1. Постановка задачи

При постановке курса «Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов» (ЦВУиМПК) на кафедре «Автоматизированных систем научных исследований и экспериментов» (АСНИиЭ) Таганрогского технологического института (ТТИ) возникла задача разработки цикла лабораторных работ для исследования цифровых устройств на основе моделирующей программы. В качестве такой программы была выбрана программа Multisim.

2. Описание решения

Разработанный лабораторный практикум включает четыре работы.

Целью лабораторной работы №1 «Исследование возможностей приборов Multisim» является освоение основ Multisim и приобретение практических навыков в работе с приборами, используемыми для тестирования цифровых устройств.

В процессе домашней подготовки к работе студентам предлагается синтезировать два варианта схемы заданного цифрового комбинационного устройства - на основе вентилей «И», «ИЛИ», «НЕ» и на основе вентилей «И-НЕ».

При выполнении работы в лаборатории необходимо выполнить три цикла исследований полученных схем - с помощью многоканального осциллографа, с применением генератора слов и логического анализатора, а также на основе использования логического преобразователя.

Отчет по работе должен содержать схемы подключения приборов к тестируемому устройству и временные диаграммы сигналов.

Целью лабораторной работы №2 «Исследование комбинационных логических схем» является ознакомление с методами анализа и синтеза комбинационных логических схем и приобретение практических навыков в исследовании комбинационных схем с помощью приборов Multisim.

Домашняя подготовка к работе включает:

- синтез комбинационной схемы на основе вентилей «И», «ИЛИ», «НЕ». При этом возможными вариантами задания являются схемы дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров, схемы сравнения и преобразователи кодов;

разработку сложного комбинационного устройства (мультиплексора, преобразователя кодов, дешифратора, схемы сравнения, формирователя контрольных разрядов, схемы проверки при контроле на четность) на основе соответствующих серийных микросхем.

В процессе выполнении работы производится тестирование разработанных схем с использованием генератора слов, логического анализатора и логического преобразователя.

В отчете по работе приводятся схемы подключения приборов к тестируемым устройствам и соответствующие временные диаграммы .

Целью лабораторной работы №3 «Исследование последовательностных логических схем» является ознакомление с методами анализа и синтеза

последовательностных логических схем, а также приобретение практических навыков в исследовании последовательностных схем с помощью приборов Multisim.

В процессе домашней подготовки к работе необходимо синтезировать схемы двух устройств:

- последовательностного устройства на основе вентилей «И», «ИЛИ», «НЕ» и триггеров типа «D», «RS» или «JK». При этом в качестве вариантов задания предлагаются схемы счетчиков, регистров сдвига, а также схемы сравнения последовательных кодов;

- сложного последовательностного устройства ( делителя частоты, счетчика, регистра ) на основе соответствующих серийных компонентов.

При выполнении работы в лаборатории производится тестирование схем с применением генератора слов и логического анализатора.

Отчет по работе должен содержать схемы и временные диаграммы.

Целью лабораторной работы №4 «Исследование арифметических устройств» является ознакомление с методами анализа и синтеза арифметических устройств, а также приобретение практических навыков в исследовании арифметических устройств с помощью Multisim.

Домашняя подготовка к работе включает разработку устройства, выполняющего арифметическую операцию, на основе серийных микросхем. В варианте задания указывается тип операции, вид используемого кода и метод обнаружения переполнения разрядной сетки.

В процессе выполнения работы производится контроль корректности разработанной схемы с помощью генератора и анализатора.

Отчет по работе должен содержать схему арифметического устройства и временные диаграммы тестовых сигналов.

Опыт использования Multisim и более ранней версии этой программы EWB на кафедре АСНИиЭ ТТИ ЮФУ на протяжении ряда лет позволяет сделать вывод о том, что студенты успешно усваивают разделы курса «ЦВУиМПК», связанные с анализом и синтезом комбинационных и последовательностных логических схем, а также приобретают практические навыки в разработке и тестировании схем цифровых устройств. Кроме того, в процессе дальнейшего обучения студентам легче освоить современные системы проектирования ПЛИС.

3. Используемое оборудование и ПО

Для проведения лабораторных занятий используется дисплейный класс кафедры АСНИиЭ (12 ПЭВМ), а также программа Multisim (версия 9.0) группы Electronics Workbench корпорации National Instruments.

4. Внедрение и развитие решения

Данный лабораторный практикум был поставлен по дисциплине «ЦВУиМПК» для студентов двух специальностей - 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» и 200503 «Стандартизация и сертификация» факультета электроники и приборостроения (ФЭП ) ТТИ ЮФУ.

При переходе на обучение по новым учебным планам, начиная со следующего учебного года, предполагается расширить перечень приборостроительных специальностей ФЭП, использующих Multisim в процессе изучения дисциплины «Электроника и микропроцессорная техника».

В связи с выходом версии 10.0 Multisim и появлением нового модуля MCU, позволяющего проводить исследование систем на основе микроконтроллеров и выполнять отладку их программного обеспечения, в текущем учебном году планируется постановка лабораторных работ с использованием данного модуля.