ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВА- ТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ «КРАСНОДАРСКИЙ КОЛЛЕДЖ ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»
МОДЕЛИРОВАНИЕ В EWB КАК МЕТОД И СРЕДСТВО СО-

ВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ПАВЛЕНКО Наталия Николаевна
1

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание 2 Аннотация 3 1 Введение 4 2 Моделирование как метод познания 4 3 Классификация и формы представления моделей 5 4 Моделирование как метод и средство совершенствования системы обучения 7 5 Заключение 15 6 Используемая литература 16 Приложение 1. Методические указания по работе с программой EWB 17 Приложение 2. Технология подготовки схем в EWB 20 Приложение 3. Методические указания по выполнению лабораторных работ по исследованию цифровых устройств в EWB 30 Приложение 4. Методические указания по выполнению лабораторных работ по исследованию цифровых устройств аппаратно и виртуально 37 2

АННОТАЦИЯ
В представленной методической разработке рассматривается проблема повыше- ния эффективности обучения студентов. Для ее решения предлагается расширить функциональные возможности тра- диционной системы обучения за счет использования тренинговых методов, основан- ных на привлечении ресурсов информационно-коммуникационных технологий. Отмече- ны критерии оценки дидактической эффективности интеграции новых элементов в традиционную систему обучения. 3

1 ВВЕДЕНИЕ
Занимаясь изучением эволюции процесса обучения в условиях постоянного ро- ста объема информации и сокращение времени на ее усвоение, были проанализированы типичные системы обучения и определены их показатели: выявление и использование не - задействованных психологических ресурсов субъектов образовательного процесса и при- влечение перспективных незадействованных перспективных инструментальных средств и методов. Само же развитие процесса обучения происходит путем взаимосвязанных преоб - разований всех ее компонентов: целевого, содержательного, организационно – методиче- ского и аналитико – результативного. Каждая конкретная система обучения имеет вполне определенные возможности для достижения предполагаемого результата, т.е. если мы хотим получить результаты обу - чения заданного уровня и качества, то должны позаботиться о соответствующей системе обучения, функционирование которого обеспечит нужную направленность и интенсив - ность педагогического процесса. Таким образом, если система – это средство достижения цели, то справедливо и обратное утверждение: успешность результата обучающего воздействия определяется функционирующей системой обучения.
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ПОЗНАНИЯ

Моделирование
– это изучение оригинала путём создания и исследования его ко- пии, замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя.
Модель
– это некий заменитель объекта, процесса или явления, который в опреде- ленных условиях может заменить оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала. Слово «модель» происходит от латинского «modulus», что в переводе означает «образец». Иначе говоря, модель – это некоторое упрощенное подобие реального объекта, процесса или явления.
Объект
(от лат. objectum – предмет): 1) то, что существует вне нас и независимо от нашего сознания, явление внешнего мира; 2) явление, предмет, на который направлена чья-нибудь деятельность, чье-нибудь внимание.
Процесс
(от лат. processus – продвижение) – ход, развитие какого-нибудь явления, последовательная смена состояний в развитии чего-либо.
Явление
– всякое обнаруживаемое проявление чего-либо, например, физическое явление, явления природы.
Другие термины:
4

Абстрагирование
– отвлечение от ряда несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих нас свойств и отношений.
Анализ
(один из возможных этапов моделирования) – расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства) с целью их всестороннего изу- чения.
Актуальность
– это характеристика самого процесса моделирования, то есть ис- следование данного объекта, явления может быть актуальным или уже нет.
Идея мысленного эксперимента впервые была выдвинута Г. Галилеем
. Гали- лео Галилей (1564–1642) – итальянский физик, механик, астроном, философ и математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Галилей применил идею мыс- ленного эксперимента к воображаемому телу, которое свободно от всех внешних воздей- ствий. Такой мысленный эксперимент позволил Г. Галилею прийти к идее инерциального движения тела. Также он первым использовал телескоп для наблюдения небесных тел и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. Галилей – основатель эксперимен- тальной физики. Своими экспериментами он убедительно опроверг умозрительную мета- физику Аристотеля и заложил фундамент классической механики.
И. Ньютон использовал идею мысленного эксперимента
и, применив её к идее инерциального движения тела, сформулировал закон (принцип) инерции, который называ - ют также первым законом Ньютона.
Модель «материальная точка»
была придумана, чтобы абстрагироваться от раз- меров объекта при изучении его движения. Следовательно, с помощью модели «матери- альная точка» можно изучать, например, движение и слона, и Земли, и песчинки, а также множества других объектов. Конечно, модель «материальная точка» не является единственной моделью, которую можно построить для перечисленных объектов. Для каж- дого объекта можно создать множество различных моделей в зависимости от целей моде- лирования. Точка на листе бумаги может являться наглядным изображением для абстракт - ной модели «материальная точка». Таким образом, в рамках механики материальная точка – это модель слона, Земли, песчинки.
3 КЛАССИФИКАЦИЯ И ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ
Все модели можно разбить на
два больших класса
: предметные (материальные) и информационные.
ПРЕДМЕТНЫЕ МОДЕЛИ
воспроизводят физические, геометрические, функ- циональные свойства объектов в материальной форме (глобус, макет здания, игрушечный автомобиль и др.).
Натурная модель
относится к предметным, всегда имеет визуальную схожесть с объектом-оригиналом.
Натурное моделирование
представляет собой специально постав- ленные исследования на реальном объекте («на натуре») при специально созданных или подобранных условиях с последующей обработкой результатов эксперимента на основе теории подобия. В натурном моделировании в модели всегда узнается моделируемый объект, то есть модель всегда имеет визуальную схожесть с объектом-оригиналом. На- 5
турное моделирование подразделяется на научный эксперимент, комплексные испытания и производственный эксперимент.
Научный эксперимент
характеризуется широким использованием средств автома- тизации, применением весьма разнообразных средств обработки информации, возможно- стью вмешательства человека в процесс проведения эксперимента. Одна из разновидностей эксперимента
– комплексные испытания
, в процессе ко- торых вследствие повторения испытаний объектов в целом (или больших частей системы) выявляются общие закономерности в характеристиках качества, надежности этих объек - тов. В этом случае моделирование осуществляется путем обработки и обобщения сведе- ний о группе однородных явлений. Наряду со специально организованными испытаниями возможна реализация натур- ного моделирования
путем обобщения опыта, накопленного в ходе производственного

процесса
, т.е. можно говорить о производственном эксперименте. Здесь на базе теории подобия обрабатывают статистический материал по производственному процессу и полу - чают его обобщенные характеристики. Необходимо помнить про отличие эксперимента от реального протекания процесса. Оно заключается в том, что в эксперименте могут по - явиться отдельные критические ситуации и определиться границы устойчивости процесса.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ
представляют объекты или процессы в образ- ной или знаковой форме.
Информационные модели (знаковые)
: описательная, табличная, математическая (интегральная, дифференциальная, имитационная, дискретная и др.).
Описательная информационная модель
– совокупность данных, содержащих текстовую информацию об объекте-оригинале. Для создания описательных информацион- ных моделей используются естественные языки.
Табличная

информационная

модель
– таблица, содержащая информацию об объекте-оригинале.
Математическая информационная модель
– математические формулы, описыва- ющие форму или поведение объекта-оригинала, в том числе имитационная (математиче- ская
)
модель. При имитационном моделировании воспроизводится алгоритм функциони- рования системы во времени – поведение системы; причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последова- тельности протекания, что позволяет по исходным данным получить сведения о состояни- ях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характери- стики системы. Основным преимуществом имитационного моделирования является воз- можность решения сложных задач. Имитационные модели позволяют достаточно просто учитывать такие факторы, как наличие дискретных и непрерывных элементов, нелиней - ные характеристики элементов системы, многочисленные случайные воздействия и дру- гие, которые часто создают трудности при аналитических исследованиях. В настоящее время имитационное моделирование – наиболее эффективный метод исследования систем, а часто и единственный практически доступный метод получения информации о поведе - нии системы.
КЛАССИФИКАЦИИ МОДЕЛЕЙ
6

По фактору времени
модели классифицируются на статические и динамические.
Статические
– это модели, описывающие состояние системы в определенный мо- мент времени (единовременный срез информации по данному объекту). Примеры моде- лей: классификация животных, строение молекул.
Динамические модели
описывают процессы изменения и развития системы (изме- нения объекта во времени). Примеры: описание движения тел, развития организмов, про- цесса химических реакций.
По отрасли знаний
– это классификация по отрасли деятельности человека: мате- матические, биологические, химические, социальные, экономические, исторические и т.д.
По форме представления
– предметные (материальные), мысленные и информа- ционные.
По назначению
– опытная, игровая, учебная.
Опытная
модель – это уменьшенная или увеличенная копия проектируемого объекта. Используется для исследования и прогнозирования его будущих характеристик.
Игровые (ролевые)
модели используют при репетиции поведения объекта в раз- личных условиях.
Учебные
модели используются при обучении профессии, изучении школьного предмета.
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД И СРЕДСТВО СОВЕРШЕНСТВОВА-

НИЯ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ
Учебная деятельность, как и любая другая, определяется мотивами, выраженны- ми через познавательный интерес. Если у студента появляется интерес к предмету, то раз- виваются и мотивы к обучению. В начале познавательной деятельности необходима мотивация действий и поступ - ков, которая направлена на: -обеспечение понимания ценности приобретаемых знаний, умений, опыта творче- ской деятельности; -сознательное отношение к их усвоению; -эмоциональный подъем; -формирование познавательных интересов. Мотивация объясняет направленность действия, организованность и устойчи- вость целостной деятельности, стремление к достижению определенной цели. Формирова- ние у учащихся учебной мотивации без преувеличения можно назвать одной из централь - ных проблем современной школы. Ее актуальность обусловлена обновлением содержания обучения, постановкой задач формирования у школьников приемов самостоятельного при- обретения знаний и развития активной жизненной позиции. Поскольку наиболее острые проблемы в области обучения и воспитания связаны с отсутствием мотивов к получению образования у основной массы учащихся, следствием чего является снижение базовых по- казателей образованности и воспитанности многих студентов, то важность названного 7
критерия становится очевидной. Одним из постоянных сильнодействующих мотивов чело- веческой деятельности является интерес. Применительно к процессу обучения наиболее важным является познавательный интерес. Своевременность обращения к проблеме мотивации обусловлена и теми противо- речиями, которые присущи современному процессу обучения: - между существующей теорией формирования мотивации учения и слабой разра- ботанностью методических основ ее реализации в предметных дисциплинах; - между существующими условиями для формирования положительной мотива- ции к учению и недостаточностью разработки соответствующих учебных технологий; - между необходимостью индивидуального подхода к ученику и массовым харак- тером обучения; - между необходимостью развития творческого потенциала школьника с целью адаптации к жизненным ситуациям и невозможностью ее удовлетворения в связи с сокра - щением бюджета времени, отведенного на изучение предметов. Современными стандартами на подготовку специалистов в Краснодарском колле- дже элекронного приборостростроения предусмотрено изучение дисциплины «Цифровая схемотехника». В программе предмета имеются темы, достаточно сложные для понима- ния и требующие серьезной теоретической математической подготовки; к таким относятся синтез и минимизация цифровых схем, построение электрических и структурных схем ти - повых устройств и узлов цифровой техники. Учитывая возрастные особенности студентов, изучающих указанную дисциплину на втором и в начале третьего курса, и желая повысить интерес к изучаемому предмету, развитию творческого начала студентов, а также в целях расширения кругозора в области применения программных продуктов в различных сферах деятельности, необходимо использовать интерактивные методы обучения. Курс дисципли - ны «Цифровая схемотехника» должен быть направлен на развитие способностей учащих- ся к исследованию, на формирование умений проводить наблюдения, выполнять экспери- ментальные задания, решать прикладные задачи, развивать творческие способности. Я решила рассмотреть вопрос повышения мотивации учения через использование интерактивных технологий, в частности, интерактивных компьютерных технологий, как наиболее импонирующих современным школьникам. Использование современных интерактивных моделей как средство повышения мотивации школьников при изучении технических дисциплин предоставляет возможности реализации развивающих, проблемных технологий, использование информационно-ком- муникационных технологий, Интернет ресурсов, электронных учебников, обучающих про- грамм. Часто изучение нового материала начинается с постановки перед учащимися проблемы, которая решается совместно с ними. Учащиеся "сталкиваются" с трудностями, у них возникает желание найти способы преодоления их, желание приобрести новые, недостающие знания. Усвоение нового материала становится для учащихся мотивирован - ным процессом, вызывающим внимание, сосредоточенность и активность. Использование всевозможных современных интерактивных моделей, обучающих программ в разумном сочетании с традиционными методами позволяют учащимся проявить нестандартность мышления, формировать ярко выраженный мотивационный подход в обучении, развивать логическое мышление. Интерактивное обучение - способ познания, основанный на диалоговых формах взаимодействия участников образовательного процесса; обучение, погруженное в обще- ние, в ходе которого у обучающихся формируются навыки совместной деятельности. Это такой метод, при котором «все обучают каждого и каждый обучает всех». Интерактивное 8
обучение физике в школе служит целям образования и воспитания личности: вооружать учащихся знаниями и умениями, необходимыми для их развития; подготовке к работе и продолжения образования. Сохраняя конечную цель и основное содержание образовательного процесса, ин- терактивное обучение изменяет привычные транслирующие формы на диалоговые, осно - ванные на взаимопонимании и взаимодействии. Характер содержания дисциплины – целостный, логически доказательный. Для освоения такого содержания предпочтительны следующие системы методов и форм обуче - ния: проблемно – сообщающего на лекциях и экспериментального исследования на лабо- раторном практикуме, причем практика должна преобладать в количественном отношении над аудиторными занятиями. Опираясь на имеющуюся материальную базу: универсальные лабораторные стен- ды, методические указания для выполнения лабораторных работ и др. я решила усовер- шенствовать технику и методику проведения лабораторных исследований за счет исполь- зования компьютерного моделирования. Почему я решила, что именно компьютерное мо- делирование способствует повышению эффективности процесса обучения? Для ответа на этот вопрос я обратилась к результатам исследования В.Э.Штейнберга в области инстру - ментальной дидактики. «Развитие дидактики пошло по пути создания различных органи - зационно – методических форм обучения: проблемного, модульного, проектного и т.д. Не- сомненно созданные формы обучения сыграли определенную роль в повышении эффек - тивности обучения, но, учитывая, что основные задачи обучения решаются на уровне ми - кротехнологии процесса восприятия, переработки и применения знаний учащимися, глав - ные барьеры повышения эффективности обучения остались не преодоленными. Эти ба- рьеры – недостаточный объем моделирующих дидактических средств в составе обеспече- ния учебного процесса и недостаточные знания о механизмах мышления человека или ан - тропологических оснований дидактики»[6]. Дело в том, что сам метод моделирования в совокупности с современными методами его реализации, задействуют одновременно несколько каналов связи между внешним и внутренним планами учебной деятельности. На основании этого создаются необходимые психолог – дидактические условия для суще - ственного повышения степени самостоятельности в познавательной деятельности студен - тов, что в свою очередь повышает ее эффективность. Как известно, компьютерные модели с большим диапазоном регулируемых пара- метров являются наглядным представлением реальных цифровых схем. Эти модели задей- ствуют имитационную форму обучения через проведение виртуального эксперимента, ко- торый с одной стороны, готовит студента к реальному эксперименту, дает предваритель- ные результаты, позволяющие в дальнейшем анализировать результаты реального экспе- римента. С другой стороны, виртуальный эксперимент обладает возможностями, которые исключаются в реальном, например, моделирование аварийных режимов работы. Большие возможности содержатся в использовании компьютеров при обучении многим дисциплинам, и «Цифровой схемотехники» в частности. Эффективность при- менения компьютеров в учебном процессе зависит от многих факторов, в том числе и от уровня самой техники, и от качества используемых обучающих программ, и от методики обучения, применяемой учителем. При использовании компьютера образуется связка меж- ду учеником и учителем, между учениками и учителем, где связующим звеном является компьютер. В интерактивном обучении используются: 9
компьютерные модели — это программы, которые позволяют на экране компью- тера имитировать физические явления, эксперименты или идеализированные ситуации, встречающиеся в задачах. виртуальные лаборатории — это более сложные компьютерные программы, кото- рые предоставляют пользователю значительно более широкие возможности, чем компью- терные модели. Работа учащихся с компьютерными моделями и лабораториями чрезвычайно по- лезна, так как они могут ставить многочисленные виртуальные опыты и даже проводить небольшие исследования. Интерактивность открывает перед учащимися огромные позна- вательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Поскольку интерактивное обучение – наиболее современное обучение, поэтому выдвигается гипотеза: через использование современных компьютерных технологий должна повыситься мотивация школьников к изучению «Цифровой схемотехники». Кстати говоря, я не ушла от исследования реальных цифровых устройств, и после компьютерного моделирования студенты проводят эксперименты на реальных макетах, и это сильно усиливает желание работать. Итак, выделим дидактические задачи, которые целесообразно решать с помощью компьютерного моделирования: - выполнение эксперимента в виртуальной среде в качестве самостоятельной под - готовки к выполнению этого же эксперимента на лабораторном оборудовании; - получение предварительных результатов эксперимента для последующего срав- нения с результатом реального; - сокращение времени на обработку результата и оформление отчета; Разработка любого радиоэлектронного устройства сопровождается физическим или математическим моделированием. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, поскольку требуется изготовление макетов и их трудоемкое ис- следование. Часто физическое моделирование просто невозможно из-за чрезвычайной сложности устройств, например, при разработке больших и свербольших интегральных микросхем. В этом случае прибегают к математическому моделированию с использовани- ем средств и методов вычислительной техники. Как показал анализ состояния схемотехнического моделирования, на этапе на- чального освоения методов автоматизированного проектирования и на этапах проведения научно – исследовательских работ целесообразно рассмотреть возможность использования достаточно простых программ для схемотехнического моделирования аналоговых и циф- ровых радиоэлектронных устройств различного назначения Еще в недалеком прошлом, каких-нибудь тридцать лет назад, компьютерное моде- лирование применялось только высококвалифицированными специалистами в научных исследованиях и дорогостоящих технических проектах. Это были космические и ядерные программы, проекты, связанные с созданием новых средств вооружения. Для проведения каждого вычислительного эксперимента создавалось уникальное программное обеспече - ние, и его отличительной чертой был "текстовый интерфейс". Собственно, ничего другого и не могла предоставить инженеру вычислительная техника того времени. Поворотным моментом в технологии компьютерного моделирования стало появ- ление недорогого персонального компьютера с графическим дисплеем, сделавшего воз- можным появление современных визуальных инструментов моделирования. 10
Визуальное моделирование предполагает использование графической формы опи- сания модели и зримого представления результатов исследования. Основным элементом графического представления моделируемой системы в современных средах является структурная схема, построенная из образов отдельных компонентов, соединенных функциональными связями. Для представления результатов используется математическая графика, а также двух- и трехмерная анимация. Ни для кого не секрет, что идеализированная схема проектирования, к ко торой мы все так стремимся, обещающая автоматический синтез системы с заданными свойствами, весьма далека от реальности. Работа проектировщика во многом опирается на интуицию, многотрудный перебор и сравнение множества различных вариантов проектируемой си - стемы в условиях достаточно жестких временных ограничений. Поэтому простота и ско- рость реализации отдельного варианта системы и его оценки прямо влияет на качест во проектирования. Современные инструменты визуального моделирования предоставляют проекти- ровщику новое средство проектирования — виртуальный испытательный стенд, на кото- ром он может проводить эксперименты, используя ту же технологию, что и на обычном испытательном стенде, но значительно быстрее. Характерной особенностью современных технических объектов является рез- кое повышение их логической сложности, связанное с повсеместным внедрением встроенных микропроцессорных систем. Для моделирования объектов с такими свойствами, сочетающих в себе непре- рывные и дискретные аспекты поведения, используется математическая (компьютерная) модель.
Моделью объекта называется любой другой объект, отдельные свойства кото-

рого полностью или частично совпадают со свойствами исходного.
Исчерпывающе полной модель быть не может. Она всегда ограничена и должна лишь соответствовать целям моделирования, отражая ровно столько свойств исходного объекта и в такой полноте, сколько необходимо для конкретного исследования. Исходный объект может быть либо реальным, либо воображаемым. С вооб- ражаемыми объектами в инженерной практике мы имеем дело на ранних этапах проекти- рования технических систем. Модель создается ради исследований, которые на реальном объекте прово дить либо невозможно, либо дорого, либо просто неудобно. В определенном смысле вся научная деятельность сводится к построению и ис - следованию моделей природных явлений; Экспериментировать с реальным объектом часто, в лучшем случае, бывает неу- добно, а иногда и просто опасно или вообще невозможно в силу ряда причин: большой продолжительности эксперимента, риска повредить или уничтожить объект, отсутствия реального объекта в случае, когда он еще только проектируется; построенные модели мо- гут использоваться для нахождения оптимальных соотношений параметров, исследования особых (критических) режимов работы; модель также может в некоторых случаях заме - нять исходный объект при обучении, например, выступать в качестве исследуемого объек- та в виртуальной лаборатории. Модели, реализованные в виде исполняемых модулей, применяются и как имита- торы объектов управления при стендовых испытаниях систем управления, и, на ран- них стадиях проектирования, заменяют сами будущие аппаратно реализуемые системы управления. 11

Компьютерная модель
— это программная реализация математической модели, дополненная различными служебными программами (например, рисующими и изменяю- щими графические образы во времени). Компьютерная модель может входить в состав испытательных стендов, тренаже- ров и виртуальных лабораторий. Этот специальный вид моделей обладает уникальным на- бором полезных свойств. Главным из них является простота создания и модификации мо- дели, заново пишется и изменяется только программа в то время как аппаратура компью- тера остается неизменной. Практически неограниченная функциональная сложность моде- лей и высокая точность получаемых результатов показывает, почему в настоящее время под моделированием почти всегда понимают компьютерное моделирование. Процесс построения и исследования компьютерных моделей в нашей стране при - нято называть вычислительным экспериментом. Его можно представить как последовательность следующих основных шагов: 1. Выделение существенных для данного исследования свойств исходного объекта и по - строение математической модели. 2. Проектирование и отладка компьютерной модели. 3. Оценка адекватности построенной компьютерной модели. 4. Исследование модели. 5. Анализ полученных результатов. Подведение итогов моделирования может привести к выводу, что запланированных экспериментов недостаточно для завершения работ, а возможно и к необходимости вновь уточнить математическую модель. Современные инструменты компьютерного моделирования позволяют в значи- тельной степени автоматизировать проведение вычислительного эксперимента. Анализ практики виртуального эксперимента в ведущих технических университе- тах России, Украины и Болгарии, выполненный по материалам международных конферен- ций [1,2,3,4,5] показал, что EWB наиболее популярная среда схемотехнического модели- рования, кроме того она предваряет работу студентов в среде LabView, которая непремен- но окажет влияние на методику преподавания электротехнических дисциплин в будущем, поэтому после определения задач моделирования я установила, что их решение в полной мере осуществимо в среде схемотехнического моделирования Electronics Workbench (EWB).
Electronics Workbench (EWB)
– разработка фирмы Interactive Image Technologies. Особенностью программы является наличие контрольно – измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенным к их промышленным аналогам. Про- грамма легко осваивается и достаточно удобна в работе. После составления схемы и ее упрощения, моделирование начинается щелчком обычного выключателя. Введение в комплекс выполнения лабораторных работ по дисциплине «Цифровая схемотехника» позволил значительно повысить интерес студентов к изучаемому предмету и специальности в целом, так как появилась возможность воочию увидеть работу результа- ты собственного проектирования, сравнить полученные результаты с ожидаемыми, почув- ствовать значимость выполнения проектных работ. Особенно эффективно выполнение аналогичных лабораторно - исследовательских работ аппаратно и дальнейшее сравнение результатов с полученными при моделировании. Эффект от применения такой методики изучения типовых узлов цифровой техники абсолютно очевиден 12
Конечно, требуется специальная домашняя подготовка студентов перед выполне- нием практической работы, специальная подготовка для работы с программой, а также, разработка подробных методических указаний, критериев оценки выполненной работы. Для удобства к подготовке к работе с программой EWB составлено методическое указание, представленное в приложении 1, а особенности технологии создания схем – в приложении 2. Нужно отметить, что компьютерное моделирование можно выполнить, предвари- тельно подготовившись к этой работе введена теоретическая подготовка, предшествующая эксперименту. В приложении 3 приведены методические указания выполнения некоторых лабо- раторных работ с помощью программы EWB. В своей работе я активно использую программу, разработанную под руко- водством преподавателя колледжа Дуброва Ф.И., позволяющую увидеть работу изучаемо- го устройства с помощью средств вычислительной техники. В приложении 4 приведены методические указания по выполнению лаборатор- ных работ с помощью эмулятора ИМС и аппаратно. Далее приведена схема комплексной лабораторно – практической работы (ЛПР) Таблица 1 Схема комплексной ЛПР Элементы Дидактические задачи Содержание 1. Основные теорети- ческие положения Актуализация теоретической базы знаний Тезисно ориентируют студента на необходимый лекционный материал. Содержат тесты предварительного контроля зна- ний по теме 2. Практическая часть работы Закрепление теоретического материала, отработка использу- емых элементов схем цифро- вых устройств Выполненные каждым студен- том практические самостоя- тельные работы 3. Компьютерное мо- делирование экспери- мента - Самостоятельное выполнение эксперимента в виртуальной среде; -получение предварительных результатов эксперимента; -выводы, выполненные по по- лученным результатам иссле- дования; Пример моделирования экспе- римента в среде EWB 4. Экспериментальная часть работы Получение практических навы- ков экспериментальной рабо- ты: - сборки электронных схем; соблюдение правил электробе- зопасности; анализ результатов и формули- рование выводов; Методические указания по про- ведению эксперимента на лабо- раторном стенде и анализу ре- зультатов, полученных на нем 13
5. Задания для контро- ля и самоконтроля Проверка уровня знаний по теме, выполнение проблем и планирование коррекционной работы Контрольные тесты Из таблицы видно, что в классическую последовательность элементов лаборатор- но – практических занятий введено компьютерное моделирование с целью усиления связи между теорией и практикой. В чем его особенность? Дело в том, что компьютерное моделирование раз- вивает наглядно-образное мышление студентов и занимает промежуточное положе - ние, связывая между собой расчетную и экспериментальную части работы, на которых происходит развитие словестно-логического и наглядно-действенного мышления соот- ветственно. Включение в работу всех типов мышления обеспечивает целостность раз- вития обучаемого через реализацию микротехнологии восприятия, переработки и при - менения знаний. Такова основная позиция, по которой на мой взгляд, компьютерное моделирование развивает традиционную систему обучения в направлении ее гуманизации. В чем отличие предложенной схемы от методик других авторов? Принципиальное отличие заключается в том, что рассматривается моделирование (виртуальный экспери- мент) как неотъемлемую часть всей работы, одним из методов, дополняющих тради- ционные методы проведения ЛПР, т.е. в комплексе с расчетами и реальным экспери- ментом. Существуют и другие точки зрения на применение виртуального эксперимен- та в образовательной практике: 1) как самостоятельной формы эксперимента [2], 2) как дополнение традиционного лабораторного практикума выполнением части работ в виртуальной лаборатории [3, 4,5]. Выделим сильные и слабые стороны названных подходов. Эксперимент толь- ко в среде схемотехнического моделирования – первый подход – целесообразен только в тех случаях, когда проведение данной работы ограничено возможностями имеющегося лабораторного оборудования. Если таких ограничений нет, то проведение только вир- туального эксперимента неоправданно по следующим причинам: - студенты лишаются возможности получения практических навыков работы с электротехническим оборудованием; - у них формируется виртуальное, т.е. «игрушечное» отношение к эксперименту. Сильной стороной данного подхода является самостоятельное совершенство- вание авторами схемотехнической среды моделирования – максимальное ее приближе- ние к реальным приборам и устройствам. Второй подход – выполнение части работ практикума в виртуальной лабора- тории – позволяет значительно расширить тематику экспериментальных исследований. Однако, при проведении только реального, или только виртуального эксперимента имеется возможность решения лишь части дидактических задач. Кроме того, совершен - но очевидно, что для анализа результатов наиболее полные и достоверные данные можно получить только на основании комплексного проведения эксперимента. Для проверки эффективности новой схемы проведения ЛПР я пыталась про- вести ее апробацию и экспериментальное внедрение в образовательную практику, но недостаточное количество времени не дает возможности привести количественные ре - зультаты эксперимента, хотя качественно я должна отметить, что в экспериментальной группе, в которой проводились работы по приведенной методике, т.е. исследование цифро- вого устройства с помощью компютерного моделирования и затем, при помощи аппарат- ных устройств, дает значительно более высокую прочность знаний, повышает познава- 14
тельную активность, уменьшает затраты времени на контроль и анализ результатов обуче - ния.
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанная схема проведения лабораторных работ и опыт ее применения гарантирует дидактическую эффективность интеграции реального и виртуального в лабораторном эксперименте. Сформировалось понимание того, что при разработке лабораторного практикума по любой из электротехнических дисциплин в каждой ра - боте необходимо планировать использование современных сред схемотехнического моде- лирования. Кроме того, потенциал этих сред в области самостоятельного обучения, несо- мненно, будет востребован в курсовом и дипломном проектировании. В итоге мы пришли к следующему выводу: эволюция лабораторного практи- кума происходит в рамках общей тенденции развития учебного процесса – информа- тизации и осуществляется внедрением моделирования в систему методов и форм его организации. При этом виртуальный эксперимент (компьютерная модель) не заменяет реального, а, предваряя его, образует систему обучения с большим спектром дидактиче - ских возможностей, расширяющих внешний и внутренний планы учебной деятельности студентов. 15

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
[1] Сепоян, П.Р. Новые подходы в обучении студентов электротехническим дисциплинам на основе разработок компании National Instruments / П.Р. Сепоян // Тра- диции и педагогические новации в электротехническом образовании (НИТЭ-2006): ма - териалы VII Междун. науч.- методич. конф. / Под общ. ред. Л.Х. Зайнутдиновой; ФГОУ ВПО «АГТУ». Астрахань: Изд-во АГТУ, 2006. – С. 34-35. [2] Кузнецов, Э.В. Компьютерный учебно-методический комплекс «Электротех- ника и электроника» / Э.В. Кузнецов, В.И. Киселев, Е.И. Рослякова // Традиции и педаго - гические новации в электротехническом образовании (НИТЭ-2006): материалы VII Меж- дун. науч.- методич. конф. / Под общ. ред. Л.Х. Зайнутдиновой; ФГОУ ВПО «АГТУ». Астрахань: Изд-во АГТУ, 2006. – С. 276-279. [3] Марченко, А.Л. Разработка дистанционного лабораторного практикума по электротехнике / А.Л. Марченко, Освальд С.В. // Традиции и педагогические новации в электротехническом образовании (НИТЭ-2006): материалы VII Междун. науч.- методич. конф. / Под общ. ред. Л.Х. Зайнутдиновой; ФГОУ ВПО «АГТУ». Астрахань: Изд-во АГТУ, 2006. – С. 298-302. [4] Алтунин, Б.Ю. Методика обучения электротехническим дисциплинам с применением информационных технологий / Б.Ю. Алтунин, Н.Г. Панкова // Традиции и педагогические новации в электротехническом образовании (НИТЭ-2006): материалы VII Междун. науч.- методич. конф. / Под общ. ред. Л.Х. Зайнутдиновой; ФГОУ ВПО «АГТУ». Астрахань: Изд-во АГТУ, 2006. – С. 372-375. [5] Польский, М.А. Методика проведения учебных занятий с применением комбинированных дидактических интерактивных программных систем / М.А. Поль- ский // Современное электронное обучение «Modern (e) Learning»: матер. Междун. конф. – Болгария: FOI ITHEA, 2007. – С. 59-60. [6] Штейнберг, В.Э. Концепция дидактического дизайна / В. Э. Штейнберг // Современный образовательный процесс: опыт, проблемы и перспективы: матер. Межреги- он. науч.- практ. конф. – Уфа: БИРО, 2007. – С. 427-428.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
16

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАБОТЕ С ПРОГРАММОЙ ELECTRONICS

WORKBENCH

Структура окна и система меню
Окно программы
EWB5,0
содержит поле меню, линейку контрольно – измери- тельных приборов которая расположена в одном поле с библиотеками компонентов. В ра- бочем поле программы располагается моделируемая схема с подключенными к ней икон - ками и контрольно – измерительными приборами. При необходимости каждый из прибо- ров может быть развернут для установки режимов его работы и наблюдения результатов. Линейки прокрутки используются только для прокрутки схемы.
Меню FILE
Предназначено для загрузки и записи файлов, получения твердой копии схемы, а также для импорта/экспорта файлов в форматах других систем моделирования и программ разработки печатных плат. Основные команды меню: 1. Первые 4 команды этого меню
New, Open, Save, Save as
– типичные для Windows команды работы с файлами, причем имеются иконки со стандартными изображениями 17
2.
Revent to Saved
… стирание всех изменений, внесенных в текущем сеансе ре- дактирования и восстановление схемы в первоначальном виде. 3.
Print
…вывод данных для вывода на принтер: -
Schematic
- схемы (опция включена по умолчанию); -
Description
- описание к схеме; -
Part list
- перечня выводимых на принтер документов; -
Label list
- списка обозначений элементов схемы; -
Model list
- списка имеющихся в схеме компонентов; -
Instruments
- списка приборов; Возможно также изменить масштаб выводимых на принтер данных в пределах от 20 до 500%.
Меню Edit
позволяет выполнять команды редактирования схем и копирование экрана, это – стандартные команды Windows. Отдельно следует обратить внимание на команду Copy as Bitmap – команда превращает курсор мыши в крестик, которым по правилу прямоугольника можно выде- лить нужную часть экрана, после отпускания левой кнопки мыши выделенная часть копи- руется в буфер обмена, после чего его содержимое может быть импортировано в любое приложение Windows. Копирование всего экрана производится нажатием клавиши Print Screen, копирование активной в данный момент части экрана, например, диалогового окна – комбинацией ALT+ Print Screen.
Меню Circuit
используется при подготовке схем, а также для задания параметров моделирова- ния. 1.
Component Properties
(свойства компонента), включают в себя: -
Label... (CTRL+L)
– ввод позиционного обозначения выделенного ком- понента (например, R1 – для резистора и т.д.) с помощью диалогового окна; -
Value... (CTRL+U)
– изменение номинального значения параметра ком- понента с помощью диалогового окна; -
Model... (CTRL+M)
– выбор модели компонента, команда выполняет-ся также двойным щелчком по компоненту или нажатием кнопки -
Rename
– переименование отмеченной модели компонента; 2.
Rotate (CTRL+R)
– вращение выделенного компонента против часовой стрелки, для измерительных приборов при каждом выполнении команды меня- ются местами клеммы подключения. 3.
Fault (CTRL+F)
– приводятся условия моделирования, что позволяет вы- борочно имитировать ту или другую неисправность; 4. Введены дополнительные команды управления расположением графического изображения компонентов:
Flip Horizontal
–зеркальное отображение компо- нента по вертикали и
Flip Vertical
– то же, но по вертикали. Команды Rotate, Flip Horizontal, Flip Vertical могут выполняться также нажатием кнопок . 5. Команды масштабирования схемы: увеличения
Zoom In
и уменьшения
Zoom

OUT
с указанием масштаба в диапазоне 50-200%. Они могут быть выполнены с помощью мнемонических средств стандартным со 18
обозначением .
Меню Windows
Содержит следующие команды: -
Arrange (CTRL+W)
– упорядочение информации в рабочем окне EWB пу- тем перезаписи экрана, при этом исправляются искажения изображений компонентов и соединительных проводников; -
Circuit –
вывод схемы на передний план; -
Description(CTRL+D) –
вывод на передний план описания схемы или окна – ярлыка для его подготовки; Последующие пункты меню активизируют один из разделов библиотеки компо- нентов.
Меню Analysis
1. В меню
Analysis
перенесены из меню
Circuit
программы EWB4.1 -
Activate (CTRL+G)
– запуск моделирования; -
Stop (CTRL+T)
– остановка моделирования; -
Pause (F9)
– прерывание моделирования; Эти команды могут выполняться также нажатием кнопок . 2.
Analysis Options… (CTRL+Y)
набор команд для установки параметров моде- лирования.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
19

ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ СХЕМ В ЕWB
Прежде, чем создавать чертеж принципиальной схему средствами EWB, необхо - димо на бумаге подготовить ее эскиз с примерным расположением компонентов. В общем случае процесс создания схемы с размещением на рабочем поле EWB компо- нентов из библиотеки программы в соответствии с подготовленным эскизом. Одинна- дцать разделов библиотеки программы поочередно могут быть вызваны с помощью меню Windows или с помощью иконок, расположенных под линейкой контрольно – из- мерительных приборов. Каталог выбранной библиотеки располагается в вертикальном окне справа или слева от рабочего поля (устанавливается в любом месте перетаскивани - ем стандартным способом – за шапку заголовка). Для открытия каталога нужной библиотеки необходимо подвести курсор мыши к соответствующей иконке и нажать один раз ее левую кнопку, после чего серый фон иконки меняется на желтый. Необходимый для создания схемы значок компонента переносится из каталога на рабочее поле программы движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается (для фиксирования символа) и производится двойной щелчок по значку компонента. В устанавливающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры и выбор подтверждается нажатием кнопки
Accept
или клавиши
Enter
. На этом этапе необходимо предусмотреть место для размещения контрольных точек и иконок контрольно–измерительных приборов. Если в схеме используются компоненты одинакового номинала ( например, рези- сторы с одинаковым сопротивлением), то номинал компонента рекомендуется задать непо- средственно в каталоге библиотеки, и затем переносить компоненты в нужном количестве на рабочем поле. Для изменения номинала компонента нужно два раза щелкнуть мышью по симво - лу его графического изображения и в раскрывшемся после этого окне внести изменения. 20
После размещения компонентов производится соединение их выводов про-водни- ками. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно под-ключить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши под-водится к выводу компонента и после появления прямоугольной площадки синего цвета нажимается левая кнопка и появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нем такой же прямоугольной площадки, после чего кнопка мыши отпус - кается, и соединение готово. При необходимости подключения к этим выводам других проводников в библиотеке Passive выбирается точка (символ соединения) и переносится на ранее установленный проводник. Чтобы точка почернела (первоначально она имеет красный цвет), необходимо щелкнуть мышью по свободному месту рабочего поля. Если эта точка действительно имеет электрическое соединение с проводником, то она полно - стью окрашивается черным цветом. Если на ней виден след от пересекающего проводни - ка, то электрического соединения нет и точку необходимо установить заново. После удач - ной установки к точке пересечения можно подключить еще 2 проводника. Если соединение нужно разорвать, курсор подводится к одному из выводов компо- нентов или точке соединения и при появлении площадки нажимается левая кнопка, про- водник отводится на свободное место рабочего поля, после чего кнопка отпускается. Если необходимо подключить вывод к изменяющемуся на схеме проводнику, то проводник от вывода компонента курсором подводится к указанному проводнику и после появления точки соединения кнопка мыши отпускается. Следует отметить, что прокладка прямоугольных проводников производится автоматически, причем препятствия – компо- ненты и другие проводники - огибаются по вертикали или горизонтали. Точка соединения может быть использована не только для подключения проводни- ков, но и для введения надписей (например, для указания величины тока в проводнике). Для этого необходимо дважды щелкнуть по кнопке и в раскрывшемся окне ввести необхо- димую запись (не более 14 символов), причем запись можно смещать вправо путем введе- ния слева нужного количества пробелов. Это свойство может быть использовано и в том случае, когда позиционное обозначение компонента накладывается на рядом проходящий проводник или другие компоненты схемы. Если необходимо переместить отдельный сегмент проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая кнопка и после появления в вертикальной или горизонтальной плоскости двойного курсора производятся нужные перемещения. Подключение к схеме контрольно – измерительных приборов происходит анало- гично. Причем для таких приборов, как осциллограф или логический анализатор со- единения целесообразно проводить цветными проводниками, поскольку их цвет определя - ет цвет соответствующей осциллограммы. Цветные проводники целесообразны не только для обозначения проводников одинакового функционального назначения, но и для про- водников, находящихся в разных частях схемы (например, проводники шины данных до и после буферного элемента). При обозначении компонентов необходимо придерживаться правил, предусмотренных ЕСКД. Трудности возникают при выборе активных элементов – особенно при необходимости использования компонентов отечественного производства, когда требуется установить точное соответствие функциональных обозначений выводов и параметров зарубежных и отечественных компонентов. Для облегчения этой задачи в Приложении 1 приведены таблицы соответствия зарубежных и отечественных компонен- тов. При создании схем в
ЕWB5
удобно пользоваться динамическим меню, которая вызывается нажатием правой кнопки мыши. 21
Команда
ADD <название компонента>
позволяет добавить на рабочем поле компоненты, не обращаясь к каталогу соответствующей библиотеки. Количество команд
ADD <название компонента>
в списке меню определяется количеством типов компонен- тов, уже имеющихся на рабочем поле.
ОПИСАНИЕ БИБЛИОТЕЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ

1. Группа Custom – вспомогательные компоненты
Заполнение раздела моделями компонентов или подсхем осуществляется про- граммой автоматически одновременно с загрузкой схемного файла и очищается после ра- боты с ним.
2.

Группа Sources
содержит источники сигналов, причем, не только источники питания, но и управляемые источники.
3.Группа Basic
- содержит все пассивные компоненты, а также коммутаци- онные устройства. 4.
Группа Diodes -
- диоды. 22

5. Группа Transistors -
- транзисторы, причем не только биполярные, но и полевые. 5.
Группа Analog IСs -
- к ним добавлены две разновидности операционных усилителей. Компаратор напряжения, микросхема для автоматической подстройки частоты.
7.

Группа Mixed ICs -
- микросхемы смешанного типа. В него входят 8- ми разрядный АЦП, два типа ЦАП (с внешними опорными источниками тока или напряжения), мультивибратор и интегральный таймер.
8.

Группа Digital Ics

-
- цифровые микросхемы. Здесь собраны модели цифровых ИМС серий SN74 и CD4000 (отечественные ИМС серий 155 и 176 соответственно). Для конкретных ИМС вместо символов хх ставятся соответ- ствующие номера.
9.

Группа Logic Gates -
- логические цифровые микросхемы. Состоит из моделей базовых логических элементов. И моделей цифровых ИМС ТТЛ – и КМОП – серий. Логические элементы И, И-НЕ (количество входов); 23
Логические элементы ИЛИ, ИЛИ-НЕ (количество входов); Логические элементы исключающее ИЛИ и исключающее ИЛИ-НЕ (количество входов); Логические элементы НЕ, буфер и тристабильный буфер;
10. Группа Digital -
- цифровые микросхемы, сюда входят полусумматоры, полные сумматоры, RS- триггеры, JK- триггеры, D- триггеры различных ти- пов: с прямыми и инверсными входами, со входами предустановки, с прямым и инверсным тактовым входами.
11. Indicators
- - индикаторные устройства .
12. Controls
– аналоговые вычислительные устройства. Кроме аналоговых делительных и множительных устройств, сюда включены дифференциатор, интегратор, масштабирующее звено, формирователь передаточных функций, трехвходовой сумматор и т.д.
13. Miscellaneous
- - компоненты смешанного типа. Сюда входят кварцевый резонатор, набор подсхем в формате SPISE, электровакуумный триод, коллек- торный электродвигатель постоянного тока, фильтры – накопители на переключаемых индуктивностях. 24

КОНТРОЛЬНО – ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Для того, чтобы развернуть рабочее поле измерительных приборов, следует ис- пользовать иконку . Программа содержит цифровой мультиметр, функцио-нальный генератор, двухканальный осциллограф, измеритель амплитудно – частот-ных и фазо – ча - стотных характеристик, генератор слов (кодовый генератор), 8-ми канальный логический анализатор и логический преобразователь. Общий порядок работы с приборами таков: иконка прибора курсором переносит- ся на рабочее поле и подключается проводниками к исследуемой схеме. Для приведения прибора в рабочее (развернутое) состояние необходимо дважды щелкнуть курсором по его иконке.
Мультиметр (Multimeter)
На лицевой панели мультиметра расположен дисплей для отображения результа- тов измерений, клеммы для подключения к схеме и кнопки управления для выбора режима измерения тока, напряжения, сопротивления и ослабления.
Лицевая панель мультивибратора

Функциональный генератор (Function Generator)
- может вырабатывать сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы, предусмотрена возможность изменения амплитуды, частоты, коэффициента запол - нения. 25

Осциллограф (Oscilloscope)-
имеет два канала (
CHANNEL
)А и В с раздельной регулировкой чувствитель- ности в диапазоне от 10мкВ/дел (
mV/Div
) и регулировкой смещения по вертикали (
Y

POS
).
Лицевая панель осциллографа
Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок . Режим
АС
предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока («закрытый вход»). В ре - жиме «0» входной зажим замыкается на землю. В режиме «
DC
» (включен по умолчанию) можно производить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока («открытый вход»). С правой стороны от кнопки
DC
расположен входной зажим. Режим развертки выбирается кнопками . В режиме
Y/T
(обычный ре- жим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вер-тикали – 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 Y/T длительность развертки (
TIME BASE
) может быть задана в ди-апа- зоне от 0,1нс/дел (
ns/div
) до 1 с/дел (
s/div
) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т.е. по оси (
Х POS
). В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим (
TRIGGER
) с запуском раз- вертки (
EDGE
) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала (выби-рается на- жатием 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(
EXT
), подключаемого к зажиму в блоке управления
TRIGGER
. Названные режимы запуска раз- вертки выбираются кнопками . Заземление осуществляется с помощью клеммы
GROUND
. 26
При нажатии на кнопку
ZOOM
лицевая панель осциллографа существенно меня- ется – увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изо-бражения по горизонтали и и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки (они обозначены 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 при- ращениями (между визирными линиями). Изображение можно инвертировать нажатием кнопки
REVERSE
и записать дан- ные в файл нажатием кнопки
SAVE.
Возврат к исходному состоянию осциллографа произ- водится нажатием кнопки
REDUCE
.
Генератор слова (Word Generator)
Предназначен для генерации 16-ти разрядных двоичных слов. Каждая кодовая комбинация заносится с помощью клавиатуры, номер редактируе- мой ячейки фиксируется в окошке
EDIT
блока
ADRESS
.
Лицевая панель генератора слова
В процессе работы генератора в отсеке
ADRESS
индицируется номер теку-щей ячейки (
CURRENT
), ячейки инициализации или начала работы (
INITIAL
) и конечной ячейки (
FINAL
) . Выдаваемые на 16 выходов (в нижней части генератора) кодовые ком- бинации индицируются в текстовом
(ASCIL
) и двоичном коде (
BINARY
). Здесь возможен внешний запуск (нажата кнопка
External
) по готовности данных (клемма
DATA READY
). Сигнал с этого выхода сопровождает каждую вы-даваемую на выход кодовую комбинацию и используется в том случае, когда иссле-дуемое устройство обладает свойством квитирования (подтверждения). В этом слу-чае после получения оче- редной кодовой комбинации и сопровождающего его сигна-ла
DATA READY
исследуе- мое устройство должно выдать сигнал подтверждения получения данных, который подает- ся на вход синхронизации генератора (клемма в блоке
TRIGGER
) и производит очередной запуск генератора. Кнопка
BREAKPOINT
–прерывание работы генератора в указанной ячейке. При этом требуемая ячейка выбирается на дисплее генератора курсором, а затем нажимается кнопка
BREAKPOINT
. После нажатия кнопки
PATTERN
вызывается меню, в котором обозначено:
Clear butter
– стереть содержимое всех ячеек (содержимое буфера экрана); 27

Open –
загрузить кодовые комбинации (из файла с расширением .dp);
Save –
записать все набранные на экране комбинации в файл;
Up counter –
за- полнить буфер экранакодовыми комбинациями, начиная с 0 в нулевой ячейке и далее с прибавлением 1 в каждой последующей ячейке;
Down counter -
заполнить буфер экранакодовыми комбинациями начиная с FFFF в нулевой ячейке и далее с уменьшением 1 в каждой последу-ющей ячей- ке;
Shift right –
заполнить каждые 4 ячейкикомбинациями 1-2-4-8 со смещением их в следующих ячейках вправо;
Shift left –
то же самое, но со смещением влево;
Окно переустановок генератора слова

Логический анализатор (Logic Analyzer)
Анализатор предназначен для отображения на экране монитора 16-разрядных ко- довых последовательностей одновременно в шестнадцати точках схемы,
Лицевая панель логического анализатора
Анализатор снабжен двумя визирными линейками, что позволяет получать точные отсчеты временных интервалов Т1,Т2 и Т2-Т1, а также – линейной прокрут-кой по гори - зонтали, что позволяет анализировать процессы на большом временном интервале. В блоке
Clock
имеются клеммы для получения как обычного (
Extend),
так и изби- рательного (
Qualifier)
источника запускающих сигналов, параметры которых могут быть установлены с помощью следующего меню, вызываемого кнопкой
Set
. 28

Меню установки параметров запускающих сигналов
Запуск генератора можно производить по переднему
(Positive)
или заднему фронту
( Negative)
запускающего сигнала с использованием внешнего
(External)
или вну- треннего
(Internal
) источника. В окне
Clock qualifier
можно установить значение логиче- ского сигнала (0,1 или Х), при которых 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, С можно задать нужные двоичные 16-ти разрядные комбинации сигналов, а затем в строке
Trigger

combinations
установить дополнительные условия отбора:
A OR B –
запуск анализатора от канала А или В;
A THEN B -
запуск анализатора от канала А, если сигнал в канале В равен 1;
(A OR B) THEN C -
запуск анализатора от канала А или В, если сигнал в ка- нале С равен 1
Логический преобразователь (Logic Converter)
На лицевой панели преобразователя показаны клеммы-индикаторы входов А, В, …,Н и одного выхода
ОUT
, экран для отображения таблицы истинности исследу-емой схемы, экран-строка для отображения его булева выражения (в нижней части). В правой части панели расположены кнопки управления процессом преобразования (
Conversions).

Лицевая панель логического преобразователя
Возможные варианты использования преобразователя: 29

1.
Логический анализ n-входового устройства с одним выходом и (входы иссле- дуемого устройства подключаются к клеммам А,…,Н, а выход к клемме ОUT). В этом случае используя кнопки управления, получим: - таблицу истинности исследуемого устройства; - булево выражение, реализуемое устройством; - минимизированное булево выражение; - схему устройства на логических элементах без ограничения их типа; - схему устройства только на логических элементах И-НЕ.
2.
Синтез логического устройства по таблице истинности. - щелчком мыши по клеммам А,В,…,Н, начиная с клеммы А активизируем мы- шью требуемое число входов анализатора, в результате чего на экране анали- затора получим начальную таблицу истинности, в которой будут представле- ны все возможные комбинации входных сигналов и соответствующие им зна- чения логических сигналов (0 или 1 ) в столбце OUT. - отредактируем полученную таблицу в соответствии с заданием путем записи 1,0 или Х в столбце
OUT
в строках, которые по комбинациям входных сигна- лов соответствуют заданным.
3.
Синтез логического устройства по булеву выражению. - булево выражение заносится в экран – строку, предварительно активизи-руя там мышью курсор. Используются символы А,В.,…Н, при инверсии ставится одинарная кавычка; - нажимая кнопку получаем таблицу истинности. Далее выполняются команды, начиная с 1 пункта. 30

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО

ИССЛЕДОВАНИЮ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ С ПОМОЩЬЮ EWB

1

Методические указания к лабораторной работе по исследованию интегральных

регистров

Цель работы:
отработать практические навыки работы с программой Electronics Work- bench, изучить работу универсального регистра в различных режимах и особенности его подключения.
Порядок выполнения работы
1. Изучить порядок работы с программой Electronics Workbench. 2. Изучить УГО, режимы работы и возможности исследуемого регистра К155ИР13; зарубежный аналог - SN74198. SO SR A QA B QB C QC D QD CLK GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vcc SL S1 H QH G QG F QF E QE CLR 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 74198 C DR DL S1 S0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 11 2 22 23 1 3 5 7 9 15 17 19 Q0 Q1 G2 Q3 Q4 Q5 Q6 4 6 8 10 14 16 18 RG D7 21 Q7 20 К155ИР13 Изучить таблицу истинности работы регистра Режим работы вход выход С R SO SI DSR DSL Dn QO Q1-Q6 Q7 Сброс X 0 X X X X X 0 0-0 Хранение
1
1 0 0 X X
X
qO ql-q6 q7 Сдвиг влево 1 1 0 1 X 0
X
0 qO-q5 q6 1 1 0 1 X 1
X
1 qO-q5 q6 Сдвиг вправо
1
1 1 0 0
X

X

ql
q2-q7 1 1 1 0 1
X

X
ql q2-q7 Параллельная загрузка 1 1 1 1 X X qO qO ql-q6 q7 4. Разместить на рабочем поле EWB исследуемый регистр, для чего: - выбрать каталог компонентов цифровых ИМС DigitalICs$ - выбрать в каталоге серию 741хх и перенести объект на рабочем поле EWB; - в открывшемся перечне регистров выбрать 74298 (8-bit Shift Reg shl/shrctrl) и на- жать кнопку Accept. 31
5. Исследовать регистр в режимах: - параллельная загрузка; - сдвиг влево; - сдвиг вправо; Подключение регистра осуществляется согласно таблице истинности, а исследование - с помощью генератора слова и логического анализатора. 6. Привести приборы в развернутое состояние и задать код числа, согласно варианту или указанию преподавателя: - 1 вариант 10010101 - 2 вариант 11011010 - 3 вариант 00111010 - 4 вариант 10001011 - 5 вариант 11001110
4.
Получить на экране логического анализатора изображение импульсных после - довательностей с каждого выхода регистра после каждого режима подключе- ния. Убедиться в том, что заданные режимы действительно имеет место Таблица соответствия интегральных отечественных микросхем регистров зару - бежным
Обозначения отечественных микросхем

Зарубежные аналоги
К555ИР9 74165 К155ИР10 74166 К155ИР13 74198
Содержание отчета
1. Номер, наименование работы 2. Номер по журналу студента и номер выполняемого варианта 3. Задание согласно заданному варианту 4. Условное графическое обозначение исследуемой микросхемы: отечественное и зарубежное, назначение выводов 5. Твердая копия результатов исследования схемы 32

2 Методические указания к лабораторной работе по исследованию интегральных

двоичных счетчиков

Цель работы:
отработать практические навыки работы с программой Electronics Work- bench, изучить работу двоичных интегральных счетчиков в различных ре- жимах и особенности его подключения.
Порядок выполнения работы
1. Изучить порядок работы с программой Electronics Workbench, 2. 2. Изу- чить условное графическое обозначение, режимы работы и возможности иссле- дуемого интегрального счетчика Номер варианта исследуемого счетчика задается таблицей 1 и преподавателем. В приложении 1 приводится условное графическое обозначение и характеристики исследуемого счетчика, назначение выводов и та- блица истинности его. Необходимо начертить условное графическое обозначение зарубежного аналога данного счетчика, пользуясь справочником, сравнить его с отечественным и проанализировать различия. 3 Разместить на рабочем поле EWB исследуемый счетчик, для чего: - выбрать каталог библиотеки компонентов - цифровые микросхемы; - перенести из каталога на рабочее поле программы символ с обозначением 741хх движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается (для фиксирования символа), и произвести двойной щелчок по значку компонента; - в раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются необходимый тип ми- кросхемы. Выбор подтвердить нажатием кнопки Accept; 4 Создать схему электрическую принципиальную устройства на основе инте- гральных микросхем счетчиков согласно заданному варианту. 33
5 Подключить приборы к входам и выходам счетчика. Отмоделировать получен- ную схему. Получить на экране логического анализатора выходные сигналы счетчика и его входные сигналы.
Пример схемы электрической принципиальной исследования интегрального счетчи-

ка К555ИЕ6

Пример временных диаграмм работы исследуемого счетчика
6 Получить твердые копии результатов исследования счетчика с помощью про- граммы EWB. 34

Содержание отчета
1. Номер, наименование работы 2. Номер по журналу студента и номер выполняемого варианта 3. Задание согласно заданному варианту 4. Условное графическое обозначение исследуемой микросхемы: отечественное и зарубежное, назначение выводов 5. Твердая копия результатов исследования схемы
Таблица соответствия интегральных отечественных микросхем счетчиков

зарубежным

Обозначения отечественных микросхем

Зарубежные аналоги
К555ИЕ2 7490 К155ИЕ5 7493 К155ИЕ9 74160 К155ИЕ18 74163 К155Ие17 74169 К155ИЕ6 74192
3 Методические указания к лабораторной работе по исследованию двоичных счет-

чиков на интегральных триггерах с помощью ЕWB

Цель работы:
отработать практические навыки работы с программой Electronics Work- bench, изучить работу создания различных схем двоичных счетчиков на основе интегральных триггеров
Порядок выполнения работы
1. Изучить порядок работы с программой Electronics Workbench, 2. Изучить условное графическое обозначение, режимы работы и возможности исследуемого интегрального триггера, используемого для построения двоичного счетчика. Номер варианта задается таблицей 1 и преподавателем. Необходимо начертить условное графическое обозначение зарубежного аналога триггера, пользуясь справочником, сравнить его с отечественным и проанализировать раз- личия. 3 Создать на рабочем поле EWB схему заданного регистра , для чего: - выбрать каталог библиотеки компонентов - цифровые микросхемы; - перенести из каталога на рабочее поле программы символ с обозначением 741хх движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка 35
отпускается (для фиксирования символа), и произвести двойной щелчок по значку компонента; - в раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются необходимый тип ми- кросхемы. Выбор подтвердить нажатием кнопки Accept; - Подключить приборы к входам и выходам полученного двоичного счетчика. Отмоделировать полученную схему. Получить на экране логического анали- затора выходные сигналы регистра и его входные сигналы. - Таблица 1
Вари-

ант

Тип счетчика

Разряд-

ность

счетчика

Тип

триггера

Зарубеж-

ный аналог

Характеристика

триггера
1 Вычитающий 4 555ТВ6 74107 Два JK – триггера с раздель ной установкой 0 2 Вычитающий 4 555ТМ2 7474 Два D - триггера 3 Суммирующий 8 155ТМ7 7475 Четыре D – триггера с пря мыми и инверсными выхода ми 4 Вычитающий 12 155ТМ9 74174 Шесть D - триггеров 5 Суммирующий 4 155ТВ9 74112 Два JK - триггера 6 Вычитающий 4 155ТМ8 74175 Четыре D - триггера Пример функциональной схемы суммирующего двоичного счетчика на основе D – тригге- ров 36

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ

РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ АППАРАТНО И ВИР-

ТУАЛЬНО

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель работы:
изучить работу логических элементов практически и научиться пользоваться справочниками по интегральным микросхемам
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1.

Исследование конъюнкторов.
1.1. Установить на макете сменную панель с обозначениями конъюнкторов согласно рисунку 1. Рисунок 1 37
1.2. Включить макет тумблером, находящимся справа на боковой панели. При этом на индикаторе должна появиться надпись ”Выбор устройства”. 1.3. Нажимая кнопку ”В”, установить на индикаторе надпись ”2И, 3И, НЕ”. 1.4. Исследовать работу элемента 2И, для чего составить таблицу истинности со все- ми возможными сочетаниями аргументов, и затем, подавая последовательно зна- чения аргументов, заполнить таблицу 1. 1.5. Написать аналитическую функцию, по которой будет работать исследуемое устройство. Таблица 1
Элемент 2И

Элемент 3И

Элемент НЕ
X1 X2 Y X1 X2 X4 Y X Y
Исследуемая функция

Исследуемая функция

Исследуемая

функция
1.6. Повторить переход 1 для элемента 3И и НЕ.
2.

Исследование дизъюнкторов и сумматора по модулю 2.
2.1. Установить на макете сменную панель с обозначениями дизъюнкторов. 2.2 Повторить переходы 1.4 – 1.6 для исследуемых элементов, заполняя табли- цу 2. Таблица 2 Элемент 2ИЛИ Элемент 3ИЛИ Сумматор по модулю 2 X1 X2 Y X1 X2 X4 Y X1 X2 Y Исследуемая функция Исследуемая функция Исследуемая функция 2.2. Сделать вывод полученным результатам об алгоритме работы исследуемых элементов. 2,4 Выключить макет.
3. Исследование логических элементов в динамическом режиме с помощью спе-

циальной программы “Эмулятор ИМС”.
3.1 Запустить программу Simulator IMS; 3.2 Активизировать группу ИМС «Логические элементы» согласно рисунку 2. 38
Рисунок 2 3.3 Активизировать логический элемент согласно рисунку 3. Рисунок 3 3.4 Исследовать работу микросхемы К155ЛА3 в статическом режиме . Микросхема К155ЛА3 является одной из простейших и широко распростра- ненных. Она содержит в своем составе четыре двухвходовых элемента И-НЕ (эле- мент Шеффера). В соответствии со схемой логический уровень с выхода каждого предыдущего элемента подается на один из входов последующего. Входная двоичная последо- вательность задается кнопками, соответствующими входам X1 , X2 , X4 , X6 , X8. Выходная последовательность отображается на индикаторах, соответствующих выходам Y1-Y4 Подавать на входы схемы (X1-X8) различные комбинации импульсных сиг- налов. Глядя на выходные последовательности (выходы Y1-Y4) убедиться, что схема реализует логическую операцию И-НЕ и заполнить таблицу, аналогичную таблице 1, в котором должны быть все возможные сочетания входных аргументов и соответствующие им значения функций. 3.5 Для исследования микросхемы в динамическом режиме необходимо нажать кноп- ку "Осциллограф". Зарисовать осциллограммы в отчет в масштабе для двух сочетаний аргументов согласно таблице 3, при этом обозначить расположение 3.6 Сделать вывод по полученным результатам
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТРИГГЕРОВ
39

Цель работы:
получить практические навыки исследования интегральных триггеров, а также ознакомиться с законами их функционирования.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1.
Предварительно подготовиться к лабораторной работе, изучив принцип работы триггеров различных типов согласно Приложению 1 и конспекту, а также состав, функциональное назначение интегрального триггера К155ТМ2.
2. Исследование RS- и D – триггеров в статическом режиме
2.1 Установить на макете сменную панель с обозначениями суммирующего счетчика согласно рисунку 1. Рисунок 1 2.2 Включить макет тумблером, находящимся справа на боковой панели. При этом на индикаторе должна появиться надпись ”Выбор устройства”. 2.3 Нажимая кнопку ”В”, установить на индикаторе надпись ” Триггеры”.
2.5 Исследовать работу RS-триггера в статическом режиме, для чего:
Подавая различные сигналы на вход RS-триггера, фиксировать выходные сигна- лы триггера по выходным индикаторам; результаты занести в таблицу 1.
Таблица 1
S R Q -- Q 1 0 0 1 1 0 1 1 2.6
Исследовать работу D -триггера в статическом режиме, для чего:


подавая различные сигналы на вход D -триггера, фиксировать выходные сигна- лы триггера по выходным индикаторам; результаты занести в таблицу 2. Таблица 2 Входы Выходы -- 40
D C Q Q 1 0 -1 0 0-1 1 0 0 0 3.
Исследование триггера К555ТМ2 с помощью специальной программы “Эмуля-

тор ИМС”.
3.1 Запустить программу Simulator IMS; 3.2 Активизировать группу ИМС «Триггеры» согласно рисунку 2. Рисунок 2 3.3 Активизировать триггеры согласно рисунку 3 Рисунок 3
4. Исследовать работу триггера К555ТМ2 в статическом режиме, для чего:
4.1 Подавать на входы D триггера сигналы согласно таблице 3, при этом фиксировать выходные сигналы триггера по индикаторам на выходе. 4.2 Сделать вывод по полученным результатам при исследовании триггеров в стати- ческом режиме. Таблица 3 Входы Выходы -- -- -- 41
D C S R Q Q 1 0-1 0 0 0 0-1 0 0 1 0-1 1 0 1 0-1 0 1 1 0-1 1 1 0 0-1 1 1
4. Исследовать работу D – триггера в динамическом режиме, для чего:
4.1 Для снятия временных диаграмм служит кнопки "Осциллограф". На экране по - явится окно осциллографа с соответствующими диаграммами. Сюда входят диа- граммы: входов синхронизации С, входов установки в 1 – S и в 0 – R, а также ин- формационного входа D и выходов прямого и инверсного Q и Q соответственно. 4.2 Начертить осциллограммы входных и выходных сигналов триггера.
5. Исследовать D – триггер в счетном режиме, для чего:
5.1 Соединить переключателем на экране согласно рисунку 2 инверсный выход триггера и информационный вход D . 5.2 Начертить осциллограммы триггера, работающего в счетном режиме.
6. Сделать вывод по полученным осциллограммам, обращая особое внимание на

зависимость формы выходных сигналов триггера от сочетания входных.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ДЕШИФРАТОРОВ

Цель работы:
получить практические навыки исследования интегральных де- шифраторов, а также ознакомиться с законами их функциониро- вания. Исследовать интегральный дешифратор К155ИД4 в дина- мическом режиме.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Исследование дешифраторов с помощью макета
1.1 Установить на макете сменную панель с обозначениями дешифраторов соглас- но рисунку 1 Рисунок 1 1.2 Включить макет тумблером, находящимся справа на боковой панели. При этом на индикаторе должна появиться надпись ”Выбор устройства”. 1.3 Нажимая кнопку ”В”, установить на индикаторе надпись ”Дешифратор ”. 42
1.4 Исследовать работу дешифратора, для чего составить таблицу истинности со всеми возможными сочетаниями входных, и затем, подавая последовательно зна- чения аргументов, заполнить таблицу 1. Таблица 1
Входные сигналы

Выходные сигналы

1

2

4

Е

0

1

2

3

4

5

6

7

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0
1.5 Сделать вывод о принципе работы дешифратора 1.
Исследование работы интегрального дешифратора К555ИД7 с помощью эму-

лятора ИМС в статическом режиме.
2.1 Запустить программу Simulator IMS; 2.2 Активизировать группу ИМС «Дешифратор» согласно рисунку 2. Рисунок 2 2.3 Активизировать дешифратор согласно рисунку 3. 43
Рисунок 3 2.4 В соответствии со схемой на входы 1, 2, 3 подается двоичный трехразряд- ный код, соответствующий числам 0, 1, 2 ... 7. Состояние выходов дешифратора отображается на индикаторах. Изменение входного кода производится кнопками, соответствующими разрядам входного кода дешифратора. Для работы дешифрато- ра необходимо чтобы на входы разрешения E1 , E2 , E3 были поданы активные уровни сигнала. 2.
Исследование трехразрядного дешифратора с тремя входами разрешения с по-

мощью эмулятора ИМС в динамическом режиме.
3.1 Подать на входы дешифратора любую комбинацию входных сигналов, а на входы разрешения – активные уровни. 3.2 Нажать на кнопку "Осциллограф", на экран будет выведено окно с временны- ми диаграммами работы дешифратора. Зарисовать диаграммы в отчет в масштабе. 3.3 Сделать вывод о работе интегрального дешифратора К555ИД7.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 4

ИССЛЕДОВАНИЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ

Цель работы:
исследовать работу мультиплексоров в статическом и динамиче- ском режиме
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1 .Исследование мультиплексоров в статическом режиме с помощью макета.
1.1 Установить на макете сменную панель с обозначениями мультиплексоров со- гласно рисунку 1 Рисунок 1 44
1.2 Включить макет тумблером, находящимся справа на боковой панели. При этом на индикаторе должна появиться надпись ”Выбор устройства”. 1.3 Нажимая кнопку ”В”, установить на индикаторе надпись ” Мультиплексор ”. 1.4 Установить на информационных входах мультиплексора слово, согласно задан- ному варианту и таблице 1 (слово задано шестнадцатиричным кодом). Таблица 1 Вариант Заданное слово 1 А4H 2 С7H 3 6DH 4 A5H 5 9EH 6 3FH 7 2BH 8 1DH 9 87H 10 34H 1.5 Устанавливая на адресных входах последовательно все возможные комбина- ции их, составить таблицу истинности работы мультиплексора. Результаты за- нести в таблицу 2. 1.6 Сделать вывод о порядке работы мультиплексора Таблица 2 Информационные входы Адресные входы Выход A4 A2 A1 DО DI7 0 0 0 DI6 0 0 1 DI5 0 1 0 DI4 0 1 1 DI3 1 0 0 DI2 1 0 1 DI1 1 1 0 DI0 1 1 1 2
Исследование мультиплексоров в статическом и динамическом режиме с помо-

щью специального симулятора ИМС.
2.1 Запустить программу Simulator IMS; 2.2 Активизировать группу ИМС «Мультиплексоры» согласно рисунку 2. 45
Рисунок 2
2.3
Активизировать мультиплексор согласно рисунку 3. Рисунок 3
2.4 Исследовать мультиплексор в статическом режиме с помощью про-

граммы «Симулятор ИМС».

2.4.1
В статическом режиме исследовать работу обоих мультиплексоров Логиче- ские уровни на входах мультиплексоров задаются кнопками В0-В3 (для первого мультиплексора) и С0-С1 (для второго мультиплексора). При нажатии кнопок логические уровни на входах инвертируются. После установки необходимых входных последовательностей кнопками, со- ответствующими адресным входам А0-А1 задается двоичный адрес коммутиру- емого сигнала для обоих мультиплексоров. Если выходы мультиплексоров ак- тивны (т.е. на входах разрешения присутствуют логические нули), то логиче - ские сигналы с адресуемых входов из групп В0-В3 и С0-С3 подаются на соот- ветствующие выходы мультиплексоров и отображаются на индикаторах. Если выход какого-либо мультиплексора пассивен, то на его выходе всегда присут- ствует уровень логического нуля, и в строка состояния возникает сообщение о пассивности данного выхода. Кнопка "ОД" позволяет более удобно задавать все возможные комбинации адресов. С каждым нажатием код адреса, подаваемый на входы А0-А1 инкре- ментируется, а по достижении четырех сбрасывается в ноль.
2.4.2
Установить необходимые информационные сигналы на входах В0 – В3, С0 – С3 согласно таблице 3 и заданному варианту (коды заданы в шестнадцатирич- ной системе счисления).
2.4.3
Кнопками, соответствующими адресным входам А0-А1 задается двоичный ад- рес коммутируемого сигнала для обоих мультиплексоров. Если выходы мульти- плексоров активны (т.е. на входах разрешения присутствуют логические нули), то логические сигналы с адресуемых входов из групп В0-В3 и С0-С3 подаются 46
на соответствующие выходы мультиплексоров и отображаются на индикаторах. Результаты исследования мультиплексоров занести в таблицу 4.
Примечание.

При исследовании мультиплексоров в статическом режиме необходимо на входы

разрешения подать активные уровни.

В выводе обязательно указать, как будет работать мультиплексор при подаче на

эти входы пассивные уровни.

2.5 Исследовать мультиплексор в динамическом режиме.

2.5.1
Задать входные последовательности на входах мультиплексоров, после этого необходимо нажать кнопку "Осциллограф". На экран будет выведено окно осциллографа, содержащее временные диаграммы. Если какой-либо из выходов мультиплексора пассивен (логическая "1" на входах S1 или S2), то убедиться на примере временных диаграмм в пассивности соответствующего выхода (Y1, Y2). 2.5.2 Зарисовать осциллограммы в отчет, соблюдая временные соотношения. Таблица 3 Вариант В0 – В3 С0 – С3 1 А 5 2 B 6 3 C 7 4 D 8 5 E 9 6 F A 7 1 B 8 2 C 9 3 D 10 4 E Таблица 4 Входы разреше- ния Информационные входы Адрес- ные вхо- ды Выхо- ды S1 S2 В 3 В 2 В 1 В 0 С 3 С 2 С 1 С 0 А1 А0 Y 1 E 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1
3

Исследовать мультиплексор в динамическом режиме.

4.1
Задать входные последовательности на входах мультиплексоров согласно та- блице 3 и заданному варианту, после этого необходимо нажать кнопку "Ос- циллограф". На экран будет выведено окно осциллографа, содержащее вре- менные диаграммы. Если какой-либо из выходов мультиплексора пассивен (логическая "1" на входах S1 или S2), то убедиться на примере временных диаграмм в пассивности соответствующего выхода (Y1, Y2). 4.2 Зарисовать осциллограммы в отчет, соблюдая временные соотношения (сиг- налы на входах разрешения - активные). 47

5.

Сделать вывод о порядке работы мультиплексора

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ И СДВИГОВЫХ РЕГИСТРОВ

Цель работы
: получить практические навыки исследования интегральных реги- стров, а также ознакомиться с законами их функционирования
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:
1. Предварительно подготовиться к лабораторной работе, изучив принцип работы реги- стров различных типов согласно Приложению 1 и конспекту.
2. Исследование параллельного регистра с помощью макета
2.1 Установить на макете сменную панель с обозначениями параллельных регистров согласно ри - сунку 1. Рисунок 1 2.2 Включить макет тумблером, находящимся справа на боковой панели. При этом на ин- дикаторе должна появиться надпись ”Выбор устройства”. 2.3 Нажимая кнопку ”В”, установить на индикаторе надпись ”Регистр параллельный ”. 2.4 Исследовать работу регистра, для чего подавать на вход регистра слова согласно та- блице 1 и заданному варианту. Сделать вывод о процедуре записи числа в параллель- ный регистр.
3.Исследование последовательно - параллельного регистра в статическом режиме.
1.1 Установить на макете сменную панель с обозначениями последовательно – параллельных регистров согласно рисунку 2. Рисунок 2 3.2 Включить макет тумблером, находящимся справа на боковой панели. При этом на индикаторе должна появиться надпись ”Выбор устройства”. Нажимая кнопку ”В”, установить на индикаторе надпись ”Регистр послед.- парал.”. 3.3 Исследовать работу регистра в сдвиговом режиме, для чего подавать на вход DI реги- стра первое слово согласно таблице 1 и заданному варианту. Подавая импульсы кноп- 48
кой С, фиксировать состояние регистра и составить таблицу последовательной записи за 8 тактов (один цикл) в таблицу 2. 3.4 Сделать вывод о процедуре записи числа в последовательно – параллельный регистр, о направлении сдвига в исследуемом регистре, а также – о назначении и особенностях входа R. Таблица 1 Вариант Входные слова Вариант Входные слова 1 А1 В3 25 6 29 11 B7 2 34 С7 F6 7 F0 0D A6 3 10 D4 A5 8 D3 2E 93 4 26 E4 D6 9 A7 E9 67 5 51 F2 B3 10 C5 28 DE Таблица 2
Входное сло-

во

СИ

DO0

DO1

DO2

DO3

DO4

DO5

DO6

DO7

1-й

2-й

3-й

4-й

5-й

6-й

7-й

8-й

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 6
49

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕВЕРСИВНЫХ И УНИВЕРСАЛЬНЫХ РЕГИСТРОВ

Цель работы:
получить практические навыки исследования интегральных реги- стров, а также ознакомиться с законами их функционирования
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:
1. Подготовиться к лабораторной работе, изучив принцип работы регистров различ- ных типов согласно Приложению 1 и конспекту, а также состав, функциональное назначение универсального регистра К155ИР13.
2. Исследование универсального регистра в статическом режиме
2.1 Установить на макете сменную панель с обозначениями универсальных регистров согласно рисунку 1. Рисунок 1 2.2 Включить макет тумблером, находящимся справа на боковой панели. При этом на индикаторе должна появиться надпись ”Выбор устройства”. 2.3 Нажимая кнопку ”В”, установить на индикаторе надпись ”Регистр универсаль- ный”.
2.4 Исследование режима параллельной записи
Установить кнопками М1, М2 режим параллельной записи согласно указаниям приложения 1 (таблица 3). На входе R установить пассивный уровень сигнала Установить кнопками DI0-DI7 байт на входах DI0-DI7 регистра в соответствии с таблицей 1 и заданному варианту. Кнопкой С подать импульс записи и прочитать содержимое регистра на индикаторах DO0-DO7.
2.5 Исследование режима кольцевого сдвига влево.
Кнопками М1, М2 установить режим (сдвига влево) согласно таблице 3 приложе- ния 1 (на выходах при этом слово, записанное согласно п. 2.4). Подавая импульсы кнопкой С, фиксировать состояние регистра и составить таблицу сдвига анало- гично таблице 2 за 8 тактов (один цикл).
2.6

Исследование режима кольцевого сдвига вправо.


Повторить переход 2.5 для режима сдвига вправо.
2.7

Исследование режима последовательной записи со сдвигом влево.
Кнопками М1, М2 установить режим сдвига влево согласно таблице 3 приложе- ния 1. Подавая импульсы кнопкой С и меняя состояние разряда DL согласно таблице 1 и заданному варианту, фиксировать состояние регистра и составить таблицу последова- тельной записи за 8 тактов (один цикл) аналогично таблице 1. Следующий записывае- мый разряд задается кнопкой DL.
2.8

Исследование режима последовательной записи со сдвигом вправо.
50
Кнопками М1, М2 установить режим сдвига вправо согласно таблице 3 прило- жения 1. Подавая импульсы кнопкой С и меняя состояние разряда DR согласно таблице 1 и заданному варианту, фиксировать состояние регистра и составить таблицу последо- вательной записи за 8 тактов (один цикл) аналогично таблице 1. Следующий записывае- мый разряд задается кнопкой DR.
3.

Исследование универсального регистра в динамическом режиме с помощью спе-

циальной программы “Эмулятор ИМС”.

3.1 Запустить программу Simulator IMS;

3.2 Активизировать группу ИМС «Регистры» согласно рисунку 2.
Рисунок 2 3.3 Активизировать универсальный регистр К555ИР13 согласно рисунку 3 Рисунок 3 В лабораторной работе исследуется универсальный регистр К555ИР13, восьми- разрядный, трехрежимный. Режимы: параллельная запись, последовательная запись со сдвигом влево, последовательная запись со сдвигом вправо. Кроме входов DL, DR, DI0- DI7, C ИМС имеет инверсный вход сброса ( R ) и два входа установки режимов S0, S1 Таблица 1
S0

S1

Режимы работ
51
1 1 Параллельная запись 1 0 Сдвиг вправо 0 1 Сдвиг влево 3.4 Кнопками S0, S1 последовательно установить режимы работы регистра согласно п. 3.4 – 3.5, исследуемые в статическом режиме. В зависимости от режима устано- вить переключатели S2 (около входа DR), S3 (около входа DL) и разряды DRI, DLI в нужное положение. Нажать кнопку "Осциллограф". На экран будет выведено окно с осциллограммами работы регистра в заданном режиме. На рисунке 4 приве- ден пример осциллограмм для кольцевого сдвига влево Зарисовать осциллограммы в отчет в масштабе, п ри этом обозначить рас- положение разрядов регистра на осциллограмме. Рисунок 4
Примечание.
При исследовании режима сдвига влево кнопками S0, S1 переклю- чатель S3 (около входа DL)должен быть в нижнем положении. При исследовании режима сдвига влево кнопками S0 , S1 переключатель S2(около входа DR) должен быть в верхнем положении. 3.5 Сделать вывод по полученным результатам о процедуре записи числа по всем режимам
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 7

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СЧЕТЧИКОВ

Цель работы:
изучить практически функциональные возможности суммирую- щих и реверсивных двоичных счетчиков.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1 .
Предварительно подготовиться к лабораторной работе, изучив принцип работы двоичных счетчиков различных типов согласно Приложению 1 и конспекту, а также состав, функциональное назначение интегрального реверсивного счетчика К555ИЕ7.
2. Исследование счетчика суммирующего в статическом режиме
52
2.1 Установить на макете сменную панель с обозначениями суммирующего счетчика со- гласно рисунку 1. Рисунок 1 2.2 Включить макет тумблером, находящимся справа на боковой панели. При этом на индикаторе должна появиться надпись ”Выбор устройства”. 2.3 Нажимая кнопку ”В”, установить на индикаторе надпись ” Счетчик суммирующий”. 2.4 Подавая счетные импульсы на вход С составить таблицу состояний счетчика в сум- мирующем и вычитающем режимах. 2.5 Сделать вывод о работе суммирующего счетчика, а также – о назначении и особенно- сти входа R.
3. Исследование счетчика реверсивного в статическом режиме
3.1 Установить на макете сменную панель с обозначениями суммирующего счетчика со- гласно рисунку 2 . Рисунок 2 3.2 Кнопки DI0-DI3 задают параллельный входной код, записываемый в счетчик перед началом счета. Запись кода в счетчик производится при подаче на вход L ло- гического нуля, что соответствует отжатому состоянию кнопки L, исходный код, подан- ный на входы DI0-DI3 записываются в счетчик и отображаются на индикаторах 1-4. . При подаче на вход I/D логического 0 счетчик работает в вычитающем режиме, при этом на входе L должна быть логическая 1, при подаче на вход I/D логической 1 – в суммирующем режиме. 3.3 Подавая счетные импульсы на вход С составить таблицу состояний счет- чика в суммирующем и вычитающем режимах. 3.4 Сделать вывод о работе реверсивного счетчика. 53

3. Исследование реверсивного счетчика в динамическом режиме с помощью специ-

альной программы “Эмулятор ИМС”.
3.1 Запустить программу Simulator IMS; 3.2 Активизировать группу ИМС «Счетчики » согласно рисунку 3. Рисунок 3 3.3 В лабораторной работе исследуется реверсивный счетчик К155ИЕ7. Акти- визировать счетчик согласно рисунку 4. Рисунок 4 Кнопки DI0-DI3 задают параллельный входной код, записываемый в счетчик перед началом счета. При нажатии состояние этих кнопок инвертируется. Запись кода в счетчик производится при подаче на вход L логической единицы, что соответствует нажатому состоянию кнопки L. В нажатом состоянии кнопок CU, CD и R, на входы CU, CD и R соответственно подаются уровни логической единицы. Индикаторы Q0-Q3 отобра- жают текущее состояние счетчика, снимаемое с выходов Q0-Q3. Индикаторы PU, PD отоб- ражают состояния инверсных выходов переноса при прямом и обратном счете соответ- ственно. Примерная последовательность действий такова. Кнопками DI задается исходный код. После этого необходимо на вход L подать логическую единицы, для чего необходимо привести кнопку L в нажатое состояние. Исходный код будет загружен в счет- чик и отображен на индикаторах Q. Перед началом счета кнопка L должна быть приведена в отжатое состояние (логический ноль). После этого кнопками CU, CD подаются тактовые 54
импульсы счета. CU - прямой счет, CD - обратный счет. Текущее состояние счетчика сни- мается с индикаторов Q, PU и PD. Как только счетчик достигнет числа пятнадцать (1111b) на выходе PU появится уровень логического нуля, которому соответствует белый цвет ин - дикатора. При нулевом состоянии счетчика логический ноль появится на выходе PD. Со- стояние счетчика также отображается в двоичном и шестнадцатеричном виде справа от индикаторов Q. Кнопка R (сброс) устанавливает счетчик в нулевое состояние.
3.4
Снять временные диаграммы работы счетчика в суммирующем и вычитаю- щем режимах в масштабе.


Примечание
Для снятия временных диаграмм в режиме прямого и обратного счета служат кнопки "Инкремент" для суммирующего режима и "Декремент" для вычитаю- щего режима соответственно. На экране появится окно осциллографа с соответствую- щими диаграммами. Сюда входят диаграммы: тактовых импульсов, четыре диаграммы состояния разрядов выходов Q, а также диаграмма сигнала переноса PU или PD соот- ветственно. 3.5 Сделать вывод по полученным результатам о процедуре записи числа по всем режимам 55