Systemy teleinformatyczne Ćwiczenie Program Electronics Workbench Symulacja układów logicznych Program Electronics Workbench służy do symulacji działania prostych i bardziej złożonych układów elektrycznych i elektronicznych. Praca jest prosta i intuicyjna. Należy w sposób graficzny skonstruować obwód (zasilanie, elementy pasywne, połączenia galwaniczne, mierniki) a następnie uruchomić symulację i obserwować działanie (oscyloskop, indykatory sygnałów itp.). Interfejs programu zawiera menu komponentów, zgrupowanych według ich charakteru: Bramki Cyfrowe Indykatory Sterowanie Różne Mierniki Wymuszenia Podstawowe Diody Tranzystory Analogowe Mieszane Scalone Skonstruujmy i zasymulujmy działanie prostego obwodu prostowniczego z diodą:
Umieszczamy na schemacie źródło napięcia sinusoidalnie zmiennego, diodę, rezystor i oscyloskop (z grupy mierniki ). Z menu kontekstowego elementów można ustawić dodatkowe właściwości (Component properties), np. napięcie źródła w woltach i jego częstotliwość, rezystancję opornika w omach itp. Łączymy węzły elementów kabelkami metodą drag-and-drop, tworząc ewentualnie potrzebne nowe węzły. Dodajemy uziemienie układu. Końcówkę ground oscyloskopu łączymy z uziemieniem, na wejście A oscyloskopu podajemy napięcie źródłowe (z drugiej końcówki zasilania) a na wejście B sygnał napięciowy z rezystora. Klikamy dwukrotnie w oscyloskop i ustawiamy odpowiednie zakresy jak na rysunku (wyjaśnić dlaczego takie, próbując zmieniać ich wartości w trakcie symulacji). Uruchamiamy symulację przyciskiem. Powinniśmy otrzymać dwa przebiegi napięcia sinusoidalnego i napięcia wyprostowanego przez diodę (górne połówki sinusoidy): Zadanie. Zasymulować działanie bramki AND. Na wejścia bramki podawać sygnały z uziemionego źródła napięcia stałego, włączając je ręcznie wyłącznikami (we właściwościach wyłączników podać klawisze załączania, np. A i B). Na wyjściu bramki badać sygnał przy pomocy indykatora lampkowego: 2. Identyczny układ zbudować w oparciu o gotową bramkę AND. Zbadać również działanie układów OR i XOR. Tablica prawdy i wyrażenie logiczne Dowolny układ logiczny może mieć n wejść i co najmniej jedno wyjście. Może realizować podstawowe, czy też bardziej złożone funkcje algebry Boole a. Niezależnie od konstrukcji wewnętrznej układu zależność pomiędzy stanem wyjścia układu, a stanami wejść można opisać:
za pomocą tablicy prawdy analitycznie za pomocą wyrażenia algebraicznego-logicznego Układy kombinacyjne to takie układy, w których sygnały (stany) wyjściowe są zdeterminowanymi funkcjami sygnałów (stanów) wejściowych. Y= A Y=A*B Y=A+B Y= A*B Y= B A + Y= B A A Y A B Y Realizacja układów elementarnych Przykładowo dla bramki OR układ elementarny można wykonać korzystając z wyłączników: AND OR W praktyce buduje się elementy logiczne z tranzystorów, na przykład bramka OR: Zadania. Wykonać symulację obydwu układów na wyłącznikach i dokonać próby symulacji układu z tranzystorami, dobierając napięcia i wartości rezystancji. Uwaga: w przypadku błę-
dów symulacji w programie EWB należy zmniejszyć parametr RELTOL (relative error tolerance) do wartości, (menu Analysis Options ). 2. Wykonać symulację prostego układu, złożonego z pojedynczej, dowolnej bramki logicznej reprezentowanej układem scalonym z narzędzia Logic Gates pojedynczej lub reprezentowanej układem scalonym, np. poczwórna bramka AND (48): Opis końcówek: I i I2 to wejścia a O to wyjście bramki pierwszej itd. Na węzeł VDD należy podać napięcie ze źródła stałego. 3. Podawać na wejście zestawy impulsów z elementu Word Generator. Zapoznać się z generatorem i wykonać próby indykatorami żarówkowymi jak działa i w jaki sposób podawać zestawy sygnałów (wskazówka system jest szesnastkowy). Badać stan wyjść przy pomocy indykatora (żarówki kontrolnej). Układy złożone Układy złożone o n wejściach i m wyjściach realizuje się w oparciu o metody analizy układów przełączających: tablice (siatki) Karnaugha metoda Quine a - McCluskeya Jeśli mamy do czynienia z układem -wyjściowym i znamy wyrażenie algebraiczne opisujące układ, to jest on łatwy do realizacji. Przykładowo układ opisany równaniem: posiada następujący schemat: Zadania. Wykonać symulację powyższego układu. Utworzyć tablicę prawdy. 2. Zaprojektować i zanalizować układ 4-wejściowy i 4-wyjściowy, realizujący kod Gray a - opisany wyrażeniami algebraicznymi:
Wykonać schemat i analizę układu. Utworzyć tablicę prawdy. 3. Wypróbować instrument Logic converter, który na postawie tablicy prawdy lub równań algebraicznych, potrafi zaprojektować układ (nieoptymalny).