БЕЛОРУССКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Факультет прикладной математики и информатики 
 
 
 
 

Синтез  и анализ простейших схем 
 
 
 
 

Минск 2010

1 Приборы панели "Instruments" пакета EWB 5.12

Внешний вид  панели “Instruments” приведен на рисунке 1. 

1.1 Multimeter

    Вы  можете использовать этот прибор для  измерения переменного или постоянного  напряжения или тока, или сопротивления  или потери децибел между двумя  точками в схеме. Multimeter автоматически  выставляет диапозоны, поэтому Вам не нужно указывать  диапазон измерений. Внутреннее сопротивление и ток предустановлены к значениям приближенным к идеальным. Эти значения могут быть изменены при помощи нажатия на кнопку "Settings".

Рисунок 2 -  Общий вид прибора Multimeter

1.2 Oscilloscope

    Для проведения анализа имитации можно  изменять номиналы элементов, выводить и настраивать терминалы приборов. Для измерения характеристик  схемы в контрольных точках  необходимо ввести в схему измерительный  прибор. Для импульсных схем  лучше всего подходит обыкновенный осциллограф. Например, один из его каналов подключаем к входу схемы, выделяем соединение синим цветом. Второй канал подключаем к выходу, выделив соединение красным цветом.

    Двухканальный осциллограф (смотри рисунки 3-4) отображает амплитуду и колебания электронных сигналов. Данный прибор способен отображать интенсивность одного или двух сигналов во времени или же сравнивать одну временную диаграмму с другой.

    Можно также просмотреть осциллограмму. Для этого нужно вывести окно терминала осциллографа двойным нажатием на компоненте Oscilloscope. Вид панели осциллографа представлен на рисунке 3.

    При использовании осциллографа в Electronics Workbench есть возможность просмотра  сигнала на протяжении всего времени  имитации. Для этого можно воспользоваться кнопкой Expand и воспользоваться полосами прокрутки изображения, чтобы перевести панель в нормальный режим используется кнопка Reduce.

    Вид расширенной панели осциллографа показан  на рисунке 4.

    Рассмотрим  более подробно некоторые настройки на панели прибора. Лицевая панель осциллографа показана на рисунке 3. Осциллограф имеет два канала ("Channel") А и В с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (mV/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулировкой смещения по вертикали ("Y position"). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок.

• Режим "АС" предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (его еще называют режимом "закрытого входа", поскольку в этом режиме на входе усилителя включается разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую).
• В режиме 0 входной зажим замыкается на землю.
• В режиме "DC" (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока. Этот режим еще называют режимом "открытого входа", поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно. С правой стороны от кнопки "DC" расположен входной зажим.
• В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вертикали — напряжение сигнала, по горизонтали — время.
• В режиме В/А: по вертикали — сигнал канала В, по горизонтали — сигнал канала А.
• В режиме А/В: по вертикали — сигнал канала А, по горизонтали — сигнал канала В.

    В режиме развертки Y/T длительность развертки ("Time base") может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т.е. по оси Х ("X position"). В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим ("Trigger") с запуском развертки ("Edge") по переднему или заднему фронту запускающего сигнала (выбирается нажатием кнопок ) при регулируемом уровне ("Level") запуска, а также в режиме "Auto" (от канала А или В), от канала А, от канала В или от внешнего источника ("Еxt"), подключаемого к зажиму в блоке управления "Trigger". Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками.

    Заземление  осциллографа осуществляется с помощью  клеммы "Ground" в правом верхнем  углу прибора. При нажатии на кнопку "Zoom" лицевая панель осциллографа существенно меняется (рисунок 4) — увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки (они обозначены также цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями). Изображение можно инвертировать нажатием кнопки "Reverse" и записать данные в файл нажатием кнопки "Save". Возврат к исходному состоянию осциллографа — нажатием кнопки "Reduce". 
 
 

Рисунок 3 -  Вид нормальной панели осциллографа Electronics Workbench

    .

Рисунок  4 - Расширенная панель осциллографа

1.3 Logic Analyzer

    Анализатор  логики (см. рисунок 5) отображает уровни до 16 цифровых сигналов. Он используется для быстрого сбора данных о логическом состоянии и расширенного временного анализа, чтобы помочь спроектировать большие системы.

    Итак  анализатор предназначен для отображения  на экране монитора 16-разрядных кодовых  последовательностей одновременно в 16 точках схемы, а также в виде двоичных чисел на входных клеммах-индикаторах  и в виде шестнадцатеричных чисел. Он снабжен также двумя визирными линейками (как в осциллографе в режиме ZOOM), что позволяет получать точные отчеты временных интервалов Т1, Т2 и Т2-Т1, а также линейкой прокрутки по горизонтали, что позволяет анализировать процессы на большом временном интервале. В блоке "Clock" имеются клеммы для подключения как обычного "Extend", так и избирательного "Qualifier" источника запускающих сигналов, параметры которых могут быть установлены с помощью меню на рисунке 6, вызываемого кнопкой "Set".

    Запуск  генератора можно производить по переднему "Positive" или заднему "Negative" фронту запускающего сигнала с использованием внешнего "Externl" или внутреннего "Internal" источника. В окне "Clock qualifier" можно установить значение логического сигнала 0, 1 или Х, при котором производится запуск анализатора. Дополнительные условия запуска анализатора могут быть выбраны с помощью диалогового окна, которое вызывается кнопкой "Set" в блоке "Trigger". С помощью этого окна в каналах А, В и С можно задать нужные двоичные 16-разрядные комбинации сигналов и затем в строке "Trigger combinations" установить дополнительные условие отбора (А or В - запуск анализатора от канала А или В; А then В - запуск от канала А, если сигнал в канале В=1; (А or В) then С - запуск от канала А или В, если сигнал в канале С=1). В окне "Trigger qualifier" можно задать 1, 0 или Х, при наличаи которых производится запуск анализатора. 

1.4 Генератор слова  (Word Generator)

    Внешний вид генератора слова в развернутом виде показан на рисунке 5. Генератор предназначен для генерации 16-разрядных двоичных слов, которые набираются пользователем на экране, расположенном в левой части лицевой панели. Для набора двоичных комбинаций необходимо щелкнуть мышью на соответствующем разряде и затем ввести с клавиатуры 0 или 1. Дальнейшие перемещения по полю экрана удобнее проводить не с помощью мыши, а клавишами управления курсором. Содержимое экрана можно стереть, загрузить новое значение или записать в файл соответствующими кнопками. При записи в полученном текстовом файле с расширением *.dp будет записано в виде таблицы содержимое экрана с указанием номеров строк (слов). При необходимости его можно отредактировать и загрузить снова.

    Номер редактируемой ячейки фиксируется в окошке "Edit" блока "Adress". Всего таких ячеек и, следовательно, комбинации - 2048. В процессе работы генератора в отсеке "Adress" индицируется номер текущец ячейки "Current", ячейки инициализации или начала работы "Initial" и конечной ячейки "Final". Выдаваемые на 16 выходов кодовые комбинации индицируются в текстовом "ASCII" и двоичном коде "Binary".

    Сформированные  слова выдаются на 16 расположенных  в нижней части прибора выходных клемм-индикаторов.

    Внешний запуск (нажата кнопка "External") по готовности данных (клемма "Data ready"). Сигнал с этого выхода сопровождает каждую выдаваемую на выход кодовую комбинацию и используется в этом случае, когда исследуемое устройство обладает свойством квитирования (подтверждения). В этом случае после получения очередной кодовой комбинации и сопровождающего его сигнала "Data ready" исследуемое устройство должно выдать сигнал подтверждения получения данных, который подается на вход синхронизации генератора (клемма в блоке "Trigger") и производит очередной запуск генератора.

    Органы  управления:

• Breakpoint - прерывание работы генератора в указанной ячейке. При этом требуемая ячейка выбирается на дисплее генератора курсором, а затем нажимается кнопка "Breakpoint". После нажатия на кнопку "Pattern" появится меню:
• Clear buffer - стереть содержимое всех ячеек.
• Open - открыть (загрузить) кодовые комбинации из файла.
• Save - записать все комбинации в файл.
• Up counter - заполнить буфер экрана кодовыми комбинациями, начиная с 0 в нулевой ячейке и далее с прибавлением 1 в каждой последующей ячейке.
• Down counter - заполнить буфер экрана комбинациями, начиная с FFFF в нулевой ячейке и далее с уменьшением на 1.
• Shift right - заполнить каждые 4 ячейки комбинациями 1-2-4-8 со смещением их в следующих четырех ячейках вправо.
• Shift left - то же самое, но со смещением влево.

2 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ

  В отличие от аналоговых электронных  устройств, в цифровых устройствах (ЦУ) входные и выходные сигналы  могут принимать ограниченное количество состояний. В соответствии с соглашением (ГОСТ 2.743-82), в зависимости от конкретной физической реализации элементов ЦУ, более положительному значению физической величины, "H" - уровень, соответствует состояние "логическая 1", а менее положительному значению ,"L - уровень" - "логический 0". Такое соглашение называется положительной логикой. Обратное соотношение называется отрицательной логикой.

  Теоретической основой проектирования цифровых устройств  является алгебра-логики или булева алгебра, оперирующая логическими переменными. Для логических переменных, принимающих только два значения,существуют 4 основных операции. Операция логическое "И" (AND) конъюнкция или логическое умножение, обозначается * или /\. Операция логическое "ИЛИ" (OR), дизъюнкция или логическое сложение, обозначается + или \/ . Операция логическое "НЕ" (NOT), изменение значения, инверсия или отрицание, обозначается чертой над логическим выражением. Инверсия иногда будет в тексте обозначаться знаком " ^ ". Операция эквивалентности обозначается "=" . Следующие соотношения являются аксиомами. 
 

   Таблица 1