Пособие 2017 Сх новое 12.10.16. Применение современных сапр в схемотехнике электронных устройств
 Скачать 3.74 Mb.
|
|
Пример моделирования электронной схемы в системе Multisim Для отображения цифровой информации во многих специализированных системах, например, во встраиваемых системах на базе микроконтроллеров используются светодиодные семисегментные индикаторы. Светодиодный семисегментный индикатор представляет собой набор светодиодов, расположенных в определенном порядке и объединенных конструктивно (рис. 2.12). Подавая питание одновременно на несколько светодиодов, можно формировать на индикаторе определенные символы.  Наиболее применимы такие индикаторы для отображения данных цифрового формата. Для преобразования двоичного кода в код семисегментного индикатора существуют разнообразные специализированные комбинационные устройства, которые называют декодерами или дешифраторами. В базе Multisim можно обнаружить некоторые из них. Рассмотрим модель дешифратора 74LS47N, доступную в библиотеке Multisim. На рис. 2.13 показан внешний вид модели в среде NI Multisim и ее основные свойства. Рис. 2.12. Конфигурация семисегментного индикатора  Рис. 2.13. Модель дешифратора 74LS47N Таблица истинности семисегментного дешифратора 74LS47N представлена в табл. 2.1. Таблица 2.1
Схема семисегментной индикации с применением дешифратора представлена на рис. 2.14. На вход дешифратору подаются сигналы «1» и «0» в зависимости от положения ключа. Если ключ закрыт, то на вход подается «0», если ключ открыт, то, соответственно, «1».  Рис. 2.14. Модель цифровой системы индикации На рис. 2.14 можно видеть, что на вход дешифратору подается комбинация 0-0-0-1, что соответствует цифре «1» в таблице истинности. Моделирование секундомера. Модифицируем нашу схему. Для этого добавим цепочку D-триггеров. Триггерами называются устройства, обладающие двумя устойчивыми состояниями (Q = 1 и Q = 0) и способные находиться в одном из них сколь угодно долго и переходить из одного состояния в другое под воздействием внешних сигналов. В каком из этих состояний окажется триггер, зависит от сигналов на входах триггера и от его предыдущего состояния, т.е. триггер имеет память. Таким образом, триггер – элементарная ячейка памяти. Тип триггера определяется алгоритмом его работы, в зависимости от которого триггер может иметь установочные, информационные и управляющие входы. Установочные входы обуславливают состояние триггера независимо от состояния других входов. Входы управления разрешают запись данных, подающихся на информационные входы. Наиболее распространенными являются триггеры RS-, JK-, D- и T-типов. Мы будем использовать D-триггеры. D-триггер имеет один информационный вход D (от слова data – данные) и один счетный вход C. Информация с входа D записывается в триггер по положительному перепаду импульса на счетном входе и сохраняется до следующего положительного перепада. Кроме счетного C и информационного D входов, у триггера есть два асинхронных установочных входа R и S. Установочные входы имеют наивысший приоритет. Активный уровень сигнала на входе S устанавливает триггер в состояние единица (Q=1), а на входе R в состояние ноль (Q=0), независимо от сигналов на остальных входах [2]. Условное обозначение D-триггера с диаграммами входных и выходных сигналов приведено на рис. 2.15.  Рис. 2.15. D-триггер: а – условное обозначение; б– диаграмма входных и выходных сигналов Для моделирования секундомера используется триггер в счетном режиме. В D-триггере счетный режим (рис. 2.16) реализуется при помощи обратной связи, когда на вход D подается сигнал с инверсного выхода триггера, таким образом, всегда осуществляется неравенство сигналов на входе D и на выходе Q (если Q=1, то D=0 и наоборот). Следовательно, при каждом положительном перепаде сигнала на счетном входе С состояние выхода будет изменяться на противоположное.  Рис. 2.16. D-триггер в счетном режиме: а – условное обозначение; б– диаграмма входных и выходных сигналов Для получения модели секундомера необходимо реализовать счетчик. Счетчиком называется устройство, подсчитывающее число входных импульсов. Число, представляемое состоянием его выходов по фронту каждого входного импульса, изменяется на единицу. Счетчик состоит из n последовательно соединенных счетных триггеров, причем выход одного счетного триггера соединен с тактовым входом следующего триггера. Счетчики бывают суммирующими (прямой счет) и вычитающими (обратный счет). В суммирующих счетчиках каждый входной импульс увеличивает число на его выходах на единицу, в вычитающих счетчиках уменьшает это число на единицу [2]. Для того чтобы построить суммирующий счетчик, необходимо счетный вход очередного триггера подключить к инверсному выходу предыдущего (рис. 2.17).  Рис. 2.17. Схема суммирующего счетчика и диаграмма его работы Для того чтобы реализовать секундомер нам потребуются числа от 0 до 9. Выбранный дешифратор 74LS47N работает в шестнадцатеричной системе счисления. Для исключения всех остальных отображаемых значений будем использовать логическое «И». Когда генерируемое счетчиком 4-разрядное слово достигнет значения 10, будет происходить обнуление памяти счетчика. В старших разрядах секундного и минутного индикатора не может отображаться значение больше 5. Поэтому управляющие ими счетчики будут обнуляться при достижении значения 6. Возможная реализация модели секундомера представлена на рис. 2.18.  Рис. 2.18. Модель секундомера в среде Multisim На вход секундомера подаются прямоугольные импульсы заданной частоты. Вывод производиться на семисегментные индикаторы. Для перевода двоичного кода в семисегментный используется рассмотренный дешифратор 74LS47N. В качестве триггера используется стандартный D-триггер, который содержится в базе данных среды Multisim. При необходимости структура секундомера легко наращивается однотипными счетными группами триггеров и может быть расширена добавлением индикаторов для отображения, например, миллисекунд, что обеспечит дополнительную точность отсчета времени. Совместное взаимодействие систем Multisim и NI ELVIS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||