Алтыбаев Г.С., Капан С.С. Цифрлық құрылғыларды ақырғы  автоматтар әдісі бойынша синтездеу және компьютерлік модельдеу

 

*228381*

 

 

Алтыбаев Г.С., Қапан С.С.

М.Х.Дулати атындағы Тараз мемлекеттік университеті

Цифрлық құрылғыларды ақырғы

автоматтар әдісі бойынша синтездеу және компьютерлік модельдеу

 

Аңдатпа. Мақалада заманауи цифрлы құрылғыларды соңғы автоматтар әдісі бойынша синтездеу және компьютерлік моделдеу жайлы жалпылама мәліметтер берілген және де мұндай жүйелердің түрлеріне, қызметтеріне байланысты сұрақтар қарастырылды. Бұл мақалада Proteus Professional бағдарламасы жайлы мәліметтер толығымен қаралып және осы бағдарлама арқылы цифрлық құрылғылардың соңғы автоматтар әдісі бойынша екі көше қиылысындағы бағдаршамның жұмысы қарастырылды.

Түйінді сөздер: микропроцессор, ISIS, ARES, компилятор, санауыш, цифрлы автомат.

 Proteus Professional – электрондық сызбаларды автоматтандырылған жобалау үшін бағдарламалардың пакеті. Proteus Professional пакеті Pspice–те қабылданған электрондық құраушылар үлгілері негізіндегі схемотехникалық модельдеу жүйесін құрайды. Proteus Professional пакетінің ерекше белгісі бағдарламалатын қондырғылар жұмысын модельдеу мүмкіндігі болып табылады: микробақылаушылар, микропроцессорлар, DSP және басқалары. Proteus Professional пакетіне қосымша баспа платаларды жобалау жүйесі кіреді. Proteus Professional келесі микробақылаушылар жұмысын стимулдай алады: 8051, ARM7, AVR, Motorola, PIC, Basic Stamp.  Құраушылар кітапханасы келесі анықтама мәліметтерінен тұрады. Модельдеу бағдарламасы (МБ) қолдайды: PIC, 8051, AVR, HC11, ARM7/LPC2000 және басқа кең таралған процессорлар. Көптеген компилятор мен ассемблермен жұмыс жасайды.

Proteus 8  екі негізгі модульдерден тұрады:

1)         ISIS – принциптік сызбалардың графиктік редакторлары ары қарайғы.Имитациямен өңделген жобалар енгізу үшін және ARES-те баспа платаларын өңдеу үшін жіберу қызметін атқарады.  Қондырғыны ысырудан кейін баспа платасын бірден ARES-ке жіберуге болады, ол автоорналастыру мен бар сызба бойынша трассирлеуді қолдайды.

2)         ARES – кітапханаың қондырылған менеждері бар баспа платалары мен ELECTRA автотрассирлеу, баспа платасында құраушыларды автоматты үйлестірумен графикалық редактор.

  PROTEUS ерекше мүмкіндіктерге ие!

·USBCONN – бұл құрал компьютердің шынайы USB портына қосылуға мүмкіндік береді.

·COMPIM – бұл құраушы сіздің виртуальды қондырғыңызға дербес компьютердің шынайы СОМ-портына қосылуға мүмкіндік береді.

·PROTEUS VSM – МБ үшін Си белгілі компиляторлармен тамаша жұмыс жасайды.

·PROTEUS VSM микробақылаушыларды зерттей бастаған жаңаларға өте жақсы сәйкес келеді.

Proteus «SPICE сызбасын аралас модельдеу контекстінде кодты микробақылаушының төменгі және жоғарғы деңгейін бірге модельдеу үшін мүмкіндіктерді толық көрсететін» дизайнерлік люкс. Модельдеудің мұндай мүмкіндігі болғанда сіз нарыққа шығу уақытын қықсарту мен даму шығындарын азайту көзқарасы тұрғысынан үлкен сыйақы алып, жобалаудың цилк өнімдерініне айналдыра аласыз.

 Конструкия, құралдар мен бағдарламалық қамтамасыздандыру бір адам болса, онда бұл пайда, аппараттық қамтамасыздандыру тұлғасы бағдарламалық қамтамасызданлыру өңдеулері тәрізді жеңіл өзгертілуі мүмкін. Ірі мекемелерде екі қызмет бөлінген және бағдарламалық қамтамасыздандыру өңдеушілері сызбалық жұмыс аяқталған соң жұмысын бастай алды, физикалық түпнұсқа бар болғанға дейін күту қажеттілігі жоқ.

Қысқаша айтқанда, Proteus VSM өңдеудің барлық үрдісінде тиімділік, сапа, икемділікті арттырады.

Модельдеу шынайы уақытта жүзеге асады (немесе оған жақын): 1GMHz Pentium III 8051 синхрондаудың негізгі жүйелерін 12MHz-тен астам сала алады. Proteus VSM бастапқы тілдің жоғары деңгейі мен екеуінің жинау коды үшін өзгертілетін дисплей мен қадамдық дисплей, тоқтау нүктелері, қоя тұру кең құралдарын көрсетеді.

ISIS экраны суреті сызбанұсқалық редактор PIC18F452, Alpha LCD, TC74 датчик температурасы, I2C EEPROM 24LC256, RS232 терминал және әртүрлі батырмалар, табақтар, жарық диодтары, т.б. тұратын Microchip ™ PICDEM2 + Evaluation Board толық функционалдық виртуальды өкілін көрсетеді.

Proteus VSM жобалау мен өңдеуге кірісу үшін жағдайлар қамтамасыз ету үшін бағдарламалық қамтамасыздандыру ұстаудың тексерілген сызбаларын қолданады. ISIS өнімде бұрыннан орнатылған және редакторлаудың қуатты құралдарымен қолданумен қарапайымдылықты үйлестіреді. It is capable of supporting schematic capture for both simulation and PCB design. Ол РСВ дизайны мен модельдеу үшін сызбанұсқалық ұстауды қолдауға қабілетті. Конструкциялар жүйеге Proteus VSM партияның макетінің үшінші РСВ-мен немесе РСВ өнімдерінің өзіндік дизайынмен баспа платаларын беттеу үшін және тестілеу үшін кірді. ISIS сурет түріне линия ені, стиль, шрифт, т.б. жағынан бақылаудың  өте жоғарғы деңгейін қамтамасыз етеді. Бұл мүмкіндіктер толық деңгейде тізбек анимациясы үшін қажет графикті көрсетуде қолданылады.

  Аралас режимде тікелей модельдеу үшін сандық тренажердың тез оқиғаларымен ядроның аналогы SPICE3f5 тренажеры жасалды. SPICE ядросын қолдану дайындаушымен жеткізілетін көп үлгілердің кез-келгенін қолдануға мүмкіндік береді, SPICE енді қол жетімді және шамамен 6000 пакетке қосылған.

Proteus VSM виртуальды осцилограф, логика анализаторы, генератор қызметі, шаблон генераторы, Есептеуіш, Таймер, виртуальды терминад, сондай-ақ, қарапайым вольтметр мен амперметрден тұратын бірқатар құралдардан тұрады. Сонымен қатар, Master / Slave / SPI және I2C үшін хаттамалар анализаторының монитор режимінде пайда болды – олардың сериялық линияларына сым мен мониторинг немесе мәліметтерді стимулдайды. Коммуникациялық бағдарламалық қамтамасыздандыруды алу әдісі аппараттық нұсқаларын алуға құқық береді.Егер графтарда толық өзгерістерді алғыңыз келсе немесе жиілік, шу, бұрмалау тәрізді талдаудың басқа түрлерін өндіргіңіз келсе, онда қосымша нұсқалар модельдеуін алуға болады. Бұл нұсқа сәйкестік талдауынан тұрады. Бұл – бағдарламалық қамтамасыздандыру үшін ерекше әрі қуатты құрал болып келеді.

Proteus VSM ең маңызды әрі қызықты ерекшеліктерінің бірі микробақылаушыға және оған қосылған аналогтық немесе сандық кез-келген электроникаға жұмыс жасайтын қосымшалардың әсерлесуін модельдеу қабілеті болып табылады.Микробақылаушы сіздің өніміңіздің басқа элементтерімен сызбалық қатарда орналасқан. Ол шынайы чип тәрізді нысан кодын орындауды еліктейді. Егер бағдарламалық код логикалық деңгейлер портына жазса, сызбада сәйкес түрде өзгертуге болады және егер сызба процессор байланыстарының күйін өзгертсе, онда сіздің бағдарламалық код көзқарасы бойынша шынайы өмірде жүзеге асады.

Ақпараттық жүйелер кафедрасындасы Ақпараттық жүйелер мамандығының 2 курс білімгерлері «Ақпараттық жүйелердің  элементтері, құрылғылары және құралдары» пәнінде Proteus 8 бағдарламасымен жұмыс жасап, ондағы элементтердің қалай жұмыс атқаратыны туралы тәжірибелік жұмыстарда танысты. Бұл бағдарлама негізінде көптеген элементтердің өзара жұмыс істеуі бірнеше қиындықтар туындайды. Яғни, бұл бағдарламаға қарағанда қазіргі заманда дамып келе жатқан бағдарламалармен жұмыс істеген өте қолайлы. Бұл білімгердің жұмысын «Екі көше қиылысындағы бағдаршам» жұмысының сұлбасы арқылы көруге болады.

Жол қозғалысын басқаруға арналған екі көше қиылысында орналасқан бағдаршамның контроллерінің сұлбасын құру.Бағдаршамның үш түсі бар. Әр түстің жану уақытының ұзақтылығы әртүрлі болып келеді.Бұл тапсырмада пайдаланылатын модель цифрлы автомат болып табылады. Бұл тапсырмаға датчиктің қозғалысын қою арқылы ақиқат кестесін аламыз. Бұл ақиқат кестесін алғаннан кейін келесі элементтерді пайдаланып Proteus8 бағдарламасында схема құрамыз.Бұл тапсырманы  орындалған кейінгі өзгертілген жағдайда бағдаршарның үш түсінің жану реттілігін сипаттау қажет.Ол үшін келесі ақиқат кестесін құрамыз. Яғни, бағдаршам түстерінің жану реттілігін кодтаймыз.

 

Сурет 1. Proteus 8 бағдарламасында құрылған сұлбасы

 

    Екілік санау жүйесі арқылы кодтауды пайдаланып logicstate арқылы кодтаймыз. Бұл элементті синхронды санауышқа жалғау арқылы санау жүйесін аламыз. Бұл санауышта кері санау жүйесін алу үшін Down кірісіне 1 элементін жалғаймыз. Бұл санауышқа уақыт бейнесін Dclock арқылы береміз. Ендігі бұл санауышты декодерге жалғаймыз. Бұл декодер сегментке барып жалғанады. Сегмент арқылы 9-ға дейінгі санау жүйесін аламыз. Кері санау жүйесін жалғау үшін катодты пайдаланамыз. Яғни, екі сегментті бір – бірімен байланыстырып 0-99-ға дейінгі санау жүйесін шығарамыз. Бұл үшін біріншіде сипатталған санауыштағы TC элементіне Not элементін жалғап оны екінші синхронды санауышқа уақыт шебіне жалғаймыз.Бұл жалғау арқылы екі санауыш бір – бірімен байланысады.

    Бағдаршамды реттеу жүйесі екі сатыдан тұрады. Біріншісі: датчик                қозғалысы арқылы TA, TB (шындығында, көшеде студенттер бар кезде),     екіншісі бағдаршам LA, LB    Бұл жерде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 2. Екі көше қиылысындағы бағдаршамдардың орналасу тәртібі

 

Схема арқылы екі көше қиылысындағы бағдаршамның жұмысын реттей аламыз. Кейініректе жұмыс істеу барысында, келесі сипатталған кемшіліктерді жойып, схеманы шағын ( аз элементтер пайдаланып) және санау жүйесін толығымен реттеу болып табылады. Бұл схема арқылы бағдаршам жұмысын реттей алдық. Санау жүйесін пайдаланып бағдаршамның кері санау жүйесін іске асырдық. Көптеген элементтердің жұмыс тәртібін пайдаланып, оларды игердік. Бұл жұмыста көптеген элемент арқылы бағдаршам және оның санау жүйесін схема түріне келтірдік. Схемада бағдаршам түсінің кезекпен жануын ақиқат кестесі арқылы кодтап, оны элементтердің көмегімен жүзеге асырдық. Бұл схемадағы санауыш бағдаршам уақытын толығымен санай алмайды. Яғни, егерде 17 секундта кері қарай жану уақытын есептеп жүзеге асыра алмайды. Бұл санауыш 10-ға дейінгі және ондық санау жүйесінде есептей алады. Тағы да бір кемшілігі бұл схемада көп элемент пайдаланған(16 элемент). Кейініректе бұл пайдаланған элемент санын қысқартып бағдаршамның санау жүйесін реттеу қажет.

Қорытынды. Жұмысымызды қорытындылай келе, бұл Proteus 8 бағдарламасы бойынша іске асқан схема құрылды. Бұл схеманы құру барысында бірнеше элементтер пайдаланып, олардың жұмысымен таныстық. Екі көше қиылысындағы бағдаршамды құру іске асырылып, олардың қанша уақытта жанатыны туралы санауыш арқылы кері санау жүйесі орнықтырылды.

 

Әдебиеттер тізімі:

1.                     Дэвид М. Харрис и Сара Л. Харрис Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, второе издание 2012.-1600 б.

2.                     Ғ. Айғараева, Қ.Асанова, М.Нысанов Сандық қондырғылар және микропроцессорлық жүйелер. Оқулық.- Астана:Фолиант, 2010.-240 б

3.                     Б.А.Қалабеков Цифровые устройства и микропроцессорные системы: Учебник для техникумов связи.-М.:Горячая линия-Телеком, 2000. -336б.