В. А. Афанасьев multiSim 10. 1: – быстрый старт

VcDDРис. 1.17. Передача данных при проверке на чётность

5. Виды цифрового моделирования в Multisim 10.1

Как известно, подходы к моделированию электронных устройств различаются разной степенью отображения их свойств. Моделирование может быть функциональным, проверяющим правильность логической структуры устройства, или временным, учитывающим задержки сигналов в элементах схемы. Временное моделирование цифровых устройств в программе Multisim осуществляется с использованием осциллографов, а функциональное c помощью различных индикаторов двоичных сигналов и логических анализаторов.

Р
ис. 12. Положение управляющего ключа и фазы моделирования.

Управлять процессом моделирования в Multisim 10.1 можно либо командами меню SIMULATION (RUN - моделирование, PAUSE - приостановка процесса моделирования, STOP – завершение процесса моделирования), либо специальным ключом Simulation Switch (рис. 12), три состояния которого соответствуют указанным командам меню. Надо сказать, что после команды STOP возобновить процесс моделирования можно только с его начала, а после его приостановки – процесс моделирования можно как продолжить (щелчок ЛКМ по затемнённой панельке снимает это затемнение), так и вернуться в исходное состояние (щелчок ЛКМ по клавише переключателя).

В данной работе в основном рассматриваются вопросы функционального моделирования цифровых схем.

6.1. Технология подготовки схемы

Прежде чем создавать чертеж функциональной схемы средствами программы Multisim, необходимо на листе бумаги подготовить ее эскиз с примерным расположением компонентов и с учетом возможности оформления отдельных фрагментов в виде подсхем.

В качестве первого примера ввода схемы в рабочее окно программы выбрано исследование простой схемы одноразрядного мультиплексора MUX (2->1). Подготовленный материал по этой схеме был выполнен в формате Microsoft Word и затем перенесён в окно Description Box программы Multisim. Предварительно, в программе Multisim нужно открыть файл с помощью команды File/New/Schematic Capture c последующим сохранением имени командой File/Save as.

Рис. 13. Окно Description Box, открывающееся командой Tools/Description Box Editor

Окно Description Box (рис. 13) открывается с помощью команды Tools/Description Box Editor. При первом выполнении этой команды возможен неожиданный эффект – всё пространство окна программы может быть забито всевозможными панелями команды View/ Toolbars. Если это случилось, уберите лишние панели, с помощью указанной команды. Затем, с помощью кнопок меню редактора (обратитесь также к Multisim Help соответствующего раздела), перенесите подготовленный материал (таблицы и рисунки переносятся отдельно, полностью документ Word c рисунками и таблицами за один приём, к сожалению, не копируется).

6.2. Простейший формирователь двоичных сигналов на основе интерактивного ключа

В качестве простейшего задатчика входных двоичных сигналов можно использовать двухпозиционный интерактивный ключ Switch (расположение: Basic/Switch/Spdt), коммутирующий логические уровни «1» (H-уровень) и «0» (L-уровень). Схема включения ключа, управляемая клавишей «А», показана на рис. 14

Рис. 14. Задатчик двоичного сигнала на основе интерактивного ключа

Для контроля за работой схемы формирования двоичного сигнала воспользуемся виртуальным логическим пробником Probe_Dig_Red из группы Indicators /Probe /Probe_Dig_Red. Обратите внимание на запись 2,5 v около логического пробника Х1: это пороговое значение напряжения. Пробник не будет светиться, если напряжение на нём меньше порогового, и засветится – при превышении этого уровня. Пробник не потребляет тока, следовательно, не нужно беспокоиться о его воздействии на схему.

6.3. Размещение компонентов схемы

Процесс ввода схемы в рабочее окно программы Multisim начинается с размещения компонентов из библиотеки программы в соответствие с подготовленным эскизом (рис. 13).

1. Размещение логических компонентов из группы TTL.

Вызовем браузер размещения и произведём выбор (рис. 15,а): группа TTL, серия 74STD, компонент 7408N (2 Input AND). Нажмём на кнопку ОК, что приведёт к появлению транспаранта с перечнем секций данного компонента, из которого выберем первую («А»). После этого на кончике курсору вы увидите изображение секции компонента (логического конъюнктора), установите курсор в нужном месте рабочего поля и щёлкните ЛКМ. Всё, одна секция установлена. Однако это снова приведёт к появлению транспаранта с перечнем секций компонента. Повторим вышеуказанные действия по установке следующей секции с обозначением «В» (рис. 15,б). Поскольку необходимости в использовании других секций данного компонента для схемы мультиплексора больше нет, нажмём на копку Cancel.

Рис. 15. Процедура использования браузера базы данных для выбора и размещения секций компонента 7408N.

Заметим здесь, что данная особенность размещения секций компонента определена опцией Continuous placement for multi-section part only на закладке Parts диалогового окна Preferences, вызываемого командой Options/Global Preferences! Если вам это процедура не нравится – снимите действие этой опции.

Далее последовательно разместим из этой же серии по одной секции из компонентов 7432N (2 Input OR) и 7404 (Inverter).

На рис. 16 показано рабочее окно ввода схемы с размещёнными компонентами. Прежде чем перейти к выполнению соединений компонентов проводниками необходимо произвести зеркальное отображение двухпозиционных интерактивных ключей в горизонтальной плоскости с помощью команды Edit/Flip Horizontal.

6.4. «Разводка» схемы, ввод необходимых обозначений и пояснительных надписей

Выполнив соединение входов и выходов компонентов с помощью проводников в соответствие со схемой Mux 2-1-Description (рис. 13), получим схему имитационной модели мультиплексора, изображённой на рис. 17. Как видно из рис. 17, в данной схеме дополнительно произведено переназначение клавиш для управления ключами, а также введено имя H_Level для цепи, соединённой с источником высокого уровня PullUp (уровень логической «1»). Сделать это можно так. Щёлкните ЛКМ по сегменту проводника для его выделения, затем выполните двойной щелчок. Появится ДО цепи Net в поле с опцией Net Name, в которое и нужно ввести и соответствующее имя. Кроме того, с помощью команды Place Schematic/Text в схему для удобства исследования введены дополнительные текстовые обозначения и таблица функционирования мультиплексора (таблицу можно было бы не вводить, но сделано это для удобства моделирования).

Рис. 17. Схема исследования работы MUX (2->1) в окне программы Multisim

Подготовка схемы мультиплексора MUX (2->1) для исследования её логического функционирования можно считать завершенной.

6.5. Моделированию схемы мультиплексора MUX (2->1))

Схема мультиплексора относится к классу комбинационных схем, для которых выходной(ые) сигнал(ы) в любой момент времени однозначно определяется входными сигналами в этот же момент времени, поэтому проверка правильности логического функционирования модели MUX (2->1) осуществляется на предмет её соответствия таблице истинности. Для этого (при включённом режиме моделирования) с помощью интерактивных ключей J1, J2 и J3 задают входные двоичных сигналы, моделирующие переменные D0, D1 и Addr, а цифровым пробником X1 (светится –«1», не светится –«0») – фиксируют значение выходного сигнал F. В принципе, этими пробниками можно было бы индицировать и задание входных уровней напряжения ключами J1, J2 и J3, однако в этом нет необходимости, так как эту функцию наглядно выполняют состояния ключей.

Функциональное моделирование комбинационных схем, в своей практической реализации, значительно проще временного моделирования для этого же класса схем. Указанные виды моделирования усложняются в классе цифровых автоматов с памятью.

7. Формирователи и регистраторы двоичных сигналов

7.1. Генератор слова Word Generator и семисегментный индикатор 16-теричных символов DCD_Hex

Д
ля начала соберём схему, показанную на рис. 18. Схема содержит уже запрограммированный генератор слова Word Generator (XWG1), семисегментный индикатор 16-теричных цифр DCD_Hex и логические пробники X1, … X4. Генератор слова XWG находится на панели инструментов Instruments, откуда снимается щелчком ЛКМ и позиционируется в рабочем окне также щелчком мыши. Генератор слов (лицевая панель генератора открывается двойным щелчком ЛКМ) предназначен для генерации 1024-х 32-разрядных двоичных слов, которые набираются пользователем на экране, расположенном в правой части лицевой панели. Каждый разряд формируется отдельным выходом или каналом, пронумерованными цифрами от 0 до 31. Выход любого канала является независимым от других каналов.

Рис. 18. Схема моделирования работы Word Generator XWG1

Чтобы каналы с номерами 0 – 15 были бы обращены в сторону исследуемой схемы, разверните его командой Edit/Flip Horizontal.

Компонент DCD_Hex представляет собой индикатор с 7 сегментами. Это позволяет подать на его 4 входа двоичный код от 0000 до 1111 (младшая 16-теричная цифра, формируемая каналами 0 – 3 генератора слова), а на буквенно-цифровом дисплее получить 16-теричный эквивалент от 0 до F. Система преобразования двоичного кода 8-4-2-1 в семисегментный (табл. 3) встроена в компонент. Для наглядности, работа семисегментного индикатора контролируется логическими пробниками.

Чтобы начать процесс моделирования работы Word Generator, его надо запрограммировать на выдачу указанной последовательности двоичных комбинаций.

Существует два способа набора кодовых комбинаций.

1. 
   Ручной режим. Выделяется нужная кодовая комбинация, в которой с помощью клавиатуры можно набрать произвольное 8-разрядное 16-теричное число (кнопка Hex в окне Display) или 32-разрядное двоичное (кнопка Binary). Использование десятичных - и ASCII- чисел для нас не будут представлять практического интереса.
   

Преобразование двоичного кода