Торгашин Г.В.

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Воронежской области «Борисоглебский техникум промышленных и информационных технологий», г. Борисоглебск

Использование эмуляторов при обучении студентов основам цифровой схемотехники

При обучении студентов цифровой схемотехнике возникает вопрос: «На каком оборудовании проводить лабораторные работы?» С одной стороны существует достаточно большое предложение по различным лабораторным стендам различных фирм. Но это оборудование достаточно дорого, а для проведения лабораторных работ его потребуется не менее 12-13 однотипных стендов для обеспечения работы подгруппы студентов. Например стенд «Основы цифровой техники ОЦТ1-Н-Р» стоимостью 72300 руб. или «Стенд НТЦ-02.58 "Основы цифровой электроники и микропроцессорной техники с МПСО" стоимостью 228846 руб.[3]. Такие расходы не по карману большинству учреждений образования. Кроме того, как показывает практика, многие из предлагаемых стендов не очень надежны. Еще одним недостатком является ограниченный набор микросхем и, как следствие, ограничения по сложности создаваемой схемы.

Выходом из этого положения может стать проведение виртуальных лабораторных работ с использованием программ эмуляторов. Таких программ так же достаточно много, но, к сожалению, многие из них платные. Однако есть и бесплатные программы, одной из которых является программа Logisim.

Программа разработана для учебных целей, полностью бесплатна, написана на языке Java и требует для работы установленную Java Runtime Environment.

Программа позволяет строить схемы практически любой степени сложности с применением элементов различной степени интеграции. В Internet мне приходилось видеть построенный в этой программе процессор.

Окно программы представляет собою рабочее поле, слева от которого находятся Панель проводника с элементами для построения схем, а ниже – Панель атрибутов элементов. С помощью Панели атрибутов можно задать количество выводов на элементе, способ его управления, метку и т.д.

Основными пунктами Панели проводника являются:

• Проводка, содержащий такие элементы как: разветвитель, датчик, контакт и другое

• Элементы, содержащий основные логические элементы

• Плексоры (мультиплексоры, демультиплексоры, шифраторы, дешифраторы)

• Арифметика (сумматоры, компараторы, сдвигатели, вычитатели и т.д.)

• Память (триггеры, регистры, счетчики, ОЗУ, ПЗУ)

• Ввод\вывод (индикаторы, светодиоды, светодиодные матрицы)

При построении сложных схем имеется возможность оформлять отдельные ее части в виде подсхем: прямоугольных областей с контактами. Это упрощает внешний вид схемы.

Возможна автоматическая разработка комбинационных схем на основе таблиц истинности. При этом можно указывать число входов используемых элементов(например только двухвходовые), а так же предпочтительный базис (например – использовать только И-НЕ).

Вместе с тем программа имеет и ряд недостатков:

• Нет осциллографа;

• Нет таких элементов как конденсатор, резистор без которых трудно спроектировать генератор. Однако есть тактовый генератор со ступенчато меняемой частотой и генератор случайных чисел.

Таким образом программа может быть рекомендована для проведения лабораторных работ по цифровой схемотехнике, если не требуется построения генераторов и изучения временных диаграмм.

В качестве примера приведу одну из схем, построенных студентами в процессе практики по данной дисциплине

Схема представляет собой электронные часы, собранные на счетчиках и ПЗУ.  Счетчики отсчитывают секунды, минуты и часы, а в ПЗУ хранятся значения минут и часов, которые необходимо выводить на индикаторы после окончания каждого цикла отсчета. На индикаторы выводятся только минуты и часы. Отсчет секунд осуществляется миганием двух светодиодов

Список используемых источников

1. Д.И. Попов, И.П.Лилов Организация ЭВМ. Лабораторные работы в программе Logisim, М, МГУП, 2011

2. Logisim, Руководство пользователя

3. http://uilomsk.ru/profobrazovanie/electronika_shemotehnika_vt/