Выполнение лабораторно-практических работ в Electronic Work Banch по дисциплине «Архитектура аппаратных средств» для специальность 230111 «Компьютерные сети»

41910-466725КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Методическое пособие
Выполнение лабораторно-практических работ в Electronic Work Banch по дисциплине «Архитектура аппаратных средств» для специальность 230111 «Компьютерные сети»Автор: Преподаватель информационных технологий Кравчук А.А.
г.Уссурийск, 2014 г.
РАССМОТРЕНА
на заседании кафедры
Заведующий кафедрой
____________________Е.А.Голова«____»__________________2014г. УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора по учебно- методической и научной работе
____________ Н.С. Домашенко« __ » ____июня ____ 2014 г

Методическое пособие по самостоятельному изучению дисциплины «Установка и настройка программных средств для доступа в Internet» предназначено для студентов специальности 230111 «Компьютерные сети».
Данное пособие может использоваться студентами как средне специальных учебных заведений, так и высших учебных заведений, где изучаются основные принципы работы в сети Интернет, основы прокладки компьютерных сетей, информатика, алгоритмизация.

Организация-разработчик: КГА ПОУ «Дальневосточный технический колледж»
Разработчик:
Кравчук А.А. преподаватель информационных технологий
КГА ПОУ «Дальневосточный технический колледж»
(с) 2014 год.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Целью данного цикла лабораторных работ является изучение принципов
построения, логической структуры и функциональных особенностей
цифровых устройств на базе программы «Электронная лаборатория»
(«Electronics Workbench»), а также получение практических навыков анализа
и синтеза цифровых устройств различного назначения.
Изучение данного программного обеспечения входит в общую программу дисциплины «Архитектура аппаратных средств» специальности 230111 «Компьютерные сети»
Характеристика программы Electronics Workbench
Программа «Электронная лаборатория» предназначена для синтеза и
анализа дискретных и аналоговых схем на основе стандартных компонентов,
входящих в базовый набор программы, используется также при применении
созданных пользователем блоков.
Для работы с данной программой не требуется практически никакой
подготовки, так как программа имеет интуитивный интерфейс, понятный. Рассмотрим основные команды программы, которыми придется оперировать при анализе и синтезе дискретных схем.

Рисунок 1 — Примерный вид программы «Электронная лаборатория» призапуске: 1 — панель меню программы; 2 — панель с кнопками наиболее
часто испльзуемых команд; 3 — панель базовых элементов программы сниспадающим меню; 4 — поле для рисования схем; 5 — панель
инструментов программы с ниспадающим меню; 6 — кнопка «Пауза»; 7 —
кнопка «Запуск/Остановка» процесса моделирования
Раздел меню «File» содержит в себе такие основные команды, как:
1) New — создать новый файл;
2) Open — открыть существующий файл;
3) Save — записать файл;
4) Save as… — записать файл под другим именем;
5) Reverd to Saved — вернуться к записанному файлу, т. е. отмена
всех исправлений в файле;
6) Print — распечатать файл на принтере;
7) Print setup — настройка печати;
8) Exit — выход из программы и др.
Меню «Edit» содержит такие основные команды:
1) Cut — вырезать, т.е. удаление и перенос выделенного фрагмента
схемы в буфер обмена;
2) Copy — копирование выделенного фрагмента в буфер;
3) Paste — вставка из буфера фрагмента схемы;
4) Delete — удаление выделенного фрагмента;
5) Select All — выделить всю схему для копирования, переноса или
удаления;
6) Show Clipboard — показать содержимое буфера обмена и др.
Меню «Circuit» содержит следующие команды:
1) Rotate — повернуть элемент на 90 градусов по часовой стрелке,
повторный выбор — еще на 90 градусов и т. д.;
2) Flip Horizontal — отражение элемента в горизонтальнойплоскости;
3) Flip Vertical — то же в вертикальной плоскости;
4) Component Properties — свойства компонента;
5) Create Subcircuit — создать из выделенного фрагмента схемы
блок;
6) Zoom In — увеличение масштаба;
7) Zoom Out — уменьшение масштаба;
8) Schematic Options — опции схемы;
9) Restrictions — ограничения на модель.
Остальное меню практически не требуется для работы: это команды
вызова справки — «Help», работы с окнами — «Window», опций анализа
схемы — «Analysis».
Создание схем
При построении схемы требуется выбрать пиктограмму необходимой
группы базовых элементов на панели базовых элементов и щелкнуть левой
кнопкой мыши. При этом раскроется ниспадающее меню, в котором можно
выбрать необходимый тип элемента, и, удерживая левую кнопку мыши
нажатой, перетащить требуемый тип элемента из ниспадающего меню поля
базовых элементов на поле для рисования схем. При этом элемент появляется
на поле схемы.
Для того чтобы соединить два элемента между собой, нужно подвести
курсор мыши к выводу первого элемента, нажать левую кнопку мыши (приэтом у вывода элемента появится небольшой квадратик) и, удерживая кнопку
мыши нажатой, перетянуть указатель мыши к выводу другого элемента. При
этом будет вычерчиваться линия слежения за курсором мыши и вокруг
вывода другого элемента появится такой же небольшой квадратик. Затем
кнопка мыши отпускается и провод, соединяющий два вывода, готов. Он
будет нарисован в поле схемы.
Для удаления элемента из схемы достаточно навести курсор мыши наэлемент, который требуется удалить, и нажать левую кнопку мыши, при этом
элемент окрасится в красный цвет. После чего нажимается клавиша «Delete»
(«Del») или выбирается пункт «Delete» в меню «Edit» и элемент удаляется изсхемы.
В программе также можно задать имя элементу или блоку. В этом
случае следует выделить элемент (блок) и выбрать в меню «Circuit» команду
«Component Properties», или два раза щелкнуть левой кнопкой мыши повыбранному элементу (блоку). После этого появится меню «…Properties», вкотором требуется выбрать закладку «Label» и в поле «Label» набрать
задуманное имя элемента. Затем нажимается кнопка «ОК», и название
элемента появляется над ним.
Если требуется задать ошибки в работу какого-либо элемента, то в окне
«…Properties», вызванном, как и в предыдущем случае, выбирается закладка
«Fault». В этой закладке можно выбрать такие неисправности, как: короткоезамыкание указанных цифрами выводов элемента (Short), обрыв на заданных
цифрами выводах (Open), можно задать величину сопротивления утечки
(Leakage) либо выбрать отметку, обозначающую отсутствие ошибок (None).
Для изменения цвета проводника, соединяющего элементы, надо
дважды щелкнуть по нему левой кнопкой мыши. При том появится меню
«Wire Properties», в котором нужно нажать кнопку «Set Wire Color» и в
появившемся подокне выбрать желаемый цвет проводника. После этого
нажать «ОК».
Компоненты Electronics WorkbenchБазовые компоненты
Компонент Название Описание компонента
Соединяющий узел Узел применяется для соединения проводников и создания контрольных
точек. К каждому узлу может подсоединяться не более четырех проводников.
После того как схема собрана, можно вставить дополнительные узлы дляподключения приборов.
Заземление Компонент «заземление» имеет нулевое напряжение и таким образом
обеспечивает исходную точку для отсчета потенциалов. Не все схемы
нуждаются в заземлении для моделирования, однако любая схема,
содержащая операционный усилитель, трансформатор, управляемый
источник, осциллограф, должна быть обязательно заземлена, иначе приборы
не будут производить измерения или их показания окажутся неправильными.
Источники
Компонент Название Описание компонента
Источник постоянного напряжения ЭДС источника постоянного напряжения или батареи измеряется ввольтах и задается производными величинами (от микровольт до киловольт).
Короткой жирной чертой в изображении батареи обозначается вывод,
имеющий отрицательный потенциал по отношению к другому выводу.
Генератор тактовых импульсов Генератор вырабатывает последовательность прямоугольныхимпульсов. Можно регулировать амплитуду импульсов, коэффициент
заполнения (скважность) и частоту следования импульсов. Отсчет
амплитуды импульсов генератора производится от вывода,
противоположного выводу «+».
Источник сигнала «логическая 1» При помощи этого источника устанавливают уровень логической
единицы в узле схемы.
Ключи
Ключи имеют два состояния: выключенное (разомкнутое) и включенное
(замкнутое). В выключенном состоянии они представляют собой бесконечно
большое сопротивление, во включенном состоянии их сопротивление равно
нулю. Ключи могут управляться: клавишей, таймером, напряжением, током.
Компонент Название Описание компонента
Ключ, управляемый клавишей Ключи могут быть замкнуты или разомкнуты при помощи управляющих
клавиш на клавиатуре. Имя управляющей клавиши можно ввести склавиатуры в диалоговом окне, появляющемся после двойного щелчка
мышью по изображению ключа.
Реле времени Реле времени представляет собой ключ, который размыкается в момент
времени Toff и замыкается в момент времени Ton. Ton и Toff должны быть
больше 0. Если Ton < Toff, то в начальный момент времени, когда t = 0, ключ
находится в разомкнутом состоянии. Замыкание ключа происходит в момент
времени t = Ton, а размыкание — в момент времени t = Toff. Если Ton > Toff,
то в начальный момент времени, когда t = 0, ключ находится в замкнутом
состоянии. Размыкание ключа происходит в момент времени t = Toff, а
замыкание — в момент времени t =
= Ton. Ton не может равняться Toff.
Цифровые элементы
Цифровые элементы программы представлены следующими группами:
индикаторы, логические элементы, узлы комбинационного типа, узлы
последовательностного типа, гибридные элементы.
Индикаторы
Семисегментный индикатор (ССИ)
Каждый из семи выводов индикатора управляет соответствующимсегментом, от а до g. В таблице функционирования приведены комбинации
логических уровней, которые нужно установить на входе индикатора, чтобы
на его дисплее получить изображения шестнадцатеричных цифр от 0 до F.
Наименования сегментов семисегментного индикатора:

Таблица функционирования семисегментного индикатора
a b c d e f g Символ на дисплее
0 0 0 0 0 0 0 -
1 1 1 1 1 1 0 0
0 1 1 0 0 0 0 1
1 1 0 0 1 1 0 2
1 1 1 1 0 0 1 3
0 1 1 0 0 1 1 4
1 0 1 1 0 1 1 5
1 0 1 1 1 1 1 6
1 1 1 0 0 0 0 7
1 1 1 1 1 1 1 8
1 1 1 1 0 1 1 9
1 1 1 0 1 1 1 A
0 0 1 1 1 1 1 B
1 0 0 1 1 1 0 C
0 1 1 1 1 0 1 D
1 0 0 1 1 1 1 E
1 0 0 0 1 1 1 F
Дешифрирующий семисегментный индикатор (ДССИ)

Дешифрирующий семисегментный индикатор служит для отображения
на своем дисплее шестнадцатеричных чисел от 0 до F, задаваемых
состоянием на входе индикатора. Соответствие состояний на выводах
изображаемому символу приведено в таблице.
Таблица функционирования дешифрирующего семисегментного индикатора
a b c d Символ на дисплее
0 0 0 0 0
0 0 0 1 1
0 0 1 0 2
0 0 1 1 3
0 1 0 0 4
0 1 0 1 5
0 1 1 0 6
0 1 1 1 7
1 0 0 0 8
1 0 0 1 9
1 0 1 0 A
1 0 1 1 B
1 1 0 0 C
1 1 0 1 D
1 1 1 0 E
1 1 1 1 F
Пробник логического уровня
Пробник определяет логический уровень (0 или 1) в конкретной точке
схемы. Если исследуемая точка имеет уровень «логической 1», индикатор
загорается красным цветом. Уровень «логического 0» свечением не
отмечается.
Логические элементы
Electronics Workbench содержит полный набор логических элементов и
позволяет задавать их основные характеристики, в том числе тип элемента:
ТТЛ или КМОП. Число входов логических элементов схем можно
установить в пределах от 2 до 8, но выход элемента может быть только один.
Логическое НЕ
Элемент «логическое НЕ» или инвертор изменяет состояние входногосигнала на противоположное. Уровень «логической 1» появляется на еговыходе, когда на входе не 1, и наоборот.
Таблица истинности НЕ
Вход АВыход Y
0 1
1 0
Логическое ИЭлемент И реализует функцию логического умножения. Уровень
«логической 1» на его выходе появляется в случае, когда на один и на другой
вход подается уровень «логической 1».
Таблица истинности логического элемента ИВход АВход B Выход Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Логическое ИЛИ
Элемент ИЛИ реализует функцию логического сложения. Уровень
«логической 1» на его выходе появляется в случае, когда на один или надругой вход подается уровень «логической 1».
Таблица истинности логического элемента ИЛИ
Вход АВход B Выход Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Исключающее ИЛИ
Двоичное число на выходе элемента «исключающее ИЛИ» является
младшим разрядом суммы двоичных чисел на его входах.
Таблица истинности логического элемента «исключающее ИЛИ»
Вход АВход B Выход Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Элемент И-НЕЭлемент И-НЕ реализует функцию логического умножения споследующей инверсией результата. Он представляется моделью изпоследовательно включенных элементов И и НЕ. Таблица истинности
элемента получается из таблицы истинности элемента И путем инверсии
результата.
Эквивалентная модель элемента:
Вход АВход B Выход Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Элемент ИЛИ-НЕ
Элемент ИЛИ-НЕ реализует функцию логического сложения споследующей инверсией результата. Он представляется моделью изпоследовательно включенных элементов ИЛИ и НЕ. Его таблица истинности
получается из таблицы истинности элемента ИЛИ путем инверсии
результата.
Эквивалентная модель элемента:
Таблица истинности логического элемента ИЛИ-НЕ
Вход АВход B Выход Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Исключающее ИЛИ-НЕ
Данный элемент реализует функцию "исключающее ИЛИ" с
последующей инверсией результата. Он представляется моделью из двух
последовательно соединенных элементов: исключающее ИЛИ и НЕ.
Эквивалентная модель элемента:
Таблица истинности логического элемента «исключающее ИЛИ-НЕ»
Вход АВход B Выход Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Буфер
Буфер служит для подачи больших токов в нагрузку. Данный буфер
является неинвертирующим.
Таблица истинности буфера
Вход Выход
1 1
0 0
Буфер с тремя состояниями
Буфер с тремя состояниями имеет дополнительный разрешающий вход
(enable input). Если на разрешающем входе высокий потенциал, то элемент
функционирует по таблице истинности обыкновенного буфера, если низкий,
то независимо от сигнала на входе выход перейдет в состояние с высокимимпедансом. В этом состоянии буфер не пропускает сигналы, поступающие
на вход.
Создание блоков элементов
Программа «Электронная лаборатория» дает возможность упрощения
построения схем путем создания необходимых блоков.
Для создания блока следует выделить схему (участок схемы), которую
необходимо поместить в блок. Это можно выполнить следующим образом: запределами схемы нажимается левая кнопка мыши и, не отпуская ее,
указатель мыши двигается по диагонали. При этом образуется рамка и
выделяются красным цветом все элементы, попавшие в нее.
Затем выбирается команда «Create Subcircuit» меню «Circuit» или
нажимается сочетание клавиш «Ctrl» + «В». После чего появится меню, вкотором следует набрать имя создаваемого блока и нажать одну из
предлагаемых клавиш «Copy From Circuit» (копировать из схемы), «MoveFrom Circuit» (переместить из схемы), «Replace in Circuit» (заменить в схеме),
«Cancel» (отменить). В зависимости от выбранного варианта часть схемы,
выбранная для блока, будет либо скопирована из схемы, либо перемещена изнее, либо заменена блоком с указанным именем. Блок будет представлен
отдельным окном, которое может быть закрыто путем нажатия кнопки скрестиком в правом верхнем углу (рисунок 2). После закрытия окна блока он
помещается в специальной области, под названием «Favorites», из которой
блок можно извлечь и поместить на поле схемы. Для этого следует нажать
кнопку «Favorites», которая размещается первой слева на панели базовых
элементов программы. После нажатия кнопки появится окошко с элементом
«Sub», на котором следует нажать левую кнопку мыши и, удерживая ее
нажатой, переместить мышь на область рисования схемы. Затем надо
отпустить кнопку. В результате появится меню «Choose SUB», в котором
надо выбрать имя созданного ранее блока и нажать кнопку «Accept». На поле
для рисования схем появится небольшой прямоугольник с выбранным
именем. Это и есть сформированный ранее блок. Для того чтобы его
рассмотреть, на прямоугольнике можно выполнить двойной щелчок левойкнопкой мыши, и блок развернется в окно со схемой. В этом окне можно
сделать необходимые выводы для подключения схемы. Для этого надо
подвести курсор к выводу элемента и, когда появится окно выделения навыводе, удерживая левую кнопку мыши, вывести курсор за пределы окна втом месте, где требуется вывод. При этом на границе окна появится
небольшой квадратик, и, если закрыть окно, отобразится прямоугольник свыводами, к которым можно подключать другие элементы.
Блокам можно присваивать любые имена. В этом случае можно будет
создать целую библиотеку цифровых микросхем и цифровых устройств.
На рисунке 2 приведен пример создания блока из пяти логических
элементов с семью выводами для подключения под именем «Blok».

Рисунок 2 — Развернутое окно созданного блока
Инструменты анализа логических схем
Программа имеет в своем составе четыре прибора, которые будут
использованы далее для анализа дискретных схем.
Мультиметр (Multimeter) предназначен для измерения напряжений, токов,
сопротивлений и уровней в различных точках схемы (рисунок 3). Например, для
измерения напряжений на выводах схемы его достаточно перетащить с помощью мыши
на поле рисования схем и подключить к исследуемой цепи. Для этого на корпусе
мультиметра есть два вывода: «+» и «–». Чтобы увидеть показания мультиметра, надо два
раза быстро нажать левую кнопку мыши на нем.

Рисунок 3 — Мультиметр в развернутом виде
Генератор кодов (Word Generator) служит для выработки различных
кодовых последовательностей с числом разрядов до восьми в различных
режимах (рисунок 4). Генератор снабжен входом для разрешения работы или
запуска генератора по переднему либо по заднему фронту импульса. Для
этого на генераторе имеются соответствующие кнопки.

Рисунок 4 — Генератор кодовых последовательностей в развернутом виде
Кнопка INTERNAL предназначена для запуска генератора отвнутреннего источника тактовых импульсов, а кнопка EXTERNAL — отвнешнего источника. Кнопка STEP предназначена для пошаговой генерации
импульсов на выходах, кнопка BURST — для генерации всего набора
импульсов и кнопка CYCLE — для непрерывной генерации набора таблицы
импульсов.
Для изменения генерируемых последовательностей надо подвести
курсор мыши к требуемому элементу и нажать левую кнопку мыши, приэтом элемент выделится, и тогда можно записать «логическую 1» или
«логический 0». Для быстрого перемещения в таблице можно
воспользоваться курсорными клавишами.
Логический анализатор (Logic Analyzer) — восьмиканальный анализатор
логических уровней (рисунок 5). Прибор предназначен для визуальногонаблюдений логических уровней в восьми точках схемы.

Рисунок 5 — Логический анализатор
В анализаторе можно установить вид запуска либо по переднему, либо
по заднему фронту импульса, подаваемого на вход запуска TRIGGER, либо
от внутреннего генератора. Кнопка EXTERNAL предназначена для запуска
анализатора от внешнего источника. Для задания набора надо нажать левуюкнопку мыши на кнопке SET и в появившемся меню выбрать нужный разряд
(«логическую 1», «логический 0» либо оставить безразличное состояние «х»).
Логический конвертер (преобразователь) (Logic Converter) используется
для преобразования или нахождения таблицы истинности схемы,
преобразования таблицы истинности в функцию алгебры логики,
преобразования таблицы истинности в упрощенную логическую формулу,
преобразования логической формулы в таблицу истинности, а также дляпреобразования логической формулы в логическую схему в базисе И-ИЛИ-
НЕ либо в базисе И-НЕ и др. (рисунок 6).

Рисунок 6 — Логический конвертер
Для создания таблицы истинности требуется нажать кнопку мыши
требуемое количество раз (до восьми) в кружках, обозначенных латинскимибуквами «А, В, C, D, E, F, G и H». При этом в поле значений входов появятся
последовательные многоразрядные двоичные числа. Чтобы уменьшить число
разрядов, следует также нажать левую кнопку мыши в кружках требуемых
входов. После этого можно подвести курсор мыши к нужному разряду,
нажать левую кнопку мыши, при этом логическое значение выделится
квадратиком, и изменить значение «1» или «0».
После этого таблицу истинности можно преобразовать в логическую
формулу или упрощенную логическую формулу, логическую формулу
можно преобразовать в схему в базисе И-ИЛИ-НЕ или базисе И-НЕ, нажав
левой кнопкой мыши на определенную кнопку логического преобразователя.
Для преобразования схем нужно подключить входы схем к входам
логического преобразователя, а выход схемы — к выводу OUT логического
преобразователя, после этого можно преобразовывать схему. Для этого надо
подвести курсор мыши к прибору, нажав и удерживая левую кнопку мыши,
перетащить его в нужное место схемы.
Осциллограф (Oscilloscope)
Лицевая панель осциллографа показана на рисунке 7. Осциллограф
имеет два канала (CHANNEL) А и В с раздельной регулировкой
чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (mV/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и
регулировкой смещения по вертикали (Y POS). Выбор режима по входу
осуществляется нажатием кнопок. Режим АС предназначен для наблюдения
только сигналов переменного тока (его еще называют режимом «закрытоговхода», поскольку в этом режиме на входе усилителя включается
разделительный конденсатор, не пропускающий постояннуюсоставляющую). В режиме 0 входной зажим замыкается на землю. В режиме
DC (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические
измерения как постоянного, так и переменного тока. Этот режим еще
называют режимом «открытого входа», поскольку входной сигнал поступает
на вход вертикального усилителя непосредственно. С правой стороны откнопки DC расположен входной зажим.

Рисунок 7 — Осциллограф
В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются
следующие режимы развертки: по вертикали — напряжение сигнала, погоризонтали — время; в режиме В/А: по вертикали — сигнал канала В, по
горизонтали — сигнал канала А; в режиме А/В: по вертикали — сигнал
канала А, по горизонтали — сигнал канала В. В режиме развертки Y/T
длительность развертки (TIME BASE) может быть задана в диапазоне от 0,1
нс/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки смещения в тех
же единицах по горизонтали, т.е. по оси Х (X POS). В режиме Y/T
предусмотрен также ждущий режим (TRIGGER) с запуском развертки
(EDGE) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала
(выбирается нажатием кнопок ) при регулируемом уровне (LEVEL) запуска,
а также в режиме AUTO (от канала А или В), от канала А, от канала В или от
внешнего источника (ЕХТ), подключаемого к зажиму в блоке управления
TRIGGER. Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками.
Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы GROUND вправом верхнем углу прибора. При нажатии на кнопку ZOOM лицеваяпанель осциллографа существенно меняется: увеличивается размер экрана,
появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его
сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красногоцвета), которые за треугольные ушки (они обозначены также цифрами 1 и 2)
могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом виндикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения
напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирнымилиниями). Изображение можно инвертировать нажатием кнопки REVERSE и
записать данные в файл нажатием кнопки SAVE. Возврат к исходномусостоянию осциллографа — нажатием кнопки REDUCE.