Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
ІКНІ
Факультет:
Інформаційні технології проектування
Кафедра:
Кафедра САПР
Інформація про роботу
Рік:
2005
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Системи структурного, функціонольно- технічного схемотехнічного проектування.
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
ІКНІТ
Кафедра САПР
Методичні вказівки
Завдання
для виконання лабораторних робіт
(цикл лаб. робіт №5-8)
“Автоматизація проектно-дослідних робіт за допомогою програми моделювання
аналогових та цифрових електронних схем Micro-Сap ”
з курсу
“Системи структурного, функціонально-логічного та схемотехнічного проектування”
для спеціальностей
інженерної підготовки
7.08.04.02 “Інформаційні технології проектування”
та магістерської підготовки
“Інформаційні технології проектування”.
Львів-2005
Мета лабораторних робіт
Ознайомитись і закріпити знання з опису цифрових схем в програмі моделювання аналогових та цифрових електронних схем Micro-Сap 7 (Micro-Сap 6 або Micro-Сap 5), отримати практичні навички по створенню і відлагодженню цифрових схем, вивчити оператори керування режимами аналізу цифрових схем, дослідити задану схему в режимах, передбачених індивідуальним завданням.
Короткі теоретичні відомості
Поняття “схемотехнічного проектування” сформоване давно, ще тоді, коли всі складовими радіоелектронної апаратури (РЕА) були дискретні елементи: резистори, конденсатори, дроселі, трансформатори, транзистори, діоди. У зв’язку з прогресом інтегральної технології і збільшенням інтегральної складності дискретних елементів поняття “схемотехнічного проектування” суттєво розширилося. Інженеру-схемотехніку при проектуванні інтегральних схем (ІС) доводиться не тільки розраховувати електричні процеси, але й проектувати функціональні і структурні схеми. Сучасні ІС складаються з великої кількості елементів, розрахунок з допомогою ЕОМ їх електричних процесів (статичних і динамічних) практично нездійсненний через великі затрати часу. Тому виникла необхідність застосування методів спрощених розрахунків на логічному і функціональному рівні, які грунтуються на автоматизації структурного, функціонального і логічного моделювання.
Основні задачі проектування
Схемотехнічне проектування включає в себе розв’язання таких задач: розрахунку, аналізу, оптимізації і синтезу.
Задача розрахунку передбачає визначення вихідних параметрів і характеристик пристрою при незмінних значеннях його внутрішніх параметрів і незмінній структурі.
Задача аналізу передбачає визначення зміни вихідних параметрів і характеристик пристрою в залежності від зміни його внутрішніх і вхідних параметрів.
Задача оптимізації передбачає визначення оптимальних значень вихідних параметрів і характеристик шляхом цілеспрямованої зміни внутрішніх параметрів пристрою (параметрична оптимізація) або структури пристрою (структурна оптимізація). При параметричній оптимізації внутрішні параметри треба вибирати такими, які можна легко змінювати і контролювати під час виробництва.
Логічне моделювання
На етапі логічного проектування детально проробляються логічні схеми пристроїв (на рівні найпростіших елементів І,АБО,НІ та інших). Вхідною інформацією для логічного моделю-
вання (ЛМ) є функціональні схеми, алгоритми їх роботи і система базових логічних елементів.
Для розробки логічних схем (ЛС) часто використовують типові розв’язання, часто використовується евристичний метод. Інколи використовують автоматизований синтез ЛС. У всіх випадках для формального опису схем , для розв’язання задач синтезу і оптимізації схем використовують булеву алгебру і теорію автоматів.
Коректність запроектованих ЛС можна перевірити шляхом виготовлення натурних макетів або моделювання на ЕОМ. Моделювання дозволяє на ранній стадії проектування виявити помилки розробника, перевірити перехідні процеси (наявність „гонок”), перевірити надійність , визначити імовірність збоїв і т.п.
Моделі сигналів та елементів
Моделі сигналів. Найпростіше сигнали можна представляти у вигляді 0 і 1. Кожному стану відповідає певний рівень напруги. Перехід сигналу від одного стану до іншого вважається миттєвим і не відображується в моделі. Інколи використовують представлення сигналу у вигляді трьох значень 0,1 та , де означає стан переходу ЛС від одного стану до іншого.
Моделі елементів. Елемент – це проста функціонально завершена частина логічної схеми пристрою. Наприклад, схеми І,АБО,І-НІ,АБО-НІ і т.п. або їх більш складні комбінації. При здійсненні логічного моделювання використовуються функціональні моделі елементів. Такі моделі можуть задаватися у вигляді булевих рівнянь, таблиць істинності або іншими способами. В функціональних моделях структура елемента, який моделюється, не задається. Моделями логічних елементів (І,АБО,НІ) є відповідні булеві функції. При багатозначному моделюванні модель елемента задається багатозначними таблицями істинності. Якщо досліджуються перехідні процеси, в моделях вказуються величини затримки сигналу при вмиканні і вимиканні елемента.
B\A
0
X
1
0
0
0
0
X
0
X
X
1
0
X
1
B\A
0
X
1
0
0
X
1
X
X
X
1
1
1
1
1
A
0
X
1
F
1
X
0
Логічні елементи І,АБО,НІ та їх таблиці істинності для трьохзначного моделювання.
Оптимізація логічних функцій
Оптимізація логічних функцій здійснюється шляхом їх перетворення за правилами алгебри логіки. Наведемо співвідношення, які треба використовувати при здійсненні оптимізації. Співвідношення для кон’юнкції (множення) двох однорозрядних двійкових чисел:
Зв’язок диз’юнкції та кон’юнкції:
(формули Моргана); ; .
(операція поглинання),
(друга операція поглинання),
(операція склеювання за змінною Y),
(друга операція склеювання за змінною Y),
(правило дії з дужками).
Методи логічного моделювання
В залежності від задачі вибирається метод моделювання. Основними характерними особливостями методів є:
- спосіб задання часу розповсюдження сигналу в схемі;
- спосіб кодування сигналів;
- спосіб побудови моделі в ЕОМ;
- черговість моделювання елементів.
Синхронне ЛМ. Моделі елементів представляються їх логічними функціями без затримок сигналів, а сигнали мають два значення: 0 і 1. Таке моделювання не враховує перехідні процеси. Цей метод доцільно використовувати для аналізу роботи схем в статичних режимах. Кожний елемент схеми описується логічним рівнянням , де - вхідні сигнали. Таким чином описується вся схема. Результатом синхронного моделювання є часова діаграма в вигляді 0 і 1 для вихідного сигналу в залежності від вхідних. Синхронне моделювання з двійковим представленням сигналу є найпростішим способом моделювання і не дозволяє врахувати затримки сигналу, перехідні процеси.
Асинхронне ЛМ. Враховуються затримки сигналів і перехідні процеси. Це важливо тоді, коли моделюються пристрої з високою швидкодією. Непогодженість вхідних сигналів може формувати збої і помилкові сигнали.
Індивідуальні завдання для виконання лабораторних робіт
1.Індивідуальним завданням для кожного студента є структурно-функціональна схема пятирозрядного двійкового подільника, виходи якого є входами логічного пристрою. В таблиці 1 вказана логічна функція, яку необхідно реалізувати за допомогою цього логічного пристрою. Структурно-функціональна схема пятирозрядного двійкового подільника з логічним пристроєм наведена на рис.1. Викладач на консультаціях або під час виконання студентом лабораторної роботи може змінювати завдання (для досягнення кращих характеристик).
II. Оптимізувати задану логічну функцію за критерієм її мінімальної складності при використанні для побудови логічного пристрою стандартних цифрових елементів з бібліотеки моделей Micro-Cap, яка задана в таблиці 1, за допомогою методів алгебри логіки. Синтезувати логічну схему, яка реалізує оптимізовану функцію. Навести таблиці істинності логічної схеми.
III.Набрати задану схему згідно свого варіанту завдання в програмі моделювання Micro-Cap 7 (Micro-Cap 6 або Micro-Cap 5), задавши параметри елементам схеми, користуючись нижченаведеною інструкцією.
IV.Виконати синхронне логічне моделювання отриманого цифрового пристрою для лабораторних умов навколишнього середовища (діапазону робочих температур від до .
V.У випадку, якщо на виході схеми не отримуються логічні 1, змінити структуру її вихідного каскаду таким чином, щоб на виході мати хоча б одну логічну 1.
VI.В пояснювальній записці навести схеми досліджень, графіки часових характеристик відлагодженої цифрової схеми.
VII. В додатку до пояснювальної записки повинна бути тверда копія (дискета 3,25”) з відлагодженою схемою, яка відповідає індивідуальному завданню.
VIII. Зробити висновки за результатами досліджень.
IX. Пояснювальну записку оформити згідно з вимогами методичних вказівок.
X.Рекомендований зміст звіту до циклу лабораторних робіт.
X.1. Зміст.
X.2. Завдання.
X.3.Вступ.
X.4.Короткі теоретичні відомості.
X.5.Оптимізація заданої логічної функції.
X.6.Синтез схеми та опис її параметрів у середовищі Micro-Сap.
X.7.Таблиці істинності логічного пристрою.
X.8.Налагодження схеми.
X.9.Опис аналізу схеми у часовій області. Часові діаграми функціонування логічного пристрою.
X.10.Відлагоджена схема та опис параметрів її елементів.
X.11..Висновки.
Номер варіанту
Логічна функція (приклади індивідуальних завдань)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
Вимоги до пояснювальної записки
Пояснювальна записка повинна бути оформлена на стандартних листках формату А4. Пояснювальна записка може бути надрукована (розмір шрифта – 14, інтервал між рядками – 1.5) або написана від руки українською мовою. В обох випадках текст розміщується на одній стороні аркуша. Рекомендується розміщувати до 30 рядків на сторінці.
На аркушах слід залишати поля. Розмір лівого поля – 25 мм, правого – не менше 10 мм, верхнього і нижнього – не менше 20мм.
На аркушах, де починаються розділи, зміст, анотація, вступ та список літератури рекомендується збільшувати розмір верхнього поля до 40 мм.
У верхньому колонтитулі подається заголовок “Лабораторні роботи №5-8 з курсу “Системи структурного, функціонально-логічного та схемотехнічного проектування””, а в правому кутку – номер сторінки.
У нижньому колонтитулі вказується “Прізвище студента і номер групи”.
Нумерація сторінок має бути наскрізною, першою сторінкою є титульний лист. На титульному листі номер сторінки не ставиться.
Пояснювальна записка повинна бути стислою, чіткою, лаконічною і містити лише інформацію, яка має пряме відношення до предмету дослідження.
Інструкція з використання програми схемотехнічного моделювання електронних схем Micro-Cap для синтезу та аналізу цифрової схеми
Програма Micro-Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program) призначена для моделювання лінійних і нелінійних аналогових та цифрових електронних схем. Виробник – фірма Spectrum Software (http://www.spectrum-soft.com). Micro-Cap 7 призначена для платформ IBM, NEC та Macintosh. Версії для IBM PC вимагають процесор не гірше Pentium II, ОЗУ об’ємом не менше 64 Мб та OC Windows 95/98/ME або Windows 2000/NT/XP [5].
1. Запуск програми. Запустити програму подвійним натисканням на її піктограму.
2. Ввід цифрової схеми. Нанести координатну сітку, натиснувши (лівою кнопкою миші) на піктограму Grid, розміщену на інструментальній панелі.
2.1. У головному меню програми зайти в режим File/New/Schematic (або File/Open/DATA/name.cir, де name – ім’я файлу схеми).
2.2. Ввести генератор цифрових сигналів за наступним шляхом - Component\ Digital Primitives \Stimulus Generators\Stim1. В таблиці параметрів в якості параметра Format задати 1, а в атрибуті параметрів Command задати 0 0 LABEL=START +50n 1 +50n 0 +50n GOTO START -1 TIMES. Видалення введеного об’єкту здійснюється шляхом натискання піктограм Select Mode та Cut.
2.3. Ввести тригери за наступним шляхом - Component\ Digital Primitives\Edge-Triggered Flip-Flops\DFF. У таблиці параметрів в якості параметра TIMING MODEL задати DO+EFF.
2.4. Ввести джерело постійного логічного сигналу за наступним шляхом - Component\ Digital Primitives\Pullups/Pulldowns\Pullup. В таблиці параметрів задати параметри джерела за замовчуванням.
2.5. Ввести інвертор (логічний елемент “НІ”) за наступним шляхом - Component\ Digital Primitives\Standard Gates\Inverters\Inverter. В таблиці параметрів в якості параметра TIMING MODEL задати DO_GATE.
2.6. Ввести 2-входовий логічний елемент “І” за наступним шляхом - Component\ Digital Primitives\Standard Gates\AND Gates\And2. В таблиці параметрів в якості параметра TIMING MODEL задати DO_GATE.
2.7. Ввести 2-входовий логічний елемент “АБО” за наступним шляхом - Component\ Digital Primitives\Standard Gates\Or Gates\Or2. В таблиці параметрів в якості параметра TIMING MODEL задати DO_GATE.
2.8. З’єднати елементи схеми провідниками, натиснувши на піктограму Wire Mode (під прямим кутом) або Diagonal Wire Mode (під довільним кутом) та пронумерувати вузли схеми, натиснувши на піктограму Node Numbers.
2.9. Нанести на схему текстові надписи логічних функцій в основних вузлах. Для цього натиснути піктограми Grid Text і Text Mode, навести курсор на потрібні місця, набрати необхідний текст і натиснути клавішу OK.
2.10. Записати схему у базу даних DATA, натиснувши на піктограму SAVE.
3. Часовий аналіз цифрової схеми.
3.1. Зайти у режим Analysis\Transient.
3.2. Заповнити таблицю параметрів часового аналізу Transient Analysis Limits. Зокрема, задати межі аналізу по осі X (X-Range) 1e-006. По осі Y (Y-Expression) задати номери досліджуваних вузлів схеми.
3.3. Отримати перехідні процеси у досліджуваних вузлах, натиснувши на клавішу “Run” або “F2”.
4. Завершення моделювання. Вийти з режиму Analysis\Transient за допомогою команди Exit Analysis або натиснувши клавішу F3.
5. Збереження отриманих результатів. Записати досліджувану схему у директорій DATA за допомогою команди File\Save as під оригінальним іменем name.cir.
6. Перенос схеми на друковану плату. Виконати перенос схеми на друковану плату за допомогою команди створення текстового файлу опису списку з’єднань у форматі OrCad File/Translate/Schematic to OrCad Text File.
7. Вихід з програми. Вийти з програми за командою File\Exit (Alt+F4) або натиснувши на піктограму Close та ввівши на запит програми Quit Micro-Cap команду Y (так).
8. Завершення роботи. Проінформувати викладача про завершення роботи.
Список рекомендованої літератури
1. Л.О.Чуа, Пен-Мин Лин. Машинный анализ електронных схем. –М.,1980.
2. В.И.Ильин, В.Л.Коган. Разработка и применение программ автоматизации схемотехнического проектирования. –М., 1984.
3. Автоматизация схемотехнического проектирования. Учебное пособие для высших учебных заведений. / В.И.Ильин, В.Г.Фролкин, А.И.Бушко / М., 1987.
4. Лихтциндер Б.Я. Микропроцессоры и вычислительные устройства. – М.: Радио и связь, 1988.
5. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7.-М.: Телеком, 2003.-368с.
6. Е.Н.Вавилов, Г.П.Портной. Синтез електронных схем цифровых машин. – М.: Советское радио, 1963.
20.07.2020 12:07-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора