(v)=x3 +x3 =1, т.е. из
статической модели КС следует, что её выходной сигнал не должен
изменятся при изменениях входного сигнала x3. Наличие же
паразитных задержек и разной величины приводит к появлению на
выходе КС ложных значений выходного сигнала малой длительности
(рис.3.2(б)). Так как истинное соотношение величин задержек и неизвестно,
то нельзя предугадать, в каком месте появится ложное значение выходного сигнала
(при изменении входного сигнала x3 с 0 на 1 или с 1 на 0).
Динамические модели ЛЭ и предназначены для формализации исследования поведения
ЛС при переходных процессах, вызываемых в них изменениями входных сигналов.
При изменении
выходных сигналов двух или большего числа ЛЭ, вызванных одними и теми же
изменениями входных сигналов КС, из-за неравенства задержек возникают
состязания(гонки) ЛЭ. Состязания ЛЭ называются критическими, или недопустимыми,
если хотя бы один выходной сигнал КС во время переходного процесса может
изменится более одного раза. Состязания ЛЭ называются некритическими, или
допустимыми, если все выходные сигналы КС во время переходного процесса
изменяются только один раз.
4. Разработка логических схем
практикума
Представленные
ниже электрические схемы являются примерами схем синтезируемых в ходе
выполнения лабораторной работы.
4.1 Схема
цифрового автомата
Рис.4.1
Логическая схема к 1-му варианту
Схема
изображённая на рис.4.1 представляет из себя цифровой автомат (с 4-мя входами
A, B, C и D и выходом Y) реализующий логическое уравнение:
Y=ABC+BCD+BCD+ABCD
Настоящая схема
реализована в базисе И-НЕ при помощи логического конвертора.
4.2 Цифровой компаратор 2-х
разрядного кода
а)
б)
Рис.4.2 Схема
цифрового компаратора ко 2-му варианту
На рис.4.2(а,б)
изображена схема цифрового компаратора. Входными кодами являются 2-х разрядные
коды А и В (А1,А2 и В1, В2 соответственно). Реализуемая им логическая функция
имеет вид:
Y=1 если
A>B
Схема реализована
в двух доступных в логическом конверторе базисах: рис.4.2(а) И, ИЛИ, НЕ и
рис.4.2(б) И-НЕ. Для контроля правильности работы компаратора в обе схемы
введены генератор слов и логический анализатор. Генератор слов подключен на
входах схем и используется для генерации всех возможных комбинаций кодов А и В
(2 разряда код А и 2 код В всего 4, следовательно 24=16 -
генерируется 16 различных слов). На выходах схем подключен логический
анализатор причём его первые 4 канала включены параллельно 4 используемым
выходам генератора слов. Это сделано для получения более наглядной картинки на
экране панели управления логического анализатора(см рис.4.3)
Рис.4.3 Временная
диаграмма работы цифрового компаратора
Выход схемы
подключен к 6-му каналу анализатора. Таким образом на экране одновременно
отображаются входные и выходные сигналы, что позволяет получить полную
временную диаграмму работы устройства(вход и выход на экране точно
синхронизированы во времени).Наименование каналов сверху вниз: А1, А2, В1, В2 и
Y.
4.3 Дешифратор 4-х разрядного
адреса
а)
б)
Рис.4.4 Схема
дешифратора адреса к 3-му варианту.
На рис.4.4(а,б)
показана схема дешифратора адреса. Причём на рис.4.4(а) схема синтезирована в
базисе И, ИЛИ, НЕ, а на рис.4.4(б) в базисе И-НЕ. Дешифрируемый адрес 01112
или 710. Подключив на вход схем генератор слов, а на выход
логический анализатор(точно также как и в предыдущей схеме) легко получить
временные диаграммы работы устройства см.рис.4.5
Рис.4.5 Временные
диаграммы дешифратора адреса
С полученных
временных диаграмм легко сосчитать дешифрованный адрес. Кроме того на
полученной диаграмме выхода схемы можно наблюдать паразитный выброс - результат
гонок возникающих с приходом кода 0100 на первом элементе И см.рис.4.4(а). Это
вполне объяснимо поскольку разряды дешифрируемого сигнала проходят разное
количество цифровых элементов. Конечно у реальных дешифраторов обязательно
используется строб-импульс или тактирование.
4.4 Схема контроля чётности
Рис.4.6 Схема для
получения таблицы истинности бита чётности с помощью логического конвертора
Схема на рис.4.6
показывает способ подключения логического конвертора. При таком подключении и
задании соответствующего режима работы цифровой конвертор составляет таблицу
истинности для подключенной схемы. Происходит это следующим образом:
На своих выводах
подключенных ко входам схемы конвертор перебирает все возможные сочетания 0 и
1. В данном случае подключено 4 входа следовательно это будет 24=16
комбинаций(4-х разрядных слов). С выхода схемы конвертор считывает реакцию
схемы на каждое слово и записывает её в столбец Out отображённый на панели
управления вместе с перебираемым входным кодом. Отклик схемы на каждое слово
записывается в той же строке, где находится и само посланное слово.
Таблица
истинности для приведённой на рис.4.6 схемы контроля чётности будет иметь вид
см.рис.4.7.
Рис.4.7 Таблица
истинности схемы контроля чётности на панели логического конвертора.
Следующий этап -
синтез схемы в базисе доступном на логическом конверторе.
Рис.4.8 Схема
контроля чётности синтезированная в базисе И, ИЛИ, НЕ
Представленная на
рис.4.8 схема осуществляет контроль чётности поступающих на её входы 4-х
разрядных слов. В случае если количество единиц чётное на выходе Y формируется
1 если нечётное 0. В этом можно убедится подключив генератор слов и логический
анализатор как показано на схеме рис.4.8. Временные диаграммы полученные на
логическом анализаторе имеют вид см.рис.4.9
Рис.4.9 Временные
диаграммы схемы контроля чётности
Все
представленные здесь логические схемы реализованы на идеальных цифровых ключах
из библиотеки Electronics Workbench. При желании их можно легко перевести в
реальные серии микросхем. Библиотека Electronics Workbench предоставляет
большие возможности для этого см.рис.4.10
Рис.4.10
Библиотека реальных компонентов электрических схем
Библиотека
предоставляет широчайший набор цифровых компонентов ТТЛШ и КМОП технологий (ТТЛ
логика морально устарела и поэтому не представлена).
5. Методические указания
к лабораторной работе.
“Логическое проектирование
комбинационных схем.”
Цель работы:
Изучить способы проектирования комбинационных схем с использованием с
использованием логического конвертора моделирующего пакета программ Electronics
Workbench.
5.1 Описание лабораторной
установки
Лабораторная
установка представляет из себя виртуальную электронную лабораторию Electronics
Workbench. Файлы содержащие исследуемые схемы находятся в каталоге Labs.
Сохранение, полученных в ходе лабораторной работы схем, производить в каталоге
Custom.
Для того чтобы
сохранить схему в требуемом каталоге следует воспользоваться командой Save as
из меню File. После выбора этой команды появится панель см.рис.5.1.
Рис.5.1 Панель для сохранения
результатов.
Затем навести
стрелку на каталог(папку) Custom дважды нажав левую кнопку “мыши” открыть
каталог(папку). После этого установить курсор с помощью мыши в окошко под
надписью Имя файла и ввести туда имя, под которым вы желаете сохранить свою
схему, следя за тем чтобы сохранить расширение са.4(для схем), и “нажать” с
помощью “мыши” кнопку ОК.
5.2 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
1-й вариант: При помощи логического
конвертора по заданной таблице истинности (той же что и в предварительном
задании) составить уравнение, минимизировать его и построить схемы в базисах И,
ИЛИ, НЕ и И-НЕ:
- открыть панель
управления логического конвертора и занести туда таблицу истинности;
- пользуясь
кнопкой перевести её в уравнение и минимизировать его;
- сравнить
полученный результат с уравнением полученным вручную, с помощью карт Карно;
- используя
кнопки и построить схемы в различных базисах,
сохранить их в каталоге Custom и сравнить их с полученными вручную.
2-й вариант: Разработка цифрового
компаратора(схема сравнения кодов) для 2-х разрядного кода:
а) имеются 2
входа кода “А”- А1, А2 и 2 входа кода “В”- В1,В2. Сигнал на выходе высокий,
если код А равен коду В, и низкий если коды не совпадают;
б) сигнал на
выходе высокий, если код А больше кода В и низкий в остальных случаях;
в) сигнал на
выходе высокий, если код А меньше кода В и низкий в остальных случаях.
Для всех случаев
создать таблицы истинности и занести их в логический конвертор, конвертировать
в уравнение, минимизировать и построить схему в базисе И-НЕ(NAND). Уравнения и
соответствующие им таблицы истинности занести в конспект.
Каждую созданную
схему сохранить в текущем каталоге Custom и зарисовать в конспект рядом с
соответствующими таблицами истинности. Сравнить с домашней разработкой. Затем
по очереди вызывая схемы, проверить их с помощью генератора слов и логического
анализатора:
- ко входам
исследуемой схемы подключить 4 выхода генератора слов и в соответствующих
входам столбцам набрать все возможные сочетания 0 и 1 (2 столбца- код А, 2
столбца- код В);
- к выходу схемы
подключить логический анализатор(любой канал);
- синхронизация
генератора слов внутренняя, логического анализатора тоже;
- для удобства
просмотра, частоты внутренних генераторов выставить таким образом, чтобы 1
импульс приходился на одно деление (например частота генератора 1 kHz, а у
анализатора 1 ms/div);
- запустить
генератор слов в пошаговом режиме, снимать показания логического анализатора и
сравнивать их с исходной таблицей истинности.
Для схемы
равенства кодов:
- записать в
двоичном коде слово на котором возникают гонки, а также предшествующее ему;
- определить на
каких элементах схемы возникают гонки.
3-й вариант: Синтезировать дешифратор
адреса для заданного преподавателем 4-х разрядного адреса. Проверить работу при
помощи логического анализатора и генератора слов.
- составить
таблицу истинности для дешифратора адреса и занести её в логический конвертор;
- конвертировать
в уравнение;
- синтезировать
схемы в базисах И, ИЛИ, НЕ и ИЛИ-НЕ(NAND), сохранить схемы в текущем каталоге;
- ко входу схемы
подключить первые 4 вывода генератора слов;
- загрузить в
генератор слов последовательность слов кнопкой Load, файл Parit;
- подключить на
выход схемы логический анализатор;
- генератор слов
запустить в режиме Burst;
- полученные
данные сравнить с исходной таблицей истинности;
- записать в
двоичном коде слово на котором возникают гонки, а также предшествующее ему;
- определить на
каких элементах схемы возникают гонки;
Таблицу
истинности, уравнение и схемы занести в конспект.
4-й вариант: Синтез схемы контроля
чётности 4-х разрядных слов. Из методических указаний (см.
Рис.5.2 перенести на рабочее поле Electronics Workbench схему контроля чётности
вручную. Используя логический конвертор составить таблицу истинности для схемы.
Затем схему стереть и по таблице истинности составить логическое уравнение(с
помощью конвертора), синтезировать схемы в двух доступных базисах, проверить
при помощи генератора слов и логического анализатора.
Рис. 5.2 Схема
контроля чётности.
- на панели
управления логического конвертора “открыть” четыре первые столбца- A, B, C, D;
- “нажать” на
кнопку , в столбце Out появится
комбинация 0 и 1, что вместе со столбцами A, B, C и D даст таблицу истинности
для исследуемой схемы
- выделить всю
схему, а затем стереть её используя меню Edit;
- по имеющейся
таблице истинности получаем уравнение и синтезируем схему(см. предыдущие
варианты), полученные схемы сохранить в текущем каталоге Custom и вызывая по
очереди проверить генератором слов(Load файл Parit) и логическим
анализатором(см. предыдущие варианты);
- полученную
таблицу истинности и уравнение занести в конспект.
5.4 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
6.1. Рàáîòà
ñ HELP,
проблема языка и русификация
Electronics Workbench
èìååò
îáøèðíûé Help
âåñüìà
óäîáíûé è
äåéñòâèòåëüíî
ïîëåçíûé â
ðàáîòå. Îí
èñïîëüçóåò
ñòàíäàðòíóþ
ïàíåëü Help äëÿ Windows
è ìîæåò
èñïîëüçîâàòüñÿ
êàê ïî
îñíîâíûì
ðàçäåëàì - Help,
òàê è ïî
èíäåêñó - Help
Index...(âñ¸ ÷òî
ïðåäîñòàâëÿåò
Electronics Workbench ðàçëîæåíî
â
àëôàâèòíîì
ïîðÿäêå). Íî
âñ¸ ýòî ê
ñîæàëåíèþ
íà
àíãëèéñêîì
ÿçûêå. Ïðàâäà ñ
ïîìîùüþ
ìåíþ
Ðåäàêòèðîâàíèå
â íåãî ìîæíî
âñòàâëÿòü
àííîòàöèè
íà ðóññêîì
ÿçûêå, êóäà
ìîæíî
ïîìåñòèòü
ïåðåâîä.
6.2 Об окне Description
Ñëåäóåò
óïîìÿíóòü,
÷òî îêíî Description,
ïðåäíàçíà÷åííîå
äëÿ
ñîñòàâëåíèÿ
êîììåíòàðèåâ
ê ñõåìàì
èìååò
ñóùåñòâåííûé
íåäîñòàòîê -
îíî
ïîääåðæèâàåò
òîëüêî àíãëèéñêèå
øðèôòû.
Òåêñò
â îêíå Windows
äîñòóïåí äëÿ
êîïèðîâàíèÿ
÷åðåç áóôåð
îáìåíà â
ëþáîå
ïðèëîæåíèå Windows.
Äëÿ ýòîãî
íóæíî ëèøü
âûäåëèòü åãî
“ìûøüþ”, êàê â Word,
è çàòåì
âîñïîëüçîâàòüñÿ
êîìàíäîé Cut èëè
Copy èç ìåíþ Edit.
Âîçìîæíî
òàêæå è
êîïèðîâàíèå òåêñòà
èç
ïðèëîæåíèé Windows
â Description -
êîìàíäîé Paste,
íî ïðè ýòîì
òåðÿåòñÿ
ôîðìàòèðîâàíèå
òåêñòà(åñëè
îíî áûëî).
6.3.
Âîçìîæíîñòè
ïîëó÷åíèÿ
òâåðäîé
êîïèè è
ïîäãîòîâêè
îò÷åòà
Очень широкие
возможности предоставляет Electronics Workbench ïðè
ñîçäàíèè
îò÷¸òîâ è
îïèñàíèé.
Êîìàíäà
Print - î÷åíü
óäîáíà â
ýòîì
îòíîøåíèè ïîñêîëüêó
ïîçâîëÿåò
ðàñïå÷àòàòü
íà ïðèíòåðå(èñïîëüçóåòñÿ
äèñïåò÷åð
ïå÷àòè Windows ñ óñòàíîâëåííûì
â í¸ì
ïðèíòåðîì)
ïðàêòè÷åñêè
âñå
ðåçóëüòàòû
ìîäåëèðîâàíèÿ
ñõåìû ñì.ðèñ.6.1.
Ðèñ.6.1
Ïàíåëü äëÿ
ðàñïå÷àòêè
ðåçóëüòàòîâ
ìîäåëèðîâàíèÿ
Electronics Workbench.
Êðîìå
òîãî
ïîñðåäñòâîì
áóôåðà
îáìåíà Electronics Workbench
ñîâìåùàåòñÿ
ñî âñåìè
ñòàíäàðòíûìè
ïðèëîæåíèÿìè
Windows. Âñ¸ ÷òî
èçîáðàæåíî
íà ýêðàíå
ëåãêî ïåðåíîñèòñÿ
íàïðèìåð â Word
èëè â Paintbrush(äëÿ
ðåäàêòèðîâàíèÿ).
Ðàñïîçíà¸òñÿ
âñ¸ ÷òî áûëî
ïåðåíåñåíî êàê
ðèñóíîê(îáðàç)
çà
èñêëþ÷åíèåì
òåêñòà èç Description
è Help.
6.4 Демонстрационная версия
С целью
скорейшего приобретения студентом навыков работы с приборами контроля цифровых
схем - генератором слов и логическим конвертором предлагается, ввести в
лабораторную работу демонстрационную схему с уже подключенными приборами (см. рис.6.2)
Рис.6.2
Демонстрационная схема
Схема реализует
функцию “суммирование по модулю 2” на 3 входа. Она находится в папке Example
под именем Practic, там же расположен файл с последовательностью слов для
генератора слов c таким же именем (расширение DP).
Схема позволяет
ознакомится с подключением приборов и с их управлением. С её помощью можно
ознакомится с различными режимами работы как генератора слов так и логического
анализатора буквально методом проб и ошибок поскольку сломать ничего
невозможно, а если вдруг всё окончательно запуталось можно вернуться к
первоначальному виду схемы загрузив её заново командой Revert to Saved из меню
File.
Методические
указания для ознакомления с генератором слов и логическим анализатором:
1) Снять
временные диаграммы работы схемы в разных режимах работы генератора слов
(логический анализатор в режиме Burst):
а) в пошаговом
(Step);
б) в режиме
посылки последовательности импульсов (Burst);
в) в циклическом
режиме.
2) Снять
временные диаграммы работы схемы в разных режимах работы логического
анализатора (генератор слов использовать в режиме Burst):
а) в режиме
приёма произвольных последовательностей импульсов (Burst);
б) в режиме
запуска с заданного слова (Pattern и в окошке под этой кнопкой набрать слово).
7.Организационно-экономическая
часть
7.1
Организация НИР.
Этапы
НИР :
1) Разработка технического задания.
2) Разработка технического предложения.
3) Разработка русифицированного интереса.
4) Дополнение базы данных.
5) Разработка схемных решений.
6) Разработка методических указаний.
7) Подготовка документации.
8) Сдача темы.
В разработке участвуют:
- руководитель темы - 1 чел..
- программист - 1 чел.
- инженер- электронщик - 1 чел.
- переводчик с английского языка - 1 чел.
- оператор ЭВМ - 1 чел.
- лаборант - 1 чел.
Календарный график выполнения работ представлен на рис. 7.1
Рис.7.1
Календарный график выполнения работ.
7.2
Расчёт затрат.
7.2.1 Материалы, покупные изделия (табл. 7.1).
7.2.2 Основная зарплата (табл. 7.2).
7.2.3 Дополнительная зарплата.
7.2.4 Отчисления на социальные нужды.
7.2.5 Накладные расходы.
Таблица 7.1
Материалы и покупные изделия.
Наименование
материала, изделия.
|
Цена за един.(руб.).
|
Количество
|
Сумма затрат(руб.).
|
Системный блок PI-133
и клавиатура
|
4800
|
1шт.
|
4800
|
Монитор Samsung 14”
|
3240
|
1шт.
|
3240
|
Манипулятор “мышь”
Microsoft mouse
|
168
|
1шт.
|
168
|
Операционная оболочка
Windows 95
|
1848
|
1компл
|
1848
|
Пакет редакторов Microsoft
Office
|
5472
|
1компл
|
5472
|
Программа моделирования
Electronics Workbench
|
14400
|
1компл
|
14400
|
Принтер
Hewlett Packard 695c
|
3240
|
1шт.
|
3240
|
Сетевой фильтр Pilot
|
480
|
1шт.
|
480
|
Дискеты
|
120
|
1упак.
|
120
|
Коврик для мыши
|
48
|
1шт.
|
48
|
Итого: 34064 руб.
Таблица
7.2
Основная заработная плата.
Этапы разработки
|
Исполнители
|
Месячный оклад(руб.)
|
Время работы (дни)
|
Затраты по зарплате (руб.)
|
ТЗ
|
Руководитель
|
1100
|
5
|
250
|
ТП
|
Руководитель
Программист
Инженер-электронщик
|
1100
600
600
|
5
5
5
|
250
136,35
136,35
|
РИ
|
Программист
Переводчик
Оператор ЭВМ
|
600
600
400
|
15
15
15
|
409,05
409,05
272,7
|
БД
|
Программист
Инженер-электронщик
Оператор ЭВМ
|
600
600
400
|
35
35
35
|
954,55
954,55
636,36
|
СР
|
Инженер-электронщик
Лаборант
|
600
350
|
15
15
|
409,05
238,65
|
МУ
|
Лаборант
|
350
|
5
|
79,55
|
ПД
|
Инженер-электронщик
Программист
|
600
600
|
15
15
|
409,09
409,09
|
СТ
|
Инженер-электронщик
|
600
|
5
|
136,35
|
Итого: 4726,9 руб.
ТЗ - разработка технического задания;
ТП - разработка технического предложения;
РИ - русификация интерфейса;
БД - перевод базы данных;
СР - разработка схемных решений;
МУ - разработка методических указаний;
ПД - подготовка документации;
СТ - сдача темы.
7.2.1 Затраты на материалы и покупные изделия составляют:
34064 руб. (см. Таблицу 2.1).
7.2.2 Расходы на основную зарплату персонала составляют:
4726,9 руб. (см. Таблицу 2.2).
7.2.3 Дополнительная заработная плата персонала составляет 20% от его
основной заработной платы:
Дз.пл.= Оз.пл.*20/100%
где Оз.пл.- основная заработная плата.
Дз.пл.=
4726,9*20/100= 945,38 руб.
7.2.4 Отчисления на социальные нужды составляют 39% от суммы основной и
дополнительной заработной платы:
Оз.пл.+Дз.пл.= 4726,9 +945,38= 5672,28 руб.
ОСН= (Оз.пл.+Дз.пл.)*39/100% ;
где ОСН-отчисления на социальные нужды ;
ОСН= 5672,28*39/100% =2212,19 руб.
7.2.5 Накладные расходы составляют 250% от основной заработной платы:
НР = Оз.пл.*250/100%
где НР - накладные расходы.
НР = 4726,9*250/100% = 11817,25 руб.
Для того чтобы определить стоимость всей разработки составим калькуляцию
расходов:
Таблица 7.3
Калькуляция темы.
Наименование статей
расходов
|
Затраты (руб.)
|
Материалы и покупные
изделия
|
34064
|
Основная заработная плата
научного персонала
|
4726,9
|
Дополнительная заработная
плата научного персонала
|
945,38
|
Отчисления на социальные нужды
|
2212,19
|
Накладные расходы
|
11817,25
|
Итого: 53765,72 руб.
Цена разрабатываемой темы:
Ц= Ст+П
где Ст- стоимость темы (см. Таблица 2.3)
П-прибыль составляющая 20% от стоимости темы:
П=53765,72*20/100=10753,14 руб.
Тогда цена составит:
Ц=53765,72+10753,14=64518,86 руб.
7.3
Обоснование социально-экономической эффективности разработки
Оценка социально-экономической эффективности будет произведена путём
сравнения данной разработки с традиционным оборудованием институтских
лабораторий - лабораторными стендами с аналогичной тематикой лабораторных
работ. В качестве временного периода для оценки возьмём один год эксплуатации.
Критерии для сравнения взяты следующие:
7.3.1 Цена изделия (включая стоимость НИР и оборудования необходимого для
полноценного выполнения лабораторных работ).
7.3.2 Эксплуатационные расходы:
а) амортизационные отчисления;
б) расходы на заработную плату обслуживающего персонала;
в) расходы на ремонт (стоимость комплектующих).
7.3.3 Занимаемая полезная площадь.
7.3.4 Универсальность в использовании.
По этим параметрам легко будет определить конкретные выгоды или потери,
выраженные в реальных цифрах, не только данной разработки, но и метода
компьютерного моделирования лабораторных работ вообще.
7.3.1 Цена стенда для выполнения лабораторных работ по цифровой
электронике, как следует из опыта аналогичных разработок, с учётом инфляции на
сегодняшний день равна примерно 35 тыс. рублей. Стомость дополнительного
оборудования (в данном случае это осциллограф) ещё 3,6 тыс. рублей.
Итого: Цст=35000+3600=38600 руб.
Цмод=64518,86
где Цст
- цена реального
стенда;
Цмод - цена компьютерной модели.
7.3.2 Эксплуатационные расходы.
а) Амортизационные отчисления (исходя из срока службы для
стенда и для компьютера 3 года) в течение одного года эксплуатации.
АО=СТ/3
где АО-амортизационные отчисления;
СТ-стоимость изделия.
АОст=3950/3=1316,67
руб.
АОкомп=11976/3=3922
руб.
б) Расходы на заработную плату обслуживающего персонала.
В лаборатории с учебными стендами работают 2 лаборанта и 2 учебных
мастера. Заработная плата:
-лаборанта 350 руб. в месяц;
-учебного мастера 450 руб. в месяц.
Итого получаем: ЗПст=(350+450)*2*12=19200 руб.
В лаборатории с компьютерами будет достаточно 2-х лаборантов так как
ремонт компьютеров осуществляется по гарантии обслуживающей фирмой да и
наработка на отказ у компьютера гораздо больше. Следовательно:
ЗПкомп=350*2*12=8400
руб.
в) Расходы на ремонт.
Исходя из опыта работы лаборатории расходы на ремонт стенда составляют
около 1800 руб. в год. РРст=1800 руб.
Расходы на ремонт компьютеров практически отсутствуют поскольку они
состоят на гарантии.
Общая сумма эксплуатационных расходов за год:
-для стендов ЭРст=АОст+ЗПст+РРст
ЭРст=1316,67+19200+1800=22316,67 руб.;
-для компьютеров ЭРкомп=АОкомп+ЗПкомп+РРкомп
Эркомп=3922+8400=13322
руб.
7.3.3 Занимаемая площадь (стоимость 1 кв.м площади 9600 руб.):
Плст=1.5*9600=14400
руб.
-компьютером 0,7 кв.м.;
Плст=0.7*9600=6720
руб.
7.3.4 Реально на один компьютер можно перевести все лабораторные работы
данной лаборатории (при условии они разработаны для данного программного
обеспечения).Для одной лаборатории их количество около 8.
Стенды сделаны по одному на каждую лабораторную работу.
Таблица 7.4
Сравнение экономической эффективности при эксплуатации
стендов и компьютеров в течение 1 года.
Критерии оценки
|
Стенды
|
Компьютеры
|
Цена разработки
|
38600 руб.
|
64518,86 руб.
|
Эксплуатационные расходы
|
22316,67 руб.
|
13322 руб.
|
Стоимость занимаемой
площади
|
14400 руб.
|
6720 руб.
|
Универсальность
(способность заменять собой)
|
1
|
8
|
Итого: 75316,67 руб. 84560,86 руб.
Как мы можем видеть из таблицы 2.4 компьютерное моделирование обходится
дороже нежели работа на реальных стендах Но это лишь на первый взгляд. Пункт №
4 таблицы не учитывался при подсчёте итога так как не имеет денежного
выражения, если же мы учтём его, то выгода будет очевидной. Ведь один компьютер
способен заменить 8 стендов с разной тематикой работ, а цена следующих за
первой разработок компьютерного моделирования будет ниже первой из-за того, что
будет проводится на уже приобретённом программном обеспечении (стоимость
программного обеспечения составляет около 30% от стоимости первой
разработки).Кроме того 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.
Используемое программное обеспечение является достаточно профессиональным
и для выполнения более серьёзных работ, а значит навыки работы с ним могут
пригодится и в дальнейшей работе по специальности.
8.
Экология и охрана труда
Лабораторная
работа.
Исследование
электромагнитного поля СВЧ.
8.1 Общие
сведения об электромагнитных полях
8.1.1 Сведения о характеристиках электромагнитного
поля.
Подробно теория ЭМП рассматривается в соответствующих курсах
электродинамики.
1. Напряженность электрического поля . Единицей измерения напряженности
электрического поля (точнее,
абсолютного значения E вектора ) служит вольт на метр [B/M].
2. Напряженность магнитного поля . Единицей измерения напряженности
магнитного поля
(точнее, абсолютного значения H вектора ) служит ампер на метр [A/M]. Основными
внесистемными единицами измерения напряженности магнитного поля, применямыми в
магнитобиологии, являются: эрстед (1Э=79,6 А/м)и гамм (1Э=105гамм).
Вектор Умова-Пойнтинга :
Вектор Умова-Пойнтинга характеризует величину и направление энергии,
переносимой электромагнитной волной. Векторы образуют правую тройку векторов. В дальнейшем
будет рассматриваться скалярная величина - поток вектора Умова-Пойнтинга,
проходящий через единицу поверхности, перпендикулярной вектору П, в единицу
времени, которую будем называть плотностью потока мощности (ППМ). Плотность
потока мощности измеряется в ваттах на метр квадратный [Вт/м2]. Кроме
указанных характеристик, биотропными параметрами являются: характер излучения
(непрерывное или импульсное); частота (спектр частот); наличие, вид и глубина
модуляции; форма импульса; ориентация поля относительно оси тела; градиент
поля; время экспозиции (облучения); локализация поля в теле и др.
8.1.2 Действие техногенных электромагнитных полей СВЧ диапазона на
человека.
Организм человека не имеет специальных органов, способных воспринимать
электромагнитные колебания радиодиапазона, кок это имеет место для
электромагнитных волн видимой части спектра. Однако первые сведения о
воздействии ЭМП на функциональное состояние здоровья персонала, обслуживающего
мощные радиопередатчики, появились уже в 20-30-е годы. По мере разработки и
внедрения в эксплуатацию всё более мощных радиопередатчиков и освоения более
высокочастотных диапазонов накапливались и данные о воздействии интенсивных
радиоволн на организм человека. Начало систематических исследований
биологического действия радиоволн следует отнести к послевоенному периоду, что
связано с бурным развитием радиолокации, радионавигации и других областей
радиопромышленности.
В настоящее время существуют две теории, объясняющие действие ЭМП на
человека:
1)Энергетическая теория, основанная на тепловом эффекте, когда
воздействие объясняется дополнительной, внесённой извне и рассеянной в
организме энергией, перешедшей в конечном счёте в тепловую форму.
2)Информационная теория, основанная на слабых воздействиях, когда
энергия, сообщённая отдельной частице, меньше её кинетической энергии.
На данный момент всё возрастающий научный интерес завоёвывает
информационная теория дотепловых воздействий. Длительное систематическое
воздействие на организм человека ЭМП, особенно диапазонов УВЧ и СВЧ, при
дотепловых интенсивностях может привести к некоторым функциональным изменениям
в нем, в первую очередь в нервной системе. Эти изменения проявляются в головной
боли, нарушении сна, повышенной утомляемости, раздражительности и т.д. Поля СВЧ
с интенсивностями, значительно ниже теплового порога, могут вызвать истощение
нервной системы. Изменения в сердечно-сосудистой системе выражаются в виде
гипотонии, брадикардии и замедлении внутрижелудочковой проводимости, а также в
изменениях состава крови, изменениях в печени и селезенке, причем все эти
изменения более выражены на более высоких частотах.
8.1.3 Оценка облучаемости электромагнитными полями.
Наиболее важным биофизическим аспектом защиты от ЭМП является
установление предельно допустимых интенсивностей ЭМП, потенциально опасных для
человека, и формы их представления, т.е. нормирование.
Нормирование ЭМП, как и всякой другой профвредности, состоит из двух
этапов.
Первый - выбор и обоснование нормируемого параметра ЭМП, адекватно
характеризующего степень воздействия.
Второй - установление предельно допустимого уровня выбранного параметра.
ЭМП СВЧ оценивают поверхностной плотностью потока энергии ППЭ (плотность
потока мощности) излучения и создаваемой им энергетической нагрузкой ЭН:
или
где T - время облучения.
В таблице 8.1 приведены предельно допустимые уровни интенсивностей ЭМП
диапазона СВЧ, принятые в некоторых странах.
Таблица
8.1
Нормы
излучений.
Страна
|
Диапазон
частот и режим облучения
|
Предельно
допустимые уровни в принятой форме
|
Допустимое
время облучения
|
РФ
Для
персонала
Для
населения
|
СВЧ
непрерывный
СВЧ
импульсный
СВЧ
непрерывный
СВЧ
импульсный
|
25
мкВт/см2
(Суточная
доза Дсут=ППМ
t<200
мкВт*ч/см2 )
10
мкВт/см2
(Суточная
доза Дсут=ППМ
t<80
мкВт*ч /см2 )
2,5
мкВт/см2
(Суточная
доза Дсут=ППМ
t<60
мкВт*ч /см2 )
1
мкВт/см2
(Суточная
доза Дсут=ППМ
t<24
мкВт*ч /см2 )
|
8ч
8ч
Без
ограничения
Без
ограничения
|
Польша
|
СВЧ
|
Те же,
что и в РФ
|
|
США
Обслуживающий
персонал
(Стандарт
США
USASC95.I-1996)
|
10мгц-100ггц
|
ППМ
средняя за 6 мин не должна превышать:
10
мВт/см2 - для обычных условий
1
мВт/см2 - для температурно-влажностных условий
|
Без
ограничения времени.
Для
кратковременных излучений нормируется шестиминутная доза Д(6 мин)=0,1...1,0
мВт*ч/см2
(в зависимости от ТВУ)
|
Таблица 8.1
Нормы излучений.
Продолжение.
Англия
|
30-30000мгц
|
10
мВт/см2
|
Без
ограничения
|
ФРГ
|
СВЧ
|
Те же,
что и в США
|
|
Франция
|
СВЧ
|
Те же,
что и в США
|
|
Голландия
Фирма Филлипс Эйндгобен
|
30-30000мгц
|
1
мВт/см2
10
мВт/см2
|
Без
ограничения
t<6мин
|
8.1.4 Расчет интенсивности ЭМП.
На частотах f>300МГц ближняя зона (зона индукции)
расположена в непосредственной близости у излучателя и ППМ (ППЭ)
определяется выражением:
,
где
Ризл - мощность, излучаемая антенной;
G - коэффицент направленного действия
(КНД) антенны;
r - расстояние до антенны;
L - затухание ЭМП на пути
распространения.
Попытки расчета интенсивности ЭМП с учетом влияния произвольно
расположенных вблизи расчетной точки посторонних предметов (радиоконтрастных
сред), а также расчет интенсивности ЭМП паразитного излучения, пока не привели
к удовлетворительным результатам. Лучшим методом оценки интенсивности в этих
случаях остаётся измерение.
8.2
Методика проведения исследования
В данной лабораторной работе рассчитывается интенсивность
электромагнитного поля СВЧ в зависимости от следующих параметров:
Ризл – мощность, излучаемая антенной;
r – расстояние до антенны;
L – затухание ЭМП на пути распространения.
8.2.1 Исследование зависимости ППМ от
Ризл.
Для
исследования зависимости плотности потока мощности от мощности, излучаемой
антенной:
- определить
значения плотности потока мощности (ППМ) от Ризл по формуле (1) с
требуемым шагом изменения.
Диапазон
изменения Ризл см. в таблице 8.2 :
Таблица 8.2
Диаппазон изменения Ризл.
N
|
Ризл
(нач.)
|
Ризл
(кон.)
|
1
2
3
|
10
100
200
|
100
200
300
|
(Принять
r=15 м, L=6, G=0.7)
- результаты
занести в таблицу 8.3 :
Таблица 8.3
Плотность потока мощности.
ППМ
|
Ризл
|
|
|
|
|
- построить
график зависимости ППМ(Ризл)
-
проанализировать результаты.
- сравнить их с
допустимыми значениями в Таблице 8.1.
8.2.2 Исследование зависимости ППМ от r.
Для
исследования зависимости плотности потока мощности от расстояния до антенны:
- определить
значения плотности потока мощности (ППМ) от r по формуле (1) с требуемым шагом
изменения.
Диапазон
изменения r см. в таблице 8.4 :
Таблица 8.4
Расстояние до антенны.
Nвар
|
r
(нач.)
|
r
(кон.)
|
1
2
3
|
1
10
20
|
10
20
30
|
(Принять
Ризл = 150 Вт, L=6, G=0.7)
результаты
занести в таблицу 8.5 :
Таблица 8.5
Зависимость
плотности потока мощности от
расстояния до антенны.
ППМ
|
r
|
...
|
...
|
- построить
график зависимости ППМ(r);
-
проанализировать результаты.
- сравнить их с допустимыми значениями в
Таблице 8.1.
8.2.3 Исследование зависимости ППМ от L.
Для
исследования зависимости плотности потока мощности от затухания ЭМП на пути
распространения:
- определить
значения плотности потока мощности (ППМ) от L по формуле (1) с
требуемым шагом изменения.
Диапазон
изменения L см. в таблице 8.6 :
Таблица 8.6
Затухание ЭМП на пути
распространения.
Nвар
|
L
(нач.)
|
L
(кон.)
|
1
2
3
|
1
3
6
|
3
6
9
|
(Принять
Ризл = 150 Вт, r=15 м, G=0.7)
результаты
занести в таблицу 8.7 :
Таблица 8.7
Зависимость
плотности потока мощности от L.
ППМ
|
L
|
...
|
...
|
- построить
график зависимости ППМ(L);
-
проанализировать результаты.
- сравнить
их с допустимыми значениями в Таблице 8.1.
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.
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.