ΗΜΥ211 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Λογισμικό Προσομοίωσης LogiSim καιχρήση KarnaughMaps Διδάσκοντες: Δρ. Αγαθοκλής Παπαδόπουλος & Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Ατζέντα 1. Στόχοι 3 ου Εργαστηρίου 2. To λογισμικό προσομοίωσης LogiSim 3. Απλοποίηση με χάρτες Karnaugh 4. Μαθησιακά Αποτελέσματα 5. Υλοποίηση σχεδιασμού στο εργαστήριο 6. Ανάλυση 2 ης εργαστηριακής άσκησης Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 2
1. Στόχοι 3 ου Εργαστηρίου Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει: 1. Να μπορείτε να ακολουθείτε σωστά τα βήματα που απαιτούνται για να υλοποιήσετε ένα σχεδιασμό ο οποίος να ικανοποιεί όλες τις προϋποθέσεις που τέθηκαν σε κάποιο πρόβλημα. 2. Να είστε σε θέση να υλοποιήσετε οποιοδήποτε συνδυαστικό κύκλωμα και να το προσομοιώνετε στο λογισμικό LogiSim. Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 3
2. Το λογισμικό LogiSim Με την εκκινήση του λογισμικού LogiSim, ανοίγει New file για νέα προσομοίωση ψηφιακού συστήματος Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 4
Μενού & Λειτουργίες LogiSim To μενού διαθέτει τις επιπρόσθετες επιλογές: Project: Δυνατότητες για ανάλυση των κυκλωμάτων του σχεδιαζόμενου ψηφιακού συστήματος Simulate: Δυνατότητες αλλαγής ρυθμίσεων προσομοίωσης ρολογιού Η αριστερή στήλη περιέχει τα building blocks του LogiSim - πύλες, εισόδους, εξόδους - χωρισμένα σε κατηγορίες Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 5
Εισαγωγή Στοιχείου στο LogiSim Η προσθήκη στοιχείου στην τρέχουσα υλοποίηση γίνεται με την επιλογή του στοιχείου από την στήλη αριστερά. Το cursor αλλάζει στο επιλεγμένο στοιχείο και μπορούμε να το τοποθετήσουμε στην υλοποίηση στα δεξιά. Αφού τοποθετήσουμε το στοιχείο, ενεργοποιείται κάτω αριστερά το παράθυρο επιλογών. Εδώ μπορούμε να αλλάξουμε αριθμό εισόδων, όνομα, προσανατολισμό κτλ. Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 6
Εισαγωγή Εξόδου στο LogiSim Η προσθήκη pin εξόδου γίνεται από την πάνω μπάρα (δημοφιλή στοιχεία). Τοποθετούμε την έξοδο στην υλοποίηση και μπορούμε να αλλάξουμε τις ρυθμίσεις στο παράθυρο επιλογών. Ως έξοδο μπορούμε να τοποθετήσουμε και το LED από την λίστα Input/Output, αλλά όταν προσομοιώσουμε τον σχεδιασμό μας, το LED απλά ανάβει και σβήνει, χωρίς να δείχνει την λογική τιμή στην έξοδο. Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 7
Εισαγωγή Συνδέσεων στο LogiSim Η προσθήκη συνδέσεων μεταξύ των στοιχείων της υλοποίησης γίνεται στο παράθυρο της υλοποίησης. Πατούμε κλικ στον ακροδέκτη ενός στοιχείου που θέλουμε να συνδέσουμε και τραβούμε το καλώδιο μέχρι να συνδεθεί με το στοιχείο που επιθυμούμε. Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 8
Προσομοίωση στο LogiSim Πρώτο Βήμα: Αλλάζουμε το mode από Edit (κουμπί μαύρο βέλος) σε Tease (κουμπί χέρι) από την πάνω μπάρα. Δεύτερο Βήμα: Για να αλλάξουμε τις τιμές στις εισόδους, κάνουμε κλικ στο pin που θέλουμε να αλλάξουμε από 0->1 ή από 1->0. Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 9
Προσομοίωση στο LogiSim Το LogiSim σε Tease Mode μας βοηθά αλλάζοντας το χρώμα των συνδέσεων που βρίσκονται σε HI (λογικό 1) σε ανοικτό πράσινο. Θέτοντας και την δεύτερη είσοδο της πύλης AND σε HI (λογικό 1), η έξοδος γίνεται HI (λογικό 1). Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 10
Ανάλυση Σχεδιασμού Από το menu Project, επιλέξτε Analyze Circuit για να δείτε την ανάλυση του σχεδιασμού σας (πίνακα αληθείας, εξίσωση, Κ-χάρτες κλπ.) Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 11
Ανάλυση Σχεδιασμού Πίνακας αληθείας Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 12
Ανάλυση Σχεδιασμού Λογική Εξίσωση Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 13
Ανάλυση Σχεδιασμού Επιλέξτε Build Circuit και δείτε όλες τις διαθέσιμες επιλογές Κ-Χάρτης με ομαδοποιήσεις Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 14
3. Απλοποίηση με χάρτες Karnaugh Οι χάρτες Κarnaugh(K-χάρτες) είναι γραφικές αναπαραστάσεις δυαδικών συναρτήσεων. Χρησιμοποιούνται ως εργαλεία ελαχιστοποίησης (σε κυκλώματα δύο επιπέδων). Ένας χάρτης Κarnaughαποτελείται από 2 n κελιά για μια συνάρτηση με n μεταβλητές. Κάθεκελίαντιπροσωπεύει μία μόνο γραμμή στον πίνακα αληθείας. Κάθε κελί αντιστοιχεί σε ένα ελαχιστόρο ή μεγιστόρο της δυαδικής συνάρτησης. Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 15
Ομαδοποίηση σε Κ-χάρτη Η ομαδοποίηση πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να επιλέγονται όλοι οι 1 ενώ ταυτόχρονα να γίνονται όσο το δυνατό μεγαλύτερες ομάδες. Αν υπάρχουν don t cares επιλέξτε μόνο αυτά που θα σας δώσουν μεγαλύτερες ομάδες. Σε ομάδες των 2, 4, 8 άσσων απαλείφονται αντίστοιχα 1, 2, 3 μεταβλητές (αυτές που δεν είναι κοινές για όλη την ομάδα) Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 16
7. Μαθησιακά Αποτελέσματα Με την ολοκλήρωση αυτού του εργαστηρίου θα πρέπει να μπορείτε να: Σχεδιάσετε και να προσομοιώσετε κάποιο σχεδιασμό στο LogiSim, καθώς και να επαληθεύσετε την ορθή του λειτουργία. Χρησιμοποιείτε πίνακες Karnaugh για απλοποίηση συναρτήσεων. Σεπτέμβριος 15 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων Γ.Ζ. & Α.Π. - 17