4. Лабораторное задание и методические указания по его выполнению
В редакторе схем создать принципиальную схему разрабатываемого электронного устройства согласно техническому заданию выданному преподавателем. При создании схемы необходимо назначить входные и выходные сигналы для дальнейшего моделирования и оптимизации параметров устройства. В процессе проектирования схемы требуется также учитывать логико-временную структуру переключательных узлов с помощью построения временных диаграмм сигналов.
5. Указания по оформлению отчета и контрольные вопросы
5.1. Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- наименование;
- цель работы;
- используемое оборудование;
- теоретическую часть;
- описание последовательности действий при выполнении задания;
- распечатку отчета в соответствии с заданием.
- выводы по проделанной работе.
5.2. Контрольные вопросы к лабораторной работе
Какие действия используются для установки и соединения порта?
Для чего необходимо назначение портов?
Какие шаги необходимо выполнить для ввода схемы?
Опишите влияние дестабилизирующих факторов на быстродействие цифровых микросхем.
Каковы цели проектирования при разработке синхронизации?
Лабораторная работа 3 моделирование работы схемы
1. Общее описание работы
Цель работы: моделирование цифровых схем в САПР CADENCE
1.2. Содержание работы
Лабораторная работа состоит из домашнего и лабораторного заданий. Домашнее задание заключается в самостоятельном изучении задач связанных с моделированием электронных схем. Лабораторное задание включает в себя практическое выполнение всех его пунктов.
1.3. Используемое оборудование
Для выполнения лабораторной работы используются программно-аппаратные средства: ПЭВМ класса Pentium стандартной конфигурации, цветной монитор с графическим адаптером SVGA и выше, объем оперативной памяти не ниже 1024 Мб, принтер, ОС Windows XP и выше.
Домашнее задание и методические указания по его выполнению
По методическому руководству с теоретической частью лабораторной работы.
3. Теоретическая часть
Для моделирования работы схемы используется программа Orcad Capture CIS, в которой производится первоначальный ввод схемы.
Вид окна при создании нового проекта приведен ниже.
Рис.1. Вид окна при создании нового проекта
Первый тип проектов называется Analog or Mixed A/D. В нем используются интегрированные в OrCAD библиотеки PSpice.
Второй тип проектов называется PC Board Wizard. Данный тип проекта надо выбрать, если требуется вести разработку на микросхемах малой и средней степени интеграции и впоследствии моделировать его. В этом режиме у нас есть альтернатива: проекты PCB PSpice или PCB Simulate.
Проекты PCB PSpice создаются, если на диалоговой панели PCB Project Wizard вы установите флажок Enable project simulation и выберете верхнюю строчку: Add analog or mixed signal simulation resources. Этот проект будет моделироваться программой OrCAD PSpice A/D.
Рис.2. Окно создания проекта PCB PSpice
Проекты PCB Simulate создаются в том случае, если вы при установленном флажке выбрали нижнюю строчку: Add VHDL-based digital simulation resources (рис. 3). Такой проект обрабатывается «родным» моделятором OrCAD Simulate.
Третий тип проекта — Programmable Logic Wizard— позволяет синтезировать и моделировать несложные устройства программируемой логики. Это делается с помощью программ OrCAD Capture и OrCAD Simulate. Более сложные проекты выполняются с привлечением специализированных программных средств фирм, производящих ПЛИС.
Четвертый тип проекта используется только для создания и документирования принципиальных схем. Моделирование в нем невозможно.
Создание проекта PCB PSpice
Создаем новый проект (команда File/New/Project…. )
- Вводим его имя, например, dc24 (дешифратор 2>4).
- Указываем его место на диске. Если названной папки не существует, она будет создана автоматически.
- Задаем тип проекта, в нашем случае надо выбрать опцию: PC Board Wizard — моделирование и трассировка печатных плат для стандартной логики нижнего и среднего уровней интеграции.
На панели PCB Project Wizard устанавливаем флажок Enable Project Simulation и выбираем верхнюю кнопку: Add analog or mixed-signal simulation resources. для моделирования с помощью SPICE-моделей и моделятора PSpice A/D.
Добавляем к списку используемых в проекте библиотек - 7400.olb. В ней находятся необходимые нам цифровые элементы, и, в частности, нужные нам компоненты 7404 и 7408 с логическими функциями НЕ и 2И соответственно.
Рис.3. Добавление библиотек
Делаем активным окно SCHEMATIC1:PAGE1, используемое для рисования схемы, которая в нашем примере содержит шесть элементов — два инвертора 7404 и четыре вентиля 7408.
- Размещаем элементы (команда Place/Part…).
- Соединяем их проводниками (команда Place/Wire).
- Задаем проводникам пользовательские имена (команда Place/Net Alias…).
- Устанавливаем маркеры в точках, которые хотим наблюдать на экране при выводе результатов (команда PSpice/Markers/Voltage Level).
Рис. 4. Окно используемое для рисования схемы
- Вводим генераторы внешних воздействий для входных сигналов s1 и s2 как элементы двухразрядной шины - один двухразрядный стимул DigStim2 (команда Place/Part, библиотека SOURCSTM). Задаем имя временной диаграммы, например, Implementation = S_bus1. Командой Place/Bus рисуем шину и присваиваем ей имя S[1..0].
Рис. 5. Установка свойств
Подключаем к ней выход генератора стимулов DigStim2 и проводники s1 и s2 Важно помнить, что шина должна называться так же, как и имена входящих в нее цепей.
Рис. 6. Подключение шины
В редакторе внешних воздействий Stimulus Editor вы можете определить несколько вариантов описания сигнала, подаваемого на шину s[1..0], например, S_bus1 и S_bus2, и моделировать одну и ту же схему на разных наборах входных сигналов. Для этого достаточно сменить лишь значение атрибута Implementation с S_bus1 на S_bus2.
- Задаем временные диаграммы для шинного сигнала S_bus1. С этой целью выделяем генератор DSTM1 и командой Edit/PSpice Stimulus вызываем графический редактор входных сигналов Stimulus Editor.
Рис. 7. Задание временных диаграмм
Создаем профайл моделирования, например, test dc.sim, в который заносим параметры моделирования своего проекта (команда PSpice/New Simulation Profile).
Рис. 8. Назначение профайла моделирования
На вкладке Analysis (активной по умолчанию) устанавливаем желаемый вид анализа — Time Domain (Transient) и общее время моделирования, например, Run to time = 1000 ns, а на вкладке Options— способ моделирования Gate-level Simulation и режим задержек, например, Typical.
Рис. 9. Установка вида анализа
Рис.10. Установка параметров анализа
Можно создать несколько профайлов моделирования, например, test_dc1.sim и test_dc2.sim, и моделировать схему при разных задержках. Для выбора конкретного варианта необходимо сделать соответствующий профайл активным выделив его и щелчком правой кнопкой мыши вызвать всплывающее меню и выбрать команду Make Active. Активный профайл будет помечен символом «!».
Командой PSpice/Run запускаем свой проект на моделирование. Через некоторое время на экране монитора появляется рабочая панель моделятора OrCAD PSpice A/D с результатами моделирования.
Рис. 11. Установка активного профайла
4. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ
И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ
Создать схему цифрового устройства по заданию, выданному преподавателем. Назначить входные сигналы с помощью генератора внешних воздействий. Отладить и промоделировать работу схемы, определив ее работоспособность в заданном диапазоне временных задержек.
5. УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА
И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ