МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)
В.И. Марсов, Р.А. Гематудинов,
В.С. Селезнёв, Х.А. Джабраилов
Моделирование в PROTEUS VSM
Цена 65 руб.
Учебно - методическое пособие
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(МАДИ)
В.И. Марсов, Р.А. Гематудинов,
В.С. Селезнёв, Х.А. Джабраилов
Моделирование в PROTEUS VSM
Учебно - методическое пособие
УДК 004.414
ББК 32.97
М 744
М744
пособие
Моделирование в PROTEUS VSM: учебно-методическое
/
В.И.
Марсов,
Р.А.
Гематудинов,
В.С.
Селезнёв,
Х.А. Джабраилов. – Москва: МАДИ, 2019. ‒ 44 с.
Учебно-методическое пособие содержит теоретические сведения по изучению дисциплин: «Логические автоматы», «Автоматизация технологических процессов», «Программирование и проектирование интегральных схем», а также приведена методика по выполнению учебных заданий.
Данное пособие представляет собой перечень примерных задач по дисциплинам «Логические автоматы», «Автоматизация технологических процессов», «Программирование и проектирование интегральных схем» и способы их решения с помощью программного
обеспечения PROTEUS VSM на ЭВМ.
Пособие предназначено для студентов по направлению подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» различного профиля.
УДК 004.414
ББК 32.97
МАДИ, 2019
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ........................................................................................................ 4
Интерфейс программы Proteus VSM..................................................... 6
Компоненты Proteus VSM ....................................................................... 12
Базовые компоненты............................................................................ 14
Задание 1. Исследование принципов работы микросхем
низкой степени интеграции. Моделирование логических
элементов ................................................................................................. 17
Задание 2. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (шифратор, дешифратор) ........... 20
Задание 3. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (мультиплексор,
демультиплексор) .................................................................................. 25
Задание 4. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (триггеры (RS\D\J-K)) .................... 30
Задание 5. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (счетчики) ......................................... 33
Задание 6. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (регистры) ........................................ 38
Задание 7. Исследование принципов работы микросхем
высокой степени интеграции (память) ........................................... 40
Список литературы .................................................................................. 43
4
Введение
Пособие содержит указания по выполнению учебных заданий
по дисциплинам «Логические автоматы», «Автоматизация технологических процессов», «Программирование и проектирование интегральных схем» для студентов направления подготовки 15.03.04 (бакалавриат) и 15.04.04 (магистратура) «Автоматизация технологических процессов и производств».
Работы выполняются на компьютере в среде моделирования
Proteus VSM. Допускается реализация предлагаемых заданий с помощью других прикладных программных средств по моделированию
Multisim, VisSim и т.д.
Proteus VSM – современная прикладная программа для автоматизированного проектирования и моделирования электронных
схем и компонентов, которая базируется на основе моделей электронных компонентов по протоколу PSpice.
Программа состоит из набора различных взаимосвязанных модулей, с помощью которых возможно осуществлять не только моделирование, но и проектирование, анализ и настройку цифровой и
аналоговой техники, оптимизацию расположения элементов и дизайн
корпусов интегральных микросхем. Основным преимуществом Proteus VSM является возможность моделирования устройств с программируемой логикой: микроконтроллеров, микропроцессоров
ПЛИС, ОЗУ и т.д.
Интегральная микросхема (ИС) – это совокупность связанных
компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и др.), на одном полупроводниковом кристалле. Основным элементов микросхемы являются транзисторы. ИС на полевых и/или биполярных транзисторах
реализуют различные логические функции, значение которых может
быть как истинным (логическая «1»), так и ложным (логический «0»).
В зависимости от технологии изготовления транзисторов существуют
следующие логики:
• ТТЛ – транзисторно-транзисторная логики;
5
• КМОП-логика – комплементарная МОП (металл-окиселполупроводник) логика;
• ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика.
В Proteus VSM используют зарубежные ИС:
• 74 series (ТТЛ серия);
• 4000 series (КМОП серия);
• 10000 series (ЭСЛ серия).
Proteus VSM или Proteus являются нерусифицированным коммерческим программным продуктом. В данном пособии рассматривается демонстрационная версия на английском языке. Демонстрационная версия обладает полным функционалом лицензионной, за исключением возможности сохранять проекты и моделировать контроллеры и микропроцессоры.
Программа использует стандартный интерфейс операционной
системы Windows, что облегчает её использование.
Все функции в программе производятся при помощи мыши и
клавиатуры.
Традиционное моделирование производится в статическом режиме, когда построенная схема выдает уже отмоделированный результат. В Proteus моделирование осуществляется в режиме реального времени, что позволяет оценивать динамические изменения в
электрической цепи, однако данный способ моделирования приводит
к нагрузке на CPU (процессора).
6
Интерфейс программы Proteus VSM
Программа Proteus представляет собой средство для моделирования и разработки электронных схем. При первом запуске программы открывается окно (рис. 1) Home Page (Домашняя стран-ца).
Рис. 1 Домашняя страница
Интерфейс страницы состоит из полосы меню и панели инструментов (рис. 2). Поскольку в демонстрационной версии отключена
возможность save project (сохранение проекта), то полоса меню и
настройка проекта в данном пособии рассматриваться не будет.
Рис. 2 Панель Инструментов
Панель инструментов состоит из иконок следующих компонентов:
• New Project (новый проект);
Данный инструмент создает новый проект и запускает new project Wizard (мастера установки проекта), в котором устанавливаются
параметры печатной платы, область печати электрической схемы и
прочее.
7
• Open Project (открыть проект);
Открывает готовые проекты печатных плат, заранее скаченные
из интернета.
• Save Project (сохранить проект);
Сохраняет готовый проект печатной платы (в демонстрационной версии данная функция отключена).
• Close Project (закрыть проект);
Закрывает открытый проект с возвращением на домашнюю
страницу.
• Home Page (Домашняя страница);
Оставляет текущий проект открытым и возвращает на домашнюю страницу.
• Schematic Capture (Электрическая схема);
Открывает окно для проектирования электрической схемы, без
создания проекта печатной платы.
• PCB Layout (Макет печатной платы);
Открывает окно для проектирования макета печатной платы,
без создания проекта печатной платы.
• 3D Visualizer (Объемное представление печатной
платы);
Открывает окно, в котором автоматически визуализируется печатная плата, спроектированная в окне макетной печатной платы.
• Gerber Viewer (Фотошаблон печатной платы);
Открывает окно для проектирования фотошаблона (Gerberфайл) печатной платы без создания проекта самой платы.
• Design Explorer (список используемых комплектующих в проекте);
Открывает окно, в котором автоматически формируется список
используемых компонентов в окне проектирования электрической
схемы.
• Bill of Materials (товарная накладная печатной платы);
8
Открывает окно, в котором автоматически формируется товарная накладная (BOM-файл) по используемым компонентам в окне
проектирования электрических компонентов, с возможностью редактирования стоимости.
• Source code (исходный код);
Открывает окно, в котором автоматически формируется код используемых в проекте сложных технических средств (контроллеры,
LCD мониторы и.т.д) для обнаружения и настройки компиляторов во
время моделирования в Proteus VSM.
• Project Notes (описание проекта печатной платы);
Открывает окно для формирования текстового описания проекта и формирования технической документации по используемому
проекту или печатной плате.
• Overview (справочник);
Открывает справочник на английском языке по особенностям и
функциональным возможностям программы Proteus.
Построение и последующее моделирование электрических
схем (Рис. 6) происходит во вкладке Schematic Capture. В данной
вкладке следует отметить следующие области:
1.
Workspace (рабочая область) – место для сборки и моделирования схем и компонентов.
2.
Map (карта проекта) – минимизированная изображения собранной схемы, для быстрой ориентации.
3.
Device Select (Выбор компонента) – панель для выбора
электрических компонентов (рис. 3).
Рис. 3. Панель электрических компонентов
Данная область состоит из двух компонентов P и L.
L или Device Libraries (библиотека компонентов) вызывает область с помощью которой, возможно подключать библиотеки электрических компонентов, разработанные сторонними организациями.
9
P или Pick Device (выбор компонента) вызывает область (рис.
4), с помощью которой происходит выбор компонента из загруженных
библиотек.
Рис.4. Область выбора компонента
Данная область состоит из:
• Keywords – ключевые слова, по которым осуществляется
поиск требуемых компонентов.
• Category – связка элементов в группы (резисторы, диоды,
компоненты ТТЛ, компоненты КМОП и др.).
• Sub-category – связка элементов в группы по одинаковым
параметрам (для резисторов: 0.6, 1, 2, 3, 7 Ватт и т.д.),
функциональным возможностям (для компонентов КМОП:
логические компоненты, счетчики, дешифраторы, триггеры и др.) или конструкционному исполнению (для конденсаторов: керамические дисковой, металлобумажные,
электролитические и др.)
• Manufacture – связь компонентов по фирме производителю (для микропроцессоров: Intel, Atmel, Motorola и др.)
• Results (n) – область отображения результатов поиска, где
n число найденных позиций.
10
• (k) Preview – область отображения условного графического обозначения (УГО) и привязанная компьютерная модель, где k название устройства. (У некоторых компонентов отсутствует привязка компьютерной модели, для исключения в поиске данных компонентов требуется поставить отметку напротив «Show only parts with model?»)
• PCB Preview – область отображающая реальные модели
компонента. Используется для построения 3D модели печатной платы.
4. Панель моделирования (рис. 5) – место для запуска модели в режиме масштабируемого времени, запуск модели
в режиме одного цикла с последующим переходом в режим паузы, режим паузы модели, режим остановки
(сброса) модели и системных сообщения.
Рис. 5. Панель моделирования
5. Вертикальный панели инструментов (рис. 7).
Рис. 6. Окно построения схемы
Рис. 7. Вертикальная панель инструментов
11
Вертикальная панель состоит из следующих компонентов, перечисление которых справо налево:
•
Selection Mode (позволяет выбирать компонента в области
построения электрической схемы);
•
Component Mode (открывает панель компонентов и добавляет в закладки компоненты из библиотеки и располагает на области
построения электрической схемы);
•
Junction Dot Mode (позволяет создавать точки электрических соединений);
•
Wire Label Mode (даёт возможность подписи электрических соединений для удобной ориентации);
•
Text Script Mode (создаёт надписи в области построения
электрической схемы);
•
Buses Mode (позволяет проводить шины);
•
Subcircuit Mode (создаёт скрытую область, для минимизации электрической схемы);
•
Terminals Mode (создаёт метки для скрытой связи электрических соединений);
Device Pins Mode (создаёт дополнительные ножки для компонентов);
•
Graph Mode (позволяет создать графическое поле, для
статического моделирования);
•
Active Popup Mode (создаёт поле для анимации электрической схемы);
•
Generator Mode (позволяет выбрать типовой источник питания для электрического моделирования);
•
Probe Mode (создаёт метки на электрических соединений
для измерений и заполнения Graph Mode);
•
Instruments Mode (содержит перечень измерительных инструментов, такие как: вольтметр, амперметр; осциллограф и т. д.)
•
2D Graphics Line Mode (графический режим построения
электрических линий);
12
•
2D Graphics Box Mode (графический режим построения
электрических линий квадратом);
•
2D Graphics Circle Mode (графический режим построения
электрических линий окружностью);
•
2D Graphics Arc Mode (графический режим построения
электрических линий аркой);
•
2D Graphics Closed Path Mode (графический режим построения электрических линий сложной фигуры);
•
2D Graphics Text Mode (графический режим создания
надписей);
•
2D Graphics Symbols Mode (графический режим создания
электрических обозначений);
•
2D Graphics Markers Mode (графический режим создания
функционального маркера для электрической схемы);
•
Rotate Clockwise (поворачивает элемент по часовой
стрелки на 90о);
•
Rotate Anti-Clockwise (поворачивает элемент против часовой стрелки на 90о);
•
Rotate Angle (поле ввода угла поворота элемента);
•
X-Mirror (отображает элемент по горизонтали);
•
Y-Mirror (отображает элемент по вертикали);
Компоненты Proteus VSM
Proteus VSM в демонстрационной версии использует более 100
библиотек компонентов, которые в свою очередь реализуют более
10000 реальных компонентов. Все компоненты в Proteus VSM делятся на категории:
• (All Categories) – все категории, для поиска компонента по функциональным возможностям;
• Analog ICs – аналоговые интегральные микросхемы;
• Capacitors – конденсаторы;
• CMOS 4000 series – интегральные микросхемы КМОП технологии;
13
• Connectors – соединительные разъемы;
• Data Converters – преобразователи интерфейсов;
• Debugging Tools – инструменты отладки;
• Diodes – диоды;
• ELC 10000 series – интегральные микросхемы ЭСЛ технологии;
• Electromechanical – электромеханические элементы (двигатели);
• Inductors – элементы индукции (катушки);
• Laplace Primitives – схемы преобразования Лапласа;
• Mechanics – механические элементы;
• Memory ICs – интегральные микросхемы (память);
• Microprocessor ICs – интегральные микросхемы (микропроцессоры);
• Miscellaneous – различные электрические элементы (GPS модуль, батарейки, кварцевые резонаторы и др.);
• Modelling Primitives – простые модели электрических компонентов (логические);
• Operational Amplifiers – операционные усилители;
• Optoelectronics – оптоэлектроника (светодиоды, 7-сегментные
индикаторы, LCD-дисплеи и др.);
• PICAXE – элементы PICAXE.
• PLDs & FPGAs – элементы репрограммируемой логики;
• Resistors – сопротивления;
• Simulator Primitives – простые модели источников напряжения и
электрических компонентов;
• Speakers & Sounders – источники и приемники звука;
• Switches & Relays – ключи и реле;
• Switching Devices – устройство переключения (тиристоры и др.);
• Thermionic Valves – термоэлектрические устройства;
• Transducers – различные преобразователи;
• Transistors – транзисторы;
• TTL 74 series – элементы ТТЛ;
14
• TTL 74ALS series – элементы ТТЛ серии ASL;
• TTL 74AS series – элементы ТТЛ серии AS;
• TTL 74CBT series – элементы ТТЛ серии CBT;
• TTL 74F series – элементы ТТЛ серии F;
• TTL 74HC series – элементы ТТЛ серии HC;
• TTL 74HCT series – элементы ТТЛ серии HCT;
• TTL 74LS series – элементы ТТЛ серии LS;
• TTL 74S series – элементы ТТЛ серии S;
Из-за большого количество компонентов в Proteus VSM, целесообразно описать только те компоненты, которые потребуются для
выполнения работ по моделированию электрических схем и компонентов в рамках данного задания.
Базовые компоненты
Для моделирования принципов работы логических устройств
больше всего подходят компоненты подкатегории Logic Stimuli (рис.
8 а) и Logic Probes (рис. 8 б) из Debugging Tools.
В подкатегории Logic Stimuli содержится два компонента:
• LOGICSTATE (переключение между 0 и 1 с запоминанием);
• LOGICTOGGLE (переключение между 0 и 1 без запоминания);
Данные компоненты выступают в роли источников логических
сигналов. Стоит отметить, что программа сама подбирает уровень
логической единицы исходя из настроек моделирования.
15
Рис. 8 а. Источники логического сигнала
В подкатегории Logic Probes содержится два компонента:
• LOGICPROBE (отображает логический 0 или 1);
• LOGICPROBE (BIG) (отображает логический 0 или 1 (увеличенный в размере));
Данные компоненты выступают в роли приемников логических
сигналов. Для наглядной визуализации, логическая 1 индицируется
красным индикатором, логический 0 – синим.
Рис. 8 б. Приёмники логического сигнала
16
Основные элементы логики в Proteus VSM изображаются согласно ANSI стандарту, условное графическое отображение которых
отличается от отечественного ГОСТ и международного IEC.
Основные элементы расположены в категории Simulator Primitives подкатегория Gates и отображены на рис. 9, где имеют следующую последовательность:
• U1 AND – логическое И;
• U2 NAND – логическое И-НЕ;
• U3 NOR – логическое ИЛИ-НЕ;
• U4 NOT – логическое НЕ;
• U5 OR – логическое ИЛИ;
• U6 XOR – логическое Исключающее-ИЛИ.
Рис. 9. Простые логические элементы по стандарту ANSI
Элементы средней и высокой степени интеграции следует искать по ключевым словам. Эти ключевые слова будут указаны в порядке выполнения задания.
17
Задание 1. Исследование принципов работы микросхем
низкой степени интеграции. Моделирование логических элементов
Цель: Получение навыков работы с компьютерным моделированием электрических схем и компонентов.
Задачи:
1. Смоделировать заданные схемы соединения.
2. Для каждой схемы составить таблицу истинности.
3. Сравнить результат моделирования с теоретической базой.
Порядок выполнения:
1. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 10 и проведите моделирование.
2. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 11 и проведите моделирование.
3. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 12 и проведите моделирование.
4. Составьте таблицы истинности для по результатам моделирования.
18
Рис. 10. Моделирования логических элементов
Рис. 11. Моделирования схемы
19
Рис.12. Моделирования схемы с промежуточными значениями
Контрольные вопросы:
1.
Сформулируйте основные аксиомы Булевой алгебры;
2.
Сформулируйте закон ассоциативности.
3.
Сформулируйте закон коммутативности.
4.
Сформулируйте закон дистрибутивности.
5.
Сформулируйте закон Де Морганат.
6.
Сформулируйте закон поглощения.
7.
Сформулируйте закон склеивания.
8.
Сформулируйте закон двойного отрицания.
9.
Сформулируйте закон дополнения.
10. Сформулируйте закон Идемпотентности.
11. Сформулируйте закон нуля.
12. Сформулируйте закон единицы.
13. Опишите принцип формирования КСМ и КПМ
20
Задание 2. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (шифратор, дешифратор)
Цель: Исследование принципа работы шифраторов и дешифраторов и их комбинационные схемы.
Задачи:
1. Смоделировать заданные схемы соединения.
2. Для каждой схемы составить таблицу истинности.
3. Сравнить результат моделирования с теоретической базой.
Для выполнения данного задания в каталоге устройств в поиске
задайте «decoder» и выберите следующие устройства:
• 4028 – дешифратор 4-10 без дополнительных входов;
• 4514 – дешифратор 4-16 с дополнительными входами
стробирования;
• 4543 – дешифратор BCD для 7 сегментных индикаторов.
После в поиске сделайте новый запрос «encoder» и выберите
74147 – шифратор 10-4. Поиск можно осуществлять сразу вводя серию интегральной микросхемы.
Последнее, что потребуется это 7-сегментный индикатор и инвертер для шифратора, его поиск осуществляется по ключевому
слову «7seg» и выбираем два индикатора 7SEG-BCD и 7SEG-COMCAT-GRN. Поиск инвертора «NOT». Следует отметить, что поиск не
чувствителен к регистрам, поэтому 7seg и 7SEG выдаёт один и тотже результат поиска.
С помощью Terminal Mode можно использовать землю
(GROUBND) для фиксации логического 0 и напряжения питания
(POWER) для логической 1.
Финальный список компонентов изображён на рис. 13.
21
Рис. 13. Панель выбора компонентов
Порядок выполнения:
1. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 14 и их проведите моделирование.
2. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 15 и проведите моделирование.
3. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 16 и проведите моделирование.
4. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 17 и проведите моделирование.
5. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 18 и проведите моделирование.
6. Построить электрические соединение, как показано на
рис. 19 и проведите моделирования.
Рис. 14. Соединение дешифратора
22
Рис. 15. Соединение шифратора с инверсными входами и выходами
Рис. 16. Соединение дешифратора и шифратора с инверсными входами
и выходами
23
Рис. 17. Соединение дешифратора и шифратора с инверсными
входами и выходами
Рис. 18. Соединение дешифратора BCD и 7-сегментным индикатором
с общим катодом
24
Рис. 19. Схема каскадирования дешифратора
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение шифратора.
2. Дайте определение дешифратора.
3. Как выполнить каскадирования дешифратора без входа
стробирования.
4. Для чего применяются шифраторы и дешифраторы.
5. Какие виды бывают дешифраторы.
25
Задание 3. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции
(мультиплексор, демультиплексор)
Цель: Исследование принципа работы мультиплексоров и демультиплексоров и их комбинационные схемы.
Задачи:
1. Смоделировать заданные схемы соединения.
2. Для каждой схемы составить таблицу истинности.
3. Сравнить результат моделирования с теоретической базой.
Для выполнения данного задания в каталоге устройств в поиске
задайте «4051» и выберите 8-ми канальный аналоговый мультиплексор/демультиплексор.
После в поиске сделайте новый запрос «res» и выберите простой резистор. Поскольку Proteus VSM имеет библиотеку реальных
компонентов, микросхему серии 4051 возможно подключить как мультиплексор, так и как демультиплексор.
Для визуализации режима запоминания потребуется индикатор
в виде светодиода, его поиск можно осуществить с помощью ключевого слова «LED» и выбрать Animated LED model (Green) (анимационную модель светодиода). Настройки резистора и светодиода следует указать как на рис. 24 и 25 соответсвено.
Финальный список компонентов изображён на рис. 20.
Рис. 20. Панель выбора компонентов
26
Порядок выполнения:
1. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 21 и проведите моделирование.
2. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 22 и проведите моделирование.
3. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 23 и проведите моделирование.
4. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 26 и проведите моделирование.
Рис. 21. Соединение 4051 в режиме мультиплексора
27
Рис.22. Соединение 4051 в режиме демультиплексора
Рис. 23. Подключение мультиплексора в режиме запоминания (RS)
28
Рис. 24. Настройка светодиода, прямое напряжение 5 вольт и ток 0.1
мАмпер для индикации
Рис. 25. Настройка резистора, со сопротивлением 1кОм
29
Рис. 26. Схема каскадирования мультиплексоров
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение мультиплексора.
2. Дайте определение демультиплексора.
3. Как выполнить каскадирование демультиплексоров без
входа стробирования.
4. Для чего применяются мультиплексор и демультиплексор.
5. В чем реализуется принцип запоминания на мультиплексорах.
30
Задание 4. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (триггеры (RS\D\J-K))
Цель: Исследование принципа работы RS триггеров, D триггеров и J-K триггеров.
Задачи:
1. Смоделировать заданные схемы соединения.
2. Для каждой схемы составить таблицу истинности.
3. Сравнить результат моделирования с теоретической базой.
Для выполнения данного задания в каталоге устройств в поиске
задайте «Flip-Flop» и выберите следующие компоненты:
• DTFF – Д триггер;
• JKFF – J-K триггер;
• 4043 – 4 RS-триггера.
Все остальные элементы уже использовались ранее.
Порядок выполнения:
1. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 27 и проведите моделирование.
2. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 28 и проведите моделирование.
3. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 29 и проведите моделирование.
4. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 30 и проведите моделирование.
5. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 31 и проведите моделирование.
31
Рис. 27. RS триггер на элементах И-НЕ
Рис. 28. RS триггер на элементах ИЛИ-НЕ
Рис. 29. Подключение D триггера
32
Рис. 30. Подключение J-K триггера
Рис. 31. Подключение RS триггера
33
Контрольные вопросы:
1.
Дайте определение Триггера.
2.
Опишите принцип работы D триггера.
3.
Опишите принцип работы RS триггера на элементах И-НЕ.
4.
Опишите принцип работы J-K триггера.
5.
Опишите принцип работы RS триггера на элементах
ИИЛИ-НЕ.
6.
Опишите принцип работы входа стробирования на микросхеме серии 4043.
Задание 5. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (счетчики)
Цель: Исследование принципа работы различных видов счетчиков.
Задачи:
1. Смоделировать заданные схемы соединения.
2. Для каждой схемы составить таблицу истинности.
3. Сравнить результат моделирования с теоретической базой.
Для выполнения данного задания в каталоге устройств в поиске
задайте «counter» и выберите следующие компоненты:
• 4017 – счетчик Джонсона;
• 4033 – десятичный счетчик для 7-сегментного индикатора;
• 4040 – 12 битный двоичный счетчик;
• 4518 – 2-10 счетчик.
Для выполнения данного задания также потребуется генератор
прямоугольных импульсов, который находится в вертикальной панели инструментов Generator Mode и называется Pulse. Рекомендуется установить настройки генератора как на рис. 32. И частотомер
из Instruments Mode под названием Counter Timer (рис. 38).
Все остальные элементы уже использовались ранее.
34
Рис. 32. Настройка генератора прямоугольных импульсов,
напряжение высокого уровня 5 вольт, частота 5 герц
Порядок выполнения:
1. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 33 и проведите моделирование.
2. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 34 и проведите моделирование.
3. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 35 и проведите моделирование.
4. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 36 и проведите моделирование.
5. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 37 и проведите моделирование.
35
Рис. 33. Схема подключения счетчика Джонсона
Рис. 34. Схема подключения десятичного счетчика для 7-сегментного
индикатора
36
Рис. 35. Схема каскадирования счетчиков
Рис. 36. Схема подключения 12 битного двоичного счетчика
37
Рис. 37. Подключение двоично-десятичного счетчика к частотомерам
Рис. 38. Настройка частотомера
Контрольные вопросы:
1.
Дайте определение понятию счетчика.
2.
Опишите принцип работы счетчика Джонсона.
3.
Опишите принцип работы Двоично-десятичного счетчика.
4.
Опишите закономерность падение частоты от двоично-десятичного счетчика.
5.
Как реализовать счетчик на J-K триггерах.
6.
Как реализовать счетчик на RS триггерах.
7.
Как реализовать счетчик на D триггерах.
38
Задание 6. Исследование принципов работы микросхем
средней степени интеграции (регистры)
Цель: Исследование принципа работы различных видов регистров.
Задачи:
1. Смоделировать заданные схемы соединения.
2. Для каждой схемы составить таблицу истинности.
3. Сравнить результат моделирования с теоретической базой.
Для выполнения данного задания в каталоге устройств в поиске
задайте «Register» и выберите следующие компоненты:
• 4015 – 4-х битный регистр сдвига с последовательным
вводом и параллельным выводом;
• SGIFTREG_4 – 4-х битнный универсальный регистр сдвига
с последовательно\параллельным вводом и выводом.
Все остальные элементы уже использовались ранее.
Порядок выполнения:
1. Построить электрические соединение, как показано на
рис. 39 и проведите моделирования.
2. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 40 и проведите моделирование.
Рис. 39. Схема подключения 4х битного регистра сдвига серии 4015
39
Рис. 40. Схема подключения 4-х битнного универсального регистра
сдвига
Контрольные вопросы:
1.
Дайте определение понятию регистр.
2.
Опишите принцип работы регистра сдвига.
3.
Опишите принцип работы синхронного регистра.
4.
Опишите принцип работы асинхронного регистра.
5.
Опишите отличие последовательного от параллельного
принципа записи слова.
6.
Как реализовать регистр на J-K триггерах.
7.
Как реализовать регистр на D триггерах.
40
Задание 7. Исследование принципов работы микросхем высокой степени интеграции (память)
Цель: Исследование принципа работы памяти (ЕЕPROM).
Задачи:
1. Смоделировать заданные схемы соединения.
2. Для каждой схемы составить таблицу истинности.
3. Сравнить результат моделирования с теоретической базой.
Для выполнения данного задания в каталоге устройств в поиске
задайте «Memory» и выберите микросхему 27С512. 27C512 является
КМОП микросхемой объемом 512 кбит(64кб х 8).
Для работы с памятью необходимо создать файл наполнения
памяти. Для этого рекомендуется использовать кодировку «Motorola
HEX» или «Intel HEX». Данный файл возможно создать в тактовом
редакторе, например NotePad++. Синтаксис написания достаточно
прост.
:SSAAAATTDDCS – SS размер данных, АААА – начальный адрес, ТТ тип операции (00 – непосредственно вывод данных), DD – выводимые данные, CS – контрольная сумма.
Пример программы:
:01000000DB24
:01000100DB23
:01000200DB22
:01000300DB21
:01000400DB20
:01000500DB1F
:01000600FFFA
:01000700FFF9
:01000800FFF8
:01000900FFF7
:01000A00A352
:01000B00A351
:01000C00A350
41
:01000D00A34F
:01000E00FFF2
:01000F00FFF1
:0100100000EF
:010011007E70
:010012003CB1
:0100130018D4
:0100140000EB
:0100150018D2
:010016003CAD
:0100170018D0
:00000001FF ; обязательная строчка означающая конец программы.
Порядок выполнения:
1. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 41 и проведите моделирование.
2. Построить электрические соединения, как показано на
рис. 42 и проведите моделирование.
Рис. 41. Схема подключения EMPROM
42
Рис. 42. Схема подключения EMPROM к светодиодным матрицам
Контрольные вопросы:
1.
Дайте определение ОЗУ.
2.
Дайте определение ПЗУ.
3.
Какие виды памяти бывают?
4.
Как реализовать каскадирования памяти?
5.
Как увеличить разрядность памяти?
6.
Основные характеристики запоминающих устройств.
43
Список литературы
1. Илюхин, А.В. Логические автоматы. Типовые комбинационные
схемы: учеб. пособие / А.В. Илюхин; МАДИ (ГТУ). – М. 2007. –
132 с.
2. Илюхин, А.В. Логические автоматы. Типовые последовательные схемы: учеб. пособие. Ч.1 / А.В. Илюхин, А.М. Колбасин,
Е.В. Марсова; МАДИ. – М.: МАДИ, 2012. – 97 с.
3. Илюхин А.В. Логические автоматы. Типовые последовательные
схемы: учеб. пособие. Ч. 2. Счетчики / А. В. Илюхин, А. М. Колбасин; МАДИ. – М.: МАДИ, 2013. – 52 с.
4. Илюхин А.В. Логические автоматы. Булева алгебра как математическая система: учеб. пособие / А.В. Илюхин; МАДИ ГТУ. – М.,
2001. – 63 с.
Учебное издание
МАРСОВ Вадим Израилевич
ГЕМАТУДИНОВ Ринат Арифулаевич
СЕЛЕЗНЕВ Виктор Сергеевич
ДЖАБРАИЛОВ Хизар Абубакарович
МОДЕЛИРОВАНИЕ В PROTEUS VSM
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Редактор В.В. Виноградова
Подписано в печать 30.12.2019 г. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 2.75. Тираж 100 экз. Заказ 26. Цена 95 руб.
МАДИ, 125319, Москва, Ленинградский пр-т, 64.
