Современные открытые средства моделирования дискретных систем: сравнительный анализ, примеры применения и выводы.
В процессе обучения в университете по некоторым дисциплинам, таким как электроника, ТДУ, ТОАТ, и БТПиТС, требуется моделировать дискретные схемы, в тоже время не все средства моделирования являются бесплатными. Целью проведенного исследования является проверка возможности использования бесплатных программ для моделирования дискретных систем.
По результатам проведенного анализа я выявила, что наиболее популярные и часто используемые программы по всему миру являются следующие программы: Logisim, Logical Circuit, Atanua. Все они являются аналогами Multisim, который принят за эталон.
В качестве тестовой задачи, на которой проверялась функциональность данных программ, использовано моделирование конечного автомата. Так как автомат является наиболее универсальным устройством. Содержит в себе и комбинационную схему, и обратную связь и триггеры, что позволяет проверить возможность реализации всех возможных функций выбранными программами. Автомат может реализовать как таблицу истинности (комбинационное дискретное устройство), так и более сложное поведение (зависимость выходного сигнала от входных в предыдущие моменты времени). Следовательно, если возможно смоделировать конечный автомат, то не составит затруднений при моделировании комбинационных устройств.
Для моделирования в выбранных программах дискретного устройства использовалась схема конечного автомата Мура на логических элементах И-НЕ и RS-триггерах. Который содержит 2 элемента памяти, 2 кода входных переменных и 2 кода выходных переменных.
Для начала представим схему в Multisim.
Можно увидеть элементы, которые использовали для построения, а именно:
- Интерактивные цифровые константы; Элементы И-НЕ; RS – триггеры; Цифровые пробники.
Multisim позволяет легко смоделировать и исследовать такое устройство.
В программе Logisim схема выглядит аналогично.
Данная программа, по моему мнению, является самой удобной для построения схем на логических элементах. Эта программа имеет русскоязычный интерфейс пользователя. Все элементы разделены по разделам, что упрощает их поиск. Если сравнивать с Multisim, то при установке в нем русификатора, разделы и название элементов остаются на английском языке, что усложняет поиск элементов, для людей, не знающих английский язык. Кроме того эта программа является бесплатной в сравнений с Multisim.
К недостаткам этой программы можно отнести отсутствие осциллографа. Т. е. невозможно построить временную диаграмму, как это можно сделать в Multisim.
Logisim используется студентами колледжей и университетов по всему миру во многих типах курсов, начиная от краткого курса по логике в обзорном изучении информатики в общеобразовательных учреждениях, кончая курсами по организации ЭВМ и полными курсами по архитектуре компьютеров.
Следующая программа Logical Circuit.
Эта программа имеет русскоязычный интерфейс. Так же, как и в предыдущей программе отсутствует осциллограф. Главным же недостатком, по моему мнению, является более сложная установка, которая заключается в том, что при установке программы в меню были только логические элементы. Т. Е. для построения конечного автомата, потребовался RS – триггер, для этого необходимо было скачать и установить дополнительную библиотеку.
Используется для учебных целей: для проектирования и моделирования цифровых логических схем.
Программа Atanua.
Данная программа является логическим симулятором в реальном времени, т. е. при моделировании схемы, сразу можно по цвету проводов судить о наличии логического сигнала и его значении.
А именно если цвет провода
- яркий зеленый – сигнал высокого уровня; темно-зеленый – сигнал низкого уровня. серый, то это означает, что входящего сигнала нет; красный то это указывает на ошибку;
Эта программа имеет понятный пользовательский интерфейс, благодаря этому увеличивается скорость проектирования. Имеет реалистичный набор компонентов, т. е. не только схематичное изображение, но и различного вида кнопки, светодиоды и т. д.
Неудобство вызывает отсутствие элементов графики, т. е. невозможно подписать входы, выходы и другие элементы схемы.
Данная программа предназначена для использования в учебных целях.
В процессе исследования я провела сравнительный анализ для всех выше рассмотренных программ. И выделила ряд критериев, по которым проводился анализ, и все результаты свела в диаграмму. Я взяла за основу Multisim, который является эталоном в плане функциональности. (А не в плане точности моделирования). И далее по диаграмме можно отследить, насколько и по каким параметрам эти программы уступают Multisim.
В завершении хочу сказать, что смоделировать конечный автомат удалось в каждой из рассмотренных программ с разной степенью удобства, т. е. несмотря на то, что не одна из программ не заменяет Multisim, решить контрольный пример удалось в каждой из этих программ.
По моему мнению, наиболее удобной программа является Logisim, так как не требует установки, при открытии установочного файла, открывается сразу же программа, не требует установки дополнительных библиотек.
