Отчет по предыдущей работе. В случае отсутствия отчета, работа считается невыполненной и выдается дополнительное задание на самостоятельную проработку

Название	Отчет по предыдущей работе. В случае отсутствия отчета, работа считается невыполненной и выдается дополнительное задание на самостоятельную проработку
Дата	04.10.2018
Размер	461.5 Kb.
Формат файла
Имя файла	Metoda_MATLAB-TDUAiT.doc
Тип	Отчет #52415

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Петербургский государственный университет путей сообщения министерства путей сообщения Российской федерации”
кафедра «Электроснабжение железных дорог»

ЗАДАНИЕ
на практические занятия по дисциплине

«Теория дискретных устройств автоматики и телемеханики»
для студентов специальности Электроснабжение ж.д.
Моделирование комбинационных и последовательностных устройств

Разработал: доц. Бурьяноватый А.И.

Санкт-Петербург, 2004 г.

Общие сведения

Данный цикл практических работ предназначен для ознакомления с современными программными средствами, позволяющими моделировать дискретные и цифровые устройства. Цикл состоит из 6 работ, выполняемых на персональных компьютерах в среде MATLAB - SIMULINK. В задачу цикла входит изучение логических схем и схем с триггерами. В ходе выполнения работ требуется сформулировать различие между реальными схемами и их моделями. Изучение реальных схем осуществляется в ходе лабораторных работ на стендах, порядок их выполнения и необходимые методические указания изложены в / 1 /.

Методические материалы для данного цикла практических работ находятся на сервере кафедры “Электроснабжение ж. д.” в папке Study и доступны в компьютерном классе кафедры. Задания на практические занятия размещены в папке MatLAB/MatLab Sample/9_lab_rab.

Результирующей работой цикла является создание (по заданию преподавателя) модели узла системы телемеханического управления устройствами электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Общий порядок выполнения работ следующий. Во время аудиторного занятия выполняется программа одной работы. Допускается выполнение ее части в часы самостоятельной работы. Методические указания для выполнения работ изложены в данном документе. Основные элементы, необходимые для выполнения работы, загружаются из файлов задания. Имена заданий указаны ниже в данном документе. К следующему занятию необходимо представить требуемый отчет по предыдущей работе. В случае отсутствия отчета, работа считается невыполненной и выдается дополнительное задание на самостоятельную проработку.

Для получения доступа к среде моделирования необходимо запустить на исполнение программу MatLAB, затем следует установить в качестве текущего каталога (Current Directory) папку 9_lab_rab на сетевом диске Study, как это показано на рис.1.

Рис.1. Окна программы MatLAB
Далее необходимо активизировать браузер библиотек Simulink с помощью кнопки

на инструментальной панели основного окна MatLAB (см. рис.2).

Рис.2. Инструментальная панель основного окна MatLAB
Браузер библиотек Simulink обеспечивает доступ к необходимым разделам и элементам библиотек моделей, как это показано на рис.3.

Рис.3. Окно браузера библиотек Simulink
Ниже приводятся разделы библиотек и основные модели, необходимые для выполнения практических работ.

Используемые модели из поставки пакета

Simulink (раздел библиотеки)

Sources (источники сигналов)

Constant (константа)

Pulse Generator (генератор импульсов)

Step (ступенчатая функция)

Sinks (измерение)

Scope (осциллограф)

Display (цифровой измерительный прибор)

Continuous(непрерывные блоки)

Transport Delay (задержка распространения сигнала)

Math Operations (математические операции)

Combinatorial Logic (комбинационная логика)

Logical Operator (логические операции)

Sum – (сумматор)

Model-Wide Utilities (Утилиты обслуживания модели)

DocBlock (блок документации)

Model Info (информация о версии модели)

Signal Routing (коммутация сигналов)

Manual Switch (ручной переключатель)

Switch (управляемый переключатель)

Mux (мультиплексор)

Demux (демультиплексор)

discrete (дискретные)

Unit Delay – задержка на фиксированное время

Memory - задержка сигнала на один шаг счета

Signal Attributes (атрибуты сигнала

Data Type Conversion (преобразование типов данных)

Ports&Subsystem - порты и подсистемы

Trigger - триггер

In1 - входной порт подсистемы

Out1 - выходной порт подсистемы

Simulink Extras (библиотека часто применяемых элементов)

Flips Flops ( триггерные элементы)

J-K Flips-Flops

R-S Flips-Flops

Fixed-Point Blockset

Logic&Comparison

Example (примеры логических функций)

Dials &Gauges Blockset

Global Majlc ActiveX Library

LEDs - (индикаторы)

Ряд примеров моделей, входящих в поставку пакета, может быть полезен для выполнения данных практических заданий и приведен ниже. Доступ к ним осуществляется через меню Help основного окна MatLAB.

Help – Demos

- Simulink - Features

- Triggered Subsystem Demonstration

- Enabled Subsystem Demonstration

- Flip-flop bloccks demonstration

- Data Type Demonstration

- Toolboxes

- Contol System - Interactive Demos

- RLC Circuit Response

- Data Acquisition Tutorials

- Example Function Generator

Описание практических занятий

Практическое занятие 1. Логические функции двух переменных

Файл с заданием - zad_1.mdl

Программа работы

Генераторы сигналов. Средства наблюдения сигналов. Формирование схем обработки сигналов. Преобразователи типов данных. Исследование 16 функций двух переменных.

Порядок выполнения работы

X2	X1	F0	F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7	F8	F9	F10	F11	F12	F13	F14	F15	вес
0	0	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	1
0	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	2
1	0	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1	4
1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	8

. На рис. 4 приведены окна настройки генератора, логических элементов и осциллографа.

Рис. 4. Окна настройки параметров элементов модели

5. Сохранить полученную модель в личной папке на сервере (диск Works). Имя личной папки должно ассоциироваться с фамилией студента выполняющего работу и набирается латинскими буквами.

Содержание отчета

Отчет готовиться в текстовом редакторое БЛОКНОТ, хранится в папке студента и распечатывается на бумажном носителе. Он должен содержать описание модели в среде Simulink, описание способов преодоления возникавших при моделировании проблем и выводы. Файл с моделью в среде Simulink также должен находиться в папке студента. Имя файла должно быть набрано латинскими буквами без пробелов. Пример внешнего вида экрана с моделью и одной из осциллограмм приведен на рис. 5.

Рис.5. Внешний вид окон модели и осциллографа

Дополнительное задание

Разработать и проверить схему, позволяющую реализовать все 16 логических функций двух переменных на базисе 2И-НЕ

Практическое занятие 2. Построение статического RS-триггера

Файл с заданием - zad_2.mdl

Программа работы

Статические RS-триггеры. Элемент памяти. Параметры моделирования: шаг счета.

Порядок выполнения работы

1. Собрать систему источников сигналов (Pulse Generator) для исследования логических схем:

F1 - с периодом 2 с и задержкой 1 с;

F2 - с периодом 4 с и задержкой 2 с;

F3 - с периодом 1 с, задержкой 0,5 с и с шириной импульса 5% от периода.

2. Настроить осциллограф (Scope) на измерение 10 сигналов на диапазоне 6 с. Параметры моделирования приложения настроить на максимальное время моделирования 6 с (Simulation - Simulations parametrs - Time - 6). Разместить одновременно на экране монитора без перекрытия окна схемы модели и осциллографа. Подписать линии связи X1, X2, strobe и просмотреть сигналы на осциллографе.

3. Добавить в схему генераторы констант (Constant) и ключи (Manual Switch) для возможности подключения исследуемой схемы к различным источникам сигналов.

4. Собрать триггер на элементах 2И-НЕ. Проанализировать сообщение программы. Изменить схему, добавив элемент памяти в обратную связь (Memory). Добиться работоспособности схемы. Полученному статическому асинхронному триггеру с инверсными управляющими входами дать наименование "MODEL-1А". Изучить его поведение при всех возможных наборах входных сигналов, изменяемых автоматически генераторами или устанавливаемые вручную константами. Переключения осуществлять с помощью ключей ручного управления.

5. Проверить работоспособность триггера из поставки пакета (S-R Flip-Flop). При необходимости преобразовать сигналы генераторов к нужному типу с помощью элемента (Data Type Conversion). Убедиться в работоспособности триггера и записать его таблицу переключений. Изучить структуру построения триггера (Edit - Loock under mask). По образцу из поставки (на базе элемента Logical Operator) создать свой RS-триггер со статическими инверсными входами. Дать ему наименование "MODEL-2".

6. Исследовать элемент памяти. Включить в схему датчик времени и сравнить его показания с видом сигналов генераторов в зависимости от максимального времени счета (Simulation - Simulations parametrs - Max step times).

Содержание отчета

Отчет готовиться в текстовом редакторое БЛОКНОТ, хранится в папке студента и распечатывается на бумажном носителе. Он должен содержать описание модели в среде Simulink, описание способов преодоления возникавших при моделировании проблем и выводы. В отчете приводятся таблицы переключений триггеров "MODEL-1А" и "MODEL-2А".

Файл с данной моделью в среде Simulink также должен находиться в папке студента. Пример внешнего вида окна с моделями триггеров, схемой исследования элемента памяти и осциллограммой приведен на рис. 6.

Рис.6. Окно моделей RS-триггеров и элемента памяти

Дополнительное задание

Реализовать схему RS-триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ, в качестве элемента задержки использовать функции Unit Delay.

Практическое занятие 3. Построение синхронных триггеров

Файл с заданием - zad_3.mdl

Программа работы

Синхронизируемые RS-триггеры. Способы синхронизации.

Порядок выполнения работы

1. Загрузить в среду MatLAB задание zad_3.mdl

2. Загрузить в среду MatLAB свою модель из практического занятия 2.

3. Преобразовать свою модель асинхронного RS-триггера со статическими инверсными входами ("MODEL-1А") в подсистему,обозначив входы подсистемы NS и NR, а выходы Q1 и NQ1, назначить подсистеме имя "MODEL-3А". Проверить полученную "MODEL-3А" на правильность функционирования.

4. Преобразовать свою "MODEL-2А", полученную на 2-м занятии в подсистему, обозначив ее именем "MODEL-4А". Проверить полученную "MODEL-4А" на правильность функционирования.

5. На базе созданной подсистемы ("MODEL-4A" асинхронного RS- триггера) создать "MODEL-4C" синхронного RS-триггера со статическими инверсными входами. В качестве средств синхронизации использовать схемы "логическое И" на входах исходного триггера и сигнал генератора F3 (сигнал "strob"). Сравнить осциллограммы синхронного и асинхронного RS-триггеров.

6. На базе созданной подсистемы "MODEL-4A" создать "MODEL-5C" синхронного RS-триггера со статическими инверсными входами. В качестве средств синхронизации использовать элемент "Trigger". Сравнить осциллограммы "MODEL-4C" и "MODEL-5C". Изучить настройки элемента "Trigger".

7. Исследовать работу синхронного j-k триггера из поставки MatLAB (J-K Flip-Flop). Обратить внимание на моменты переключение триггера. Изучить структуру построения триггера (Edit - Loock under mask). Ознакомиться со справкой (help MatLAB) по поводу триггерных схем.

8. Оформить схему. Объекты одного типа выделить однотипным цветом (Recht Mouse - Back color). Добавить генераторы случайных бинарных последовательностей (Binary Error Pattern Generator и Bernoulli Binary Generator), соответственно увеличив число ключей переключения.

В элементе DOC записать краткое содержание модели (использовать заглавные буквы русского алфавита или любые -латинского). Для визуального контроля сигнальных линий рекомендуется использовать функции, доступные по правой кнопке мыши (highlight ..., возврат - remove).

Содержание отчета

Отчет готовиться в текстовом редакторое БЛОКНОТ, хранится в папке студента и распечатывается на бумажном носителе. Он должен содержать описание модели в среде Simulink, описание способов преодоления возникавших при моделировании проблем и выводы. В отчете приводятся таблицы переключений триггеров: "MODEL-3А" , "MODEL-4А", "MODEL-4C", "MODEL-5C", J-K Flip-Flop.

Файл с данной моделью в среде Simulink также должен находиться в папке студента. Пример общего вида окна с моделями на рис. 7. На рис. 8 даны фрагменты окон элементов моделей.

Рис. 7. Общий вид окна с моделями синхронных и асинхронных триггеров

Рис. 8. Фрагменты элементов исследования моделей

Дополнительное задание

Реализовать схему RS-триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ, в качестве элемента задержки использовать функции Unit Delay (MODEL-7A, MODEL-8A).

Практическое занятие 4. Исследование триггеров

Файл с заданием - zad_4.mdl

Программа работы

Исследование различия между триггерами типа RS, JK, D и способов их синхронизации.

Порядок выполнения работы

1. Загрузить в среду MatLAB задание zad_4.mdl

2. Изучить подсистему генерации сигналов данных и синхронизации. Изменить параметры сигналов, настроив их на выдачу случайной бинарной последовательности. Сформулировать назначение синхронизирующих сигналов

3. На базе синхронного j-k триггера (J-K Flip-Flop) построить T-триггер.

Содержание отчета

Отчет готовиться в текстовом редакторое WORD, хранится в папке студента и распечатывается на бумажном носителе. Он должен содержать сравнительное описание исследованных триггеров. В отчете приводятся таблицы переключений этих триггеров и временные диаграммы. Временные диаграммы копируются с экрана монитора при работе модели в среде Simulink, при необходимости обрабатываются графическим редактором (Paint) и вставляются в отчет (документ Word).

Дополнительное задание

Настроить синхронные триггеры для работы в режиме асинхронных.

Практическое занятие 5. Построение счетчиков, шифраторов и дешифраторов

Файл с заданием - zad_5.mdl

Программа работы

Построение суммирующих и вычитающих счетчиков. Построение дешифратора на схемах "логическое И". Построение шифратора на базе элементов Logical Operator.

Порядок выполнения работы

1. Загрузить в среду MatLAB задание zad_5.mdl

2. На базе синхронного j-k триггера из поставки MatLAB (J-K Flip-Flop) построить T-триггер.

3. Построить 3-х разрядный двоичный суммирующий счетчик с помощью универсальных синхронных J-K триггеров(Т-триггеров). Прямые и инверсные выходы всех триггеров счетчика вывести на осциллограф.

4. Построить для счетчика дешифратор на заданные позиции. Вариант задается преподавателем по таблице 2. Тип элементов, которые необходимо использовать, отмечены знаком "+".

Таблица 2

Варианты задания на создание дешифратора

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Позиции счетчика	1,3, 5	0,2, 5	4,5, 6	0,2, 3	1,2, 3	4,6, 7	1,5, 7	0,4, 6	1,3, 7	2,3, 5	3,4, 5	5,6, 7
Logical Operator	+	+	+	_	_	_	+	+	+	_	_	+
Combinatorial Logic	-	+	-	+	+	+	_	+	-	+	+	-

5. Построить шифратор кодирования (на базе Combinatorial Logic) элемента импульсной серии телеуправления на управление двумя двухпозиционными объектами по заданному варианту. При одновременном нажатии двух и более кнопок схема не должна ни включать ни отключать объекты. Оснастить схему средствами индикации (Dials &Gauges Blockset-Global Majlc ActiveX Library - LEDs). Кодирование шифратора осуществляется по заданному в таблице 3 варианту.

Таблица 3

Варианты задания на создание шифратора

Вариант задания набора кнопок	1	s1	s2	s3	s4	-	-
	2	s1	s3	s5	s2	s4	s6
	3	s1	s2	s4	s3	-	-
	4	s2	s4	s1	s3	s6	s5
	5	s1	s3	s2	s4	-	-
	6	s6	s2	s4	s1	s5	s3
	7	s2	s3	s4	s1	-	-
	8	s3	s5	s2	s4	s6	s1
	9	s2	s3	s1	s4	-	-
	10	s4	s1	s3	s6	s5	s2
	11	s2	s1	s3	s4	-	-
	12	s2	s4	s1	s5	s3	s6
Операция	-	Вкл	Откл	Вкл	Откл	Вкл	Откл
Объект	-	1	1	2	2	3	3

Содержание отчета

Отчет готовиться в текстовом редакторое WORD, хранится в папке студента. Содержит описание построения шифратора и средств индикации правильности работы системы передачи сообщения.

Дополнительное задание

Построить двоичный счетчик, который может быть переключен в один из двух режимов, суммирования или вычитания.

Практическое занятие 6. Построение мультиплексоров и демультиплексоров

Файл с заданием - zad_6.mdl

Программа работы

Изучение работы мультиплексоров и демультиплексоров.

Порядок выполнения работы

1. Загрузить в среду MatLAB модели мультиплексора и демультиплексора на 4 канала данных zad_6.mdl

2. Исследовать работы мультиплексора. Изучить внутреннюю организацию мультиплексора.

3. Разработать по заданию преподавателя мультиплексор на 8 или 2 каналов данных.

4. Исследовать работы демультиплексора. Изучить внутреннюю организацию демультиплексора.

5. Разработать по заданию преподавателя демультиплексор на 8 или 2 каналов данных.

Содержание отчета

Модель мультиплексора и демультиплексора. Описание способа построения мультиплексора. На рис. 9 приведен пример построения схемы исследования мультиплексора, а на рис. 10 пример демультиплесора.

Рис.9. Схема исследования и внутренняя схема мультиплексора на 4 канала

Рис.10. Схема фрагментов окна модели для исследования демультиплексора

Дополнительное задание

Построить схему для реализации заданной функции 5 аргументов.

Список рекомендуемых источников

1. Владимир Дьяконов. Simulink4. Специальный справочник.-СПб:Питер, 2002.-528 с.

2. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0.-СПб.: КОРОНА принт, 2001.–320 с

3. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений/ Под общ. Ред. К.т.н. В.Г. Потемкина.–М.:ДИАЛОГ-МИФИ, 2003.–496 с.

4. Дэбни Дж., Харман Т. Simulink 4. Секреты мастерства.–М.:БИНОМ. Лабортатория знаний, 2003.–403 с.

5. Герман-Галкин С.Г. Линейные электрические цепи. Лабораторные работы.-СПб.: Учитель и ученик. КОРОНА принт, 2002.–192 с.

6. Мартынов Н.Н. Введение в MATLAB 6.x.-Куиц-образ, М.:2002

7. Игорь Ануфриев MatLab 5.3/6.x СПб БХВ-Петербург, 2002.- 736 с.

8. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс.–СПб: Питер, 2000.– 432 с.