ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Кафедра «Радиотехника»

А.Н. Копысов

Е.М.Зайцева

ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Методические указания по выполнению лабораторных работ с использованием пакета Micro-Cap для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 210400.62, специальности 210601.65 «Радиотехника»

Ижевск, 2012

УДК

Рецензент кандидат технических наук, доцент кафедры «Сети связи и телекоммуникационные системы» ИжГТУ А.Е.Кайсин

Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств: Методические указания по выполнению лабораторных работ c использованием пакета Micro-Cap для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 210.400.62, специальности 210601.65 «Радиотехника».

Методические указания могут быть использованы в учебном процессе, а также для организации самостоятельной работы студентов направления подготовки «Приборостроение», а также в системе непрерывного профессионального образования.

Методические указания предназначены для обучения студентов схемотехническому моделированию с помощью

пакета Micro- Cap

©Е.М.Зайцева, 2012

ВВЕДЕНИЕ

Изучение схемотехнического моделирования электронных устройств рекомендуется начинать с освоения одной из программ семейства Micro - Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program) фирмы Spectrum Software (http://www.spectrum-soft.com).

Первый вариант Micro-Cap Circuit Designer and Simulator фирма Spectrum Software выпустила в 1981г. Он быстро завоевал популярность, так как не предъявлял высоких требований к техническим характеристикам компьютеров. Впервые был реализован текстовый редактор описания простых линейных цепей и программа их моделирования. За период с 1982 по 1999 год фирма разработала 6 версий программного комплекса Micro-Cap, которые позволили разработчикам радиоэлектронной аппаратуры выполнять моделирование аналоговых, цифровых и аналого-цифровых электронных устройств, производить построение графиков. Система позволяла производить анализ нелинейных схем по постоянному току, анализ переходных процессов, многовариантный анализ при вариации параметров, статистический анализ по методу Монте-Карло, был введен также режим анимации при анализе цифровых устройств.

В сентябре 2001г. Spectrum Software закончила работу над созданием программу схемотехнического моделирования электронных цепей Micro-Cap 7.

Приведем некоторые особенности данной версии пакета:

· введена параметрическая оптимизация во всех основных видах анализа;

· исправлен ряд ошибок, имевшихся в версии 6, в частности, исправлена основная модель операционного усилителя LEVEL 3, исправлены ошибки синтеза фильтров и др.;

· введены S-параметры линейных 4-полюсников и круговые диаграммы (диаграммы Смита) для моделирования высокочастотных устройств;

· в файл схем включена вся информация, необходимая для переноса моделируемого проекта на другой персональный компьютер;

· обеспечено размещение файлов схем и библиотек математических моделей компонентов в разные каталоги;

· введен редактор воздействий Stimulus Editor;

· усовершенствован редактор компонентов Component Editor;

· в схемотехническом редакторе введен откат назад и вперед на один или несколько шагов;

· предусмотрено составление списков соединений схемы в форматах программ Cadence OrCAD, PADS, Protel, P-CAD и других для разработки печатных плат;

· имеется встроенная помощь и возможность задания функциональных зависимостей параметров схемы (как функций времени, токов ветвей и узловых потенциалов);

· обеспечена возможность поведенческого моделирования аналоговых и цифровых компонентов, возможность описания цифровых компонентов с помощью логических выражений;

· макромодели компонентов могут быть представлены в виде принципиальных электрических схем или в текстовом виде;

· графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сервисные возможности обработки графиков;

· имеется специальная программа MODEL для расчета параметров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным;

· имеется электронная документация и контекстно-ориентированные средства помощи.

В июле 2004 года выпущена версия пакета Micro - Cap 8, а в январе 2007 года программа Micro - Cap 9.

В программе Micro - Cap

Цель работы:

знакомство с программным комплексом для моделирования радиоэлектронных схем Micro Cap;
освоение методики измерения параметров биполярных транзисторов.

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Схема устройства и графики;

3. Результаты измерения.

4. Выводы.

Содержание отчета

5. Цель работы;

6. Схема устройства, окно задания параметров моделирования.

7. Результаты моделирования.

8. Вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.2. Исследование

характеристик генератора с мостом Вина

Цель работы: Изучение принципов построения генераторов. Исследование процессов в RC-генераторе с мостом Вина.

Задание к лабораторной работе

1. Произвести расчет параметров схемы RC-генератора с мостом Вина для частоты генерации заданной преподавателем. Создать схему генератора. Пример построения схемы приведен на рис. 19.

Рис. 19. Схема генератора с мостом Вина.

2. В режиме анализа переходных процессов (Transient analysis) исследовать процесс самовозбуждения генератора при различных значениях коэффициента усиления и провести спектральный анализ выходного напряжения. Примеры результатов моделирования приведены на рис.20 и рис.21.

Рис. 20. Установки анализа переходных процессов.

Рис. 21. Результат частотного анализа.

3. Исследовав влияние коэффициента усиления на форму и гармонический состав колебаний, сделать соответствующие выводы.

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Схема устройства и графики;

3. Окно задания параметров моделирования;

4. Результаты измерения амплитуды первой гармоники выходного напряжения при различных значениях коэффициентов усиления;

5. График зависимости амплитуды первой гармоники выходного напряжения при различных значениях коэффициентов усиления;

6. Вывод.

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Схема электрическая моделируемого устройства, окно настройки параметров генератора, окно настройки параметров моделирования, результаты моделирования в виде графиков.

3. Таблица истинности.

4. Выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.2

«Исследование асинхронных двоичных счетчиков»

Цель работы: Изучение принципов построения и функционирования двоичных счетчиков; исследование быстродействия счетчиков с последовательным и параллельным переносами.

Задание к лабораторной работе

а) исследование счетчика с последовательным переносом

В среде системы схемотехнического моделирования МС9 создать на базе интегральных схем (ИС) триггеров схему 4-разрядного асинхронного счетчика с последовательным переносом. Типы триггеров задаются преподавателем.

Рис. 24. Схема счетчика с последовательным переносом

Чтобы выбрать генератор, дайте команду: Компоненты-Digital Primitives-Stimulus Generators-Stim1

Сигналы генераторов задаются в окне задания параметров команды Source: Local text area (далее расположение на компьютере):

+ +A₁S B₁ //начальный сигнал

+ label=BYNS //задание метки

+ +A₂S B₂

+ +A₃S B₃

+ +A₄S goto end C times //возврат к метке

A₁,A₂,A₃ ,A₄– продолжительность сигнала (S - секунды, NS – наносекунды и т. п.);

B₁, B₂, B₃– величина сигнала;

BYNS – произвольная метка.

С – количество повторений цикла.

Параметры генератора:

.define _1MHzClk

+0ns 0

+label=start

+200n 1

+250n 0

+450n goto start -1 times

.define B

+0NS 0

+50NS 0

+100NS 1

2. Выполнить моделирование схемы в режиме Analysis/ Transient analysis. В окне «Transient analysis limits» задать выводимые временные диаграммы и пределы изменения величин по амплитуде сигналов и времени. Для запуска расчета нажать RUN (Запустить).

На рис.25 в качестве примера приведен результат моделирования для вышеприведенной схемы.

3. По временным диаграммам определить время установления счетчика t_уст. Для этого выделить фрагмент диаграммы, и увеличить его. Данный фрагмент показан на рис. 25. На данном рисунке хорошо видно накопление задержки при прохождении сигнала в счетчике от младшего разряда к старшему. Для определения t_уст воспользуйтесь режимом курсорных измерений.

Рис. 25 Временные диаграммы работы счетчика

с последовательным переносом

б) исследование счетчика с параллельным переносом.

На базе серии микросхем, указанной преподавателем, создать схему 4-разрядного асинхронного счетчика с параллельным переносом.

На рис. 26 приведен пример построения счетчика с использованием ИС JK-триггеров типа K155TV1.

Рис. 26. Счетчик с параллельным переносом

Параметры генератора:

для U1
.define _1MHzClk
+0ns 0
+label=start
+200n 1
+250n 0
+450n goto start -1 times

для U2
.define B
+0NS 0
+50NS 0
+100NS 1

Далее выполнить п.п.2 и 3 аналогично первому заданию.

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Схемы, окно установки параметров генератора и временные диаграммы;

3. Результаты измерения времени установления счетчиков;

4. Выводы по проделанной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.3

“Исследование двоично-десятичных счетчиков”

Цель работы: Изучение принципов построения и функционирования двоично-десятичных счетчиков.

Лабораторная работа предназначена для изучения способов построения счетчиков с произвольным модулем счета на примере реализации двоично-десятичных счетчиков.

Данная лабораторная работа предназначена для организации самостоятельной работы студентов. Параметры генераторов и установки анализа переходных процессов выбрать самостоятельно.

Задание к лабораторной работе

а) Двоично-десятичный счетчик на базе ИС K155ИE4

В данном задании исследуется способ построения двоично-десятичного счетчика с принудительным сбросом.

1. Создать схему двоично-десятичного счетчика на базе ИС K155ИE4. Пример построения счетчика показан на рис. 31.

2. Выполнить моделирование работы счетчика и построить временные диаграммы. Пример построения диаграмм показан на рис. 27.

3. Убедиться в правильности функционирования счетчика. В случае неправильной работы откорректировать схему.

Рис. 27. Двоично-десятичный счетчик. Результаты моделирования.

б) Исследование двоично-десятичного реверсивного счетчика.

В данном задании исследуется способ построения реверсивного двоично-десятичного счетчика с принудительным насчетом. Для построения счетчика используется ИС двоичного реверсивного счетчика K155IE7, имеющего входы предустановки.

1. Создать схему двоично-десятичного реверсивного счетчика на основе ИС K155IE7. Пример построения схемы показан на рис. 32.

2. Выполнить моделирование работы счетчика и построить временные диаграммы. Пример построения диаграмм показан на рис. 28.

3. Убедиться в правильности функционирования счетчика. В случае неправильной работы откорректировать схему.

Рис. 28. Схема двоично-десятичного реверсивного счетчика.

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Схема устройства и графики;

3. Анализ результатов;

4. Выводы.

Контрольные вопросы к части 3

лабораторного практикума:

Задание и использование ключей при моделировании в программе Micro-CAP.
Типы и параметры генераторов, используемых для цифровых устройств.
Библиотеки цифровых генераторов. Задание и использование параметров цифровых генераторов.
Просмотр и обработка результатов моделирования. Использование режима Probe.
Особенности выполнения анализа цифровых устройств(создание схемы, ввод ключей, выбор генератора)
Анализ работы цифровых устройств с помощью таблицы истинности и графиков.
Принцип работы счетчика К155ИЕ4
Задание и использование параметров цифровых генераторов.
Основные принципы выполнения различных видов анализа в программе Micro-CAP.

а) Transient (Alt+1) — расчет переходных процессов;

б) AC (Alt+2) — расчет частотных характеристик;

в) DC (Alt+3) — расчет передаточных функций по постоянному току (при вариации постоянной составляющей одного или двух источников сигналов, вариации температуры или параметров моделей компонентов);

г)Dynamic DC (Alt+4) — расчет режима по постоянному току и динамическое отображение на схеме узловых потенциалов, токов ветвей и рассеиваемой мощности;

д)Transfer Function (Alt+5) — расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току;

е)Sensitivity (Alt+6) — расчет чувствительностей режима по постоянному току.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Разевиг В. Д. Схемотехническое моделирование с помощью MICRO-CAP 7. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 368с.

2. Кардашев Г.А. Цифровая электроника нам персональном компьютере. Electronics Work bench и Micro-Cap. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 311с.

3. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP V. – М.: СОЛОН, 1997. – 373с.

4. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника / Под общ. ред. А.А.Краснопрошиной. К.: Выща шк., 1989. – Ч.1. – 432 с.

5. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высш.

шк., 1991.–622 с.

6. http://www.spectrum-soft.com

дополнить

СОДЕРЖАНИЕ

		ВВЕДЕНИЕ	3
Часть 1		Изучение интерфейса и возможностей программы Micro - Cap . Теоретические сведения	8
1.1.		Интерфейс программы Micro-Cap	8
1.2.		Основные возможности программы Micro-Cap	16
	1.2.1.	Расчет передаточных функций по постоянному току (DC)	19
	1.2.2.	Расчет режима по постоянному току (Dynamic DC —Alt+4)	25
	1.2.3.	Анализ по переменному току на малом сигнале (AC — Alt+2)	25
	1.2.4.	Меню режимов расчета частотных характеристик АС	34
	1.2.5.	Анализ переходных процессов (TRANSIENT — Alt+1)	37
Часть 2.1		ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ СХЕМ В ПРОГРАММЕ Micro - Cap	46
		ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.1 «Измерение параметров биполярных транзисторов»	46
		ЛАБОРАТОРАЯ РАБОТА №1.2 «Исследование пeредаточных характеристик двойного Т-образного моста»	49
Часть2.2		Исследование характеристик аналоговых устройств	56
		ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.1 «Исследование основных схем включения операционных усилителей»	56
		ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.2 «Исследование характеристик генератора с мостом Вина»	60
Часть 3		МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ	64
		ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.1 «Синтез комбинационных узлов с использованием базовых логических элементов»	67
		ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.2 «Исследование асинхронных двоичных счетчиков»	71
		ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.3 «Исследование двоично-десятичных счетчиков»	78
		СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	85

Учебно-методическое издание

Копысов Андрей Николаевич

Зайцева Елена Михайловна

Кафедра «Радиотехника»

А.Н. Копысов

Е.М.Зайцева

ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Ижевск, 2012

УДК

Методические указания предназначены для обучения студентов схемотехническому моделированию с помощью

пакета Micro- Cap

ВВЕДЕНИЕ

Приведем некоторые особенности данной версии пакета:

· введена параметрическая оптимизация во всех основных видах анализа;

· обеспечено размещение файлов схем и библиотек математических моделей компонентов в разные каталоги;

· введен редактор воздействий Stimulus Editor;

· усовершенствован редактор компонентов Component Editor;

· в схемотехническом редакторе введен откат назад и вперед на один или несколько шагов;

· имеется электронная документация и контекстно-ориентированные средства помощи.

В июле 2004 года выпущена версия пакета Micro - Cap 8, а в январе 2007 года программа Micro - Cap 9.

Дата: 2019-04-23, просмотров: 280.

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒