uSimmics (anciennement QucsStudio) est un simulateur polyvalent qui prend en charge non seulement la simulation de circuits analogiques, mais aussi la simulation de circuits numériques. Cet article prend la porte logique AND comme exemple concret pour expliquer le flux de travail fondamental de la simulation numérique : depuis la génération automatique de la table de vérité jusqu’à la vérification des formes d’onde à l’aide d’un Timing Diagram.
Ce que vous apprendrez dans cet article
- Comment placer et câbler des composants numériques dans uSimmics (anciennement QucsStudio)
- Comment utiliser les Wire Labels pour nommer les nœuds du circuit
- Comment placer et exécuter un bloc de simulation numérique
- Comment vérifier les résultats de sortie à l’aide d’un diagramme de table de vérité
- Comment inspecter les formes d’onde temporelles avec un Timing Diagram
Qu’est-ce que la simulation numérique ?
La simulation numérique (Digital Simulation) est une méthode d’analyse qui modélise le comportement de composants numériques — tels que les portes logiques et les bascules — en utilisant des signaux binaires de niveau haut (High) et bas (Low). uSimmics (anciennement QucsStudio) prend en charge deux modes de simulation numérique : le mode table de vérité et le mode TimeList.
Procédure : Simulation de table de vérité pour une porte AND
1. Sélection et placement des composants numériques
- Ouvrez uSimmics (anciennement QucsStudio) et sélectionnez « Digital Components » dans le panneau de composants situé à gauche.
- Placez les deux composants suivants sur le schéma et effectuez le câblage.
| Composant | Emplacement | Rôle |
|---|---|---|
| Digital Source | Digital Components | Source de signal d’entrée (utiliser 2 instances) |
| n-port AND | Digital Components | Porte AND |
2. Attribution de noms aux nœuds (Wire Label)
Attribuez des noms aux nœuds que vous souhaitez surveiller dans le schéma à l’aide de la fonction « Insert Wire Label ».
| Nœud | Étiquette |
|---|---|
| Sortie de Digital Source 1 | A |
| Sortie de Digital Source 2 | B |
| Sortie de la porte AND | OUT |
Remarque (Wire Label) : Wire Label est une fonctionnalité qui associe un identifiant à un nœud. Les étiquettes sont utilisées pour référencer des variables dans les résultats de simulation et dans les diagrammes.
3. Placement du bloc de simulation numérique
Placez le bloc de simulation numérique de la catégorie « Digital Components » sur le schéma. Ce bloc définit le type de simulation et ses conditions d’exécution.
4. Exécution de la simulation
Cliquez sur le bouton « Simulate » pour lancer la simulation. Une fois terminée, la table de vérité est générée automatiquement.
5. Vérification des résultats via le diagramme de table de vérité
- Placez un diagramme de table de vérité depuis le menu Diagrams.
- Ajoutez la variable « OUT » au diagramme pour afficher la table de vérité complète de la porte AND à 2 entrées.
| A | B | OUT |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Approfondissement : Simulation temporelle avec le Timing Diagram
En complément de la table de vérité, il est possible de fournir des signaux arbitraires dans le domaine temporel et de vérifier la forme d’onde de sortie à l’aide d’un Timing Diagram.
Étapes de configuration
- Modifiez le paramètre « Type » du bloc de simulation en
TimeList. - Configurez les paramètres de chaque signal d’entrée comme suit.
| Signal | Paramètre (temps ON / temps OFF) |
|---|---|
| S1 (Entrée A) | 1 ns / 1 ns |
| S2 (Entrée B) | 2 ns / 2 ns |
- Après la mise à jour des paramètres, exécutez à nouveau « Simulate ».
- Placez un « Timing Diagram » depuis le menu Diagrams et inspectez les formes d’onde.
Remarque (mode TimeList) : En mode TimeList, il est possible de spécifier indépendamment la durée ON/OFF de chaque signal d’entrée, permettant une simulation proche du temporisage de fonctionnement réel. Ce mode est particulièrement utile pour la vérification des temps de setup et de hold.
Conclusion
Grâce aux fonctionnalités de simulation numérique d’uSimmics (anciennement QucsStudio), il est possible de générer automatiquement les tables de vérité des circuits logiques sans calcul manuel, et de vérifier le comportement temporel à l’aide de Timing Diagrams. Il est recommandé de commencer par un circuit à une seule porte pour se familiariser avec l’environnement, puis de progresser vers des combinaisons de portes multiples et des circuits séquentiels.
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