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0. Hilfsmittel

Das kostenlose Simulationsprogramms Digital hilft die verschiedene Konzepte der Digitaltechnik praktisch umzusetzen. Das Programm bietet die Möglichkeit …

  • … Rechnungen mit binären und hexadezimalen Zahlen nachzuvollziehen. (Kapitel 1.)
  • … Logikschaltungen aufzubauen (Kapitel 3.)
  • … aus KV-Diagrammen oder logischen Ausdrücken direkt Logikschaltungen zu synthetisieren (Kapitel 4.-7.)
  • … Logikschaltungen zu analysieren
Einführung in Digital 0 - Erklärung zu Digital, Download und Installation

Das Programm kann direkt von Github als „Digital.zip“ heruntergeladen werden.

deutsche Anleitung

Auf der oben genannten Seite sind auch Handbücher in verschiedenen Sprachen zu finden. Darin werden alle Funktionen erklärt. Die Doku ist aber auch in „Digital.zip“ unter dem Ordner docu bereits vorhanden, muss also nicht separat heruntergeladen werden.

Aufgaben

Bitte installieren Sie Digital.
Folgende Tipps dazu:

  • Es gibt keinen separaten „Installer“. D.h. Sie sollten die Zip-Datei an einem sinnvollen Ort entpacken. Zu empfehlen ist ein Ordner wie C:\Program Files\Digital.
  • Das Programm öffnet sich durch Doppelklick auf Digital.exe. Sollten das Menu und die Icons zu klein sein, wird empfohlen die Andwendung über Digital_noD3D.exe zu öffnen
  • Weiterhin bietet es sich an einen Link auf den Desktop zu legen. Dies kann z.B. über Drag-and-Drop mit der rechten Maustaste erfolgen.
Einführung in Digital 1 - Aufbau von Digital, erste Schaltung

Ziele

Nach dieser Lektion sollten Sie:

  1. in TINA TI die verschiedenen Komponentenleisten kennen,
  2. Komponenten und deren Beschreibung einfügen und drehen können,
  3. Werte von Komponenten bearbeiten können,
  4. Verbindungen ziehen können.

Schritt-für-Schritt 1: Der erste Blick

digital_empty.jpgAbb. 1: Elemente des Programms Digital

  1. Öffnen Sie das Programm durch Doppelklick auf Digital.exe
  2. Sie sollten nun eine „leere Schaltung“ in Digital sehen (siehe Abbildung 1).
  3. In der Menuleiste sind verschiedene Icon-Bereich zu sehen, diese werden im Folgenden genutzt:
    1. Datei-Wahl: Neu, Öffnen, Speichern
    2. Zoom: Hilfsdialog, Vergrößern, Verkleinern, Einpassen
    3. Undo, Redo, Löschen
    4. Simulation starten, starten bis Stoppsignal, Stoppen
    5. Gatterschrittmodi
    6. Testausführung
  4. Unter der Menuleiste befindet sich der Arbeitsbereich, welcher ein Raster an grauen Punkten darstellt.

Schritt-für-Schritt 2: Eingang und Ausgang anlegen

digital_einfachsteschaltung.jpgAbb. 2: Eingang und Ausgang verbunden

Als erste Schaltung soll ein Eingang und ein Ausgang angelegt werden

  1. Gehen Sie dazu auf Bauteile. Dort sind alle notwendigen Komponenten zu finden. Wir benötigen zunächst nur Inputs/Outputs. Diese befinden sich unter IO. Wählen Sie zunächst Eingang
  2. Danach sehen Sie die Komponente mit einem mint-farbenen Kreis markiert. Mint-farbig umkreiste Elemente sind im Programm Digital immer zum verschieben markiert. Klicken Sie auf eine beliebige Position im Arbeitsbereich
  3. Fügen Sie danach einen Ausgang rechts neben dem Eingang ein. Hier soll eine andere Variante dazu vorgestellt werden. Klicken Sie dazu auf Ansicht » Baumansicht der Bauteile (oder F5). Es wird dann links eine Spalte mit den verschiedenen Bauteilen dargestellt. In dieser liegt unter IO der Ausgang. Diese kann durch Drag und Drop in den Arbeitsbereich eingefügt werden.
  4. Beide Komponenten können mit einer Leitung verbunden werden. Eine Leitung kann von jedem Rasterpunkt durch Linksklick gestartet und durch Esc beendet werden. Eine Leitung kann auch bei einem Ausgang (roter Punkt an einer Komponente: ) oder einem Eingang (roter Punkt an einer Komponente: ) starten oder enden.
  5. Damit ist bereits die erste einfache Schaltung erstellt. Die Schaltung kann mit Druck auf das Start-Icon kann die Schaltung aktiviert werden. Falls Sie die Verbindung vergessen haben, oder ein anderer Fehler vorliegt, so erscheint eine Fehlermeldung. Nach bestätigen dieses Fehlers wird die fehlerhafte Komponente rot markiert.
  6. Bei einer gestarteten Schaltung können Eingabe-Komponenten betätigt werden. Vorhandene andere Komponenten werden dann auch aktiv. Sie sollten dies über einen Druck auf die Eingabe testen. Stoppen Sie danach die Simulation mit Druck auf das Stop-Icon (Stoppen durch ist ebenso möglich). Die Schaltung kann nun wieder bearbeitet werden.

Schritt-für-Schritt 3: Eigenschaften ändern und Schaltung erweitern

digital_eigenschaften.jpgAbb. 3: Schaltung mit 8 Bit Bus

  1. Die vorherige Schaltung wird nun weiter ausgebaut. Ziel soll nun eine Schaltung Ein- und Ausgabe von 8 Bit sein. Wie ein Bit/Byte definiert ist, wird im Kapitel Zahlensysteme gezeigt. Die triviale Lösung wäre die vorhandene Schaltung mit <Strg>+<A>, <Strg>+<C>, <Strg>+<V> zu vervielfältigen. Hier soll aber eine andere Variante vorgestellt werden, welche die 8-Bit durch einen Datenbus transportiert. Als Datenbus bezeichnet man zusammengehörende Leitungen.
  2. Hierzu kann mit einem Rechtsklick auf den Eingang dessen Eigenschaften geändert werden. Hier sollen nun die Anzahl der Daten-Bits auf 8 erhöht werden und die Bezeichnung auf A. Die Änderungen müssen mit OK bestätigt werden.
  3. Wird nun die Schaltung gestartet so erscheint die etwas kryptische Fehlermeldung: Es werden 1 Bits benötigt, jedoch wurden 8 Bits gefunden. Betroffen sind: Leitung out. Markiert sind danach die Verbindungsleitung und der Ausgang. Wir haben hier vergessen den Ausgang auf 8 Bit zu setzen…
  4. Um dies zu lösen, soll auch hier nicht die triviale Variante (Rechtsklick » Ändern) beschrieben werden, sondern eine etwas andere Möglichkeit:
    1. mit <Strg>+<A> alles markieren
    2. Rechtsklick
    3. Daten-Bits ändern. Diese Option ist zwar ausgegraut, da die Komponenten dort unterschiedliche Werte haben. Durch ein Klick auf die Box ' neben Daten-Bits kann die Option geändert werden.

Aufgaben

  1. Bauen Sie die Schaltung aus dem Video in TINA TI nach
  2. Ändern Sie zusätzlich folgende Werte:
    1. Ausgabewert der Spannungsquelle: 10 V
    2. Größe des Widerstands R1: 20k
    3. Größe des Widerstands R1: 30k
Einführung in TINA TI 2 - Ausgabe von Werten und Debugging

Ziele

Nach dieser Lektion sollten Sie:

  1. den „Electrical Rule Check“ durchführen und zum Debugging verwenden können,
  2. Ausgabewerte wie Spannungen und Ströme messen können,
  3. Multimeter in TINA TI nutzen können, um Spannungen und Ströme zu messen,
  4. Strommesspunkte korrekt einfügen können,

Aufgaben

- Bauen Sie die Schaltung aus dem Video in TINA TI nach

  1. Nutzen Sie statt dem Current Arrow das Amperemeter und statt dem Voltmeter den Voltage Pin.
    Gibt es Unterschiede, wenn Sie diese verwenden?
  2. Stellen Sie sich von, Sie wollen eine kleine Schaltung mit 3 Leuchtdioden aufbauen und fragen sich, wie stark die Spannung der zwei 1,5V Batterien einbricht.
    1. Bauen Sie dazu die vereinfachte Parallelschaltung 1 nach (siehe Bild).
      Dabei soll der Innenwiderstand der Batterie 500mOhm betragen (Eigenschaft „Internal Resistance“).
      1. Welche Spannung / welcher Strom wird gemessen?
      2. Wie groß ist der Strom durch einen Strang?
    2. Optional: Bauen Sie dazu die Parallelschaltung 2 nach (siehe Bild). Der Innenwiderstand der Batterie soll beibehalten werden.
      1. Welche Spannung / welcher Strom wird gemessen?
      2. Wie groß ist der Strom durch einen Strang?

Lösung: Spannung der Batterie 2,97V, Batteriestrom bei Variante 1: 74,07mA, Batteriestrom bei Variante 2: 67,76mA

tina_parallelschaltung2.jpgAbb. ##: Parallelschaltung 1 tina_parallelschaltung1.jpgAbb. ##: Parallelschaltung 2

Einführung in TINA TI 3 - Noch mehr Fehler und viele Diagramme

Ziele

Nach dieser Lektion sollten Sie:

  1. die häufigsten Fehler in der Simulation selbst beheben können,
  2. Zeitverläufe von Signalen darstellen können,
  3. bei Diagrammen mit dem Cursor arbeiten, Kurven separieren und eine Legende einfügen können,
  4. Verläufe über Temperatur und über andere Größen erstellen und auswerten können,
  5. eine strukturierte Simulation mit Titel anlegen zu können.

Die Vorlage-Datei finden Sie unter Tipps für TINA TI

Aufgaben

- Übungsaufgaben zu diesem Video finden Sie im folgenden Kapitel

Tipps für TINA TI
  • Vermeiden Sie Knoten direkt an dem Ausgang einer Komponente.
  • Folgende Tastenkürzel erleichtern die Verwendung von Tina:
    • <Strg>+<R>: Rechts-Drehung einer ausgewählten Komponente
    • <Strg>+<L>: Links-Drehung einer ausgewählten Komponente
    • <Strg>+<Space>: Wechseln zum Verbindungsmodus (wire)
    • <Strg>+<C>, <Strg>+<V>: Kopieren, Einfügen
    • <Strg>+<Z>, <Strg>+<Y>: Undo, Redo
  • Bitte nutzen Sie die Vorlage-Datei Vorlage_EST.TSC, wenn sie mit einer Simulation beginnen.
Generelle Tipps
  • Nutzen Sie vor bei Simulationstools vorhandene Rule Checks, wie dem „Electrical Rule Check“ (ERC).
    Rule Checks zeigen Fehler und Warnungen an. Bei Fehlern wird die Simulation nicht laufen. Bei Warnungen wird sie laufen, aber es gibt unklare Bereiche in der Schalung.
  • Vermeiden Sie unsaubere Bezeichner und Texte. D.h. versuchen Sie Text so zu schreiben, dass er von leserlich ist (nicht überlappend, gleich ausgerichtet).
  • Geben Sie immer ein Bezugspotential (Ground) an.