ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ЭМУЛЯЦИИ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2004 года по МПК G06G7/06 

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к программно-аппаратным стендам для эмуляции цифровых устройств, и может быть использовано для логического моделирования и обучения.

Известны вычислительные способы и устройство для логического моделирования, позволяющие разработчику строить вычисляемые модели для различных прикладных задач, предусматривающие формирование примитивов, содержащих объекты, взаимосвязи между объектами и атрибуты для установки условий взаимосвязей, запоминание примитивов в базе данных модели, формирование на основании объектов, взаимосвязей и атрибутов объектов моделирования, запоминание объектов моделирования в базе данных, установление режимов наблюдения объектов моделирования, определение логических взаимосвязей между элементами объектов моделирования и режимами их наблюдения, запоминание названных взаимосвязей в базе данных и предоставление пользователю права на доступ к объектам моделирования с целью разработки моделей для прикладных задач посредством манипуляции планами наблюдения объектов и взаимосвязями в базе данных в соответствии с методологией, определяемой типом объектов моделирования (см. пат. США 5019961, кл. G 06 F 15/46).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, ограниченные функциональные возможности.

Известна машина для логического моделирования, используемая для моделирования цифровых логических схем с помощью обмена данными с главной ЭВМ, которая содержит первую память для хранения команд, определяющих порядок работы устройства, вторую память для хранения данных, определяющих логическую модель, шину для подключения машины к главной ЭВМ. Устройство отличается тем, что вторая память в соответствии с командами первой памяти выбирает данные для передачи в названную шину (см. ЕПВ, з. 0449579, кл. G 06 F 15/60).

Недостатком данной машины является невозможность за счет программной реализации функциональной части машины получить гибкую и открытую систему для разработчиков как программного, так и методического обеспечения данного комплекса.

Известен эмулятор ПЗУ, основу которого составляют многорежимные регистры адреса MRA и данных MRD, подключаемые к параллельному (LPT) порту любого IBM-совместимого компьютера и представляющие собой единый последовательный регистр (см. эмулятор ПЗУ, А. Грицаенко, г. Светлоград Ставропольского края, ж. РАДИО, 6,2001, с. 27-28).

Недостатком данного эмулятора ПЗУ являются ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятой автором за прототип является ЭВМ для логического моделирования, содержащая моделирующий процессор для моделирования цифровых логических устройств и блок сбора информации, содержащий память для хранения текущих состояний модели, память для хранения информации об изменениях текущих состояний и блок контроля за текущими состояниями модели (см. ЕПВ пат 0450839, кл. G 06 F 15/60).

Недостатком данной ЭВМ для логического моделирования является то, что она ориентирована на квалифицированного пользователя и не может быть использована для обучения в общеобразовательной системе.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к созданию программно-аппаратного стенда для эмуляции цифровых устройств и для логического моделирования и обучения, простоте его изготовления, низкой стоимости, универсальности.

Технический результат достигается с помощью программно-аппаратного стенда для эмуляции цифровых устройств, содержащего компьютер с информации, при этом стенд снабжен полями генераторов нулей и единиц и индикаторов выходных функций, причем поле генераторов нулей и единиц состоит из двухпозиционного тумблера, общий вывод которого соединен с корпусом источника питания, а первый вывод через первый резистор соединен со светодиодным индикатором, последний соединен с источником питания, второй вывод тумблера соединен с выходным коммутационным гнездом и вторым резистором, последний соединен с источником питания, а блок сбора и выдачи информации выполнен в виде обменного регистра стенда с наборным полем, состоящего из двойных входных коммутационных гнезд, соединенных с соответствующими входами параллельно-последовательного входного регистра, последовательный выход которого соединен с параллельным портом компьютера, а последовательный вход регистра соединен с последовательным выходом регистра следующего стенда, но если данный стенд последний, то последовательный вход регистра соединяют с последовательным выходом своего последовательно-параллельного регистра через информационную "заглушку", последовательный вход регистра соединяют с параллельным портом компьютера, а его параллельные выходы соединяют с соответствующими входами выходного буферного регистра - "защелки", параллельные выходы которого соединяют к соответствующим двойным выходным коммутационным гнездам, причем обменный регистр стенда с наборным полем снабжен набором трафаретов с отверстиями под входные и выходные двойные коммутационные гнезда с условным графическим изображением эмулируемых устройств и набором коммутационных шнуров, при этом поле индикаторов выходных функций состоит из входных коммутационных гнезд, соединенных через третий резистор к светодиодным индикаторам, которые соединены с корпусом источника питания, причем на боковой стенке стенда устанавливают разъем для соединения источника питания стенда и входной информационный разъем для соединения с параллельным портом компьютера, если данный стенд первый в стендовой сети, последняя содержит от 1 до n стендов, где n=32, причем n определяется скоростью эмуляции или же к выходному информационному разъему предыдущего стенда, при этом к выходному информационному разъему подключают специальную информационную "заглушку", если данный стенд последний в стендовой сети.

На фиг.1 дан программно-аппаратный стенд для эмуляции цифровых устройств, вид спереди.

На фиг. 2 дана структурная схема наборного поля обменного регистра программно-аппаратного стенда для эмуляции цифровых устройств.

Программно-аппаратный стенд для эмуляции цифровых устройств содержит лицевую панель (не показана), которая условно разделена на три поля: поле генераторов нулей и единиц 1, обменного регистра 2 стенда с наборным полем и поле индикаторов выходных функций 3, при этом поле генераторов нулей и единиц 1 состоит из двухпозиционного тумблера 4, общий вывод которого соединение корпусом источника питания (не показан), первый вывод тумблера 4 через первый резистор (не показан) соединен со светодиодным индикатором 5, последний соединен с источником питания, второй вывод тумблера 4 соединен выходным коммутационным гнездом 6 и вторым резистором (не показан), последний соединен с источником питания, обменный регистр 2 стенда с наборным полем состоит из двойных входных коммутационных гнезд 7, соединенных с соответствующими входами параллельно-последовательного входного регистра 8, последовательный выход которого соединен с параллельным портом компьютера 9, а последовательный вход регистра 8 соединен с последовательным выходом регистра 8 следующего стенда, но если данный стенд последний, то последовательный вход регистра 8 соединяют с последовательным выходом своего последовательно-параллельного регистра 10. Последовательный вход регистра 10 соединяют с параллельным портом компьютера 9, а его параллельные выходы соединяют с соответствующими входами выходного буферного регистра - "защелки" 11, параллельные выходы которого соединяют к соответствующим двойным выходным коммутационным гнездам 12, поле индикаторов выходных функций 3 состоит из входных коммутационных гнезд 13, соединенных через третий резистор (не показан) к светодиодным индикаторам 14, которые соединены с корпусом источника питания (не показан). На боковой стенке стенда расположен разъем 15 для соединения источника питания стенда, а также входной информационный разъем 16 для соединения к параллельному порту компьютера 9, если данный стенд первый в стендовой сети, которая содержит от 1 до n стендов, где n=32, при этом n определяется скоростью эмуляции или же к выходному информационному гнезду 17 предыдущего стенда, при этом к выходам информационного гнезда 17 подключается специальная информационная "заглушка" 18, если данный стенд последний в стендовой сети. Для правильного соединения цифровых устройств и исключения путаницы в соединительных шнурах (не показаны) на наборное поле обменного регистра 2 стенда накладывается специальный трафарет (не показан) с отверстиями под входные двойные коммутационные гнезда 7 и двойные выходные коммутационные гнезда 12 с условным графическим изображением эмулируемых устройств.

Программно-аппаратный стенд для эмуляции цифровых устройств работает следующим образом.

Сначала собирается стендовая сеть, состоящая из п стендов, где п, например, равно 10, при этом первый стенд соединяют через входной информационный разъем 16 с помощью информационного шнура к параллельному порту компьютера 9, а выходной информационный разъем 17 первого стенда с помощью другого информационного шнура подсоединяют к входному информационному разъему 16 второго стенда, который в свою очередь через выходной информационный разъем 17 соединяют с входным информационным разъемом 16 третьего стенда и так далее до последнего десятого стенда, у которого к выходному информационному разъему 17 подсоединяют информационную заглушку 18. На каждый стенд стендовой сети подсоединяют информационную заглушку 18. На каждый стенд стендовой сети подается напряжение питания от своего источника питания, подключенного через разъем 15. После того как собрана стендовая сеть, запускают моделирующее программное обеспечение, осуществляющее по бесконечному циклу следующее:
1) параллельную запись двоичной информации, находящейся на входных двойных коммутационных гнездах 7 в параллельно-последовательный входной регистр 8 и одновременно с этим запись из последовательно-параллельного регистра 10 в буферный регистр - "защелку" 11, выходы которого подсоединены к двойным выходным коммутационным гнездам 12;
2) последовательный сдвиг входной информации из параллельно-последовательного входного регистра 8 через параллельный порт компьютера 9 и запись этой информации в входной буфер оперативной памяти компьютера, причем одновременно с этим происходит вывод информации из выходного буфера оперативной памяти через параллельной порт компьютера 9 в последовательно-параллельный регистр 10;
3) затем программно выполняют функции тех цифровых устройств, которые должны быть реализованы на данной стендовой сети, а результаты выполнения этих функций помещают в выходной буфер оперативной памяти компьютера.

Таким образом происходит программная эмуляция работы тех цифровых устройств, из которых предполагается собирать другое более сложное устройство. Чтобы не запутаться в коммутационных шнурах при сборке более сложного устройства, на наборное поле обменного регистра 2 каждого стенда стендовой сети накладывают специальный трафарет с условным графическим изображением эмулируемых устройств. Схему устройства собирают с помощью коммутационных шнуров, соединяя соответствующие двойные входные и выходные коммутационные гнезда 7 и 12, а также подавая в схему входные сигналы с выходных коммутационных гнезд 6, расположенных в поле генераторов нулей и единиц 1, индикацию состояния сигнала производят соответствующим светодиодным индикатором 5, а переключение сигнала в другое (противоположное) состояние осуществляют двухпозиционным тумблером 4.

Если светодиодный индикатор 5 горит, то это значит, что на выходном коммутационном гнезде 6 присутствует уровень логической единицы, а если светодиодный индикатор 5 потушен, то на выходном коммутационном гнезде 6 присутствует уровень логического нуля.

Для анализа работы собранного устройства его выходные сигналы подключают к входным коммутационным гнездам 13, расположенным в поле индикаторов входных функций 3, если на данном выходе собранного цифрового устройства присутствует уровень логической единицы, то соответствующий светодиодный индикатор 14 будет гореть, а если же на данном выходе присутствует уровень логического нуля, то соответствующий светодиодный индикатор 14 будет потушен. Таким образом, с помощью данного программно-аппаратного стенда для эмуляции цифровых устройств можно моделировать устройства, аппаратно собирая их из примитивов, функции которых эмулируются программно.

Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- за счет аппаратной реализации универсального стенда получаются реальные входные и выходные сигналы, которые не являются виртуальными и которые можно реально измерить или посмотреть с помощью того же осциллографа;
- так как стендовая сеть (несколько стендов, последовательно соединенных друг с другом), в принципе, представляет собой очень длинный обменный регистр и схемотехнически очень проста, то стоимость электронной "начинки" сети получается довольно низкой;
- за счет программной реализации функциональной части универсального цифрового стенда получается гибкая и открытая система для разработчиков как программного, так и методического обеспечения данного комплекса:
- и, наконец, для создания лабораторного комплекса (ориентировочно на 10 рабочих мест, хотя возможно любое количество) необходим всего один компьютер.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для моделирования и обучения. Техническим результатом является упрощение. Устройство содержит компьютер с моделирующим программным обеспечением и блок сбора и выдачи информации, выполненный в виде обменного регистра стенда, имеющего наборное поле, состоящее из двойных входных коммутационных гнезд. Кроме того, устройство содержит параллельно-последовательные регистры стендовой сети и поля генераторов нулей и единиц и индикаторов выходных функций. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Программно-аппаратный стенд для эмуляции цифровых устройств, содержащий компьютер с моделирующим программным обеспечением и блок сбора и выдачи информации, отличающийся тем, что блок сбора и выдачи информации выполнен в виде обменного регистра стенда, имеющего источник питания, который подключается к стенду через разъем, установленный на боковой стенке стенда, а сам обменный регистр стенда имеет наборное поле, состоящее из двойных входных коммутационных гнезд, соединенных с соответствующими входами параллельно-последовательного входного регистра, последовательный выход которого через входной информационный разъем данного стенда и через выходной информационный разъем предыдущего стенда соединен с последовательным входом параллельно-последовательного входного регистра предыдущего стенда, а последовательный вход параллельно-последовательного входного регистра данного стенда через выходной информационный разъем данного стенда и через входной информационный разъем следующего стенда соединен с последовательным выходом параллельно-последовательного входного регистра следующего стенда, а если данный стенд является первым в стендовой сети, причем последняя содержит от 1 до N стендов, где N=32, что определяется скоростью эмуляции, то последовательный выход параллельно-последовательного входного регистра через входной информационный разъем соединен с параллельным портом компьютера, а если данный стенд последний в стендовой сети, то последовательный вход параллельно-последовательного входного регистра данного стенда через выходной информационный разъем данного стенда и через специальную информационную “заглушку” соединяют с последовательным выходом последовательно-параллельного регистра данного стенда, сам же последовательно-параллельный регистр имеет параллельные выходы, соединенные с соответствующими входами выходного буферного регистра-“защелки”, параллельные выходы которого соединяют с соответствующими двойными выходными коммутационными гнездами, причем последовательный вход последовательно-параллельного регистра через входной информационный разъем данного стенда и через выходной информационный разъем предыдущего стенда соединяют с последовательным выходом последовательно-параллельного регистра предыдущего стенда, а последовательный выход последовательно-параллельного регистра данного стенда через выходной информационный разъем данного стенда и через входной информационный разъем следующего стенда соединен с входом последовательно-параллельного регистра следующего стенда, причем если данный стенд является первым в стендовой сети, то последовательный вход последовательно-параллельного регистра через входной информационный разъем соединяют с параллельным портом компьютера.2. Программно-аппаратный стенд для эмуляции цифровых устройств по п.1, отличающийся тем, что он снабжен полями генераторов нулей и единиц и индикаторов выходных функций, при этом поле генераторов нулей и единиц состоит из двухпозиционного тумблера, общий вывод которого соединен с корпусом источника питания, а первый вывод через первый резистор соединен со светодиодным индикатором, последний соединен с источником питания, второй вывод тумблера соединен с выходным коммутационным гнездом и вторым резистором, последний соединен с источником питания, при этом поле индикаторов выходных функций состоит из входных коммутационных гнезд, подключенных через третий резистор к светодиодным индикаторам, которые соединены с корпусом источника питания.3. Программно-аппаратный стенд для эмуляции цифровых устройств по п.1, отличающийся тем, что он снабжен набором трафаретов с отверстиями под входные и выходные двойные коммутационные гнезда с условным графическим изображением эмулируемых устройств и набором коммутационных шнуров.