В статье описывается модернизированная виртуальная лаборатория «Комбинационные цифровые устройства. Версия 2», в которой добавлены устройства (сумматор, компаратор), таблицы истинности и поясняющие надписи, помогающие в обучении основам цифровой техники.
Ключевые слова: программное обеспечение, виртуальная лаборатория, комбинационные цифровые устройства, дешифратор, шифратор, демультиплексор, мультиплексор, сумматор, компаратор.
В настоящее время существует много виртуальных лабораторий по различных дисциплинам, в том числе по цифровым устройствам и основам микропроцессорной техники. Это обусловлено не только обеспечением учебного процесса в учебных заведениях среднего профессионального образования и высшего образования, то появлением детских школ и кружков технического творчества и робототехники, где изучение основ цифровой и микропроцессорной техники актуально.
В статье [1] описана начальная версия виртуальной лаборатории «Комбинационные цифровые устройства» (рис. 1), созданная в Microsoft Visual StudioС# и представляющая собой четыре вкладки (дешифратор, шифратор, демультиплексор, мультиплексор), на которых размещены соответствующие виртуальные приборы. Для работы с каждым прибором предусмотрено имитация его включение / выключения в сеть, что фиксируется изменением индикатора (зеленый / красный) в области 1 рисунка 1. Прибор представлен в виде прямоугольного корпуса, на передней панели которого изображено условно — графическое обозначение (УГО) каждого прибора. Слева расположены тумблеры для ввода информации, по количеству входов виртуального прибора и их кодировка положения («1», «0»), а также кнопка «Расчет» (область 2, рис. 1), при нажатии на которую происходит опрос входов и визуализация результата работы виртуального прибора (область 3, рис. 1). Кроме этого имеется строка меню, состоящая из двух пунктов — Файл и Справка.
Рис. 1. Интерфейс вкладок виртуальной лаборатории «Комбинационные цифровые устройства» с областями: 1 — кнопка включения / выключения прибора, 2 — тумблеры для ввода информации в виртуальный прибор и кнопка «Расчет», 3 — область визуализации работы прибора [1]
В ходе апробации начальной версии виртуальной лаборатории были предложены следующие направления модернизации [2]:
1) расширения перечня комбинационных цифровых устройств за счет добавления сумматора и компаратора;
2) ввод дополнительной области для таблицы истинности работы виртуального прибора.
3) увеличение разрядности каждого виртуального прибора.
Анализ и реализация двух вышеперечисленных направлений определил интерфейс вкладок модернизированной виртуальной лаборатории «Комбинационные цифровые устройства. Версия 2» (рис. 2).
Рис. 2. Интерфейс вкладок модернизированной виртуальной лаборатории «Комбинационные цифровые устройства. Версия 2»
Как видно из рисунка 2, модернизированная виртуальная лаборатория имеет шесть вкладок, за счет добавления двух вкладок с виртуальными приборами — сумматор и компаратор. Кроме этого, были добавлены поясняющие надписи над линиями связи, которые появляются только во включенном режиме (рис. 3). На рисунке 3а показаны поясняющие надписи на входе при изменении положения тумблеров и пустая таблица истинности. На рисунке 3б — поясняющие надписи на выходе виртуального прибора, возникающие после нажатия кнопки «Расчет», визуализация результата работы (вместе с зеленым индикатором появляется соответствующая надпись «2») и в таблице истинности заполняется первая строка, фиксирующая результат первого эксперимента виртуального прибора — дешифратора.
Аналогично поясняющие надписи сделаны для всех виртуальных приборов. Для сумматора слева сделаны дополнительные поясняющие надписи, которые показывают результат сложение двух битовых чисел А и В с учетом переноса Р, заданных при помощи тумблеров виртуального прибора — сумматора (рис. 4).
а)
б)
Рис. 3. Поясняющие надписи при работе с виртуальным прибором Дешифратор: а — при вводе данных, б — при визуализации результатов работы
Рис. 4. Поясняющие надписи при работе с виртуальным прибором Сумматор
Авторами было проанализировано третье направление модернизации — увеличение разрядности каждого виртуального прибора. Данное направление может быть реализовано двумя путями: путем увеличения вкладок, что является не удобным для работы и поиска, или введением в интерфейс элемента TreeView (проводника), в котором будет шесть групп — это соответствует шести виртуальным приборам, а в каждой группе несколько приборов различной разрядности.
В дальнейшем планируется реализовать направление, связанное с расширение разрядности виртуальных приборов при помощи элемента TreeView, а выбор разрядности каждого прибора необходимо обосновывать возможностью качественного и понятного отображения прибора на экране монитора.
Литература:
- Столбова Е. Н., Сторожев А. В., Кожанова Е. Р. Виртуальная лаборатория «Комбинационные цифровые устройства»/ Е. Н. Столбова, А. В. Сторожев, Е. Р. Кожанова // Информационно-коммуникационные технологии в науке, производстве и образовании ICIT-2017: сборник статей Международной научно-практической конференции, 2017. — С. 389–394.
- Сторожев А. В. К вопросу модернизации виртуальной лаборатории «Комбинационные цифровые устройства» / А. В. Сторожев; науч. руководитель Е. Р. Кожанова // Образование. Наука. Карьера: сборник научных статей научно-методической конференции. В 2-х томах. Ответственный редактор А. А. Горохов. 2018. С. 113–115.
- Браммер Ю. А. Цифровые устройства: учебное пособие для студ., обуч. по спец. «Радиоэлектронные системы» / Ю. А. Браммер, И. Н. Пащук. — М.: Высшая школа, 2004. — 242 с.
