Устройство для обучения построению логических структур

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ический ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4142148/24-24 (22) 22.09.86 (46) 07.01.89. Бюл.И (71) Московский инженерно-фиэинститут (72) Г.Н.Соловьев, Б.Н.Ковригин, А,П.Кларин, В.М.Сидуков, Р.К.Мифтахов, В.Г,Тышкевич и М.А.Иванов (53) 681.3.071(088.8) (56) Ковригнн Б.Н., Тышкевич В.Г. и Кальнин Б,И. Описание и руководство по использованию универсальной лабора торной установки по электронным вычислительным машинам. М.: МИФИ, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ПОСТРОЕНИЙ ЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР (57) Изобретение относится к техническим средствам обучения и предназначено для макетирования логической структуры проектируемых МаБИС. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей устройства. Устройство сконструировано по модульному принципу и содержит два уровня конструктивных модулей: ячейка и панель В состав установки входят несколько- 1 Г 801449990д),1 Г 09 В 19/00 панелеи, вставляемых в проем стола. Каждая панель представляет собой каркас с несколькими вертикальными перегородками, разделяющими плоскость панели на части - ряды, в которые устанавливаются ячейки различных типоразмеров, различное сочетание которых позволяет заполнить весь ряд панели. Каждая ячейка представляет собой конструкцию, состоящую иэ несущей платы, сменной печатной платы с микросхемами, вставляемой в разъем несущей платы, накладной фальшпанели, на которой нанесено условное графическое обозначение элемента. Для расширения дидактических возможностей устройства в его состав вводятся ячейки со средствами встроенного диагностиро вания.Общая структура устройства содержит коммутатор 1, генераторы 2, формирователи 3 импульсных последовательностей, блоки 4 и 8 индика- ции, клавишные регистры 5, преобразователи 6 кодов, изучаемые цифровые элементы 7, формирователь 9 кодов, блоки умножения 1 О, суммирования 1, деления 12, регистры 13. 14 ил. Г1449990 дь ярое аяннотдшидайнд ац Составитель А.Карловедактор В,Данко Техред И.Дидык Корректор Э.Лончаковр д е Производственно-полиграическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проекта каз 6968/48 Тираж 459 ПИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская н исноеоткрытиям при ГКНТ СССИзобретение относится к техническим средствам обучения и может бытьиспользовано при обучении макетированию логических структур проектируе 5мых МаБИС.Цель изобретения - расширение дидактических возможностей устройства.На Фиг,1 изображена структурнаясхема устройства; на Фиг.2 - 6 - Окомпоновка коммутатора, ячейки, пла, ты, ячейки в собранном виде и панелисоответственно; на фиг. 7 - 10 -способ крепления панелей, сеченияА-А,Б-Б и В-В на фиг.7; на Фиг.11 - 1513 - взаимное расположение перегородок и ячеек, сечение Г-Г на Фиг.11;на Фиг.14 - схема устройства дляконтроля счетчика 133 ИЕ 7.Устройство содержит коммутатор 1, 20группу генераторов 2, группу Формирователей 3 импульсных последовательно-: . стей, первуи группу блоков 4 индика ции, группу клавишных регистров (элементов 5 коммутации), группу преобразователей 6 кодов, группу изучаемыхцифровых элементов 7, вторую группублоков 8 индикации, Формирователь9 кодов, представляющий собой сигнатурный анализатор, блоки 10 умножеб 11 суммирования, блки 12 деления и регистры 13,Коммутатор 1 имеет группы входов14 - 20 и группы входов 21 - 28.В сос ыв коммутатора 1 (фиг. 2) 35 входят стол 29, панели 30, ячейки 31 и перегородки 32.В состав ячейки 31 (Фиг.З) входят накладная Фальшпанель 33, на которой нанесено условное графическое обозна чение цифрового элемента, соответствующего органа управления или средства диагностирования, несущая плата 34, разъем 35, в который вставляется другой разъем 35, расположен ный на плате 36, отверстия 37 и 38, микросхемы 39 и коммутационные гнезда40. Таким образом, конструкция ячейки 31 позволяет менять состав элементов установки путем смены Фальшпанели 33 и печатной платы 36 с микросхемами 39На фиг.4 показаны штифты 41, кольцо 42 крепления разъема 35, контактные площадки 43, соединенные с соответствующими контактами разъема 35. Эти элементы представляют собой плату 44. На фиг.5 показана ячейка 31 в собранном виде, где позицией 45 обозначен винт крепления разъема.Панель 30 (фиг,6) представляет собой каркас, состоящий из двух боковых планок 46 и 47,задней планки 48 и скобы 49. Внутри каркаса находятся три направляющие планки (перегородки) 4, которые делят плоскость панели на четыре части - ряды, в которые со стороны скобы 49 вставляются ячейки 31Боковые планки 46 и 47 и направляющие планки перегородки 4 имеют пазы, по которым скользят ячейки 31 при их установке в панели 30. На этих планках при помощи прижимных планок 50 установлены пружины 51, которые препятствуют свободному скольжению ячеек 31, и уголки 52, соединенные между собой стяжкой 53, что обеспечивает дополнительную жесткость конструкции. На трех направляющих планках при помощи уголков 54 уста- новлены шины 55 питания. Для обеспечения работы с ячейками 31 большейширины (для увеличения функциональнойсложности ци ровых элементов) на задней панели прЕдусмотрены дополнительные пазы 56, а на стяжке 53 - допол нительные отверстия 57. Панели 30крепятся в устройстве с помощью осей,которые вставляются в отверстия 58 втулок 59.На Фиг. 7 - 10 изображены перегородки 60, декоративные рамки 61, рама 62 для крепления оси 63, рама 64 сто.ла, к которой крепятся ножки (не показаны), отверстия 65 в перегородках 60 для осей 63. Пунктиром на фиг.7 показаны рабочее и поднятое положения панели 30Фиг 1 - 13 иллюстрируют взаимное расположение перегородок 32, ячеек 31 и перегородок 66, Перегородки 66 (фиг.12) имеют выступы 67, которыевставляются в те же пазы, по которым скользят ячейки 31, На Фиг.14 изображены генератор 67, триггер 68, сумматоры 69, триггеры 70 элементыИ 71 и 72,триггер 73, элементы И 74 й 75. дешифратор 76 и контролируемый счетчик 77.Устройство работает следующим.образом.На этапе подготовки к работе производится разработка Функциональной схемы исследуемого цифрового устройства (ЦУ), разработка схем для его1449 990 4легко реализуются на сумматорах поьФмодулю два.При использовании блоков 1 О - 12и регистра 13 для формирования тестовых последовательностей на входыблоког 11, подключенные к коммутатору1, подаются управляющие сигналы,определяющие вид формируемых воздействий. Тактовые входы регистров 13подключаются к выходу генератора 2.При использовании блоков 10 - 12 ирегистра 13 для обработки выходных.реакций проверяемого устройства навходы блоков 11 подаются аналнзируемые последовательности - реакции ЦУна входные воздействия. Тактовыеи установочные входы регистров 13подключены к выходам схемы формирования интервала обработки анализируемьапоыедовательностей (фиг.14); Цепьустановки регистров 13 в начальноесостояние на фиг.1 не показана.Фиг.14 иллюстрирует взаимодействиеразличных узлов устройства при контроле счетчика 1 ЗЗИЕ 7. Выходы счетчикаподключаются к контролируемым входамформирователя сигнатур, выходы ТИи Уст. "О" - соответственно к тактовому и установочному входам ормирователя сигнатур, который входит всостав формирователя 9.Библиотека элементов 7 может состоять-из одного элемента (например,как это было в первых базовых крис дталлах, из элемента ЗИ-НЕ); можетбыть определена из личного, опытаразработчика, состоять из схем, соот,ветствующих какой-либо серии или се",риям микросхем, может состоять изпостоянной части, определенной каким"либо способом, и переменной, зависящей от. специфических особенностей .проектируемого цифрового устройстваили проектируемой БИС. Возможны идругие подходы к формированию библиотеки, например на базе элементов серии К 155,Органы управления устройства предназначены для включения питания установки, задания импульсных последовательностей, наблюдения сигналов ииндикации состояний исследуемых элементов.Генератор 2 вырабатывает импульсыположительной и отрицательной полярности. В режиме одиночных импульсов(тумблер в положении ГИ ОДИН) на выходе генератора 2 после каждого нанастройки и испытаний, Определяетсясостав необходимых ячеек органов уп.равления, элементов 7 и средств диаг"ностирования.К органам управления относятсяблок включения питания (клавиша),генераторы 2, Формирователи 3 импульсных последовательностей, клавишныерегистры (элементы 5), преобразова Отели 6 кодов, первая группа блоков4 индикации.,Указанные узлы используются дляпостроения схем синхронизации и начальной установки. При необходимости 15для этих целей могут быть использованы некоторые из элементов 7.Клавишные регистры (элементы 5)применяются для задания значенийоперандов, а также управляющих сигналов,. сохраняющих постоянное значение в течение нескольких цикловработы исследуемой схемы.Блоки 4 служат для наблюдения засостояниями отдельных элементов ис бследуемого ЦУ.Исследуемое устройство собираетсяна основе ячеек элементов 7.Для настройки, испытаний и к; нтроля работоспособности ЦУ используются 30ячейки органов управления совместнос ячейками средств диагностлрования(формирователь 9, блоки 1 С - 12и регистры 13).Соединение органов управления,цифровых элементов и средств диагностирования между собой производитсяпри помощи шнуровой коммутации. Состояние всех последовательностныхэлементов 7 выводится на индикацию 40(блоки 8).Формирователь Ч (сигнатурный анализатор) состоит из схем формирования интервала обработки анализируемыхпоследовательностей и формирования 45сигнатур.Средства встроенного диагностирования (формирователь 9, блоки 10 -12 и регистр 13) могут использоваться как в качестве генератора входных 50тестовых воздействий на входы проверяемого ЦУ, так и в качестве анализаторов его выходных ре кций.Блоки 10 - 12 представляют из себякомбинационные схемы, которые строят;ся на основе соответствующих им таб.лиц истинности. Последние в своюочередь однозначно определяются правилами умножения, сложения, деления ижатия кнопки ГИ ОДИН в момент ее отпускания появляется один импульс. Одновременно инверсный сигнал появляется на инверсном выходе генерато ра 2. В непрерывном режиме (тумблер в положении ГИ НЕПР) на выходах гене-ратора 2 присутствуют последователь-ности прямых и инверсных импульсов.Формирователь 3 предназначен для но О лучения серии из трех импульсов относительно фронта О/1 запускающегосигнала.Ячейка индикации (блок 4) содержит один четырехканальный усилитель с 1 б четырьмя светодиодами и один одно-вибратор с усилителем индикации и све тодиодом. Свечение светодиода соответствует единичному значению потентт циала на входе соответствующего ка нала усилителя. Одновибратор ячейки индикации запускается Фронтом О/1 входного сигнала и имеет время вью, ,держки около 1),5 с. На это же время загорается светодиод одновибратора. 28 Тем самым обеспечивается возможность визуальной проверки наличия одиноч- . ных импульсных сигналов.Коммутатор входных каналов осциллографа позволяет наблюдать на экра не осциллограФа одновременно до 8 сигналов, подаваемых на его входы 70 -,У. Выход У коммутатора внутри установки соединен с входом У осциллографа, выход Х - с входом внешней синхронизации осциллографа. На вход Х коммутатора должен быть подан синхронизирующий сигнал.В режиме одновременного наблюдениянескольких сигналов коммутатор осцил лограоа позволяет лишь качественно ;оценить характер изменения сигналови их взаимное расположение. Детальное исследование сигналов (определение их амплитуд, временных параметров,задержек относительно других сигна.- лов) производится при переводе тумблерав положение Уо. В этом случае на вход УосциллограФа передается сигнал с входа У о коммутатора, на вход внешней син- б 0 хронизации - сигнал с входа Х коммутатора.Восьмиразрядный клавишный регистр элементов 5 используется для задания значений операндов и управляющих 5 В сигналов, сохраняющих постоянное значение в течение нескольких циклов работы исследуемой схемы. Код на вхо; пах элементов 5 задается нажатием клавиш. Нажатая клавиша соответствует "Лог.1", Прием информации в элементы 5 производится в течение единичного сигнала, подаваемого на вход С. При незакоммутированном входе С код на выходах разрядов элемента 5 повторяет код на соответствующих клавишах.Код на входах преобразователя 6 задается нажатием клавиши. Нажатие клавиши необходимого разряда приводит к появлению импульсного инверсного сигнала, совпадающего по времени с импульсным сигналом, поданным на вход преобразователя 6. Значение сигнала на его выходе равно в этом слу-чае "1".При неэакоммутированном входе преобразователь 6 выполняет функцию четырехразрядного клавишного регистра, когда код на выходах повторяет код на соответствующих клавишах.Использование в устройстве специализированной схемы встроенного диагностирования позволяет задавать и воспроизводить последовательности управляющих сигналов (до 24 микроопераций в микрокоманде, до 32 микрокоманд в цикле), а также имитировать ПЗУ, Схема может быть использована в качестве памяти микропроГраммных устройств управления различных типов.Выполнение устройства укаэанным образом расширило его функциональные возможности за счет увеличения номен клатуры цифровых изделий, которые могут быть собраны на элементах установки, упрощения процедуры постановки новых лабораторных работ обеспечения контроля работоспособности проектируемых ци 0 эровых изделий. При этом обеспечивается контроль цифровых устройств любого типа, как синхронных, так и асинхронных, уменьшение времени проверки правильности выпол-. ненной лабораторной работы. При этом легко изменяется состав библиотеки цифровых элементов (последняя может быть легко расширена или полностью изменена без всякого изменения конструкции),что увеличивает срок службы устройства, учитывая быстрые темпы развития микроэлектроники и вычислительной техники, предоставляет пользователю большие возможности по совершенствованию Функционально-логических и схемотехнических решений.1449Это ув еличило надежно сть устройства эа счет упрощения процедуры замены неисправных компонентов, уменьшения времени и стоимости ремонта неисправных ячеек, упрощения про-. цедуры технического обслуживания за счет уменьшения времени подготовки к работе и уменьшения требований к квалификации обслуживающего персо нала (необходимо знать лишь сигнатуры работоспособных ячеек, особенноСти Функционирования проверяемой сложной цифровой ячейки при контроле знать вовсе не обязательно). 1 ЬВозможность получения сигнатур проектируемых сложных цифровых изделий существенно расширяет область применения сигнатурного анализа, котсрый до настоящего времени в основном использовался лишь на этапах эксплуатации и производства цифровых изделий, так как возможность его использования на этапе проектирования25 была ограничена невозможностью или трудоемкостью получения эталонных сигнатур,Формула из об ретения ЗОУстройство для обучения построению логических структур, содержащее коммутатор, входы первой, второй, третьей, четвертой и пятой групп которо го соединены с соответствующими выходами генераторов, формирователей импульсных последовательностей,990 8о изучаемых цифровых элементов, элементов коммутации и преобразователей кодов соответственно, а выходы первой, второй, третьей и четвертой групп - с соответствующими входамИ блоков индикации первой группы, элементов коммутации преобразователей кодов, изучаемых цифровых элементов и блоков индикации второй группы соответственно, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены формирователь кодов, блоки умножения, блоки суммирования, блоки деления и регистры, причем выходы коммутатора шестой, седьмой и восьмой групп подключены соответственно к входам соотьетствующих Формирователей импульсных последовательностей, соответствующим входам формирователя кодов и к входам первой группы соответствующих блоков суммирования, входы второй группы которых соединены с выходами соответствующих блоков умножения, а выходы - с входами соответствующих блоков деления, информационные входы регистров подключены к выходам соответствующих блоков деления, синхровходы - к соответствующему выходу коммутатора, а выходы - к входам ссответствующих блоков умножения, входы шестой и седьмой групп коммутатора соединены с соответствующими выходами формирователя кодов и с выходами соответствующих регистров, соответственно