Вернуться на страницу <Методические разработки>
Архив разработки (545 Кб, Mathcad, MathConnex, Word)

Введение

В настоящее время в области вычислительной техники существует вполне закономерная тенденция к увеличению сложности разрабатываемых устройств. Соответственно растут и затраты на их проектирование, тестирование, отладку и внедрение. Хотя эти проблемы стоят практически перед всеми отраслями производства, вычислительная техника - наиболее быстро и динамично развивающаяся область, и именно здесь в первую очередь есть потребность в мощных средствах моделирования, позволяющих определять различные характеристики схем и узлов без их реального изготовления. Моделирование может вестись на разных уровнях - как на схемотехническом, так и на уровне вычислительной системы или сети.

Современные средства моделирования должны обеспечивать возможность проведения имитации в реальном масштабе времени, то есть обработки данных в темпе, приближенном к реальным устройствам, и обеспечивать необходимую степень детализации блоков. Должно выполняться требование открытости разрабатываемой системы моделирования по отношению к пользователю, которая предполагает предоставление возможности в соответствии со спецификой проводимого исследования некоторым образом усовершенствовать среду, делая ее более удобной для использования.

Целью данной работы является внедрение технологии виртуальных лабораторий в образовательный процесс.

В качестве инструментальной среды используется система визуального моделирования MathConnex. Элементы имеют условное графическое обозначение в соответствии с ГОСТ и максимально приближенны по своим характеристикам к реальным элементам.

Работа с виртуальным лабораторным стендом на основе MathConnex

Рассмотрим работу с виртуальным лабораторным стендом на примере лабораторной работы № 1 (пример п.1 лабораторного задания ) и лабораторной работы № 3 (первый по порядку пример п.5 лабораторного задания).

В первой лабораторной работе приведена комбинационная логическая схема. Схема реализует логическую функцию . Схема собрана из модулей (элементы LN1, LE1, LA3, LA4), описанных в работе “Технология разработки виртуальных лабораторий”. Для просмотра обозначений элементов необходимо включить режим просмотра Menu ® Wiev® Show Labels. Входные сигналы схемы задаются с помощью блоков ввода инструментальной панели. Блоки обозначены именами переменных , , . При подстановке значений переменных значение функции можно наблюдать в блоке просмотра вычислений инструментальной панели. Для этого необходимо осуществить пуск имитации командой Run или кнопкой “Пуск имитации” инструментальной панели. Для проверки правильности функционирования схемы необходимо подать на входы все возможные комбинации входных сигналов и построить таблицу истинности. Виртуальный стенд позволяет собрать различные комбинационные, содержащие элементы из библиотеки модулей.

В рассмотренном примере изучение функционирования схемы производится в статическом режиме. Возможен вариант представления результатов в виде временных диаграмм (см. второй пример).

В третьей лабораторной работе приведена схема для изучения функционирования триггера. Схема содержит JK-триггер (JK-trigger), два генератора прямоугольных импульсов (S-generator). Частота и начальный сдвиг импульсов задаются блоками ввода. Частота первого генератора 1 Гц (условно), второго 2 Гц. На J,K входы триггера сигналы подаются с частотой 1 Гц. На вход синхронизации триггера C сигнал подается с частотой 2 Гц. В результате JK-триггер функционирует как триггер со счетным входом (T-триггер). На блок вывода графиков сигналы подаются через элементы Asimilate, которые подобно генераторам формируют на одном выходе сигналы, содержащие метки времени и значения сигналов с входов и выходов триггера. Это необходимо для вывода нескольких графиков в одном блоке. При запуске имитации блок вывода отражает сигнал C на входе синхронизации, сигнал T на JK-входах и состояние триггера в различные моменты времени.

Схема может редактироваться. В её состав можно вводить другие модули (элементы). Изменять частоту и фазу генераторов, функциональное поведение элементов. Для редактирования поведения отдельных модулей необходимо вводить пароль “acev”.

Виртуальный лабораторный стенд заменяет реальный стенд, для реализации которого необходимы источники питающих напряжений, микросхемы всех элементов, представленных в библиотеке модулей, многолучевые электронные осциллографы, приборы контроля и индикации.