Проектирование комбинационных цифровых устройств
Проектирование комбинационных цифровых устройств: методические указания для студентов
Данное методическое пособие, разработанное А.Б. Красовским и В.А. Соболевым для студентов 4-го курса факультета "Машиностроительные технологии" МГТУ им. Н.Э. Баумана, посвящено проектированию комбинационных цифровых устройств. Пособие предназначено для практических занятий по курсу "Электротехника и электроника" и предполагает использование программной среды Multisim 10.1.
Цель и задачи пособия
Основная цель методических указаний – предоставить студентам практические навыки проектирования комбинационных цифровых устройств. В частности, студенты учатся разрабатывать устройства для обработки цифровой информации, используя современные средства схемотехнического моделирования. Это включает в себя понимание основных этапов проектирования, начиная от анализа задачи и заканчивая моделированием и подбором компонентов.
Структура и содержание
Пособие начинается с введения, в котором подчеркивается актуальность комбинационных цифровых устройств в современных системах и преимущества использования программных средств моделирования, таких как Multisim 10.1. Далее следует раздел, описывающий задание и порядок выполнения работы. Студентам предлагается спроектировать многофункциональное комбинационное устройство для управления технологическим процессом, основываясь на заданных входных параметрах и таблице истинности.
Процесс проектирования включает в себя следующие этапы:
- Анализ задачи и построение блок-схемы: Определение входных и выходных сигналов устройства.
- Составление таблицы истинности: Определение логических функций для заданных входных комбинаций.
- Логическое преобразование: Составление логических уравнений в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ) и их минимизация.
- Синтез схем в различных базисах: Построение схем в базисах И, ИЛИ, НЕ и И-НЕ с использованием блока Logic Conventer в Multisim 10.1.
- Моделирование и анализ: Проверка работоспособности устройства в среде Multisim 10.1, сравнение результатов моделирования с исходной таблицей истинности.
- Подбор компонентов и разработка принципиальной схемы: Выбор микросхем и создание принципиальной электрической схемы устройства.
Для облегчения понимания материала в пособии приводится пример выполнения практического задания, подробно иллюстрирующий каждый этап проектирования.
Использование Multisim 10.1
Значительное внимание уделяется работе в программной среде Multisim 10.1. В приложении подробно описан интерфейс программы, основные инструменты и библиотеки компонентов. Рассмотрены возможности Logic Conventer для составления логических уравнений, их минимизации и синтеза схем. Также представлены инструменты для моделирования, такие как Word Generator, Logic Analyzer, Oscilloscope, и описаны их функции.
Заключение
Методические указания завершаются списком рекомендуемой литературы, включающим книги и пособия по цифровой электронике и работе в среде Multisim. Пособие представляет собой практическое руководство для студентов, позволяющее им освоить основы проектирования комбинационных цифровых устройств и получить навыки работы с современными средствами моделирования.
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана А.Б. Красовский, В.А. Соболев ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМБИНАЦИОННЫХ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ Методические указания к практическому занятию в компьютерном классе по курсу «Электротехника и электроника» Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2012
УДК 621.3 ББК 31.27-02 К78 Рецензент В.Ф. Судаков К78 Красовский А.Б. Проектирование комбинационных цифровых устройств : метод. указания / А.Б. Красовский, В.А. Соболев. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 27, [5] с. : ил. В работе рассмотрены основные этапы проектирования цифрового комбинационного устройства для трех входных переменных, алгоритм работы которого задан таблицей истинности в соответствии с технологическим процессом. Проектирование проводится с помощью логического преобразователя программой среды Multisim 10.1, который сразу по таблице истинности выдает модель требуемого устройства в разных базисах. Приведены описание интерфейса, технологии сборки схем цифровых устройств, устройств визуализации и инструментарии данной среды. На полученных моделях студенты проверяют работу данного устройства в программной среде моделирования цифровых устройств Multisim 10.1, которая установлена на персональных компьютерах в компьютерном классе кафедры ФН-7. Такое моделирование позволяет студентам наглядно проверить правильность проведенных расчетов и получить навыки работы с данной программой. Для студентов 4-го курса факультета «Машиностроительные технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника». Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК ФН МГТУ им. Н.Э. Баумана. УДК 621.3 ББК 31.27-02 c ⃝МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012
ВВЕДЕНИЕ Комбинационные цифровые электронные устройства (шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры и т. п.) широко применяются в различных системах цифровой обработки информации. Современные компьютерные средства схемотехнического моделирования существенно изменили и в значительной степени упростили процедуру их проектирования. Стало возможным в кратчайшие сроки и практически без материальных затрат создавать различные варианты исполнения таких устройств и проверять их работоспособность, что существенно повышает эффективность творческой деятельности инженеров. В настоящее время при проектировании электронных устройств наиболее широкое распространение получила специализированная программная среда Multisim 10.1 корпорации National Instruments. Она проста в использовании, наглядна и обладает обширной библиотекой стандартных электронных компонентов и модулей. Она также имеет большое количество виртуальных контрольноизмерительных приборов, по виду и интерфейсу максимально приближенных к их реальным аналогам.
Цель практического занятия — получение практических навыков проектирования комбинационных цифровых электронных устройств с использованием программной среды Multisim 10.1. 1. ЗАДАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Спроектировать многофункциональное комбинационное устройство цифровой электроники для автомата управления технологической операцией сортировки термореле в соответствии с полученным вариантом задания из табл. 1. Проектирование провести с использованием программной среды Multisim 10.1. На вход проектируемого устройства одновременно поступают одноразрядные сигналы Х1, Х2 и Х3 от датчиков контроля параметров термореле, определяющие: • X1 — диапазон срабатывания по температуре; • X2 — значение активного сопротивления контактов; • X3 — значение сопротивления изоляции. Каждый датчик обеспечивает на своем выходе логическую единицу — 1(+(2,5 . . . 5,0) В), если измеряемая величина находится в допустимом диапазоне, если же она находится вне допустимого диапазона, то соответствующий датчик выдает логический нуль — 0. На выходе устройства формируются сигналы четырех логических функций F1, F2, F3 и F4 для управления исполнительным механизмом сортировки термореле. Значения 1 они принимают при сочетаниях входных сигналов (наборах) Х1, Х2, Х3, десятичные коды которых указаны в табл. 1 вариантов практических 4
Похожие