Устройство для обучения построению логических структур

 

Изобретение относится к техническим средствам обучения и предназначено дли макетирования логической структуры проектируемых МаВИС. 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 панелей, вставляемых в проем стола. Каждая панель представляет соболи каркас с несколькими вертикальными перегородками, разделяющими плоскость панели на части - ряды, в которые устанавлива1ртся ячейки различных типоразмеров, различное сочетание которых позволяет заполнить весь ряд панели. Каждая ячейка представляет собой конструкцию, состоящую из несущей платы, сменной печатной платы с микросхемами, вставляемой в разъем несущей платы, накладной фальшпанели, на которой нанесено условное графическое обозначение злемента. Для расширения дидактических возможностей устройства в его состав вводятся ячейки со средствами встроенного диагностирования.Общая структура устройства со держит коммутатор 1, генераторы 2, формирователи 3 импульсных последовательностей , блоки 4 и 8 индикации , клавишные регистры 5, преобразователи 6 кодов, изучаемые цифровые элементы 7, формирователь 9 кодов, блоки умножения 10, суммирования i1, деления 12, регистры 13. 14 ил. Г 4 4а (Ц Рим

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) У С 09 В !9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ч

И

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯ14

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4142148/24-24 (22) 22.09.86 (46) 07.01.89. Бюл.И- 1 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Г.Н.Соловьев, Б.Н.Ковригин, А.П.Кларин, В.М.Сидуков, P,Ê.Èèôòàхов, 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 лабораторной установки по электронным .вычислительным машинам. М.: МИФИ,,1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ПОСТРОЕНК0 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

Г

„, Я0„„1449990 А1 панелей, 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 10 суммирования 11, деления 12, регистры 13. 14 ил.

1449990

Изобретение относится к техническим средствам обучения и может быть использовано при обучении макетированию логических структур проектируе5 мых МаБИС.

Цель изобретения — расширение дидактических возможностей устройства.

На фиг.l изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - 6— 10 компоновка коммутатора, ячейки, пла . ты, ячейки в собранном виде и панели соответственно: на фиг. 7 - 10— способ крепления панелей, сечения

А-А,Б-Б и В-В на фиг.7; на фиг.ll - 15

13 — взаимное расположение перегородок и ячеек, сечение Г-Г на фиг.ll; на фиг.l4 — схема устройства для контроля счетчика 133ИЕ7.

Устройство содержит коммутатор 1, 20 ( группу генераторов 2, группу формирователей 3 импульсных последовательно-: . стей, первуи группу блоков 4 индика-ции, группу клавишных регистров (элементов 5 коммутации), группу преобра- 25 зователей 6 кодов, группу изучаемых цифровых элементов 7, вторую группу блоков 8 индикации, формирователь

9 кодов, представляющий собой сигна турный анализатор, блоки 10 умножения, блоки 11 суммирования, блоки 12 деления и регистры 13.

Коммутатор 1 имеет группы входов

14 - 20 и группы входов 21 — 28.

В состав коммутатора 1 (фиг.2) входят стол 29, панели 30, ячейки 31 и перегородки 32.

В состав ячейки 31 (фиг.3) входят накладная фальшпанель 33, на которой нанесено условное графическое обозна- 40 чение цифрового элемента, соответствующего органа управления или средства диагностирования, несущая плата 34, разъей 35, в который вставляется другой разъем 35, расположен- 45 ный на плате 36, отверстия 37 и 38, микросхемы 39 и коммутационные гнезда

40.

Таким образом, конструкция ячейки

31 позволяет менять состав элементов установки путем смены фальшпанели 33 и печатной платы 36 с микросхемами 39

На 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 о6означен 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 31 ° Боковые 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 большей ширины (для увеличения функциональной сложности ци ровых элементов) на задней панели прЕдусмотрены дополнительные пазы 56, а на стяжке 53 — допол-нительные отверстия 57. Панели 30 крепятся 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 30

Фиг„11 — 13 иллюстрируют взаимное расположение перегородок 32, ячеек

31 и перегородок 66. Перегородки 66 (фиг.12) имеют выступы 67, которые вставляются в те же пазы, по которым скользят ячейки 31. На фиг.14 изображены генератор 67, триггер 68, сумматоры 69, триггеры 70„ элементы

И 71 и 72,триггер 73, элементы И

74 и 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 его

1449

990 . 4 легко реализуются на сумматорах по ь

t модулю два.

При использовании блоков 10 — 12 и регистра 13 для формирования тестовых последовательностей на входы блоког I!, подключенные к коммутатору

1, подаются управляющие сигналы, определяющие вид формируемых воздействий. Тактовые входы регистров 13. подключаются к выходу генератора 2.

При использовании блоков 10 - 12 и регистра 13 для обработки выходныхреакций проверяемого устройства на входы блоков Il подаются аналнзируе: мые последовательности — реакции ЦУ на входные воздействия. Тактовые и установочные входы регистров 13 подключены к выходам схемы формирования интервала обработки анализируемых почедовательностей (фиг.14); Цепь установки регистров 13 в начальное состояние на фиг.l не показана.

Фиг.14 иллюстрирует взаимодействие различных узлов устройства при контроле счетчика 133ИЕ7. Выходы счетчика подключаются к контролируемым входам формирователя сигнатур, выходы ТИ и Уст. "0" — соответственно к тактовому и установочному входам формиро вателя сигнатур, который входит в состав формирователя 9.

Библиотека элементов 7 может состоять-из одного элемента (например, как это было в первых базовых крис таллах, из элемента ЗИ-НЕ); может быть определена из личного, опыта разработчика, состоять из схем, соот= .ветствующих какой-либо серии или се". риям микросхем, может состоять из постоянной части, определенной какимлибо способом, и переменной, зависящей от. специфических особенностей . проектируемого цифрового устройства или проектируемой БИС. Возможны и другие подходы к формированию библио теки, например на базе элементов серии К155.

Органы управления устройства предназначены для включения питания уста новки, задания импульсных последовательностей, наблюдения сигналов и индикации состояний исследуемых элементов.

Генератор 2 вырабатывает импульсы положительной и отрицательной полярности. В режиме одиночных импульсов (тумблер в положении ГИ ОДИН) на выходе генератора 2 после каждого нанастройки и испытаний. Определяется состав необходимых ячеек органов уп.равления, элементов 7 и средств диаг" ностирования.

К органам управления относятся блок включения питания (клавиша), генераторы 2, формирователи 3 импульсных последовательностей, клавишные регистры (элементы 5), преобразова- 10 тели 6 кодов, первая группа блоков

4 индикации..

Указанные узлы используются для построения схем синхронизации и начальной установки. При необходимости I5 для этих целей могут быть использованы некоторые из элементов 7..

Клавишные регистры (элементы 5) применяются для задания значений операндов, а также управляющих сиг- 20 налов,. сохраняющих постоянное значение в течение нескольких циклов работы исследуемой схемы.

Блоки 4 служат для наблюдения за состояниями отдельных элементов исследуемого ЦУ.

Исследуемое устройство собирается на основе ячеек элементов 7.

Для настройки, испытаний и к; нтроля работоспособности ЦУ исполь"-уются 30 ячейки органов управления совместно с ячейками средств диагностлрования (формирователь 9, блоки 10 - 12 и регистры 13).

Соединение органов управления, цифровых элементов и средств диагностирования между собой производится при помощи шнуровой коммутации. Состояние всех последовательностных элементов 7 выводится на индикацию 40 (блоки 8).

Формирователь 9 (сигнатурный анализатор) состоит из схем формирования интервала обработки анализируемых последовательностей и формирования 45 сигнатур.

Средства встроенного диагностирования (формирователь 9, блоки 10—

12 и регистр 13) могут использоваться как в качестве генератора входных яр тестовых воздействий на входы проверяемого ЦУ, так и в качестве анализато ров его выходных ре кций.

Блоки 10 — 12 представляют из себя комбинационные схемы, которые строят- 55 ся на основе соответствующих им таб лиц истинности. Последние в свою очередь однозначно определяются правилами умножения, сложения, деления и

1449990 жатия кнопки ГИ ОДИН в момент ее отпускания появляется один импульс.

Одновременно инверсный сигнал появляется на инверсном выходе генерято- 5 ра 2. В непрерывном режиме (тумблер в положении ГИ НЕПР) ня выходах гене ратара 2 присутствуют последователь ности прямых и инверсных импульсов. ( Формирователь 3 предназначен для ío- lo ( лучения серии из трех импульсов относительно фронта О/I запускающего сигналя.

Ячейка индикации (блок 4) содержит один четырехканальный усилитель с 15 четырьмя светодиодами и один одно вибратор с усилителем индикации и све тодиодом. Свечение светодиода соответствует единичному значению патент циала на входе соответствующего ка- 20 нала усилителя. Одновибратор ячейки индикации запускается фронтом 0/I входного сигнала и имеет время Bbl ! ,держки около 0,5 с. На это же время загорается светодиод одновибратора. 25

Тем самым обеспечивается возможность визуальной проверки наличия одиноч- . ных импульсных сигналов.

Коммутатор входных каналов осцил-. лографа позволяет наблюдать на экра- ЗО не осциллографа одновременно до 8 сигналов, подаваемых на его входы

Yо -,У . Выход Y коммутатора внутри установки соединен с входом Y ос-. циллографа, выход Х - с входом внешней синхронизации осциллографа.

На вход Х коммутатора должен быть подан синхронизирующий сигнал.

В режиме одновременного наблюдения нескольких сигналов коммутатор осцил- 4ц лографя позволяет лишь качественно

;оценить характер изменения сигналов и их взаимное расположение. Детальное исследование сигналов (определение их амплитуд, временных параметров, задержек относительно других сигна.лов) производится при переводе тумблера в положение У . В этом случае на вход Y осциллографа передается сигнал с входа

У у коммутатора, на вход внешней син- 5п хронизации — сигнал с входа Х коммутатора.

Восьмиразрядный клавишный регистр элементов 5 используется для задания значений операндов и управляющих 55 сигналов, сохраняющих постоянное значение в течение нескольких циклов работы исследуемой схемы. Кад 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 незякоммутированном входе С код на выходах разрядов элемента 5 повторяет код ня 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- 1 чае "1".

При неэакоммутированнам входе преобразователь 6 выполняет функцию четырехрязрядного 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 микропраГраммных устройств управления различных типов.

Выполнение устройства укаэанным образом расширило его функциональные вазможности зя счет увеличения номенклатуры цифровых изделий, которые могут быть собраны на элементах установки, упрощения процедуры постановI ки новых лабораторных работ обеспечения контроля работоспособности проектируемых цифровьпс изделий. При этом обеспечивается контроль цифровых устройств любога типа, как синхронных, тяк 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 пользователи большие возможности по совершенствованию функционально-логических и схемотехнических решений.

1449

Это 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- 1р нала (необходимо знать лишь сигнатуры работоспособных ячеек, особенноСти функционирования проверяемой сложной цифровой ячейки при контроле знать вовсе не обязательно}. 15

Возможность 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 проектирования

25 была ограничена невозможностью или трудоемкостью получения эталонных сигнатур.

Формула и э о б р е т е н и я

Устройство для обучения построению логических структур, содержащее коммутатор, входы первой, второй, третьей, четвертой и пятой групп которо- 35 го соединены с соответствующими выходами генераторов, формирователей импульсных последовательностей, 990 8 о 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 сс.— ответствующих блоков умножения, входы шестой и седьмой групп коммутатора соединены с соответствующими выходами формирователя кодов и с выходами соответствующих регистров, соответственно °

l 449 990

l449990

1449990

J 449990

1449990 дь яро д аяннотдшидайни ац

Составитель А.Карлов

Техред И.Дидык Корректор Э Лончакова

Редактор В.Данко

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6968/48 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5