УДК 621.374.32

Торгашин Геннадий Владимирович.

ГБПОУ ВО «Борисоглебский техникум промышленных и информационных технологий»,  Борисоглебск

Использование эмуляторов при обучении студентов основам цифровой схемотехники

В докладе описана возможность использования программных эмуляторов при проведении лабораторных работ по МДК «Цифровая схемотехника». Приведены достоинства и недостатки такого подхода по сравнению с лабораторными стендами.

Цифровая схемотехника, виртуальные лабораторные работы, программы эмуляторы.

Gennady Torgashin

GBVEI VR "College of Industry and Information Technology", Borisoglebsk

Using the emulators in teaching students the basics of digital circuit design

The report described the use of software emulation for laboratory works on the MDTs' digital circuitry. " Presents the advantages and disadvantages of this approach in comparison with laboratory stands.
Digital circuitry, virtual labs, software emulators

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.

Программы эмуляторы позволяют строить схемы практически любой степени сложности, имеют широкий выбор элементной базы. Причем параметры этой элементной базы можно гибко настраивать: можно менять количество входов, определять являются ли они прямыми или инверсными, определять их разрядность и многое другое.

Кроме того, в таких программах могут быть компоненты, которые встретишь не на каждом стенде. Например: светодиодная матрица, терминал, семисегментный индикатор, генератор случайных чисел и многое другое.

Таким образом мы получаем возможность более гибко работать по проектированию схемы.

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. [4]

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. [2]

 Панель проводника содержит основные логические элементы, датчики, контакты, различные цифровые устройств средней степени интеграции( мультиплексоры, сумматоры, регистры, счетчики, триггеры и тому подобное), а так же такие элементы как ОЗУ и ПЗУ.

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 мы можем указать в каком базисе мы хотели бы построить схему.

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.

• Программа не учитывает задержек, возникающих в элементах схемы. В некоторых случаях это может приводить к ошибкам.

Таким образом программа может быть рекомендована для проведения лабораторных работ по цифровой схемотехнике, если не требуется построения генераторов и изучения временных диаграмм. Примеры применения программы для этих целей представлены в [1]

Список литературы

1. Д.И. Попов,И.П.Лилов Организация ЭВМ. Лабораторные работы в программе Logisim/ Д.И.Попов, И.П.Лилов,М., МГУП, 2011
2. Руководство "Как стать пользователем Logisim" /Электронный ресурс :URL: http://www.cburch.com/logisim/docs/2.6.0/ru/guide/index.html

3. Учебное и лабораторное оборудование /Электронный ресурс URL: http://uilomsk.ru/profobrazovanie/electronika_shemotehnika_vt/

4. Warren's Microcoded CPU/Электронный ресурс: URL: http://minnie.tuhs.org/Programs/UcodeCPU/