Симулятор цифровых схем
Соберите схему из вентилей, триггеров, счётчиков и индикаторов — и она заработает прямо в браузере: щёлкайте переключателями, смотрите на светодиоды и временную диаграмму, стройте таблицу истинности и получайте минимальную формулу методом Квайна — Мак-Класки.
Элемент
Ставьте элемент кнопкой на панели и щёлкайте по полю. Соединяйте инструментом «Провод». Клавиши: W — провод, пробел — пуск и пауза, Del — удалить, Ctrl+Z — отменить.
Как пользоваться
- Выберите готовую схему в списке или соберите свою: нажмите нужный элемент на панели и щёлкните по полю.
- Инструментом Провод соедините выводы. Провод строится «уголком»: сначала по горизонтали, потом по вертикали.
- Нажмите Пуск. Провода под единицей подсвечиваются, светодиоды загораются, внизу пишется временная диаграмма.
- Щёлкайте по переключателям прямо во время работы — схема отреагирует сразу.
- Для комбинационной схемы нажмите Таблицу истинности: получите все строки и минимальную формулу для каждого выхода.
Что есть в наборе
| Группа | Элементы | Обозначение |
|---|---|---|
| Источники и индикация | Переключатель 0/1, тактовый генератор с настраиваемым периодом, светодиод, семисегментный индикатор с дешифратором | Щелчок по переключателю меняет уровень на ходу |
| Вентили | НЕ, повторитель, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ, равнозначность, И и ИЛИ на три входа | Прямоугольники по ГОСТ 2.743: &, 1, =1, кружок инверсии на выходе |
| Триггеры | D, JK, T — все с асинхронным сбросом R и парой выходов Q и /Q | Срабатывание по фронту тактового входа C |
| Узлы | Двоичный счётчик на четыре разряда, мультиплексор 2→1, дешифратор 2→4 | CT2, MUX, DC |
Как считается схема
Модель времени простая и честная: каждый элемент имеет задержку в один такт моделирования. На каждом такте все элементы одновременно читают состояние своих входов и выдают новые значения на выходы. Такая единичная задержка — не упрощение ради удобства, а способ корректно считать схемы с обратными связями: именно поэтому здесь сами собой работают RS-триггер на двух элементах ИЛИ-НЕ и кольцевой генератор из трёх инверторов, которые в «мгновенной» модели просто зациклили бы расчёт.
Триггеры срабатывают по фронту: элемент помнит предыдущее состояние тактового входа и защёлкивает данные в момент перехода из нуля в единицу. Генератор переключается каждые полпериода, период задаётся в тактах. Если на одну цепь работают два выхода, симулятор сообщает о конфликте — в реальной схеме это короткое замыкание между выходами.
Комбинационная схема считается до тех пор, пока значения не перестанут меняться. Если состояние не устанавливается за сотню тактов, схема автоколебательная — так ведёт себя кольцевой генератор.
Таблица истинности и минимизация
Для схемы без триггеров, счётчиков и генераторов кнопка строит полную таблицу истинности: перебираются все комбинации входов, каждая просчитывается до устойчивого состояния, значения снимаются со светодиодов. Затем для каждого выхода строится минимальная дизъюнктивная нормальная форма методом Квайна — Мак-Класки: склеиваются соседние минтермы, выделяются простые импликанты, из них выбирается покрытие — сначала существенные, затем жадный добор.
Проверить формулу вручную и увидеть склейку наглядно поможет карта Карно — там та же задача решается графически.
Ограничения
Это учебный симулятор логики, а не средство разработки: нет третьего состояния и шин, нет реальных задержек в наносекундах и гонок из-за разброса элементов, нет питания и нагрузочной способности выходов. Задержка у всех элементов одинаковая — один такт. Для схем, где важны реальные времена срабатывания, нужны средства с моделями конкретных серий микросхем.
Если нужны не вентили, а язык описания аппаратуры — тот же цифровой узел можно собрать в симуляторе ПЛИС на VHDL. А для аналоговой части есть симулятор аналоговых схем.
Частые вопросы
Почему таблица истинности не строится?
В схеме есть триггер, счётчик или генератор. У последовательностной схемы выход зависит не только от входов, но и от предыдущего состояния, поэтому одной таблицы недостаточно — смотрите временную диаграмму.
Схема ведёт себя не так, как ожидалось
Проверьте соединения: провод, случайно пересёкший чужую цепь, соединяет их. Подсветка помогает — цепи с единицей выделяются цветом, так видно, куда сигнал уходит на самом деле.
Что означает «такт» внизу?
Это шаг моделирования, а не время в секундах. Скорость показа задаётся отдельно и на результат не влияет — можно пройти схему по одному такту кнопкой «Шаг».
Сохраняется ли схема?
Кнопка «Сохранить» кладёт её в память браузера на этом устройстве. Всё считается локально, на сервер ничего не уходит.
Смотрите также
- Карта Карно — минимизация логических функций на 2–4 переменных
- Симулятор аналоговых схем — резисторы, транзисторы, ОУ, АЧХ и переходные процессы
- Симулятор ПЛИС на VHDL — та же цифровая логика, но описанная кодом
- Временные диаграммы — редактор осциллограмм шин
- Конструктор регистра — биты, HEX и C-выражения для масок и разрядов
- PIC и AVR — куда цифровая логика приходит на смену россыпи микросхем