Компьютерное моделирование является альтернативой экспериментальным исследованиям электронных устройств и всё шире применяется на практике.

 Оно имеет ряд преимуществ перед экспериментальным исследованием:
- стоимость моделирования на компьютере значительно ниже стоимости экспериментального исследования;
- возможно масштабирование реального времени протекания процесса и др.
Особое место среди программ схемотехнического моделирования имеют программы, заменяющие измерительную установку, на которой проводится исследование макета электронной схемы.
Такой программой является Electronics Workbench, в ней на экране отображаются измерительные приборы с органами управления, максимально приближенными к действительности. Эти программы называются интеллектуальными, так как в них можно даже не указывать задачи исследования. Модель строится так, что по набору приборов, включенных в измерительную схему, программа сама выполнит не¬обходимые действия.
В методических указаниях изложены основы применения Electronics Workbench 5.12 для исследования типовых цифровых элементов и устройств на их основе, приводятся задания для лабораторных работ по схемотехнике.

 1. ОПИСАНИЕ ELECTRONICS WORKBENCH

1.1. Среда моделирования

После загрузки Electronics Workbench на экране появляется окно, содержащее рабочее поле, выше которого расположены:
- строка меню;
- панели: стандартная, компонентов и инструментов.
Исследуемая схема собирается на рабочем поле из имеющихся компонентов и приборов при одновременном использовании мыши и клавиатуры.
Назначение пунктов меню:
File – используется для операций с файлами;
Edit - используется для редактирования изображения на экране, позволяет скопировать выделенный фрагмент схемы в буфер обмена;
Circuit – используется для операций с выделенными частями схемы;
Analysis – используется для управления моделированием исследуемой схемы;
Window – используется для операций с окном Electronics Workbench.
Кнопки стандартной панели инструментов дублируют часть команд меню.
Кнопки панели компонентов объединены в группы, имеющие следующее назначение (по порядку, как показано на рисунке):

- набор наиболее часто используемых и формируемых пользователем элементов;
- основные дискретные аналоговые компоненты;
- интегральные микросхемы;
- логические и цифровые элементы;
- индикаторы, специальные и дополнительные элементы;
- измерительные приборы.
 

1.2. Компоненты

В методических указаниях рассматриваются только компоненты, используемые при проведении цикла лабораторных работ.

1.2.1. Источники (Sources)

- - кнопка выбора группы.

- земля (Ground) – нулевая потенциальная точка.

- генератор прямоугольных импульсов (Clock). Параметрами являются частота, амплитуда, скважность (Duty cycle) – отношение длительности импульса к частоте следования.

1.2.2. Пассивные компоненты (Basic)

 - кнопка выбора группы.

- соединительный узел (Connector), обозначаемый точкой. Используется для создания электрического соединения в схеме. От коннектора может отходить до четырёх соединений под углом 90 градусов относительно друг друга.
- переключатель (Switch) – связывается с клавишей на клавиатуре, нажатием которой в процессе моделирования осуществляется переключение ключа.
- резистор, подключенный одним выводом к источнику постоянного напряжения (Pull-Up Resistor). Задаётся сопротивлением (R) и напряжением (V). Используется в схеме для задания сигнала логической единицы.

1.2.3. Логические элементы

- кнопка выбора группы.
- 2И (2 –Input AND Gate).

- 2ИЛИ (2-Input OR Gate).

- НЕ (NOT Gate).

- 2ИЛИ-НЕ (2-Input NOR Gate).

- 2И-НЕ (2-Input NAND Gate).
 

1.2.4. Цифровые узлы (Digital)

- кнопка выбора группы.

- кнопка выбора дешифраторов-демультиплексоров.

- асинхронный RS-триггер (RS Flip-Flop).

- - синхронный JK-триггер с прямыми асинхронными R и S входами (JK Flip-Flop With Active High Asynch Inputs).

- синхронный JK-триггер с инверсными асинхронными R и S входами (JK Flip-Flop With Active Low Asynch Inputs).

- синхронный D-триггер (D Flip-Flop).


- синхронный D-триггер с инверсными асинхронными R и S входами (D Flip-Flop With Active Low Asynch Inputs).
 

1.2.5. Индикаторы (Indicators)

- - кнопка выбора группы.

- логический пробник (Red Probe). Светится красным светом, если на него подаётся сигнал с уровнем логической единицы. В окне Свойств цвет может быть изменён на зелёный (Green) или синий (Blue).

- семисегментный индикатор c дешифратором (Decoded Seven-Segment Display), отображает шестнадцатеричные эквиваленты двоичного кода.

1.2.6. Измерительные приборы (Instruments)

- кнопка выбора группы.

- генератор слов, используется для формирования последова-тельностей двоичных 16-ти разрядных слов. На схему выводится умень-шенное изображение генератора слов (Рис. 2). Двойным щелчком по уменьшенному изображению открывается расширенное изображение генератора слов (Рис. 3). Генератор слов подключается к схеме с помощью выводов на его уменьшенном изображении.
Значения слов могут задаваться в левом окне в шестнадцатеричном виде расширенного изображения генератора, в двоичном виде в окне Binary, в виде ASCII кодов в окне ASCII.
В секции Address выводятся: номер редактируемого слова, текущего слова, адреса начальной и конечной ячейки.

Генератор слов может формировать последовательности в пошаговом, пакетном и циклическом режимах, которые задаются соответственно кнопками Step(шаг), Burst (пакет) и Cycle (цикл). Возможно задание точки остановки кнопкой Breakpoint. Кнопка Pattern открывает окно, позволяющее очистить буфер выводимых данных, загрузить данные из файла, сохранить их в файле с расширением .db, заполнить его комбинациями, возрастающими на 1 от 0, убывающими на 1 от FFFF, комбинациями со сдвигом 1 влево и вправо.

- логический анализатор (Logic Analyzer). .
Анализатор имеет две визирные линейки 1 и 2, точные значения времени Т1 и Т2, а также интервала Т2-Т1 отображаются в окне анализатора.
Синхронизация анализатора может быть внутренней (Internal) или внешней (External). Клеммы для внешней синхронизации находятся внизу изображения анализатора. Параметры синхронизации задаются в меню, вызываемом кнопками Set.
 

 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМ

Перед анализом работы схемы выполняется её построение и подключение индикаторов или измерительных приборов. Анализ работы начинается после нажатия выключателя в правом верхнем углу окна программы (рис.1).

2.1. Построение и редактирование схем 

Элементы схем, после их выбора из соответствующей группы элементов, переносятся в нужное место на рабочее поле мышкой с нажатой левой кнопкой. Связи между выводами элементов также устанавливаются мышкой с нажатой левой кнопкой. После установления связи её положение может быть отредактировано после выделения мышкой. Цвет проводника можно изменить в окне его свойств, открываемом двойным щелчком на изображении проводника. Связь может быть установлена также между выводом элемента и проводником (соединением), иногда для установления соединения может потребоваться дополнительная промежуточная точка (соединитель), которая находится в группе компонентов Basic.
Элемент схем может быть выделен щелчком левой кнопки мыши, его цвет меняется на красный. Выделенный элемент можно копировать, удалить. Можно изменять его положение через меню Circuit, кнопки стандартной панели инструментов, а также через контекстное меню, открываемое нажатием правой клавиши мыши. Элемент можно вращать и разворачивать по горизонтальной и вертикальной осям. Через меню Circuit и контекстное меню можно открыть окно свойств Component Properties выделенного элемента. Это можно сделать также двойным щелчком левой кнопки мыши по элементу. Окно свойств позволяет редактировать значения свойств выделенного элемента. Выделенный элемент можно перемещать мышкой с нажатой левой кнопкой, связи между элементами при этом сохраняются.
Можно выделять группу элементов, находящихся в прямоугольной области, которая определяется мышкой с нажатой левой кнопкой. Выделенную группу можно копировать, удалять, перемещать мышкой, вращать элементы группы.
Можно копировать фрагмент схемы как точечный рисунок командой Copy as Bitmap в меню Edit, копирование выполняется после выбора команды выделением мышью области копирования.
После того, как схема построена, можно вставить в нее дополнительные компоненты. Для этого нужно мышью переместить компонент в требуемую точку схемы и, поместив его над проводником, отпустить кнопку мыши. Компонент автоматически вставится в цепь.
Для подключения прибора к схеме нужно мышью перетащить прибор с панели инструментов на рабочее поле и подключить выводы прибора к исследуемым точкам.

2.2. Эксперименты над цифровыми схемами

При исследовании схем используются рассмотренные в разделе 1.2. элементы и приборы.
В зависимости от задания схема либо собирается из перечисленных элементов и приборов, либо используется готовая из файла.
Эксперименты проводятся при пошаговом формировании сигналов и фиксации результатов с помощью логических пробников или семисегментного индикатора, или при формировании входных сигналов генератором и фиксацией результатов с помощью логического анализатора.