Логические элементы Electronics Workbench
Элемент логическое НЕ или инвертор изменяет состояние входного сигнала на противоположное. Уровень логической единицы появляется на его выходе, когда на входе не единица, и наоборот.
Выражение булевой алгебры: Y =Ā.
Логическое И
Элемент И реализует функцию логического умножения. Уровень логической единицы на его выходе появляется в случае, когда на оба входа подается уровень логической единицы.
Выражение булевой алгебры: Y =А × В.
Логическое ИЛИ
Элемент ИЛИ реализует функцию логического сложения. Уровень логической единицы на его выходе появляется в случае, когда на один или на другой вход подается уровень логической единицы.
Выражение булевой алгебры: Y = A V B .
Исключающее ИЛИ
Двоичное число на выходе элемента, исключающее ИЛИ, является младшим разрядом суммы двоичных чисел на его входах.
Выражения булевой алгебры: 
Элемент И – НЕ
Элемент И-НЕ реализует функцию логического умножения с последующей инверсией результата. Он представляется моделью из последовательно включенных элементов И и НЕ.
Таблица истинности элемента получается из таблицы истинности элемента И путем инверсии результата.
Анализ работы логических элементов в среде Electronics Workbench 5.12
Меню системы моделирования Еlectronics Workbench 5.12. Основы проектирования электрических и электронных схем. Особенности работы логических элементов в среде Еlectronics Workbench 5.12. Схемотехника базовых логических элементов, работа d-триггера.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.06.2017 |
| Размер файла | 1,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ELECTRONICS WORKBENCH 5.12.
1.3 Меню Circuit
1.6 Меню Analysis
2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
3. АНАЛИЗ РАБОТЫ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СРЕДЕ ELECTRONICS WORKBENCH 5.12
3.1 Схемотехника базовых логических элементов
3.3 Исследование работы D триггера.
3.4 Исследование работы счетчика
4.1. Требования к размещению оборудования и организации рабочих мест
4.2 Требования безопасности во время эксплуатации,
обслуживание, ремонта и наладки ЭВМ
4.2.1 Требования безопасности во время эксплуатации ЭВМ
4.2.2 Требования безопасности во время обслуживания, ремонта и наладки ЭВМ
1.ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ELECTRONICS WORKBENCH 5.12
Программа EWB 4.1 рассчитана для работы в среде Windows З.хх или 95/98 и занимает около 5 Мбайт дисковой памяти, EWB 5.12 — в среде Windows 95/98 и NT 3.51, требуемый объем дисковой памяти — около 16 Мбайт. Для размещения временных файлов требуется дополнительно 10-20 Мбайт свободного пространства.
Рабочие окна программ версий 5.12 показаны на рис. 1.1.
Окно программы EWB 5.12 (рис. 1.1) содержит поле меню, линейку контрольно-измерительных приборов и линейку библиотек компонентов, одна из которых в развернутом виде показанная в левой части окна. В рабочем поле программы располагается моделируемая схема с подключенными к неи иконками контрольно-измерительных приборов и краткое описание схемы (description), к сожалению, только на английском языке. При необходимости каждый из приборов может быть развернут для установки режимов его работы и наблюдения результатов. Линейки прокрутки используются только для перемещения схемы.
В дипломном проекте рассматривается программа версии 5.0. Такой подход объясняется большей распространенностью и доступностью EWB 5.0.
Рассмотрим команды меню программы EWB 5.12 в порядке их следования на рис. 1.1.
еlectronics workbench электронный логический
Рис. 1.1 Окно программы EWB 5.12
Меню File предназначено для загрузки и записи файлов, получения твердой копии выбранных для печати составных частей схемы, а также для импорта/экспорта файлов в форматах вторых систем моделирования и программ разработки печатных плат.
Первые четыре команды этого меню: New (Ctrl+N), Open. (Ctrl+O), Save (Ctrl+S), Save As. — типичные для Windows команды работы с файлами и поэтому объясненный не требуют. Для этих команд имеются кнопки (иконки) со стандартным изображением. Схемные файлы программы EWB имеют расширения ewb — аналогоцифровые схемы.
Revent to Saved. — стирание всех изменений, внесенных в текущем сеансе редактирования, и восстановление схемы в первоначальном виде.
3. Print. (CTRL+P) — выбор данных для вывода на принтер:
Schematic — схемы (опция включенная по умолчанию);
Description — описания к схеме;
Part list — перечня выводимых на принтер документов;
Label list — списка обозначений элементов схемы;
Model list — списка имеющихся в схеме компонентов;
Subcircuits — подсхем (частей схемы, являющихся законченными функциональными узлами и обозначаемых прямоугольниками с названием внутри);
Analysis options — перечня режимов моделирования;
Instruments — списка приборов.
В этом же подменю можно выбрать опции печати (кнопка Setup) и отправить материал на принтер (кнопка Print). В программе EWB 5.0 предусмотрена также возможность изменения масштаба выводимых на принтер данных в пределах вот 20 до 500%.
Print Setup. — настройка принтера.
Exit (ALT + F4) — выход из программы.
Install. — установка дополнительных программ с гибких дисков.
Import from SPICE — импорт текстовых файлов описания схемы и задания на моделирование в формате SPICE (с расширением. cir) и автоматическое построение схемы по ее текстовому описанию.
Export to SPICE — составление текстового описания схемы и задания на моделирование в формате SPICE.
Export to PCB — составление списков соединений схемы в формате OrCAD и вторых программ разработки печатных плат.
Import/Export предусмотрены возможности обмена данными с программой разработки печатных плат EWB Layout.
Меню Edit позволяет выполнять команды редактирования схем и копирования экрана.
Cut (CTRL+X) — стирание (вырезание) выделенной части схемы с сохранением ее в буфере обмена (Clipboard). Выделение одного компонента производится щелчком мыши на изображении компонента. Выделенные компоненты окрашиваются в красный цвет.
Copy (CTRL+C) — копирование выделенной части схемы в буфер обмена.
Paste (CTRL+V) — вставка содержимого буфера обмена на рабочее поле программы.
Delete (Del) — стирание выделенной части схемы.
Select All (CTRL+A) — выделениевсеисхемы.
Copy as Bitmap — команда превращает курсор мыши в крестик, которым по правилу прямоугольника можно выделить нужную часть экрана, после отпускания левой кнопки мыши выделенная часть копируется в буфер обмена, после чего его содержимое может быть импортировано в любое приложение Windows. Копирование всего экрана производится нажатием клавиши Print Screen: копирование активной в данный момент части экрана, например, диалогового окна — комбинацией Alt+Print Screen. Команда очень удобна при подготовке отчетов по моделированию, например, при оформлении лабораторных работ.
Show Clipboard — показать содержимое буфера обмена.
1.3 Меню Circuit
Меню Circuit используется при подготовке схем, а также для задания параметров моделирования.
1. Activate (CTRL+G) — запуск моделирования.
2. Stop (CTRL+T) — остановка моделирования. Эта и предыдущая команды могут быть выполнены также нажатием кнопки , расположенной в правом верх нем углу экрана.
3. Pause (F9) — прерывание моделирования.
4. Label. (CTRL+L) — ввод позиционного обозначения выделенного компонента (например, R1 — для резистора, С5 — для конденсатора и т.д.). После выбора команды появляется диалоговое окно, показанное на рис. 1.2. При необходимости сдвига обозначения вправо можно слева ввести необходимое число пробелов (но не более 14 символов в строке).
5. Value. (CTRL+ U) — изменение номинального значения параметра компонента; команда выполняется также двойным щелчком по компоненту. После выбора команды появляется диалоговое окно, показанное на рис. 1.3. Номинальное значение параметра вводится на клавиатуре, нажатием курсором мыши на кнопки вниз выбирается множитель, кратный 1000. Например, для конденсатора задается его емкость в пикофарадах (пф), нанофарадах (нф), микрофарадах (мкф) или миллифарадах (мф).
Рис. 1.2 Диалоговое окно ввода позиционного обозначения резистора
Рис. 1.3 Ввод номинального значения параметра компонента
Рис. 1.4 Меню выбора операционного усилителя с возможностью редактирования ее параметров
Model. (CTRL+M) — выбор модели компонента (полупроводникового прибора, операционного усилителя, трансформатора и др.) Команда выполняется такжедвойным щелчком по компоненту. После выбора команды открывается меню, показанное на рис. 1.4. В нем обозначено:
Library — перечень библиотек, в которых находятся компоненты выбранного типа;
Model — перечень моделей компонентов выбранной библиотеки;
New Library — создание новои библиотеки; после внесения ее имени в диалоговом окне на рис. 1.5 и нажатия клавиши Accept (принять) это имя появится в колонке Library.
Рис. 1.5 Диалоговое окно для создания новой библиотеки
Рис. 1.6 Диалоговое окно редактирования параметров модели операционного усилителя
Edit — после нажатия этой кнопки на экране появляется диалоговое окно с параметрами выбранной модели, показанное на рис. 1.6 для операционного усилителя. При необходимости редактирования параметров целесообразно по команде New Library создать отдельную библиотеку (чтобы не портить параметры библиотечного компонента), куда необходим перенести редактируемый компонент с помощью команд:
Сору — копирование отмеченного в колонке Model компонента в буфер обмена;
Paste — вставка скопированной в буфер обмена модели компонента в выбранную в колонке Library библиотеку (в том числе и вновь созданную) с последующим редактированием ее параметров без изменения характеристик компонента основной библиотеки;
Rename — переименование отмеченной модели компонента.
Работа с меню, как и во всех вторых подобных случаях, заканчивается нажатием кнопок Accept или Cancel — с сохранением или без сохранения введенных изменений.
Zoom (CTRL+Z) — раскрытие (развертывание) выделенной подсхемы или контрольно-измерительного прибора, команда выполняется также двойным щелчком мыши по иконке компонента или прибора.
Rotate (CTRL+R) — вращение выделенного компонента; большинство компонентов поворачиваются против часовой стрелки на 90° при каждом выполнении команды, для измерительных приборов (амперметр, вольтметр и др.) меняются местами клеммы подключения. Команда чаще всего используется при подготовке схем. В готовой схеме пользоваться командой нецелесообразно, поскольку это чаще всего приводит к путанице — в таком случае компонент нужно сначала отключить вот подсоединенных цепей, а затем вращать.
Fault (CTRL+F) — имитация неисправности выделенного компонента путем введения:
Leakage — сопротивления утечки;
Short — короткого замыкания;
None — неисправность отсутствует (включено по умолчанию).
10. Subcircuit. (CTRL+B) — преобразование предварительно выделенной части схемы в подсхему. Выделяемая часть схемы должна быть расположена таким образом, чтобы в выделенную область не пожгли не относящиеся к неи проводники и компоненты. В результате выполнения команды открывается диалоговое окно (рис. 1.7), в строке Name которого вводится имя подсхемы, после чего возможны следующие варианты:
Copy from Circuit — подсхема копируется с указанным названием в библиотеку Custom без внесения изменений в исходную схему;
Move from Circuit — выделенная часть вырезается из общей схемы и в виде подсхемы с присвоенным ей именем копируется в библиотеку Custom;
Replace in Circuit — выделенная часть заменяется в исходной схеме подсхемой с присвоенным ей именем с одновременным копированием ее в библиотеку Custom.
Для просмотра или редактирования подсхемы нужно дважды щелкнуть мышью по ее значку. Редактирование подсхемы производится по общим правилам редактирования схем. При создании дополнительного вывода подсхемы необходим из соответствующей точки подсхемы курсором мыши протянуть проводник к краю окна подсхемы к появления не закрашенной прямоугольной контактной площадки, после чего отпустить левую кнопку мыши. Для удаления вывода необходим курсором мыши ухватится за его прямоугольную площадку в края окна подсхемы и вынести ее за пределы окна.
В качестве примера на рис. 1.8 приведенная подсхема sensor не инвертирующего усилителя на ОУ. Здесь уместно отметить, что введение в подсхему «земли» нецелесообразно, поскольку при большом количестве таких подсхем замедляется процесс моделирования. Поэтому в схеме на рис. 1.8 для резистора R предусмотрен отдельный вывод.
Рис. 1.7 Создание подсхемы
Рис. 1.8 Подсхема sensor
Wire Color. — изменение цвета предварительно выделенного проводника (выделенный проводник утолщается). Более простой способ выполнения команды — двойной щелчок мышью на проводнике, после чего в меню (рис. 1.9) выбирается один из шести предлагаемых цветов. Необходимость расцветки особенно важная для проводников, соединяющих контрольные точки (узлы) схемы с осциллографом или логическим анализатором — в этом случае цвет проводника определяет цвет осциллограммы.
Preferences. (CTRL+E) — выбор элементов оформления схемы в соответствии с меню на рис. 1.10. Указанные в меню опции имеют следующее назначение:
Show grid — показывать сетку для удобства рисования схемы (по умолчанию эта опция выключена, остальные включены); опция активная только при включенной опции Use grid — использовать сетку;
Show labels — показывать позиционные обозначения компонентов, например, Cl, C2 для конденсаторов;
Show models — показывать имена моделей компонентов, например, типов транзисторов;
Show values — показывать номиналы компонентов, например, сопротивления резисторов.
Рис 1.9 Выбор цвета проводника
Рис. 1.10 Меню выбора элементов оформления схемы
Рис. 1.11 Окно выбора режимов моделирования
13. Analysis Options. (CTRL+Y) — установка режимов моделирования в соответствии с диалоговым окном на рис. 1.11 С его помощью устанавливаются следующие режимы моделирования:
Transient — расчет переходных процессов после включения источника питания (результаты представляются на экране осциллографа в графическом виде);
Steady-state — расчет стационарного режима схемы (режима по постоянному тока);
Assume linear operation — при расчете переходных процессов принять линеаризованную модель активных компонентов (Active Component Simulation);
Pause after each screen — пауза после заполнения экрана при выводе на осциллограф (Oscilloscope Display);
Store results for all nodes — вывод результатов для всех контрольных точек (узлов) схемы;
Tolerance — задание допустимой погрешности моделирования (по умолчанию 1%); чем меньше погрешность моделирования, тем больше затраты времени на моделирование;
Time domain points per cycle — выбор количества отсчетов отображаемого на экране осциллографа сигнала (по умолчанию — 100 точек на период, может быть увеличено в 100 раз). С увеличением количества отсчетов форма сигнала рассчитывается более точно при одновременном замедлении процесса моделирования;
Bode Analysis points per cycle — выбор количества расчетных точек для отображения результатов моделирования на экране измерителя амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик;
Temporary file size for simulation [Mb] — размер временного файла для хранения результатов моделирования (по умолчанию 10 Мбайт), при необходимости может быть изменен.
Команды управления расположением графического изображения компонентов: Flip Horizontal — зеркальное отображение компонента по горизонтали и Flip Vertical — это же, но по вертикалы. Команды Rotate, Flip Horizontal и Flip Vertical могут быть выполнены также нажатием кнопок
Рис. 1.12 Результаты применения команд Rotate и Flip
В качестве примера на рис. 1.12приведены результаты применения указанных команд для преобразования графического изображения конденсатора переменной емкости: на рис. 1.12 а — изображение конденсатора в исходном состоянии, на рис. 1.12 б— после применения команды Rotate (поворот на 90° против часовой стрелке), на рис. 1.12, в — после применения команды Flip Horizontal (зеркальное отображение по горизонтали) и на рис. 1.12 г — после применения команды Flip Vertical (зеркальное отображение по вертикалы).
Команды по гг. 4, 5 и 6 объединены у Команд Component Properties — свойства компонента. Команда выполняется также после двойного щелчка по компоненту или нажатия кнопки. При выполнении команды открывается диалоговое окно содержание, которого соответствует команде по п. 4 за исключением сроки Reference ID, в ней указывается позиционное обозначение компонента, используемое в дальнейшем при выполнении команд меню Analysis.
В диалоговом окне команды при выборе закладки Value задаются номинальное сопротивление компонента (резистора), значение линейного (ТС1) и квадратичного (ТС2) температурных коэффициентов сопротивления.
В диалоговом окне команды при выборе закладки Fault приводятся условия моделирования и набор выводов компонента с опцией на каждый вывод, что позволяет выборочно имитировать ту или иную неисправность
Диалоговое окно при выборе закладки Display показано на рис. 1.13. С его помощью задается характер вывода на экран обозначений компонента. При выборе опции Use Schematic Options global setting используются установки, принятые для всеи схемы, в противном случае используется индивидуальная настройка вывода на экран позиционного обозначения и номинального значения для каждого компонента.
Диалоговое окно при выборе закладки Analysis Setup позволяет установит температуру для каждого компонента индивидуально или использовать ее номинальное значение, принятое для всеи схемы (Use global temperature).
Для активных компонентов меню команды Component Properties содержит подменю Models, с помощью которого выбирается тип библиотечного компонента, редактируются его параметры, создается новая библиотека и выполняются другие команды.
Команды масштабирования схемы: увеличения Zoom In и уменьшения Zoom Out с указанием масштаба в диапазоне 50 — 200%. Эти команды могут быть выполнены также с помощью мнемонических средств со стандартным обозначением
Команды Preferences введенная команда Schematic Options, диалоговые окна которой показаны на рис. (1.20).
Show Nodes — показывать нумерацию узлов;
Autohide part bins — по умолчанию не показывать состав библиотеки компонентов, используемой в данной схеме;
Keep parts bin positions — сохранять положение используемой библиотеки компонентов на экране при оформлении схемы; обычно выбор новой библиотеки компонентов приводит к выключению предыдущей; для сохранения на экране сразу
нескольких библиотек, их необходим разнести по экрану, при этом их положение при выборе новои библиотеки останется неизменным.
При выборе закладки Fonts можно установит тип (Font name) и размер (Font size) шрифта раздельно для обозначения компонента (кнопка Set label font) и номинального значения его параметра (кнопка Set value font). В качестве примера на рис. 1.14показано окно установки типа и размера шрифта обозначения компонента.
Окна команды Schematic Options при выборе закладок Wiring показан на рис (1.22) Первая команда (рис. 1.22) связана с прокладкой проводников на схеме и организацией их взаимных соединений (Routing options), удалением проводников (Rewfring options) и соединений (Auto-delete connectors — автоматическое удаление неиспользуемых соединений, например, дублирующих друг друга).
Рис. 1.13 Диалоговое окно команды Label
Рис. 1.14 Диалоговое окно команды Display
Рис. 1.15 Диалоговое окно команды Analysis Setup
Рис. 1.16 Диалоговое окно команды Value
Рис. 1.17 Диалоговое окно команды Models
Рис. 1.18 Диалоговое окно команды Fault.
Рис. 1.19 Окно команды Schematic Options, закладки Grid.
Рис. 1.20 Окнокоманды Schematic Options Show/Hide .
Меню Window содержит следующие команды:
Arrange (CTRL+W) — упорядочивание информации в рабочем окне EWB путем перезаписи экрана, при этом исправляются искажения изображений компонентов и соединительных проводников;
Circuit — вывод схемы на передний план;
Description (CTRL+D) — вывод на передний план описания схемы, если оно имеется, или окно-ярлык для его подготовки (только на английском языке).
Рис.1.21 Окно команды Schematic Options,закладки Fonts
Рис.1.22 Окно команды Schematic Options установкой типа
Рис.1.23 Окно команды Schematic Options, шрифта и его атрибутов
Меню Help построено стандартным для Windows способом. Оно содержит краткие сведения по всем рассмотренным выше командам, библиотечным компонентам и измерительным приборам, а также сведения в самой программе. Отметим, что для получения справки по библиотечному компоненту его необходимоотметить на схеме щелчком мыши (вон высветится красным цветом) и затем нажать клавишу F1.
1.6 Меню Analysis
1. Analysis Options. (CTRL+Y) — набор команд для установки параметров моделирования.
Рис. 1.24 Диалоговое окно настройки параметров моделирования общего характера
1.1. Global — настройки общего характера, задаются с помощью диалогового окна (рис. 1.24), в котором параметры имеют следующее назначение:
ABSTOL — абсолютная ошибка расчета токов;
GMIN — минимальная проводимость ветви цепы (проводимость ветви, меньшая
GMIN, считается равной нулю);
PIVREL, PIVTOL — относительная и абсолютная величины элемента сроки матрицы узловых проводимостей.
RELTOL — допустимая относительная ошибка расчета напряжений и токов; TEMP — температура, при которой проводится моделирование;
VNTOL — допустимая ошибка расчета напряжений в режиме Transient (анализ переходных процессов);
CHGTOL — допустимая ошибка расчета зарядов;
RAMPTIME — начальная точка отсчета времени при анализе переходных процессов;
CONVSTEP — относительный размер шага итерации при расчете режима по постоянному тока;
CONVABSSTEP — абсолютный размер шага итерации при расчете режима по постоянному тока;
CONVLIMIT — включение или выключение дополнительных средств для обеспечения сходимости итерационного процесса (например, за счет использования метода вариации напряжений источников питания);
RSHUNT — допустимое сопротивление утечки для всех узлов относительно общей шины (заземления).
Temporary. — объем дисковой памяти для хранения временных файлов (в Мбайт).
DC — настройка для расчета режима по постоянному тока (статический режим). Для настройки этого режима используется диалоговое окно (рис. 1.17), параметры которого имеют следующее назначение:
ITL1 — максимальное количество итераций приближенных расчетов;
GMINSTEPS — размер приращения проводимости в процентах вот GMIN (используется при слабой сходимости итерационного процесса);
SRCSTEPS — размер приращения напряжения питания в процентах вот его номинального значения при вариации напряжения питания (используется при слабой сходимости итерационного процесса).
Кнопка Reset Defaults предназначена для установки по умолчанию параметров.Используется в том случае, если после редактирования необходим возвратятся к исходным данным.
1.2. Transient — настройка параметров режима анализа переходных процессов (диалоговое окно на рис. 1.25):
ITL4 — максимальное количество итераций за время анализа переходных процессов;
MAXORD — максимальный порядок (вот 2 до 6) метода интегрирования дифференциального уравнения;
TRTOL — допуск на погрешность вычисления переменной;
METHOD — метод приближенного интегрирования дифференциального уравнения:
TRAPEZOIDAL — метод трапеций,
GEAR — метод Гира;
АССТ — разрешение на вывод статистических сообщений в процессе моделирования.
1.3. Device — выбор параметров Моп-транзисторов (диалоговое окно показано на рис. 1.26.
DEFAD — площадь диффузионной области стока, м 2 ;
EFAS — площадь диффузионной области истока, м 2 ;
DEFL — длина канала полевого транзистора, г;
DEFW — ширина канала, г;
TNOM — номинальная температура компонента;
BYPASS — включение или выключение нелинейной части модели компонента;
DEFAS — площадь диффузионной области истока, м 2 ;
DEFL — длина канала полевого транзистора, г;
TRYTOCOMPACT — включение или выключение линейной части модели компонента.
1.4. Instruments — настройка параметров контрольно-измерительных приборов (рис. 1.27):
Рис. 1.26 Диалоговое окно выбора параметров модели МОП- транзистора
Рис. 1.27 Диалоговое окно выбора параметров модели МОП- транзистора
Диалоговое окно настройки параметров контрольно-измерительных приборов
Pause after each screen — пауза (временная остановка моделирования) после заполнения экрана осциллографа по горизонтали (Oscilloscope);
Generate time steps automatically — автоматическая установка временного шага (интервала) вывода информации на экран;
Minimum number of time points — минимальное количество отображаемых точек за период наблюдения (регистрации);
ТМАХ -промежуток времени вот начала к конца моделирования;
Set to Zero — установка в нулевое (исходное) состояние контрольно-измерительных приборов перед началом моделирования;
User-defined — управление процессом моделирования проводится пользователем (ручной пуск и остановка);
Calculate DC operating point — выполнение расчета режима по постоянному тока;
Points per cycle — количество отображаемых точек при выводе амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик (Bode plotter);
use engineering notation — использование инженерной системы обозначений единиц измерения (например, напряжения будут выводиться в милливольтах (мв), микровольтах (мкв), нановольтах (нв) и т.д.).
2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
Прежде, чем создавать чертеж принципиальной схемы средствами программы EWB, необходим на листе бумаги подготовить ее эскиз с примерным расположением компонентов и с учетом возможности оформления отдельных фрагментов в виде подсхем. Целесообразно также ознакомиться с библиотекой готовых схем программы (см. Приложение 1) для выбора аналога (прототипа) или использования имеющихся решений в качестве подсхем.
В общем случае процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле EWB компонентов из библиотек программы в соответствии с подготовленным эскизом. Одиннадцать разделов библиотеки программы EBW 4.1 поочередно могут быть вызваны с помощью меню Window или с помощью иконок, расположенных под линейкой контрольно-измерительных приборов (рис. 1.1). Каталог выбранной библиотеки располагается в вертикальном окне дело или слева вот рабочего поля (устанавливается в любое место перетаскиванием стандартным способом — за шапку заголовка). Для открытия каталога нужной библиотеки необходим подвести курсор мыши к соответствующей иконке и нажать один раз ее левую кнопку, после чего серый фон иконки меняется на желтый. Необходимый для создания схемы значок (символ) компонента переносится из каталога на рабочее поле программы движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается (для фиксирования символа) и производится двойной щелчок по значку компонента. В раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры (сопротивление резистора, тип транзистора и т.д.) и выбор подтверждается нажатием кнопки Accept или клавиши Enter. На этом этапе необходим предусмотреть место для размещения контрольных точек и иконок контрольно-измерительных приборов.
Если в схеме используются компоненты одинакового номинала (например, резисторы с одинаковым сопротивлением), то номинал такого компонента рекомендуется задать непосредственно в каталоге библиотеки, и затем переносит компоненты в нужном количестве на рабочее поле. Для изменения номинала компонента необходим два раза
щелкнуть мышью по символу его графического изображения и в раскрывающемся после этого окне внести изменения.
При размещении компонентов схемы на рабочем поле программы EWB 5.0 можно воспользоваться динамическим меню, описанным в конце главы.
После размещения компонентов производится соединение их выводов проводниками. При этом необходим учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента и после появлении прямоугольной площадки синего цвета нажимается левая кнопка и появляющийся при этом проводник протягивается к выводу второго компонента к появления на нем такой же прямоугольной площадки, после чего кнопка мыши отпускается, и соединение готово. При необходимости подключения к этим выводам вторых проводников в библиотеке Passive выбирается точка (символ соединения) и переносится на ранее установленный проводник. Чтобы точка почернела (первоначально она имеет красный цвет), необходим щелкнуть мышью по свободному месту рабочего поля. Если эта точка действительно имеет электрическое соединение с проводником, то она полностью окрашивается черным цветом. Если на неи виден след вот пересекающего проводника, то электрического соединения нет и точку необходим установит сызнова. После удачной установки к точке соединения можно подключить еще два проводника. Если соединение нужно разорвать, курсор подводится к одному из выводов компонентов или точке соединения и при появлении площадки нажимается левая кнопка, проводник отводится на свободное место рабочего поля, после чего кнопка отпускается. Если необходим подключить вывод к имеющемуся на схеме проводнику, то проводник вот вывода компонента курсором подводится к указанному проводнику и после появления точки соединения кнопка мыши отпускается. Следует отметить, что прокладка соединительных проводников » производится автоматически, причем препятствия — компоненты и другие проводники — огибаются по ортогональным направлениям (по горизонтали или вертикалы).
Точка соединения может быть использована не только для подключения проводников, но и для введения надписей (например, указания величины тока в проводнике, его функционального назначения и т.п.). Для этого необходим дважды щелкнуть по точке и в раскрывшемся окне ввести необходимую запись (не более 14 символов), причем запись можно смещать вправо путем введения слева нужного количества пробелов. Это свойство может быть использовано и в том случае, когда позиционное обозначение компонента (например Cl, R10) накладывается на рядом проходящий проводник или другие элементы схемы.
Если необходим переместить отдельный сегмент проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая кнопка и после появления в вертикальной или горизонтальной плоскости двойного курсора производятся нужные перемещения.
Подключение к схеме контрольно-измерительных приборов производится аналогично. Причем для таких приборов как осциллограф или логический анализатор соединения целесообразно проводит цветными проводниками, поскольку их цвет определяет цвет соответствующей осциллограммы. Цветные проводники целесообразны не только для обозначения проводников одинакового функционального назначения, но и для проводников, находящихся в разных частях схемы (например, проводники шины данных к и после буферного элемента). Примеры такого оформления можно найти в каталогах готовых схем (см. файл adc-dacl.ca4).
При обозначении компонентов необходим придерживаться рекомендаций и правил, предусмотренных ЕСКД (единой системой конструкторской документации). Что касается пассивных компонентов, то при выборе их обозначений особых трудностей не возникает. Трудности возникают при выборе активных элементов — микросхем, транзисторов и т.п., особенно при необходимости использования компонентов отечественного производства, когда требуется установит точное соответствие функциональных обозначений выводов и параметров зарубежных и отечественных компонентов. Для облегчения этой задачи можно воспользоваться таблицами соответствия зарубежных и отечественных компонентов.
При импортировании в создаваемую схему другой схемы или ее фрагментов целесообразно действовать в следующей последовательности:
· командой File>Save As записать в файл создаваемую схему, указал его имя в диалоговом окне (расширение имени файла указывать не обязательно, программа сделает это автоматически);
· командой File>Open загрузит на рабочее поле импортируемую схему стандартным для Windows образом (некоторые особенности описаны в конце главы);
· командой Edit>Select All выделить схему, если импортируется вся схема, или выделить ее нужную часть.
· командой Edit>Copy скопировать выделенную схему в буфер обмена;
· командой File>Open загрузит создаваемую схему;
· командой Edit>Paste вставит содержимое буфера обмена на рабочее поле; после вставки импортируемая схема будет выделена (и отмечена красным цветом) и может оказаться наложенной на создаваемую схему;
· клавишами управления курсором или Мышью отбуксируйте импортированную часть в нужное место, после чего можно отменить выделение;
· после подключения импортированной схемы необходим щелчками мыши пройтись по всем ее компонентам, чтобы исключить их смещения, возникающие при буксировке и приводящие к ступенчатым искажениям проводников.
Перемещения отдельных фрагментов схемы при ее компоновке выполняютсявышеописанным образом после выделения фрагмента.
После подготовки схемы рекомендуется составить ее описание (окно-ярлык вызывается из меню Window>Description), в котором указывается ее назначение; после проведения моделирования указываются его результаты. К сожалению, программа EWB позволяет вводит описание только на английском языке. Кроме того, в EWB не предусмотрены средства для редактирования графических изображений компонентов, а также введения новых шрифтов.
3. АНАЛИЗ РАБОТЫ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СРЕДЕ ELECTRONICS WORKBENCH 5.12
3.1 Схемотехника базовых логических элементов
Цель: ознакомиться с принципами построения схем и функционирования базовых логично элементов типа : И , ИЛИ , НЕ, ИЛИ -НЕ .
Рис. 3.1 Логические схемы И та ИЛИ в логикеDRL
Рис. 3.2 Логический елемент ИЛИ в ElectronicsWorkbench
Рис.3.3 Логический элемент И в ElectronicsWorkbench.
Порядок выполнения работы
1.Собрав схему, изображенную на рис.1-1.2-1.3. Определил логическая функция реализована с помощью каждой схемы. Изменяя все возможные комбинации логических уровней 0 и 1, с помощью переключателей 1 и 2 на входах 1 и 2, зафиксировал исходные значения. Данные занес в таблицу.
Краткая характеристика объекта исследования.
Программный комплекс EWB разработан фирмой Interactive Image Technologies (Канада) для схемотехнического моделирования цифровых и аналоговых радиоэлектронных устройств.
Предварительное исследование электронной схемы с применением компьютерного моделирования позволяет найти оптимальные параметры для работы исследуемого устройства,
не прибегая к его практической реализации. Исследование на программной модели позволяет ознакомиться с возможностями
проверки правильности построения схем. При разработке сложных
схем физическое моделирование бывает просто невозможно из-за чрезвычайной сложности устройства.
Особенность программы EWB в наличии в ней контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду, органам управления и характеристикам максимально приближенных к их промышленным аналогам.
Программа EWB 4.1 рассчитана для работы в среде Windows 3.xx или 95.98 и занимает около 5 Мбайт дисковой памяти, EWB 5.0 — в среде Windows 95/98 и NT 3.51, требуемый объём дисковой памяти — около 16 Мбайт. Для размещения временных файлов требуется дополнительно 10. 20 Мбайт свободного пространства.
В данном руководстве рассматривается версия EWB5PRO и EWB v.5.12.
1.1 Структура окна и система меню.
Рис. 1. Окно программы EWB 5.x.
Окно содержит строку команд меню, строку основных типовых
электронных устройств , поле для составления исследуемой схемы
и полосы управления прокруткой.
1.2 Основные команды меню:
Меню File:
первые четыре команды меню типовые и пояснений не требуют.
—Revent to Saved -стирание всех изменений, внесенных в текущем сеансе редактирования, и восстановление схемы в первоначальном виде.
— Install —установка дополнительных программ с жёстких дисков.
— Import — импорт текстовых файлов описания схемы .
— Export— составление текстового описания схемы и задания на моделирование в формате SPICE.
Меню Edit:.
— CUT —стирание (вырезание) выделенной части схемы с сохранением в буфере обмена. Выделение одного компонента производится щелчком мыши на изображении компонента. Для выделения части схемы или нескольких компонентов курсор мыши в левый угол воображаемого прямоугольника, охватывающего выделяемую часть, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская её, протянуть курсор по диагонали этого прямоугольника, контуры которого появляются уже в начале движения мыши, и затем отпустить кнопку. Выделенные компоненты окрашиваются в красный цвет.
— COPY —копирование выделенной части схемы в буфер обмена.
— PAST-вставка содержимого буфера обмена на рабочее поле программы. Фрагмент затем ещё будучи отмеченным перетаскивается с помощью мыши в нужное место.
— DELETE — стирание выделенной части схемы.
— SELECT ALL —выделение всей схемы.
— COPYBITS —команда превращает курсор мыши в крестик, которым по правилу прямоугольника можно выделить нужную часть экрана, после отпускания левой кнопки мыши выделенная часть копируется в буфер обмена, после чего его содержимое может быть импортировано в любое приложение Windows. Копирование всего экрана производится нажатием клавиш Print Screen; копирование активной в данный момент части экрана, например, диалогового окна — комбинацией Alt+Print Screen.
— Show Clipboard-показать содержимое буфера обмена.
— Copy as Bitmap —копирует выделенный участок в буфер обмена.
Меню Circuit —используется при подготовке схем, а также для задания параметров моделирования.
— Activat — запуск моделирования.
—Stop — остановка моделирования. Эти две команды дублируются
нажатием кнопки выключателя, расположенного в правом верхнем углу экрана.
— Pause —прерывание моделирования.
— Label —ввод позиционного обозначения выделенного компонента с помощью диалогового окна.
—Value — изменение номинального значения параметра компонента с помощью диалогового окна.
— Model — выбор модели компонента, команда выполняется также двойным щелчком по компоненту. Работа с меню, как и во всех
других подобных случаях, заканчивается нажатием кнопок Acceptили Cancel — с сохранением или без сохранения введённых изменений.
— Zoom — раскрытие (развёртывание) выделенной подсхемы или контрольно-измерительного прибора, команда выполняется также двойным щелчком мыши по иконке компонента или прибора.
— Rotate— вращение выделенного компонента.
— Fault —имитация неисправности выделенного компонента путём
-leakage- сопротивления утечки,
-short — короткого замыкания,
— none — отсутствие неисправности (включено по умолчанию).
— Subcircuit — преобразование предварительно выделенной части схемы в подсхему.
— Wire Color— изменение цвета предварительно выделенного проводника. Расцветка проводников важна в случае применения логического анализатора, — в этом случае цвет проводника определяет цвет временной диаграммы.
— Preferences- выбор элементов оформления схемы в соответствии с меню.
1.3 Технология создания электрических и электронных схем.
Для создания схем, рассматриваемых в рамках лабораторных работ по курсу «Схемотехника дискретных устройств» достаточно воспользоваться имеющимися типовыми компонентами.
Для открытия нужной библиотеки компонентов нужно подвести курсор мыши к соответствующей иконке и нажать один раз её левую
кнопку. В выпадающем множестве выбирается необходимый значок, и передвигается при удержании левой клавишей мыши на рабочее поле программы. Для установки параметров необходимо двойным нажатием левой кнопкой мыши раскрыть меню настройки параметров компонента. Выбор подтверждается нажатием кнопкой
Accept и клавишей Enter.
После размещения компонентов производится соединение их выводов проводниками. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник.
Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента и после появления прямоугольной площадки синего цвета, нажимается левая кнопка и появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нём такой же прямоугольной площадки, после чего кнопка мыши отпускается и соединение готово. При необходимости
подключения к этим выводам других проводников в библиотеке Passive выбирается точка (символ соединения) и переносится на ранее установленный проводник. После удачной постановки точки
к проводнику подсоединяется ещё два проводника.
Точка соединения может быть использована не только для подключения проводников, но и для введения надписей.
Если необходимо переместить отдельный сегмент проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая кнопка и после появления в вертикальной или горизонтальной плоскости двойного курсора производятся нужные перемещения.
Подключение к схеме контрольно-измерительных приборов производится аналогично. Причём для таких приборов, как осциллограф или логический анализатор, соединения целесообразно проводить цветными проводниками, поскольку их цвет определяет соответствующую осциллограмму.
1.4 Основные компоненты EWB.
 |
Компонент Выход из EWB.
 |
Вспомогательные компоненты-группа SOURCES:
 |
— заземление (метка) . точка нулевого потенциала в схеме.
 |
— источник фиксированного напряжения +5 вольт
— генератор однополярных прямоугольных импульсов (амплитуда,
частота, коэффициент заполнения).
Основные пассивные элементы — группа BASIC:
 |
— точка соединения проводников, используется также для введения на схему надписей длиной не более 14 символов (других способов введения текста в EWB не существует).
 |
 |
— переключатель, управляемый нажатием задаваемой клавишей клавиатуры (в квадратных скобках), по умолчанию — клавиша пробела.
— переключатель, автоматически срабатывающий через заданное время на включение и выключение (время в секундах).
Индикаторные приборы — группа INDICATORS.
— светоиндикатор (свет свечения может быть настроен красным, зелёным и синим)
— семисегментный индикатор с дешифратором .
Логические элементы — группа LOGIC GATES
— логический элемент "И"
— логический элемент "ИЛИ"
— логический элемент "НЕ"
— логический элемент "ИЛИ-НЕ"
— логический элемент "И-НЕ"
— логический элемент исключающее "ИЛИ"
— логический элемент импликация
Комбинированные цифровые компоненты.
— асинхронный RS-триггер
— универсальный JK-триггер с прямым тактовым входом и входами
— универсальный JK-триггер с инверсным тактовым входом и инверсными входами предустановки
— D-триггер без предустановки
— D- со входами предустановки
— полусумматор
— полный сумматор
 |
Приборы, группа INSTRUMENTS.
—логический анализатор
— генератор слова — Word Generator
На рисунке (Рис.1) показан генератор слова с подключенными семисегментными индикаторами и внешним генератором синхроимпульсов.
На втором рисунке генератор слова показан в развёрнутом виде.
Генератор (или кодовый генератор) предназначен для генерации
16-ти 16-ти разрядных двоичных слов, которые набираются пользователем на экране, расположенным в левой части лицевой панели. Для набора двоичных комбинаций необходимо щёлкнуть мышью на соответствующем разряде и затем ввести с клавиатуры
число в десятичном коде.
Сформированные слова выдаются на шестнадцать расположенных в нижней части прибора выходных клемм-индикаторов:
— с индикацией в двоичном коде в строке окна binary;
— в пошаговом (step), циклическим (cycle) или с выбранного слова до конца (при нажатии кнопки BURST) при заданной частоте посылок (установка- заданием частоты в окнах FREQUENCY);
— при внутреннем или внешнем запуске ( при нажатии кнопки EXTERNAL, справа верхняя клемма служит для подключения
 |
— призапуске по переднему или заднему фронту сигнала синхронизации служит кнопка
— на правую нижнюю клемму выдается выходной синхронизирующий импульс.
Логический преобразователь- Logic Converter.
На лицевой панели преобразователя показаны клеммы-индикаторы входов A,B. H и одного выхода OUT, экран для отображения таблицы истинности исследуемой схемы, экран-строка для отображения её булева выражения (в нижней части).
Логический анализ n-входового устройства с одним выходом
может осуществлять следущюие действия, используя кнопки управления:
 |
1.
— таблицу истинности исследуемого устройства;
 |
2.
— булево выражение, реализуемое устройством;
 |
3.
— минимизированное булево выражение;
 |
4.
— схему устройства на логических элементах без ограничения их типа;
 |
5.
— схему устройства только на логических элементах И-НЕ.
1.5 Описание технологии и пример составления схемы для исследования.
Собрать схему логического элемента "И".
 |
В группе Logic Gates, выбирается логический элемент "И".
Двумя щелчками мыши на изображении логического элемента переходим к настройкам параметров логического
элемента "И". Выбираем количество входов, например 4.
Можно присвоить название логическому элементу.
 |
К выходу логического элемента присоединяем из группы INDICATORS красный светодиод.
Для получения логического сигнала (0 или 1) удобно воспользоваться источником напряжения
 |
и переключателем
 |
Затем набираем 4 источника и 4 переключателя
При этом присваиваем каждому переключателю клавишу переключения
Затем соединяем входы логической схемы "И" с каждым из переключателей.
Проверка состоит в подаче различных кодовых комбинаций
на вход логической схемы.
На выходе логической схемы "И" появляется логическая 1 (горит
светодиод) только при подаче логических 1 (потенциал 5 вольт)
на все четыре входа логической схемы "И".
Задание и порядок выполнения лабораторной работы.
2.1. Собрать переключательные схемы (рис. 1), содержащие по два переключателя, источник напряжения 12 вольт, сопротивление 1 ом и лампочку на 12 вольт. В последующих схемах применить параллельное подключение переключателей.
Рис.1. Пример реализации переключательной схемы с двумя переключателями соединёнными последовательно.
2.2. Собрать схему для исследования логических элементов (рис. 2).
Рис. 2. Схема для исследования логических элементов.
2.3. Найти соответствие работы переключательной схемы и соответствующего логического элемента. Зафиксировать поведение функции в таблицах для каждой переключательной схемы и каждого логического элемента по образцу (табл.1.). Считать замкнутое состояние переключателя соответствующим состоянию переменной , разомкнутое .
Содержание отчета по лабораторной работе.
1. Правила запуска и настройки программного моделирующего комплекса EWB.
2. Перечень основных элементов из библиотеки EWB, необходимый для моделирования логических схем и цифровых устройств ЭВМ.
3. Исследуемая переключательная схема (из числа) заданных, схема исследования логического элемента, функция поведения которого эквивалентна работе переключательной схеме. Таблица поведения функции от двух входных сигналов для каждой переключательной схемы и логического элемента из множества элементов «LOGIC GATES».
4. Контрольные вопросы.
1. Какие логические элементы имеются в библиотеке EWB?
2. Какие параметры являются настраиваемыми генераторе прямоугольных импульсов.
3. Как производится соединение более двух входов или выходов
4. Какой командой можно скопировать изображение схемы в отчёт по лабораторной работе, подготавливаемой в текстовом редакторе WORD.