Общие сведения об Electronics Workbench

Общие сведения об Electronics Workbench. Electronics Workbench канадской фирмы Interactive Image Technologies разработана достаточно давно и в Росси известны версии 3.0, 4.0, 4.1, 5.0, 5.12 Professional Edition. Программа непрерывно развивается, совершенствуется. Растет библиотека компонент, измерительных приборов, моделирующих функций.

Версии 3.0, 4.0 были 16 разрядные, а начиная с Electronics Workbench 4.1 - 32-разрядные. И хотя в последней версии занимаемый объем на диске вырос с 1.4 Мбайт в версии 3.0 до 16 Мбайт в версии 5.12, однако эта программа остается одной из компактных программ обычные требования подобных программ 80 -150 Мбайт. Во всех версиях остается неизменным почти дружественный интуитивный интерфейс, простой мощный графический редактор электрических схем, прекрасная интеграция с Windows системой.

Так как функции логического конвертора поддерживаются во всех версиях Electronics Workbench, поэтому в основу лабораторного практикума положена версия Electronics Workbench 4.1, не предъявляющая практически никаких требований к компьютеру и прекрасно работающая даже на компьютерах начиная с 386. Рис.2.1 Экран Electronics Workbench. Экран программы Electronics Workbench, показанный на рис.2.1 , напоминает рабочий стол регулировщика аппаратуры, что вполне соответствует названию Electronics Workbench - дословно - рабочий стол электронщика. В отличие от других программ схемотехнического моделирования, на нем изображаются измерительные приборы с органами управления, максимально приближенными к реальности.

Пользователю не надо изучать довольно абстрактные хотя и не очень сложные правила составления заданий на моделирование. Достаточно в схему ввести двухканальный осциллограф и генератор сигналов - и программа сама сообразит, что нужно анализировать переходные процессы.

Если же на схеме разместить анализатор частотных характеристик, то будет рассчитан режим по постоянному току, выполнена линеаризация нелинейных компонентов и затем проведен расчет характеристик схемы в частотной области. Диапазон анализируемых частот, коэффициент усиления и характер оцифровки данных в линейном или логарифмическом масштабе устанавливают на лицевой панели с помощью мыши. Чтобы начать моделирование, достаточно щелкнуть на переключателе, расположенном в верхнем правом углу экрана.

После этого на устройствах индикации цифровых вольтметров и амперметров будет зафиксирован режим по постоянному току, на экране измерителя нарисованы частотные характеристики амплитудно- или фазочастотные, а на экране осциллографа будут непрерывно изображаться эпюры напряжений до тех пор, пока не заполнится буферная память, а затем можно прекратить моделирование или обнулить память и продолжить наблюдения. Ниже приведены характерные особенности программы Electronics Workbench. 1 Схема изображается в графическом виде привычным образом.

Из горизонтально расположенного меню выбирают библиотеку компонентов, состав которой изображается слева от рабочего экрана. Движением мыши символы компонентов переносят на схемы и выполняют электрические соединения. Достаточно указать начальный и конечный вывод цепи, как цепь будет проложена автоматически правда, не всегда удачно, так что ее приходится немножко корректировать . 2 Полностью поддерживается текстовый формат программы моделирования SPICE, причем при загрузке текстового файла в формате SPICE на экране будет нарисована принципиальная схема с подключенными измерительными приборами топология сложных схем синтезируется не вполне удачно, но моделируются такие схемы без ошибок . 3 Предусмотрен вывод списка соединений в формате программы OrCAD PCB в файлах с расширением имени. NET для разработки печатных плат. 4 Поддерживается стандартный набор компонентов резисторы, конденсаторы, индуктивности, управляемые линейные и нелинейные источники, линии задержки без потерь и с потерями, диоды, тиристоры, различные транзисторы, операционные усилители, цифровые интегральные схемы и др а также светодиоды, цифровые индикаторы, резистивные матрицы, плавкие предохранители, лампочки накаливания и ключи.

Имеется механизм создания макромоделей. 5 Предусмотрена возможность изменения параметров компонентов нажатием клавиш.

Есть кнопочные переключатели, управляемые с клавиатуры.

При этом параметры можно изменять, не прерывая моделирования! Как в реальном эксперименте. 6 Имеются следующие измерительные приборы мультиметры измерения постоянного и переменного напряжения и тока, сопротивления, результаты выводятся в относительных единицах и децибелах двухлучевые осциллографы регулируются усиления каналов, частота развертки, смещение лучей по координатам X, Y, имеются открытый и закрытый входы, предусмотрен ввод сигналов синхронизации измерители частотных характеристик Bode Plotter генератор цифровых сигналов Word Generator цифровой логический анализатор и логический преобразователь.

На схеме можно разместить только по одному из приборов каждого типа. При развертывании изображения лицевой панели прибора на весь экран с помощью двух электронных курсоров проводят точные измерения характеристик. 7 Различные цепи можно окрашивать в разные цвета для улучшения восприятия схемы. При этом временные диаграммы на экране двухлучевого осциллографа и многоканального логического анализатора окрашиваются в те же цвета. 8 Возможен ввод дискретных отсчетов сигналов из файлов. 9 На периферийные устройства можно вывести принципиальную схему, ее текстовое описание, перечень компонентов.

Для измерительных инструментов рисуется лицевая панель с изображением характеристик и положением органов управления, а для осциллографа изображаются также эпюры напряжений неограниченной длины. Существуют версии Electronics Workbench для DOS, Windows и Macintosh.

При установке в среде Windows можно выбрать 16- и 32-разрядную версию. Имеется демонстрационная версия, работающая в режиме просмотра слайдов и в рабочем режиме, но с ограничением сеанса моделирования 30 минутами за 5 минут до окончания этого срока программа выводит предупреждающее сообщение, затем ее можно запустить вновь. Демонстрационная версия содержит 10 схем, с которыми можно экспериментировать редактировать и создавать новые, нельзя лишь сохранять их и распечатывать.

Кроме того, демонстрационная версия имеет неполную библиотеку компонентов. 2.2 Интерфейс Electronics Workbench Как видно из рис.1.4 интерфейс Electronics Workbench по своему построению очень похож на стандартный интерфейс Windows, Описать процесс вызова схемы из библиотеки. Вывести схему на рабочее поле Electronics Workbench можно 2-мя способами - 1-й способ - вызов готовой схемы из библотеки. Делается это посредством команды Open из меню File. В результате выполнения этой команды появляется стандартная панель Widows см. рис.2.2. Рис.2.2 Панель для вызова схем из библиотеки Библиотека схем Samples находится в каталоге Wbnch. Она содержит файлы со схемами как в своём корневом каталоге, так и в двух подкаталогах Complex и Tutorial.

Расширение файлов содержащих схемы - ca.4. Процедура вызова стандартная для Windows - мышью выбрать файл и кликнуть на OK 2-й способ создание схемы вручную посредством встроенного графического редактора. Этот способ начинается с выбора команды New из меню File. После этой команды рабочее поле очищается и можно приступать к созданию схемы.

Вынос элементов схемы и измерительных приборов - навести стрелку на прибор или элемент - нажать левую кнопку мыши и удерживая её переместить объект на рабочее поле выделение снимается нажатием правой кнопки мыши. Соединения между элементами на рабочем поле выполняются следующим образом - установить стрелку на окончание нужного вам вывода элемента - нажать левую кнопку мыши на окончании выбранного вывода должна появится крупная чёрная точка и удерживая её двигать стрелку по направлению к предназначенному для соединения другому выводу при этом за стрелкой будет тянуться линия - навести стрелку на нужный вывод, при этом на нём появится чёрная точка это означает что соединение установлено и отпустить кнопку мыши на рабочем поле должно появится соединение.

Само соединение можно подкорректировать - навести стрелку на линию соединения нажать левую кнопку мыши и удерживая её перемещать линию в нужном направлении. Точная корректировка элементов, приборов и узлов на рабочем поле - навести стрелку на объект - нажатием правой кнопки мыши выделить его - корректировать положение клавишами управления курсором.

Верхняя строка экрана Electronics Workbench см.рис.2.1 Меню File New - создать новый файл, файл для создания, описания и моделирования новой схемы Open - открыть уже созданный файл созданный в Electronics Workbench Save - сохранить текущий открытый файл с текущим именем в текущую директорию Save as - сохранить текущий файл предварительно введя имя и путь для сохранения Revert to saved - вернуться к сохранённому файлу Print - распечатать текущую схему, причём после выбора этого пункта меню предоставляется возможность выбора, что именно нужно распечатать схемные параметры- схемотехника, описание схемы, листинг составляющих схемы, листинг моделей и т.д инструментарий- мультиметр, функциональный генератор, осциллограф и т.д. Print Setup - доступ к установке принтеров через Windows Setup для принтеров Exit - выход из Electronics Workbench Import from SPICE - импортировать из SPICE какую-либо схему, причём импортируемая схема сразу же конвертируется из формата SPICE описания в графический вид и выводится на экран Export to SPICE - отправить в SPICE текущую схему, причём она сразу же конвертируется в формат SPICE Export to PCB - отправить в PCB текущую схему Меню Edit Cut - вырезать выделенные компоненты, затем их можно вставить в любую схему в пределах среды Electronics Workbench см. команда Paste выделение производится следующим образом - сначала стрелка указатель положения курсора устанавливается в выбранное место на схеме, затем следует нажать левую клавишу мыши и удерживая её растянуть появившуюся рамку на компоненты схемы которые нужно выделить, после отпустить клавишу, выделенные компоненты будут окрашены в красный цвет ещё один способ выделения отдельных компонентов схемы состоит в следующем навести стрелку на тот компонент, который хотите выделить и нажать на правую кнопку мыши - таким образом можно выделять или убирать выделение с отдельных компонентов не нарушая выделение других Copy - копировать выделенные компоненты схемы Paste - вставить, эта команда становится доступной только после выполнения команд Cut или Copy после выбора этой команды копируемый или вырезанный компонент или фрагмент схемы всегда появляются в центре видимой части рабочего поля Delete - удалить выделенный элемент или фрагмент схемы Select All - выбрать всё, эта команда позволяет выбрать сразу всю схему Copybits - копирование в буфер обмена Windows используется для переноса эл. схем, результатов исследований, осциллограмм и т.д. в другие приложения Windows например в Word после выбора этой команды на рабочем поле Electronics Workbench вместо стрелки появится крестик, его нужно установить в выбранное место рабочего поля затем нажать левую кнопку мыши и растянуть рамку на ту часть рабочего поля, которая предназначена для копирования после отпускания кнопки мыши выбранное изображение рабочего поля будет записано в буфер обмена вставка в другом приложении производится командой Вставить Paste Show Clipboard - просмотр содержимого буфера обмена Меню Circuit Activate - активация находящейся на рабочем поле схемы начать процесс моделирования эта команда аналогична нажатию посредством мыши виртуального выключателя в правом верхнем углу рабочего поля Electronics Workbench Stop - полная остановка процесса моделирования аналогична выключению виртуального выключателя мышью Pause - временная остановка процесса моделирования с сохранением всех промежуточных результатов, т.е. после повторного нажатия Pause процесс моделирования продолжается точно с точки прерывания Label - установить изменить обозначение выбранного элемента команда становится доступной лишь после того, как на схеме выбран элемент Value - установить изменить номинал выбранного элемента схемы Model - присвоить выбранному элементу схемы параметры реально существующего элемента или идеального после выбора этой команды появляется меню, где можно выбрать из базы данных Electronics Workbench тип элемента с последующей возможностью редактирования его параметров Zoom - устанавливает количество входов элемента или в некоторых случаях действует аналогично команде Model Rotate - поворачивает выбранный элемент на 90 градусов по часовой стрелке Fault - устанавливает неисправность выбранного элемента можно задать утечку, короткое замыкание и обрыв Subcircuit - объединяет выделенные элементы схемы в подсхему и помещает её полученную подсхему под выбранным именем в окно Custom Wire color - задаёт цвет выделенного провода выделение провода навести стрелку на нужный провод и один раз нажать левую кнопку мыши Preferences - устанавливает параметры изображения схемы сетка рабочего поля, условное обозначение элементов, названия моделей элементов, номинал элементов Analysis options - устанавливает опции анализа схемы переходные процессы или установившийся режим, симуляция активных компонентов, режим изображения экрана осциллографа, погрешность моделирования, частота временных точек, где происходит моделирование на цикл моделирования, частота точек боде анализа ФАПЧХ на цикл моделирования, размер временного файла для моделирования Меню Window Arrange - устанавливает стандартный вид экрана Electronics Workbench Circuit - устанавливает режим изображения схемы Description - открывает окно для примечаний к текущей схеме Custom Subcircuit - окно библиотеки клиентских схем подсхем, если в процессе работы они не были туда внесены, то оно пусто Passive - окно библиотеки пассивных элементов Active - окно библиотеки активных элементов Field Effect Transistors - окно библиотеки полевых транзисторов Control - окно библиотеки управляемых элементов схемы ключи, реле, управляемые источники тока, напряжения и т.д. Hybrid - окно библиотеки гибридных аналого-цифровых компонентов Indicators - окно библиотеки индикаторных приборов Gates - окно библиотеки цифровых компонентов схем Combinational - окно библиотеки арифметических компонентов и преобразователей кодов Sequential - окно библиотеки триггеров, счётчиков и сдвиговых регистров Integrated Circuit - окно библиотеки реальных серий ИС. К сожалению в Electronics Workbench изображение элементов схем выполнено в соответствии с требованиями американского стандарта milspec здесь ANSI и европейского стандарта МЭК 117-15 DIN . Стандарт изображения элементов схем выбирается при инсталляции Electronics Workbench.

Европейский стандарт по своему изображению элементов находится гораздо ближе к российскому, поэтому при инсталляции пакета рекомендуется выбирать именно его. Ниже приведена таблица с изображениями цифровых поскольку именно они используются в этой разработке элементов по европейскому стандарту МЭК 117-15. Таблица 2.1 Изображение цифровых элементов по стандарту МЭК 117-15 Изображение Функция булевой алгебры И ИЛИ Таблица 2.1 Изображение цифровых элементов по стандарту МЭК 117-15. Продолжение.

НЕ И-НЕ ИЛИ-НЕ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ Буфер Буфер с тремя состояниями ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ Панель универсальных измерительных приборов - мультиметр - функциональный генератор - осциллограф - боде плоттер измеритель ФАПЧХ - генератор слов - логический анализатор - логический конвертор.

Следующая строка панелей является лишь повторением нижних 11-ти строк меню Window, выведенных отдельно ввиду их частого использования. 2.3 Свойства и параметры измерительной аппаратуры, используемой в работе Генератор слов. Рис.2.3 Внешний вид панели управления генератора слов. Генератор слов используется для посылки последовательностей битов в схемы.

Его левая часть содержит см. рис.2.3 16 рядов слов по 8 бит каждый. Когда генератор активирован слова одно за другим посылаются в схему.

Кроме этого устройство имеет выход внутреннего генератора временных импульсов используемого для синхронизации.

Управление генератором слов 1 Ввод слов. Для ввода последовательности битов в генератор слов, следует навести стрелку на нужный бит и нажать левую кнопку мыши, выбранный бит окажется в режиме выделения - можно вводить 1 или 0. Выбрав однажды точку для введения 0 или 1 вы сможете перемещаться по полю слов при помощи клавиш управления курсором. 2 Активация.

В верхней правой части панели управления генератора слов во второй строке находятся три кнопки панельки управления Step - после активации навести стрелку и нажать левую кнопку мыши в схему будет заслано выделенное в данный момент слово - Burst - активация этой панельки вызовет пересылку всех 16 слов друг за другом, причём старт будет произведён с выделенного слова - Cycle - посылка непрерывной последовательности слов останов CTRL T или нажать стрелкой виртуальный выключатель в верхнем правом углу над рабочим полем Electronics Workbench.

Значения битов каждого текущего слова индицируются в окошках внизу панели управления генератора слов. 3 Сохранение, загрузка и очистка последовательностей слов. Для очистки сохранения и загрузки последовательностей слов используются кнопки вверху справа в первом ряду панели управления генератора слов Save, Load и Clear соответственно.

После выбора Save или Load на экране появляется стандартное диалоговое окно Windows используемое для сохранения или загрузки.

Файлы последовательностей слов имеют расширение DP. 4 Временные импульсы.

Внутренний генератор временных импульсов имеет выход обозначенный на панели управления Clk. Каждый временной цикл содержит два уровня сначала идёт 1 затем 0. 5 Синхронизация обозн. на панели Trigger. Генератор слов может быть синхронизирован как изнутри своими временными импульсами так и снаружи, сигналами поступающими на вход внешней синхронизации вывод справа на панели управления. Если используется внешняя синхронизация, генератор слов пересылает каждое слово с приходом снаружи высокого или низкого, в зависимости от выбранного режима, сигнала - срабатывает по высокому уровню - срабатывает по низкому уровню. 6 Частота.

Частоту внутреннего временного генератора можно изменять в окошках под надписью Frequency.

Менять можно как порядок Mhz, Khz, Hz, так и цифры.

Цифровой логический анализатор.

Рис.2.4 Внешний вид панели управления цифрового логического анализатора.

Восьмиканальный логический анализатор отображает приходящие сигналы как прямоугольные импульсы развёртываемые по оси времени.

Он так же позволяет увидеть их двоичное и шестнадцатиричное представление. В левой части панели управления логического анализатора см.рис.2.4 расположен дисплей предназначенный для отображения состояния сигналов пришедших по 8-ми каналам входам. Пронумерованные входы расположенные непосредственно под дисплеем пересылают в горизонтальные ряды дисплея последовательности битов и показывают их текущее двоичное представление.

Hex - окошко справа от входов показывает шестнадцатиричное представление каждого текущего бита. Clear - кнопка предназначена для обнуления очистки дисплея логического анализатора.

Time base - контролирует временную развёртку последовательностей битов, устанавливает время в секундах.

Синхронизация - отображение битов на дисплее стартует с фронта импульса - отображение битов на дисплее стартует со спада импульса Burst - кнопка обеспечивает синхронизацию входящих сигналов по внутреннему генератору логического анализатора External - кнопка обеспечивает синхронизацию входящих сигналов по внешним синхроимпульсам, подаваемым на вход на правой стороне панели управления логического анализатора Pattern - после нажатия этой кнопки запуск логического анализатора происходит с приходом слова вводимого в окошке непосредственно под кнопкой Pattern, ввод слова побитно осуществляется побитно так же как ввод слов вручную в генератор слов см. Генератор слов 1 Ввод слов. .Кроме 1 и 0 можно вводить Х т.е. не 0 и не 1 этот бит не имеет значения, можно 0 можно 1 это всё равно. Логический цифровой конвертор.

Рис.2.5 Внешний вид панели управления логического цифрового конвертора. Логический конвертор является мощным компьютерным прибором способным проводить несколько трансформаций схемных представлений.

Вы можете использовать его для преобразования - схемы в таблицу истинности - таблицу истинности в выражение булевой логики - выражение булевой логики в схему или таблицу истинности с промежуточной минимизацией.

Управление логическим конвертором.

В правой части панели управления логического конвертора см.рис.2.5 расположены конверсионные кнопки, которые можно использовать для выполнения следующих операций 1 Конвертирование схемы в таблицу истинности.

Логический конвертор может создавать таблицу истинности для схемы с не более чем 8-ю входами и одним выходом. Для этого следует выполнить следующие действия - подсоединить схемные входы к выводам в верхней части панели управления логического конвертора следует использовать левые 8 выводов. Затем подсоединить схемный выход к правому выводу в верхней части панели управления - Чтобы получить таблицу истинности на дисплее панели управления, расположенном слева от кнопок, следует нажать стрелкой навести стрелку и нажать левую кнопку мыши виртуальную кнопку Далее можно редактировать или конвертировать таблицу истинности в другие формы используя остальные кнопки логического конвертора. см. также 2 Ввод таблицы истинности. 2 Ввод таблицы истинности.

Для создания таблицы истинности следует стрелкой и нажатием левой кнопки мыши выбрать желаемые вводы каналы логического конвертора от A до H, расположенные над дисплеем.

Затем в столбце OUT присвоить желаемым разрядам 1, 0 или X тем же способом, что и побитный ввод слов в генераторе слов. 3 Конвертирование таблицы истинности в выражение булевой логики. Чтобы конвертировать таблицу истинности, имеющуюся на дисплее логического конвертора, в выражение булевой логики следует нажать стрелкой на кнопку Булево выражение появится внизу в окошке под дисплеем и кнопками.

Его можно затем упростить см. 4 Упрощение булева выражения или конвертировать в схему см. 6 Конвертация булева выражения в схему . 4 Упрощение минимизация булева выражения. Конвертирование таблицы истинности в минимизированное булево выражение. Чтобы минимизировать имеющееся в окошке под дисплеем и кнопками булево выражение или перевести, расположенную на дисплее панели управления, таблицу истинности в минимизированное булево выражение следует нажать стрелкой кнопку Electronics Workbench использует метод Квайна-Мак Класки для минимизации булевых выражений.

Этот способ обеспечивает упрощение для систем с большим числом входов, чем может быть расчитано вручную с помощью карт Карно. Примечание Упрощение требует много памяти ОЗУ . Если ваш компьютер не имеет достаточно памяти, эта операция не будет вам доступна. 5 Конвертация булева выражения в таблицу истинности. Булево выражение можно напрямую ввести в окошко предназначенное для него. Т.е. с помощью мыши установить туда курсор и набрать выражение с клавиатуры доступны будут лишь те клавиши, которые имеют смысл в этом выражении, либо получить с помощью предыдущих операций.

Для конвертации булева выражения в таблицу истинности следует нажать стрелкой на кнопку Если вы хотите минимизировать булево выражение его следует сначала перевести в таблицу истинности. 6 Конвертация булева выражения в схему. Чтобы выполнить эту операцию при имеющемся в окошке панели управления булевом выражении следует нажать стрелкой на кнопку Схема реализованная на логических ключах появится на рабочем столе Electronics Workbench.

Компоненты будут в режиме выделения, поэтому их при необходимости можно будет легко перенести в другое место копированием Copy, вставкой Paste или вставкой в подсхему Subcircuit, см. соответствующие команды Copy, Paste и Subcircuit. Для построения схемы в этом случае будет использован базис И, ИЛИ, НЕ. Если же требуется построить схему в базисе только И-НЕ см.ниже. 7 Конвертация булева выражения в схему в базисе И-НЕ. Для выполнения этой операции при имеющемся в окошке булевом выражении следует нажать стрелкой кнопку 3.