СЛОЖНЫХ УСТОЙСТВ В КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМОТЕХНИКЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СЛОЖНЫХ УСТОЙСТВ В КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМОТЕХНИКЕ

Учебное пособие

Математическое моделирование как метод автоматизированного проектирования вычислительных устройств

Неавтоматизированный расчет по заранее известным формулам или расчет по аналитическим выражениям, выполняется с помощью формул, связывающих выходные… Основные недостатки данного метода проектирования БИС – высокая трудоемкость… Физическое моделирование представляет собой исследование объектов одной физической природы с помощью объектов, имеющих…

Использование логического моделирования в схемотехническом проектировании вычислительных устройств

При логическом моделировании могут решаться задачи проверки логики работы схем, анализ переходных процессов, определение надежности работы схем в… В логическом моделировании оперируют понятиями моделей элементов, которые… В логическом моделировании принято представление сигналов в виде логических нулей и единиц. При этом за один из…

Лабораторная работа №1

Знакомство с системой автоматизированного проектирования электронных устройств OrCAD

Создание первого проекта для моделирования цифровых и аналоговых схем

Система автоматизированного проектирования OrCAD является одной из наиболее популярной на сегодняшний день САПР электронных устройств высокого уровня, которая предназначена для выполнения логического и топологического проектирования цифровых, аналоговых и гибридных устройств высокой сложности.

Общие сведения о системе Orcad

Система OrCAD содержит следующие модули:

OrCAD Capture— графический редактор схем;

OrCAD Capture CIS(Component Information System) — графический редактор схем, дополненный средством ведения баз данных компонентов; при этом зарегистрированные пользователи получают через Интернет (с помощью службы 1СА, Internet Component Assistant) доступ к каталогу компонентов, содержащему более 200 тыс. наименований;

PSpice Schematics— графический редактор схем, заимствованный из пакета DesignLab;

OrCAD-PSpice A/D— программа моделирования аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств, данные в которую передаются как из PSpice Schematics, так и из OrCAD Capture;

OrCAD PSpice Optimizer— программа параметрической оптимизации;

OrCAD Layout— графический редактор печатных плат;

OrCAD Layout Plus– программа OrCAD Layout, дополненная бессеточным автотрассировщиком SmartRoute, использующим методы оптимизации нейронных сетей (используется также в системах Protel 99 SE и P-CAD 2000);

OrCAD Layout Engineer's Edition— программа просмотра печатных плат, созданных с помощью Layout или Layout Plus, средство общей расстановки компонентов на плате и прокладки наиболее критических цепей, выполняемых инженером-схемотехником перед выдачей задания на проектирование печатной платы конструктору;

OrCAD GerbTool— программа создания и доработки управляющих файлов для фотоплоттеров (разработка фирмы WISE Software Solutions специально для OrCAD, аналог программы САМ350);

 

Процесс проектирования устройства при помощи САПР Orcad можно представить в виде следующей структуры:

 

На следующем рисунке изображен экран программы OrCAD Capture. В его верхней части расположено меню команд и ниже — панель инструментов. В правой части рисунка изображен редактор схем, для которого активирована дополнительная панель инструментов.

 

 

Рис.1. Экран программы OrCAD Capture

Панель инструментов

  Рис.2. Состав пиктограмм панели инструментов

Менеджер проектов

Файловая структура проекта содержит ряд разделов: Design Resource — описание проекта (файл проекта *.dsn, отдельные страницы… Outputs — результаты проектирования;

Панель инструментов для рисования схемы

Рис. 3. Состав пиктограмм панели инструментов для редактирования схемы…  

Панель инструментов для моделирования схемы

Рис. 4. Состав пиктограмм панели инструментов для моделирования схемы… Таблица 3

Создание проекта

Порядок действий при создании проекта

· Указать имя проекта [Name] · Указать расположение проекта [Location] · Выбрать тип проекта.

Создание принципиальной схемы проекта

Структура принципиальной схемы проекта

Электрические цепи, расположенные на разных страницах многостраничной схемы, соединяются друг с другом с помощью так называемых межстраничных… На схемах иерархических проектов размещаются специальные символы, называемые…  

Размещение символов компонентов и электрических цепей

Размещение символов компонентов

Библиотеки программы Capture содержат в себе символы компонентов, источников питания и «земли». Они размещаются на схеме по команде Place>Part, активизируемой также нажатием на пиктограмму меню инструментов (рис. 6).

Рис. 6. Диалоговое окно команды размещения компонента

Основные функциональные кнопки

· Add Library. Открытие диалогового окна для добавления библиотек в список Libraries.

· Remove Library. Удаление выбранной библиотеки из списка.

· Part Search.Поиск конкретного компонента в библиотеках из списка Libraries.

Порядок действий при размещении элемента

· Выбор имени компонента · Выбор изображения логических компонентов (раздел Graphic) o Обычное (Normal)

Размещение символов «земли» и источников питания.

  Рис. 9. Диалоговое окно размещения символа «земли»

Размещение символов отсутствия соединений.

Размещение электрических цепей.

Если цепи начинаются или заканчиваются в любой точке сегмента другого проводника или на выводе компонента, между ними устанавливается электри­ческое… Если при размещении компонентов на схеме один или несколько выводов… При размещении цепей им автоматически присваиваются системные имена, например N01049, которые невозможно изменить.…

Подготовка к моделированию

Рис. 11 Ввод имени профайла После ввода имени нового задания на моделирование или после выполнения команды PSpice>Edit Simulation Profile…

Временные диаграммы функционирование базовых логических элементов

  Название элемента Графическое изображение Номер…  

Порядок выполнения работы

Проектирование цифрового устройства

o Ввести имя нового проекта o Ok o Выбрать создание пустого проекта

Проектирование аналогового устройства

o Ввести имя нового проекта o Ok o Выбрать создание пустого проекта

Лабораторная работа № 2

Использование шин и программно реализуемых источников цифрового сигнала в системе OrCAD

Программно реализуемые источники входного сигнала в системе OrCAD

Разновидности программно реализуемых источников цифрового сигнала: Ø STIM1— задание входного сигнала для отдельного проводника; Ø STIM4 —задание входного сигнала для 4-х разрядной шины;

Способ №1

COMMAND1

0us 0

COMMAND2

5us 1

COMMAND3

20us 0

COMMAND4

25us 1

 

 

Способ №2

COMMAND1

Label L1: 0us 0

COMMAND2

10us 1

COMMAND3

20us GOTO L1 2 Times

 

 

Способ №3

COMMAND1

Label L1: 0us 0

COMMAND2

10us 1

COMMAND3

20us GOTO L1 –1 Times

 

 

Примеры использования различных команд источника STM4:

{Примечание: на временных диаграммах сигналы шин индицируются в 16-ричном формате}

Способ №1

COMMAND1

0us 0000

COMMAND2

5us 1010

COMMAND3

20us 0011

COMMAND4

25us 1110

 

 

Способ №2

COMMAND1

Label L1: 0us 0001

COMMAND2

10us 0110

COMMAND3

20us GOTO L1 2 Times

 

 

Способ №3

COMMAND1

Label L1: 0us 1010

COMMAND2

10us 1111

COMMAND3

20us GOTO L1 –1 Times

 

Использование шин в системе OrCAD

Ввод шины на схему устройства: Ø Выбрать Ø Нарисовать шину

Порядок выполнения работы

1. Согласно индивидуальному заданию, выполнить проектирование устройства, выполняющего функцию , где — 4-х разрядные двоичные числа, используя шины в качестве средств связи между логическими элементами.

2. Выполнить моделирование спроектированного устройства и убедиться в правильности его функционирования.

 

 

Индивидуальные задания

 

№	Описание функции	Способ задания входных значений
A	B	C	D
					*
					*
					*
					*
					*
					*
		*
		*
		*
		*
		*
		*
					*
					*
					*
					*
					*
					*
		*
		*

 

Пример выполнения работы

Пусть задана функция . Структурная схема, выполняющего данную функцию, приведена на следующем рисунке:

 

 

Результаты моделирования спроектированного устройства:

 

 

Согласно индивидуальному заданию, , как видно из временных диаграмм, при и , C, согласно таблице истинности функции «И», примет значение ; при и , .

Аналогично, . На первом наборе, согласно таблице истинности функции «ИЛИ», , на втором наборе — .

Функция эквивалентна , поэтому можно убедиться, что на наборе и , согласно таблице истинности функции «Исключающее ИЛИ», , а на наборе и ,

Таким образом, можно сделать вывод о правильности функционирования спроектированного устройства.

 

Лабораторная работа № 3

Использование иерархических структур при проектировании сложных устройств в системе OrCAD

Иерархические блоки

Иерархический блок размещается на схеме по команде Place>Hierarchical Blockили нажатием на кнопку панели инструментов. На следующем рисунке…  

Порядок выполнения работы

1. Создать проект моделирования устройств; 2. Выполнить проектирование и моделирование устройства первого иерархического… 3. Выполнить анализ работы устройства;

Пример выполнения работы

Индивидуальное задание: Выполнить проектирование 4-х разрядного счетчика на D-триггерах.

Ø Часть I

п1. Создать новый проект;

п2. Выполнить проектирование D-триггера, согласно индивидуальному заданию.

Схема D-триггера при его проектировании в системе OrCAD приведена на следующем рисунке:

 

 

Схема JK-триггера

 

 

 

Временные диаграммы функционирования D-триггера:

 

п4. Создать новый проект моделирования;

п5. Создать в проекте новый раздел «Schematic»

a. В окне «Analog or Mixed A/D» вызвать контекстное меню дизайна

 

 

b. Выбрать «New Schematic»

c. Ввести имя профиля «Schematic2»

п6. Создать новую страницу полученного профиля

a. В окне «Analog or Mixed A/D» вызвать контекстное меню профиля

 

b. Выбрать «New Page»

п7. Результат выполнения данного пункта приведен на следующем рисунке:

 

ØЧасть II

п1. Открыть последний сохраненный проект.

п2. Схема D-триггера находится в профиле «Schematic2». Метка «Корень» установлена для профиля «Schematic1»

п3. Ввод иерархических блоков

a. Выбрать

b. Ввести ссылку (D1)

c. Выбрать тип реализации «Схемы»

d. Ввести имя реализации «Schematic2»

e. Нарисовать контур блока

f. Скопировать иерархический блок в буфер обмена

g. Вставить из буфера обмена новый иерархический блок (имя ссылки изменится автоматически)

 

 

п4. Проектирование счетчика, согласно индивидуальному заданию

Временные диаграммы функционирования иерархического счетчика: