--PAGE_BREAK--
2. Возможности программы моделирования Electronics Workbench
2.1 Общие сведения об Electronics Workbench
Electronics Workbench канадской фирмы Interactive Image Technologies разработана достаточно давно и в Росси известны версии 3.0, 4.0, 4.1, 5.0, 5.12 ProfessionalEdition. Программа непрерывно развивается, совершенствуется. Растет библиотека компонент, измерительных приборов, моделирующих функций. Версии 3.0, 4.0 были 16 разрядные, а начиная с Electronics Workbench 4.1 — 32-разрядные. И хотя в последней версии занимаемый объем на диске вырос с 1.4 Мбайт в версии 3.0 до 16 Мбайт в версии 5.12, однако эта программа остается одной из компактных программ ( обычные требования подобных программ 80 -150 Мбайт). Во всех версиях остается неизменным (почти) дружественный интуитивный интерфейс, простой мощный графический редактор электрических схем, прекрасная интеграция с Windowsсистемой. Так как функции логического конвертора поддерживаются во всех версиях Electronics Workbench, поэтому в основу лабораторного практикума положена версия Electronics Workbench 4.1, не предъявляющая практически никаких требований к компьютеру и прекрасно работающая даже на компьютерах начиная с 386.
Рис.2.1 Экран Electronics Workbench.
Экран программы Electronics Workbench, показанный на (рис.2.1), напоминает рабочий стол регулировщика аппаратуры, что вполне соответствует названию (Electronics Workbench — дословно — рабочий стол электронщика). В отличие от других программ схемотехнического моделирования, на нем изображаются измерительные приборы с органами управления, максимально приближенными к реальности. Пользователю не надо изучать довольно абстрактные (хотя и не очень сложные) правила составления заданий на моделирование.
Достаточно в схему ввести двухканальный осциллограф и генератор сигналов – и программа сама сообразит, что нужно анализировать переходные процессы. Если же на схеме разместить анализатор частотных характеристик, то будет рассчитан режим по постоянному току, выполнена линеаризация нелинейных компонентов и затем проведен расчет характеристик схемы в частотной области. Диапазон анализируемых частот, коэффициент усиления и характер оцифровки данных (в линейном или логарифмическом масштабе) устанавливают на лицевой панели с помощью мыши.
Чтобы начать моделирование, достаточно щелкнуть на переключателе, расположенном в верхнем правом углу экрана. После этого на устройствах индикации цифровых вольтметров и амперметров будет зафиксирован режим по постоянному току, на экране измерителя нарисованы частотные характеристики (амплитудно- или фазочастотные), а на экране осциллографа будут непрерывно изображаться эпюры напряжений до тех пор, пока не заполнится буферная память, а затем можно прекратить моделирование или обнулить память и продолжить наблюдения.
Ниже приведены характерные особенности программы Electronics Workbench.
1) Схема изображается в графическом виде привычным образом. Из горизонтально расположенного меню выбирают библиотеку компонентов, состав которой изображается слева от рабочего экрана. Движением мыши символы компонентов переносят на схемы и выполняют электрические соединения. Достаточно указать начальный и конечный вывод цепи, как цепь будет проложена автоматически (правда, не всегда удачно, так что ее приходится немножко корректировать).
2) Полностью поддерживается текстовый формат программы моделирования SPICE, причем при загрузке текстового файла в формате SPICE на экране будет нарисована принципиальная схема с подключенными измерительными приборами (топология сложных схем синтезируется не вполне удачно, но моделируются такие схемы без ошибок).
3) Предусмотрен вывод списка соединений в формате программы OrCAD PCB (в файлах с расширением имени .NET) для разработки печатных плат.
4) Поддерживается стандартный набор компонентов: резисторы, конденсаторы, индуктивности, управляемые линейные и нелинейные источники, линии задержки без потерь и с потерями, диоды, тиристоры, различные транзисторы, операционные усилители, цифровые интегральные схемы и др., а также светодиоды, цифровые индикаторы, резистивные матрицы, плавкие предохранители, лампочки накаливания и ключи. Имеется механизм создания макромоделей.
5) Предусмотрена возможность изменения параметров компонентов нажатием клавиш. Есть кнопочные переключатели, управляемые с клавиатуры. При этом параметры можно изменять, не прерывая моделирования! Как в реальном эксперименте.
6) Имеются следующие измерительные приборы: мультиметры (измерения постоянного и переменного напряжения и тока, сопротивления, результаты выводятся в относительных единицах и децибелах); двухлучевые осциллографы (регулируются усиления каналов, частота развертки, смещение лучей по координатам X, Y, имеются открытый и закрытый входы, предусмотрен ввод сигналов синхронизации); измерители частотных характеристик (Bode Plotter); генератор цифровых сигналов (Word Generator); цифровой логический анализатор и логический преобразователь. На схеме можно разместить только по одному из приборов каждого типа. При развертывании изображения лицевой панели прибора на весь экран с помощью двух электронных курсоров проводят точные измерения характеристик.
7) Различные цепи можно окрашивать в разные цвета для улучшения восприятия схемы. При этом временные диаграммы на экране двухлучевого осциллографа и многоканального логического анализатора окрашиваются в те же цвета.
8) Возможен ввод дискретных отсчетов сигналов из файлов.
9) На периферийные устройства можно вывести принципиальную схему, ее текстовое описание, перечень компонентов.
Для измерительных инструментов рисуется лицевая панель с изображением характеристик и положением органов управления, а для осциллографа изображаются также эпюры напряжений неограниченной длины.
Существуют версии Electronics Workbench для DOS, Windows и Macintosh. При установке в среде Windows можно выбрать 16- и 32-разрядную версию. Имеется демонстрационная версия, работающая в режиме просмотра слайдов и в рабочем режиме, но с ограничением сеанса моделирования 30 минутами (за 5 минут до окончания этого срока программа выводит предупреждающее сообщение, затем ее можно запустить вновь). Демонстрационная версия содержит 10 схем, с которыми можно экспериментировать: редактировать и создавать новые, нельзя лишь сохранять их и распечатывать. Кроме того, демонстрационная версия имеет неполную библиотеку компонентов.
2.2 Интерфейс Electronics Workbench
Как видно из рис.1.4 интерфейс Electronics Workbench по своему построению очень похож на стандартный интерфейс Windows, Описать процесс вызова схемы из библиотеки.
Вывести схему на рабочее поле Electronics Workbench можно 2-мя способами:
— 1-й способ — вызов готовой схемы из библотеки. Делается это посредством команды Open из меню File. В результате выполнения этой команды появляется стандартная панель Widows см. рис.2.2.
Рис.2.2 Панель для вызова схем из библиотеки
Библиотека схем Samples находится в каталоге Wbnch. Она содержит файлы со схемами как в своём корневом каталоге, так и в двух подкаталогах Complex и Tutorial. Расширение файлов содержащих схемы — ca.4. Процедура вызова стандартная для Windows — “мышью” выбрать файл и кликнуть на OK.
— 2-й способ создание схемы вручную посредством встроенного графического редактора. Этот способ начинается с выбора команды New из меню File. После этой команды рабочее поле очищается и можно приступать к созданию схемы.
Вынос элементов схемы и измерительных приборов:
— навести стрелку на прибор или элемент;
— нажать левую кнопку “мыши” и удерживая её переместить объект на рабочее поле(выделение снимается нажатием правой кнопки “мыши”.
Соединения между элементами на рабочем поле выполняются следующим образом:
— установить стрелку на окончание нужного вам вывода элемента:
— нажать левую кнопку “мыши”(на окончании выбранного вывода должна появится крупная чёрная точка) и удерживая её двигать стрелку по направлению к предназначенному для соединения другому выводу(при этом за стрелкой будет тянуться линия);
— навести стрелку на нужный вывод, при этом на нём появится чёрная точка(это означает что соединение установлено) и отпустить кнопку “мыши” на рабочем поле должно появится соединение.
Само соединение можно подкорректировать — навести стрелку на линию соединения нажать левую кнопку “мыши” и удерживая её перемещать линию в нужном направлении.
Точная корректировка элементов, приборов и узлов на рабочем поле:
— навести стрелку на объект;
— нажатием правой кнопки “мыши” выделить его;
— корректировать положение клавишами управления курсором.
Верхняя строка экрана Electronics Workbench(см.рис.2.1):
Меню File:
New
— создать новый файл, файл для создания, описания и моделирования новой схемы;
Open
— открыть уже созданный файл (созданный в Electronics Workbench);
Save
— сохранить текущий (открытый) файл с текущим именем в текущую директорию;
Save as
— сохранить текущий файл предварительно введя имя и путь для сохранения;
Revert to saved
— вернуться к сохранённому файлу;
Print
— распечатать текущую схему, причём после выбора этого пункта меню предоставляется возможность выбора, что именно нужно распечатать: схемные параметры- схемотехника, описание схемы, листинг составляющих схемы, листинг моделей и т.д., инструментарий- мультиметр, функциональный генератор, осциллограф и т.д.;
Print Setup
— доступ к установке принтеров (через Windows Setup для принтеров);
Exit
— выход из Electronics Workbench;
Import from SPICE
— импортировать из SPICE какую-либо схему, причём импортируемая схема сразу же конвертируется из формата SPICE (описания) в графический вид и выводится на экран;
Export to SPICE
— отправить в SPICE текущую схему, причём она сразу же конвертируется в формат SPICE;
Export to PCB
— отправить в PCB текущую схему;
Меню Edit:
Cut
— вырезать выделенные компоненты, затем их можно вставить в любую схему в пределах среды Electronics Workbench (см. команда Paste) выделениепроизводится следующим образом — сначала стрелка(указатель положения курсора) устанавливается в выбранное место на схеме, затем следует нажать левую клавишу “мыши” и удерживая её растянуть появившуюся рамку на компоненты схемы которые нужно выделить, после отпустить клавишу, выделенные компоненты будут окрашены в красный цвет; ещё один способ выделения отдельных компонентов схемы состоит в следующем: навести стрелку на тот компонент, который хотите выделить и нажать на правую кнопку “мыши” — таким образом можно выделять или убирать выделение с отдельных компонентов не нарушая выделение других;
Copy
— копировать выделенные компоненты схемы;
Paste
— вставить, эта команда становится доступной только после выполнения команд Cut или Copy; после выбора этой команды копируемый или вырезанный компонент или фрагмент схемы всегда появляются в центре видимой части рабочего поля;
Delete
— удалить выделенный элемент или фрагмент схемы;
Select All
— выбрать всё, эта команда позволяет выбрать сразу всю схему;
Copybits
— копирование в буфер обмена Windows; используется для переноса эл. схем, результатов исследований, осциллограмм и т.д. в другие приложения Windows (например в Word); после выбора этой команды на рабочем поле Electronics Workbench вместо стрелки появится крестик, его нужно установить в выбранное место рабочего поля затем нажать левую кнопку “мыши” и растянуть рамку на ту часть рабочего поля, которая предназначена для копирования после отпускания кнопки “мыши” выбранное изображение рабочего поля будет записано в буфер обмена; вставка в другом приложении производится командой Вставить(Paste)
Show Clipboard
— просмотр содержимого буфера обмена;
Меню Circuit:
Activate
— активация находящейся на рабочем поле схемы(начать процесс моделирования); эта команда аналогична нажатию посредством “мыши” виртуального выключателя в правом верхнем углу рабочего поля Electronics Workbench;
Stop
— полная остановка процесса моделирования; аналогична выключению виртуального выключателя “мышью”;
Pause
— временная остановка процесса моделирования с сохранением всех промежуточных результатов, т.е. после повторного нажатия Pause процесс моделирования продолжается точно с точки прерывания;
Label
— установить (изменить) обозначение выбранного элемента; команда становится доступной лишь после того, как на схеме выбран элемент;
Value
— установить (изменить) номинал выбранного элемента схемы;
Model
— присвоить выбранному элементу схемы параметры реально существующего элемента или идеального; после выбора этой команды появляется меню, где можно выбрать из базы данных Electronics Workbench тип элемента с последующей возможностью редактирования его параметров;
Zoom
— устанавливает количество входов элемента или в некоторых случаях действует аналогично команде Model;
Rotate
— поворачивает выбранный элемент на 90 градусов по часовой стрелке;
Fault
— устанавливает неисправность выбранного элемента
можно задать: утечку, короткое замыкание и обрыв;
Subcircuit
— объединяет выделенные элементы схемы в подсхему и помещает её(полученную подсхему) под выбранным именем в окно Custom;
Wire color
— задаёт цвет выделенного провода;
выделение провода: навести стрелку на нужный провод и один раз нажать левую кнопку “мыши”;
Preferences
— устанавливает параметры изображения схемы: сетка рабочего поля, условное обозначение элементов, названия моделей элементов, номинал элементов;
Analysis options
— устанавливает опции анализа схемы: переходные процессы или установившийся режим, симуляция активных компонентов, режим изображения экрана осциллографа, погрешность моделирования, частота временных точек, где происходит моделирование на цикл моделирования, частота точек боде анализа(ФАПЧХ) на цикл моделирования, размер временного файла для моделирования;
Меню Window:
Arrange
— устанавливает стандартный вид экрана Electronics Workbench;
Circuit
— устанавливает режим изображения схемы;
Description
— открывает окно для примечаний к текущей схеме;
Custom (Subcircuit)
— окно библиотеки клиентских схем(подсхем), если в процессе работы они не были туда внесены, то оно пусто;
Passive
— окно библиотеки пассивных элементов;
Active
— окно библиотеки активных элементов;
Field Effect Transistors
— окно библиотеки полевых транзисторов;
Control
— окно библиотеки управляемых элементов схемы(ключи, реле, управляемые источники тока, напряжения и т.д.)
Hybrid
— окно библиотеки гибридных(аналого-цифровых) компонентов;
Indicators
— окно библиотеки индикаторных приборов;
Gates
— окно библиотеки цифровых компонентов схем;
Combinational
— окно библиотеки арифметических компонентов и преобразователей кодов;
Sequential
— окно библиотеки триггеров, счётчиков и сдвиговых регистров;
Integrated Circuit
— окно библиотеки реальных серий ИС.
К сожалению в Electronics Workbench изображение элементов схем выполнено в соответствии с требованиями американского стандарта milspec (здесь ANSI) и европейского стандарта МЭК 117-15 (DIN). Стандарт изображения элементов схем выбирается при инсталляции Electronics Workbench. Европейский стандарт по своему изображению элементов находится гораздо ближе к российскому, поэтому при инсталляции пакета рекомендуется выбирать именно его. Ниже приведена таблица с изображениями цифровых (поскольку именно они используются в этой разработке) элементов по европейскому стандарту МЭК 117-15.
Таблица 2.1
Изображение цифровых элементов
по стандарту МЭК 117-15
Изображение
Функция булевой алгебры
И
ИЛИ
Таблица 2.1
Изображение цифровых элементов
по стандарту МЭК 117-15. Продолжение.
НЕ
И-НЕ
ИЛИ-НЕ
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ
Буфер
Буфер с тремя состояниями
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ
Панель универсальных измерительных приборов:
— мультиметр;
— функциональный генератор;
— осциллограф;
— боде плоттер(измеритель ФАПЧХ);
— генератор слов;
— логический анализатор;
— логический конвертор.
Следующая строка панелей является лишь повторением нижних 11-ти строк меню Window, выведенных отдельно ввиду их частого использования.
2.3 Свойства и параметры измерительной аппаратуры, используемой в работе
Генератор слов.
Рис.2.3 Внешний вид панели управления генератора слов.
Генератор слов используется для посылки последовательностей битов в схемы. Его левая часть содержит(см. рис.2.3) 16 рядов(слов) по 8 бит каждый. Когда генератор активирован слова одно за другим посылаются в схему. Кроме этого устройство имеет выход внутреннего генератора временных импульсов используемого для синхронизации.
Управление генератором слов:
1) Ввод слов.
Для ввода последовательности битов в генератор слов, следует навести стрелку на нужный бит и нажать левую кнопку “мыши”, выбранный бит окажется в режиме выделения — можно вводить 1 или 0. Выбрав однажды точку для введения 0 или 1 вы сможете перемещаться по полю слов при помощи клавиш управления курсором.
2) Активация.
В верхней правой части панели управления генератора слов во второй строке находятся три кнопки(панельки) управления.
— Step — после активации(навести стрелку и нажать левую кнопку “мыши”) в схему будет заслано выделенное в данный момент слово;
— Burst — активация этой панельки вызовет пересылку всех 16 слов друг за другом, причём старт будет произведён с выделенного слова;
— Cycle — посылка непрерывной последовательности слов(останов CTRL+T или “нажать” стрелкой виртуальный выключатель в верхнем правом углу над рабочим полем Electronics Workbench.
Значения битов каждого текущего слова индицируются в окошках внизу панели управления генератора слов.
3) Сохранение, загрузка и очистка последовательностей слов.
Для очистки сохранения и загрузки последовательностей слов используются кнопки вверху справа в первом ряду панели управления генератора слов Save, Load и Clear соответственно. После выбора Save или Load на экране появляется стандартное диалоговое окно Windows используемое для сохранения или загрузки. Файлы последовательностей слов имеют расширение DP.
4) Временные импульсы.
Внутренний генератор временных импульсов имеет выход обозначенный на панели управления Clk. Каждый временной цикл содержит два уровня сначала идёт 1 затем 0.
5) Синхронизация (обозн. на панели Trigger).
Генератор слов может быть синхронизирован как изнутри своими временными импульсами так и снаружи, сигналами поступающими на вход внешней синхронизации(вывод справа на панели управления). Если используется внешняя синхронизация, генератор слов пересылает каждое слово с приходом снаружи высокого или низкого, в зависимости от выбранного режима, сигнала:
продолжение
--PAGE_BREAK--
— срабатывает по высокому уровню;
— срабатывает по низкому уровню.
6) Частота.
Частоту внутреннего временного генератора можно изменять в окошках под надписью Frequency. Менять можно как порядок Mhz, Khz, Hz, так и цифры.
Цифровой(логический) анализатор.
Рис.2.4 Внешний вид панели управления цифрового(логического) анализатора.
Восьмиканальный логический анализатор отображает приходящие сигналы как прямоугольные импульсы развёртываемые по оси времени. Он так же позволяет увидеть их двоичное и шестнадцатиричное представление.
В левой части панели управления логического анализатора (см.рис.2.4) расположен дисплей предназначенный для отображения состояния сигналов пришедших по 8-ми каналам(входам).
Пронумерованные входы расположенные непосредственно под дисплеем пересылают в горизонтальные ряды дисплея последовательности битов и показывают их текущее двоичное представление.
Hex: — окошко справа от входов показывает шестнадцатиричное представление каждого текущего бита.
Clear — кнопка предназначена для обнуления(очистки) дисплея логического анализатора.
Time base — контролирует временную развёртку последовательностей битов, устанавливает время в секундах.
Синхронизация:
— отображение битов на дисплее стартует с фронта импульса;
— отображение битов на дисплее стартует со спада импульса;
Burst — кнопка обеспечивает синхронизацию входящих сигналов по внутреннему генератору логического анализатора;
External — кнопка обеспечивает синхронизацию входящих сигналов по внешним синхроимпульсам, подаваемым на вход на правой стороне панели управления логического анализатора;
Pattern — после нажатия этой кнопки запуск логического анализатора происходит с приходом слова вводимого в окошке непосредственно под кнопкой Pattern, ввод слова побитно осуществляется побитно так же как ввод слов вручную в генератор слов (см. Генератор слов:1) Ввод слов.).Кроме 1 и 0 можно вводить Х т.е. не 0 и не 1(этот бит не имеет значения, можно 0 можно 1 это всё равно).
Логический(цифровой) конвертор.
Рис.2.5 Внешний вид панели управления логического(цифрового конвертора).
Логический конвертор является мощным компьютерным прибором способным проводить несколько трансформаций схемных представлений.
Вы можете использовать его для преобразования:
— схемы в таблицу истинности ;
— таблицу истинности в выражение булевой логики;
— выражение булевой логики в схему или таблицу истинности с промежуточной минимизацией.
Управление логическим конвертором.
В правой части панели управления логического конвертора (см.рис.2.5) расположены конверсионные кнопки, которые можно использовать для выполнения следующих операций:
1) Конвертирование схемы в таблицу истинности.
Логический конвертор может создавать таблицу истинности для схемы с не более чем 8-ю входами и одним выходом. Для этого следует выполнить следующие действия:
— подсоединить схемные входы к выводам в верхней части панели управления логического конвертора (следует использовать левые 8 выводов). Затем подсоединить схемный выход к правому выводу в верхней части панели управления;
— Чтобы получить таблицу истинности на дисплее панели управления, расположенном слева от кнопок, следует “нажать” стрелкой(навести стрелку и нажать левую кнопку “мыши”) виртуальную кнопку:
Далее можно редактировать или конвертировать таблицу истинности в другие формы используя остальные кнопки логического конвертора.
(см. также 2) Ввод таблицы истинности.)
2) Ввод таблицы истинности.
Для создания таблицы истинности следует стрелкой и нажатием левой кнопки “мыши” выбрать желаемые вводы(каналы) логического конвертора от A до H, расположенные над дисплеем. Затем в столбце OUT присвоить желаемым разрядам 1, 0 или X тем же способом, что и побитный ввод слов в генераторе слов.
3) Конвертирование таблицы истинности в выражение булевой логики.
Чтобы конвертировать таблицу истинности, имеющуюся на дисплее логического конвертора, в выражение булевой логики следует “нажать” стрелкой на кнопку:
Булево выражение появится внизу в окошке под дисплеем и кнопками. Его можно затем упростить(см. 4)Упрощение булева выражения) или конвертировать в схему (см. 6)Конвертация булева выражения в схему).
4) Упрощение(минимизация) булева выражения. Конвертирование таблицы истинности в минимизированное булево выражение.
Чтобы минимизировать имеющееся в окошке под дисплеем и кнопками булево выражение или перевести, расположенную на дисплее панели управления, таблицу истинности в минимизированное булево выражение следует “нажать” стрелкой кнопку:
Electronics Workbench использует метод Квайна-Мак Класки для минимизации булевых выражений. Этот способ обеспечивает упрощение для систем с большим числом входов, чем может быть расчитано вручную с помощью карт Карно.
Примечание: Упрощение требует много памяти(ОЗУ). Если ваш компьютер не имеет достаточно памяти, эта операция не будет вам доступна.
5) Конвертация булева выражения в таблицу истинности.
Булево выражение можно напрямую ввести в окошко предназначенное для него. Т.е. с помощью “мыши” установить туда курсор и набрать выражение с клавиатуры(доступны будут лишь те клавиши, которые имеют смысл в этом выражении), либо получить с помощью предыдущих операций.
Для конвертации булева выражения в таблицу истинности следует “нажать” стрелкой на кнопку:
Если вы хотите минимизировать булево выражение его следует сначала перевести в таблицу истинности.
6) Конвертация булева выражения в схему.
Чтобы выполнить эту операцию(при имеющемся в окошке панели управления булевом выражении) следует “нажать” стрелкой на кнопку:
Схема реализованная на логических ключах появится на рабочем столе Electronics Workbench. Компоненты будут в режиме выделения, поэтому их при необходимости можно будет легко перенести в другое место копированием(Copy), вставкой(Paste) или вставкой в подсхему(Subcircuit), (см. соответствующие команды Copy, Paste и Subcircuit).
Для построения схемы в этом случае будет использован базис: И, ИЛИ, НЕ. Если же требуется построить схему в базисе только И-НЕ см.ниже.
7) Конвертация булева выражения в схему в базисе И-НЕ.
Для выполнения этой операции (при имеющемся в окошке булевом выражении) следует “нажать” стрелкой кнопку:
3. Математические модели и эквивалентные схемы в программе логического проектирования
Любой реальный логический элемент(ЛЭ) не мгновенно реагирует на изменения входных сигналов, поэтому имеется некоторая паразитная задержка между моментом времени, в который на его входы поступают новые значения сигналов, и моментом времени, когда выходной сигнал принимает значение, определяемое функцией, которую выполняет ЛЭ. Эта функция представляет собой статическую модель ЛЭ, так как она не учитывает поведение ЛЭ при изменении входных сигналов. Аналогично этому функция f(v) или система функций fq(v):
zq=fq(xn,....,x1),
где zq — выходные сигналы комбинационной схемы,
xp — входные сигналы, p= 1, 2, .....,n, q= 1, 2, ....,k;
описывающая работу комбинационной схемы(КС) без обратных связей, является её статической моделью.
Для исследования переходных процессов, вызываемых в логических схемах(ЛС) изменениями входных сигналов, необходимо ввести динамические модели ЛЭ, учитывающие паразитные задержки. Тогда динамическая модель ЛС будет определятся динамической моделью ЛЭ и статической моделью ЛС. Так, динамическая модель КС без обратных связей будет определятся формой представления функций fq(v), задающей структурную схему (число ЛЭ и все связи между ними), и динамической моделью ЛЭ.
Самая общая динамическая модель ЛЭ И-НЕ, имеющего два входа, представлена на рис.3.1(а).
а)
б)
в)
Рис.3.1 Модели логического элемента ИЛИ-НЕ
Эта модель состоит из безынерционного ЛЭ И-НЕ (статическая часть модели) и паразитных элементов задержки (i=1, 2, 3). Величины задержек и зависят от длины проводников, соединяющих выводы ЛЭ с источниками сигналов, от длительности фронтов входных сигналов x1 и x2, от порогов срабатывания ЛЭ по входам x1 и x2, а величина определяется инерционностью той части ЛЭ И-НЕ, через которую проходит сигнал описываемый функцией x1 x2.В общем случае точные значения величин i неизвестны, так как они зависят от многих факторов и стечением времени могут изменяться. Кроме того, значения величин i могут быть различными при переходах сигналов x1, x2 и с 0 на 1 и с1 на 0. Рассмотренная модель является наиболее сложной и пригодна для описания любого ЛЭ (И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ), если использовать в ней соответствующую статическую модель.
Будем говорить, что входные сигналы ЛЭ не изменяются одновременно, если на интервале изменяется только один сигнал x1 или x2 , и что входные сигналы ЛЭ изменяются одновременно, если на интервале изменяются оба сигнала x1 и x2, так как истинное соотношение величин задержек и неизвестно. Если сигналы x1 и x2 никогда одновременно не изменяются (хотя бы в противоположных направлениях), то модель ЛЭ И-НЕ может быть приведена к виду, показанному на рис.3.1(б), где — элемент задержки с переменной величиной задержки или в зависимости от того, каким сигналом xp вызывается изменение выходного сигнала . Поэтому данную модель назовём динамической моделью с переменной задержкой. Из рис 3.1(б) следует, что:
Обозначив сигналы xp(t)= xpи , получим :
где — значение выходного сигнала ЛЭ в данный момент времени,
— следующее его значение, которое появится через времям
после изменения входных сигналов xp.
Модель с переменной задержкой можно представить в несколько ином виде (рис.3.1(в)), положив, что элемент задержки в момент изменения сигнала xp подключается к тому входу, на который этот сигнал подаётся, а на другом входе элемент задержки в этом случае отсутствует. Данную модель будем называть динамической моделью с виртуальной задержкой.
Логический элемент находится в устойчивом состоянии, если сигналы до элемента задержки и после него совпадают, т.е. если . Если же , то ЛЭ находится в неустойчивом состоянии, так как в этом случае его выходной сигнал должен изменится через время не большее .
а)
б)
Рис.3.2 Комбинационная схема составленная из логических элементов И и ИЛИ на основании их динамических моделей
На рис.3.2(а) показана КС, составленная из ЛЭ И и ИЛИ на основании их динамических моделей. Для ЛЭ И использована модель с переменной задержкой, а для ЛЭ ИЛИ — общая модель. Как видно из рис.3.2(а), КС выполняет функцию f(v)=x3 x1+x3 x2, которая является её статической моделью.
Пусть x1=x2=1 и изменяется только один сигналx3. Тогда функция f(v)=x3 +x3 =1, т.е. из статической модели КС следует, что её выходной сигнал не должен изменятся при изменениях входного сигналаx3. Наличие же паразитных задержек и разной величины приводит к появлению на выходе КС ложных значений выходного сигнала малой длительности (рис.3.2(б)). Так как истинное соотношение величин задержек и неизвестно, то нельзя предугадать, в каком месте появится ложное значение выходного сигнала (при изменении входного сигнала x3 с 0 на 1 или с 1 на 0). Динамические модели ЛЭ и предназначены для формализации исследования поведения ЛС при переходных процессах, вызываемых в них изменениями входных сигналов.
При изменении выходных сигналов двух или большего числа ЛЭ, вызванных одними и теми же изменениями входных сигналов КС, из-за неравенства задержек возникают состязания(гонки) ЛЭ. Состязания ЛЭ называются критическими, или недопустимыми, если хотя бы один выходной сигнал КС во время переходного процесса может изменится более одного раза. Состязания ЛЭ называются некритическими, или допустимыми, если все выходные сигналы КС во время переходного процесса изменяются только один раз.
4. Разработка логических схем практикума
Представленные ниже электрические схемы являются примерами схем синтезируемых в ходе выполнения лабораторной работы.
4.1 Схема цифрового автомата
Рис.4.1 Логическая схема к 1-му варианту
Схема изображённая на рис.4.1 представляет из себя цифровой автомат (с 4-мя входами A, B, C и D и выходом Y) реализующий логическое уравнение:
Y=ABC+BCD+BCD+ABCD
Настоящая схема реализована в базисе И-НЕ при помощи логического конвертора.
4.2 Цифровой компаратор 2-х разрядного кода
а)
б)
Рис.4.2 Схема цифрового компаратора ко 2-му варианту
На рис.4.2(а, б) изображена схема цифрового компаратора. Входными кодами являются 2-х разрядные коды А и В (А1, А2 и В1, В2 соответственно). Реализуемая им логическая функция имеет вид:
Y=1 если A>B
Схема реализована в двух доступных в логическом конверторе базисах: рис.4.2(а) И, ИЛИ, НЕ и рис.4.2(б) И-НЕ. Для контроля правильности работы компаратора в обе схемы введены генератор слов и логический анализатор. Генератор слов подключен на входах схем и используется для генерации всех возможных комбинаций кодов А и В (2 разряда код А и 2 код В всего 4, следовательно 24=16 — генерируется 16 различных слов). На выходах схем подключен логический анализатор причём его первые 4 канала включены параллельно 4 используемым выходам генератора слов. Это сделано для получения более наглядной картинки на экране панели управления логического анализатора(см рис.4.3)
Рис.4.3 Временная диаграмма работы цифрового компаратора
Выход схемы подключен к 6-му каналу анализатора. Таким образом на экране одновременно отображаются входные и выходные сигналы, что позволяет получить полную временную диаграмму работы устройства(вход и выход на экране точно синхронизированы во времени).Наименование каналов сверху вниз: А1, А2, В1, В2 и Y.
4.3 Дешифратор 4-х разрядного адреса
а)
б)
Рис.4.4 Схема дешифратора адреса к 3-му варианту.
На рис.4.4(а, б) показана схема дешифратора адреса. Причём на рис.4.4(а) схема синтезирована в базисе И, ИЛИ, НЕ, а на рис.4.4(б) в базисе И-НЕ. Дешифрируемый адрес 01112 или 710. Подключив на вход схем генератор слов, а на выход логический анализатор(точно также как и в предыдущей схеме) легко получить временные диаграммы работы устройства см.рис.4.5
Рис.4.5 Временные диаграммы дешифратора адреса
С полученных временных диаграмм легко сосчитать дешифрованный адрес. Кроме того на полученной диаграмме выхода схемы можно наблюдать паразитный выброс — результат гонок возникающих с приходом кода 0100 на первом элементе И см.рис.4.4(а). Это вполне объяснимо поскольку разряды дешифрируемого сигнала проходят разное количество цифровых элементов. Конечно у реальных дешифраторов обязательно используется строб-импульс или тактирование.
4.4 Схема контроля чётности
Рис.4.6 Схема для получения таблицы истинности бита чётности с помощью логического конвертора
Схема на рис.4.6 показывает способ подключения логического конвертора. При таком подключении и задании соответствующего режима работы цифровой конвертор составляет таблицу истинности для подключенной схемы. Происходит это следующим образом:
На своих выводах подключенных ко входам схемы конвертор перебирает все возможные сочетания 0 и 1. В данном случае подключено 4 входа следовательно это будет 24=16 комбинаций(4-х разрядных слов). С выхода схемы конвертор считывает реакцию схемы на каждое слово и записывает её в столбец Out отображённый на панели управления вместе с перебираемым входным кодом. Отклик схемы на каждое слово записывается в той же строке, где находится и само посланное слово.
Таблица истинности для приведённой на рис.4.6 схемы контроля чётности будет иметь вид см.рис.4.7.
Рис.4.7 Таблица истинности схемы контроля чётности на панели логического конвертора.
Следующий этап — синтез схемы в базисе доступном на логическом конверторе.
Рис.4.8 Схема контроля чётности синтезированная в базисе И, ИЛИ, НЕ
Представленная на рис.4.8 схема осуществляет контроль чётности поступающих на её входы 4-х разрядных слов. В случае если количество единиц чётное на выходе Y формируется 1 если нечётное 0. В этом можно убедится подключив генератор слов и логический анализатор как показано на схеме рис.4.8. Временные диаграммы полученные на логическом анализаторе имеют вид см.рис.4.9
Рис.4.9 Временные диаграммы схемы контроля чётности
Все представленные здесь логические схемы реализованы на идеальных цифровых ключах из библиотеки Electronics Workbench. При желании их можно легко перевести в реальные серии микросхем. Библиотека Electronics Workbench предоставляет большие возможности для этого см.рис.4.10
Рис.4.10 Библиотека реальных компонентов электрических схем
Библиотека предоставляет широчайший набор цифровых компонентов ТТЛШ и КМОП технологий (ТТЛ логика морально устарела и поэтому не представлена).
5. Методические указания
к лабораторной работе.
“Логическое проектирование комбинационных схем.”
Цель работы: Изучить способы проектирования комбинационных схем с использованием с использованием логического конвертора моделирующего пакета программ Electronics Workbench.
5.1 Описание лабораторной установки
Лабораторная установка представляет из себя виртуальную электронную лабораторию Electronics Workbench. Файлы содержащие исследуемые схемы находятся в каталоге Labs. Сохранение, полученных в ходе лабораторной работы схем, производить в каталоге Custom.
Для того чтобы сохранить схему в требуемом каталоге следует воспользоваться командой Save as из меню File. После выбора этой команды появится панель см.рис.5.1.
Рис.5.1 Панель для сохранения результатов.
Затем навести стрелку на каталог(папку) Custom дважды нажав левую кнопку “мыши” открыть каталог(папку). После этого установить курсор с помощью мыши в окошко под надписью Имя файла и ввести туда имя, под которым вы желаете сохранить свою схему, следя за тем чтобы сохранить расширение са.4(для схем), и “нажать” с помощью “мыши” кнопку ОК.
5.2 Предварительное расчётное задание.
Для 1-го варианта: По заданной преподавателем таблице истинности составить уравнение, минимизировать его с помощью карт Карно и построить схемы:
а) в базисе И, ИЛИ, НЕ;
б) в базисе И-НЕ.
Для 2-го варианта: Записать логическое уравнение компаратора, минимизировать, разработать логическую схему в базисе И-НЕ, ИЛИ-НЕ
5.3 Рабочее задание
1-й вариант: При помощи логического конвертора по заданной таблице истинности (той же что и в предварительном задании) составить уравнение, минимизировать его и построить схемы в базисах И, ИЛИ, НЕ и И-НЕ:
— открыть панель управления логического конвертора и занести туда таблицу истинности;
— пользуясь кнопкой перевести её в уравнение и минимизировать его;
— сравнить полученный результат с уравнением полученным вручную, с помощью карт Карно;
— используя кнопки и построить схемы в различных базисах, сохранить их в каталоге Custom и сравнить их с полученными вручную.
2-й вариант: Разработка цифрового компаратора(схема сравнения кодов) для 2-х разрядного кода:
а) имеются 2 входа кода “А”- А1, А2 и 2 входа кода “В”- В1, В2. Сигнал на выходе высокий, если код А равен коду В, и низкий если коды не совпадают;
б) сигнал на выходе высокий, если код А больше кода В и низкий в остальных случаях;
в) сигнал на выходе высокий, если код А меньше кода В и низкий в остальных случаях.
Для всех случаев создать таблицы истинности и занести их в логический конвертор, конвертировать в уравнение, минимизировать и построить схему в базисе И-НЕ(NAND). Уравнения и соответствующие им таблицы истинности занести в конспект.
Каждую созданную схему сохранить в текущем каталоге Custom и зарисовать в конспект рядом с соответствующими таблицами истинности. Сравнить с домашней разработкой. Затем по очереди вызывая схемы, проверить их с помощью генератора слов и логического анализатора:
— ко входам исследуемой схемы подключить 4 выхода генератора слов и в соответствующих входам столбцам набрать все возможные сочетания 0 и 1 (2 столбца- код А, 2 столбца- код В);
— к выходу схемы подключить логический анализатор(любой канал);
— синхронизация генератора слов внутренняя, логического анализатора тоже;
— для удобства просмотра, частоты внутренних генераторов выставить таким образом, чтобы 1 импульс приходился на одно деление (например частота генератора 1 kHz, а у анализатора 1 ms/div);
— запустить генератор слов в пошаговом режиме, снимать показания логического анализатора и сравнивать их с исходной таблицей истинности.
Для схемы равенства кодов:
— записать в двоичном коде слово на котором возникают гонки, а также предшествующее ему;
— определить на каких элементах схемы возникают гонки.
3-й вариант: Синтезировать дешифратор адреса для заданного преподавателем 4-х разрядного адреса. Проверить работу при помощи логического анализатора и генератора слов.
— составить таблицу истинности для дешифратора адреса и занести её в логический конвертор;
— конвертировать в уравнение;
— синтезировать схемы в базисах И, ИЛИ, НЕ и ИЛИ-НЕ(NAND), сохранить схемы в текущем каталоге;
— ко входу схемы подключить первые 4 вывода генератора слов;
— загрузить в генератор слов последовательность слов кнопкой Load, файл Parit;
— подключить на выход схемы логический анализатор;
— генератор слов запустить в режиме Burst;
— полученные данные сравнить с исходной таблицей истинности;
— записать в двоичном коде слово на котором возникают гонки, а также предшествующее ему;
— определить на каких элементах схемы возникают гонки;
Таблицу истинности, уравнение и схемы занести в конспект.
4-й вариант: Синтез схемы контроля чётности 4-х разрядных слов. Из методических указаний (см. Рис.5.2 перенести на рабочее поле Electronics Workbench схему контроля чётности вручную. Используя логический конвертор составить таблицу истинности для схемы. Затем схему стереть и по таблице истинности составить логическое уравнение(с помощью конвертора), синтезировать схемы в двух доступных базисах, проверить при помощи генератора слов и логического анализатора.
Рис. 5.2 Схема контроля чётности.
— ко входам перенесённой схемы подключить первые четыре вывода логического конвертора, выход схемы подключить к выводу конвертора, находящемуся вверху справа(расположен обособленно);
— на панели управления логического конвертора “открыть” четыре первые столбца- A, B, C, D;
— “нажать” на кнопку , в столбце Out появится комбинация 0 и 1, что вместе со столбцами A, B, C и D даст таблицу истинности для исследуемой схемы
— выделить всю схему, а затем стереть её используя меню Edit;
— по имеющейся таблице истинности получаем уравнение и синтезируем схему(см. предыдущие варианты), полученные схемы сохранить в текущем каталоге Custom и вызывая по очереди проверить генератором слов(Load файл Parit) и логическим анализатором(см. предыдущие варианты);
— полученную таблицу истинности и уравнение занести в конспект.
5.4 Контрольные вопросы
1. Назовите способы задания логических функций.
2. Что такое совершенная дизъюнктивная и совершенная конъюнктивная и нормальные формы ?
3. Назовите основные способы минимизации булевых выражений.
4. Что такое- функционально полный базис ?
5. Объясните почему так сильно различаются по количеству логических элементов, схемы контроля чётности, синтезированные в различных базисах (см.4-й вариант) ?
6. Что такое гонки в цифровой схеме и каким образом можно избавится от них ?
продолжение
--PAGE_BREAK--
6. Методические рекомендации по быстрому знакомству с программой
6.1. Рàáîòà ñ HELP, проблема языка и русификация
Electronics Workbench èìååò îáøèðíûé Help âåñüìà óäîáíûé è äåéñòâèòåëüíî ïîëåçíûé â ðàáîòå. Îí èñïîëüçóåò ñòàíäàðòíóþ ïàíåëü Help äëÿ Windows è ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ êàê ïî îñíîâíûì ðàçäåëàì — Help, òàê è ïî èíäåêñó — Help Index...(âñ¸ ÷òî ïðåäîñòàâëÿåò Electronics Workbench ðàçëîæåíî â àëôàâèòíîì ïîðÿäêå). Íî âñ¸ ýòî ê ñîæàëåíèþ íà àíãëèéñêîì ÿçûêå. Ïðàâäà ñ ïîìîùüþ ìåíþ Ðåäàêòèðîâàíèå â íåãî ìîæíî âñòàâëÿòü àííîòàöèè íà ðóññêîì ÿçûêå, êóäà ìîæíî ïîìåñòèòü ïåðåâîä.
6.2 Об окне Description
Ñëåäóåò óïîìÿíóòü, ÷òî îêíî Description, ïðåäíàçíà÷åííîå äëÿ ñîñòàâëåíèÿ êîììåíòàðèåâ ê ñõåìàì èìååò ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê — îíî ïîääåðæèâàåò òîëüêî àíãëèéñêèå øðèôòû.
Òåêñò â îêíå Windows äîñòóïåí äëÿ êîïèðîâàíèÿ ÷åðåç áóôåð îáìåíà â ëþáîå ïðèëîæåíèå Windows. Äëÿ ýòîãî íóæíî ëèøü âûäåëèòü åãî “ìûøüþ”, êàê â Word, è çàòåì âîñïîëüçîâàòüñÿ êîìàíäîé Cut èëè Copy èç ìåíþ Edit. Âîçìîæíî òàêæå è êîïèðîâàíèå òåêñòà èç ïðèëîæåíèé Windows â Description — êîìàíäîé Paste, íî ïðè ýòîì òåðÿåòñÿ ôîðìàòèðîâàíèå òåêñòà(åñëè îíî áûëî).
6.3. Âîçìîæíîñòè ïîëó÷åíèÿ òâåðäîé êîïèè è ïîäãîòîâêè îò÷åòà
Очень широкие возможности предоставляет Electronics Workbench ïðè ñîçäàíèè îò÷¸òîâ è îïèñàíèé.
Êîìàíäà Print — î÷åíü óäîáíà â ýòîì îòíîøåíèè ïîñêîëüêó ïîçâîëÿåò ðàñïå÷àòàòü íà ïðèíòåðå(èñïîëüçóåòñÿ äèñïåò÷åð ïå÷àòè Windows ñ óñòàíîâëåííûì â í¸ì ïðèíòåðîì) ïðàêòè÷åñêè âñå ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ñõåìû ñì.ðèñ.6.1.
Ðèñ.6.1 Ïàíåëü äëÿ ðàñïå÷àòêè ðåçóëüòàòîâ ìîäåëèðîâàíèÿ Electronics Workbench.
Êðîìå òîãî ïîñðåäñòâîì áóôåðà îáìåíà Electronics Workbench ñîâìåùàåòñÿ ñî âñåìè ñòàíäàðòíûìè ïðèëîæåíèÿìè Windows. Âñ¸ ÷òî èçîáðàæåíî íà ýêðàíå ëåãêî ïåðåíîñèòñÿ íàïðèìåð â Word èëè â Paintbrush(äëÿ ðåäàêòèðîâàíèÿ). Ðàñïîçíà¸òñÿ âñ¸ ÷òî áûëî ïåðåíåñåíî êàê ðèñóíîê(îáðàç) çà èñêëþ÷åíèåì òåêñòà èç Description è Help.
6.4 Демонстрационная версия
С целью скорейшего приобретения студентом навыков работы с приборами контроля цифровых схем — генератором слов и логическим конвертором предлагается, ввести в лабораторную работу демонстрационную схему с уже подключенными приборами (см. рис.6.2)
Рис.6.2 Демонстрационная схема
Схема реализует функцию “суммирование по модулю 2” на 3 входа. Она находится в папке Example под именем Practic, там же расположен файл с последовательностью слов для генератора слов c таким же именем (расширение DP).
Схема позволяет ознакомится с подключением приборов и с их управлением. С её помощью можно ознакомится с различными режимами работы как генератора слов так и логического анализатора буквально методом проб и ошибок поскольку сломать ничего невозможно, а если вдруг всё окончательно запуталось можно вернуться к первоначальному виду схемы загрузив её заново командой Revert to Saved из меню File.
Методические указания для ознакомления с генератором слов и логическим анализатором:
1) Снять временные диаграммы работы схемы в разных режимах работы генератора слов (логический анализатор в режиме Burst):
а) в пошаговом (Step);
б) в режиме посылки последовательности импульсов (Burst);
в) в циклическом режиме.
2) Снять временные диаграммы работы схемы в разных режимах работы логического анализатора (генератор слов использовать в режиме Burst):
а) в режиме приёма произвольных последовательностей импульсов (Burst);
б) в режиме запуска с заданного слова (Pattern и в окошке под этой кнопкой набрать слово).
7.Организационно-экономическая часть
7.1 Организация НИР.
Этапы НИР :
1) Разработка технического задания.
2) Разработка технического предложения.
3) Разработка русифицированного интереса.
4) Дополнение базы данных.
5) Разработка схемных решений.
6) Разработка методических указаний.
7) Подготовка документации.
8) Сдача темы.
В разработке участвуют:
— руководитель темы — 1 чел..
— программист — 1 чел.
— инженер- электронщик — 1 чел.
— переводчик с английского языка — 1 чел.
— оператор ЭВМ — 1 чел.
— лаборант — 1 чел.
Календарный график выполнения работ представлен на рис. 7.1
Рис.7.1 Календарный график выполнения работ.
7.2 Расчёт затрат.
7.2.1 Материалы, покупные изделия (табл. 7.1).
7.2.2 Основная зарплата (табл. 7.2).
7.2.3 Дополнительная зарплата.
7.2.4 Отчисления на социальные нужды.
7.2.5 Накладные расходы.
Таблица 7.1
Материалы и покупные изделия.
Наименование
материала, изделия.
Цена за един.(руб.).
Количество
Сумма затрат(руб.).
Системный блок PI-133
и клавиатура
4800
1шт.
4800
Монитор Samsung 14”
3240
1шт.
3240
Манипулятор “мышь” Microsoft mouse
168
1шт.
168
Операционная оболочка Windows 95
1848
1компл
1848
Пакет редакторов Microsoft Office
5472
1компл
5472
Программа моделирования Electronics Workbench
14400
1компл
14400
Принтер
Hewlett Packard 695c
3240
1шт.
3240
Сетевой фильтр Pilot
480
1шт.
480
Дискеты
120
1упак.
120
Коврик для мыши
48
1шт.
48
Итого: 34064 руб.
Таблица 7.2
Основная заработная плата.
Этапы разработки
Исполнители
Месячный оклад(руб.)
Время работы (дни)
Затраты по зарплате (руб.)
ТЗ
Руководитель
1100
5
250
ТП
Руководитель
Программист
Инженер-электронщик
1100
600
600
5
5
5
250
136,35
136,35
РИ
Программист
Переводчик
Оператор ЭВМ
600
600
400
15
15
15
409,05
409,05
272,7
БД
Программист
Инженер-электронщик
Оператор ЭВМ
600
600
400
35
35
35
954,55
954,55
636,36
СР
Инженер-электронщик
Лаборант
600
350
15
15
409,05
238,65
МУ
Лаборант
350
5
79,55
ПД
Инженер-электронщик
Программист
600
600
15
15
409,09
409,09
СТ
Инженер-электронщик
600
5
136,35
Итого: 4726,9 руб.
ТЗ — разработка технического задания;
ТП — разработка технического предложения;
РИ — русификация интерфейса;
БД — перевод базы данных;
СР — разработка схемных решений;
МУ — разработка методических указаний;
ПД — подготовка документации;
СТ — сдача темы.
7.2.1 Затраты на материалы и покупные изделия составляют:
34064 руб. (см. Таблицу 2.1).
7.2.2 Расходы на основную зарплату персонала составляют:
4726,9 руб. (см. Таблицу 2.2).
7.2.3 Дополнительная заработная плата персонала составляет 20% от его основной заработной платы:
Дз.пл.= Оз.пл.*20/100%
где Оз.пл.— основная заработная плата.
Дз.пл.= 4726,9*20/100= 945,38 руб.
7.2.4 Отчисления на социальные нужды составляют 39% от суммы основной и дополнительной заработной платы:
Оз.пл.+Дз.пл.= 4726,9 +945,38= 5672,28 руб.
ОСН= (Оз.пл.+Дз.пл.)*39/100% ;
где ОСН-отчисления на социальные нужды ;
ОСН= 5672,28*39/100% =2212,19 руб.
7.2.5 Накладные расходы составляют 250% от основной заработной платы:
НР = Оз.пл.*250/100%
где НР — накладные расходы.
НР = 4726,9*250/100% = 11817,25 руб.
Для того чтобы определить стоимость всей разработки составим калькуляцию расходов:
Таблица 7.3
Калькуляция темы.
Наименование статей расходов
Затраты (руб.)
Материалы и покупные изделия
34064
Основная заработная плата научного персонала
4726,9
Дополнительная заработная плата научного персонала
945,38
Отчисления на социальные нужды
2212,19
Накладные расходы
11817,25
Итого: 53765,72 руб.
Цена разрабатываемой темы:
Ц= Ст+П
где Ст- стоимость темы (см. Таблица 2.3)
П-прибыль составляющая 20% от стоимости темы:
П=53765,72*20/100=10753,14 руб.
Тогда цена составит:
Ц=53765,72+10753,14=64518,86 руб.
7.3 Обоснование социально-экономической эффективности разработки
Оценка социально-экономической эффективности будет произведена путём сравнения данной разработки с традиционным оборудованием институтских лабораторий — лабораторными стендами с аналогичной тематикой лабораторных работ. В качестве временного периода для оценки возьмём один год эксплуатации.
Критерии для сравнения взяты следующие:
7.3.1 Цена изделия (включая стоимость НИР и оборудования необходимого для полноценного выполнения лабораторных работ).
7.3.2 Эксплуатационные расходы:
а) амортизационные отчисления;
б) расходы на заработную плату обслуживающего персонала;
в) расходы на ремонт (стоимость комплектующих).
7.3.3 Занимаемая полезная площадь.
7.3.4 Универсальность в использовании.
По этим параметрам легко будет определить конкретные выгоды или потери, выраженные в реальных цифрах, не только данной разработки, но и метода компьютерного моделирования лабораторных работ вообще.
7.3.1 Цена стенда для выполнения лабораторных работ по цифровой электронике, как следует из опыта аналогичных разработок, с учётом инфляции на сегодняшний день равна примерно 35 тыс. рублей. Стомость дополнительного оборудования (в данном случае это осциллограф) ещё 3,6 тыс. рублей.
Итого: Цст=35000+3600=38600 руб.
Цмод=64518,86
где Цст — цена реального стенда;
Цмод— цена компьютерной модели.
7.3.2 Эксплуатационные расходы.
а) Амортизационные отчисления (исходя из срока службы для стенда и для компьютера 3 года) в течение одного года эксплуатации.
АО=СТ/3
где АО-амортизационные отчисления;
СТ-стоимость изделия.
АОст=3950/3=1316,67 руб.
АОкомп=11976/3=3922 руб.
б) Расходы на заработную плату обслуживающего персонала.
В лаборатории с учебными стендами работают 2 лаборанта и 2 учебных мастера. Заработная плата:
-лаборанта 350 руб. в месяц;
-учебного мастера 450 руб. в месяц.
Итого получаем: ЗПст=(350+450)*2*12=19200 руб.
В лаборатории с компьютерами будет достаточно 2-х лаборантов так как ремонт компьютеров осуществляется по гарантии обслуживающей фирмой да и наработка на отказ у компьютера гораздо больше. Следовательно:
ЗПкомп=350*2*12=8400 руб.
в) Расходы на ремонт.
Исходя из опыта работы лаборатории расходы на ремонт стенда составляют около 1800 руб. в год. РРст=1800 руб.
Расходы на ремонт компьютеров практически отсутствуют поскольку они состоят на гарантии.
Общая сумма эксплуатационных расходов за год:
-для стендов ЭРст=АОст+ЗПст+РРст
ЭРст=1316,67+19200+1800=22316,67 руб.;
-для компьютеров ЭРкомп=АОкомп+ЗПкомп+РРкомп
Эркомп=3922+8400=13322 руб.
7.3.3 Занимаемая площадь (стоимость 1 кв.м площади 9600 руб.):
-стендом с дополнительным оборудованием 1,5 кв.м;
Плст=1.5*9600=14400 руб.
-компьютером 0,7 кв.м.;
Плст=0.7*9600=6720 руб.
7.3.4 Реально на один компьютер можно перевести все лабораторные работы данной лаборатории (при условии они разработаны для данного программного обеспечения).Для одной лаборатории их количество около 8.
Стенды сделаны по одному на каждую лабораторную работу.
Таблица 7.4
Сравнение экономической эффективности при эксплуатации стендов и компьютеров в течение 1 года.
Критерии оценки
Стенды
Компьютеры
Цена разработки
38600 руб.
64518,86 руб.
Эксплуатационные расходы
22316,67 руб.
13322 руб.
Стоимость занимаемой площади
14400 руб.
6720 руб.
Универсальность (способность заменять собой)
1
8
Итого: 75316,67 руб. 84560,86 руб.
Как мы можем видеть из таблицы 2.4 компьютерное моделирование обходится дороже нежели работа на реальных стендах Но это лишь на первый взгляд. Пункт № 4 таблицы не учитывался при подсчёте итога так как не имеет денежного выражения, если же мы учтём его, то выгода будет очевидной. Ведь один компьютер способен заменить 8 стендов с разной тематикой работ, а цена следующих за первой разработок компьютерного моделирования будет ниже первой из-за того, что будет проводится на уже приобретённом программном обеспечении (стоимость программного обеспечения составляет около 30% от стоимости первой разработки).Кроме того использование компьютерного моделирования позволяет высвободить часть персонала занятого ранее ремонтом стендов. Качество обучения также повысится за счёт большей чем у стендов наглядности, за счёт того, что перестанут выходить из строя исследуемые и вспомогательные компоненты, и за счет приобретения студентами дополнительных навыков работы на компьютере.
Используемое программное обеспечение является достаточно профессиональным и для выполнения более серьёзных работ, а значит навыки работы с ним могут пригодится и в дальнейшей работе по специальности. продолжение
--PAGE_BREAK--