МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

О. В. Лысенко

Проектирование цифрового устройства

Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию

Сызрань 2013

УДК 621.3

Р е ц е н з е н т:: канд. техн. наук Н.Н. Р о д и о н о в,

Лысенко О.В.

Проектирование цифрового устройства: Учебно-метод. пособ.. по курсовому

проектированию /О.В.Лысенко; Самар. гос. техн. ун-т, филиал в г.Сызрани,

Сызрань, 2013, с.22.

Представлены методические указания по курсовому проектированию в соответствии с программой дисциплин «Цифровая схемотехника», «Схемотехника высокопроизводительных систем». Рассмотрен пример проектирования цифрового устройства в среде Multisim.

Пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по напрвылению подготовки бакалавров 230100 «Информатика и вычислительная техника» и профилю подготовки «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

Может быть особенно полезным для студентов заочного и дистанционного обучения электротехнических специальностей вузов.

Допущено научно-методическим советом электротехнического факультета

к использованию в учебном процессе (протокол № от)

Предисловие

Пособие содержит задание и методические указания по курсовому проектированию, необходимые для практического изучения принципов построения и работы цифровых устройств с помощью среды виртуального моделирования. Multisim..

Материал пособия имеет иерархическую структуру для последовательного изучения простых и более сложных цифровых устройств. Сначала излагаются принципы построения и работы комбинационных логических схем, затем последовательностных устройств, обладающих свойствами памяти, По каждому объекту изучения приводятся основные понятия, классификация, условные обозначения, параметры. После теоретической части следует практическое освоение полученных знаний – синтез и анализ цифровых устройств на виртуальном стенде. Для самопроверки и лучшего закрепления материала в конце каждого раздела предлагаются задания для самостоятельной работы и контрольные вопросы.

Изучение основных цифровых устройств в данном пособии завершается примером курсового проектирования с использованием возможностей среды Multisim.

Важной особенностью пособия является системный и комплексный подход к изучению основ цифровой электроники, принципов синтеза и работы цифровых устройств - теоретический материал может свободно, более легко и удобно осваиваться и закрепляться с помощью виртуального моделирования в среде Multisim.

Пособие восполняет недостаток учебно-методической литературы в области компьютерного моделирования цифровых устройств

Издание способствует развитию и внедрению в учебный процесс новых информационных технологий, частично или полностью заменяющих дорогостоящее физическое моделирование.

Введение

Разнообразные функции современных электронных средств базируются на цифровой обработке информации. Поэтому актуальной задачей инженерного образования в технических вузах является изучение принципов построения и работы цифровых устройств.

Одним из важных условий формирования профессиональных навыков специалиста является внедрение и использование в учебном процессе информационных технологий.

В настоящее время при практическом изучении основ цифровой электроники в технических вузах наряду с традиционными лабораторными стендами применяются различные компьютерные программы. Наиболее известные из них - это Multisim, Еlectronics Workbench, Micro-Cap, Desine Center,. Эти программы помогают восполнить недостаток функциональных возможностей физического моделирования. Также использование виртуальных стендов в учебном процессе соответствует современным требованиям подготовки специалиста.

Наиболее распространенным пакетом для схемотехнического моделирования является программа Multisim американской компании National Instruments. Она широко применяется и в отечественном образовании.

Использование виртуального стенда доступно сегодня большой аудитории, а также вполне достаточно при изучении основ цифровой электроники. Цифровой сигнал, в отличие от аналогового принимает одно из двух логических состояний – 0 или 1, что облегчает моделирование цифровых устройств, для которых результаты работы программной модели практически идентичны реальной.

Схемотехника цифровых устройств в программе Multisim обеспечивается обширной и пополняемой базой библиотечных компонентов, готовых примеров схем, уникальными тестовыми приборами. Виртуальное моделирование значительно расширяет границы изучения и понимания принципов работы цифровых функциональных узлов, из которых состоят современные микропроцессорные системы.

Недостатком использования англоязычных программ является необходимость в определенном запасе знаний иностранного языка. Также приходится использовать зарубежные стандарты условных обозначений библиотечных компонентов. Тем не менее, такая необходимость способствует развитию технической грамотности и более широким возможностям будущего специалиста.

Самыми простыми цифровыми устройствами являются логические элементы, реализующие функции алгебры логики. На них для различных задач строют более сложные. Последние условно можно разделить на комбинационные логические схемы и последовательностные устройства.

Комбинационные схемы выполняют логические преобразования, соответствующие только данному моменту времени, и поэтому, в определенном смысле, не обладают памятью. К ним относятся такие устройства, как шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, цифровые компараторы, сумматоры, схемы контроля.

Последовательностные устройства обладают свойствами запоминания предыдущих состояний. К ним относятся триггеры, счетные схемы, регистры, генераторы, запоминающие устройства.