Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ в радиотехнике

Размещено на http://www.allbest.ru/

51

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

Волжская государственная академия водного транспорта

Курсовой проект

Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ в радиотехнике

Выполнил:

студент гр.Р-213

Морозов А.В.

Проверил:

доц. Лебедева С.В.

Нижний Новгород

2014 г



Содержание

Задание на проект

Введение

Глава 1. Исследование электрических параметров простейшей резистивной цепи

1.1 Теоретический расчет простейшей электрической цепи

1.2 Моделирование процесса работы схемы в программном пакете Multisim

1.3 Сравнительный анализ результатов теоретического расчета и компьютерного моделирования

1.4 Выводы по главе

Глава 2. Исследование параметров напряжения в схемах с дискретными полупроводниковыми элементами в программном пакете Multisim

2.1 Исследование параметров напряжений в схеме

2.2 Выводы по результатам моделирования

2.3 Вывод по работе схемы

Глава 3. Исследование схемы с усилительным элементом. Снятие амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик

3.1 Исследование параметров напряжений в схеме с помощью осциллографа

3.2 Снятие амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик с помощью плоттера Боде

3.3 Снятие амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик с помощью встроенного анализатора

3.4 Вывод по работе схемы

Глава 4. Анализ работы электрических RC-цепей в программном пакете Multisim

4.1 Исследование параметров напряжений на входе и выходе цепи

4.2 Выводы по результатам моделирования

4.3 Вывод по работе схемы. 32

Глава 5. Исследовательская часть

5.1 Описание функциональных возможностей пакета прикладных программ OrCAD в радиоэлектронике

5.1.1 Общие сведения

5.1.2 Создание проекта

5.1.3 Создание принципиальной схемы проекта

5.1.4 Размещение символов компонентов и электрических цепей

5.1.5 Моделирование

5.1.6 Создание компонентов

Заключение

Список используемой литературы



Задание на проект

Задание 1. Провести исследование электрических параметров простейшей резистивной цепи.

Задание 2. Провести исследование параметров напряжения в схемах с дискретными полупроводниковыми элементами в программном пакете Multisim.

Задание 3. Провести исследование параметров напряжения в схемах с усилительным элементом в программном пакете Multisim.

Задание 4. Провести анализ работы электрических RLC-цепей в программном пакете Multisim.

Задание 5. Описать функциональные возможности современных пакетов прикладных программ в радиоэлектронике.

Задание 6. Заключение. В заключении привести обзор результатов по всей работе, перечислив приобретенные знания и умения. общие выводы по характеристикам исследованных цепей.

резистивный электрический напряжение прикладной



Введение

Для исследования электрических цепей в цифровых пакетах программ необходимо правильно понимать принципы работы всех элементов этих цепей.

Элементы электрической цепи можно разделить на элементы, генерирующие энергию (источники питания, активные элементы), элементы, преобразующие электромагнитную энергию в другие формы энергии (резистивные элементы). Свойства первых двух групп элементов можно описывать зависимостями тока через них от напряжения(вольтамперными характеристиками). Исследовать их свойства можно применяя сигналы, не изменяющиеся во времени. Токи и напряжения в реактивных элементах связаны интегро-дифференциальными зависимостями, и для исследования их свойств необходимо генерировать изменяющиеся во времени сигналы.

Резистивными называются электрические цепи, в схему замещения которых входят только элементы активного сопротивления и источники. Чаще всего это цепи, составленные из резисторов. Основной особенностью резистивных цепей является отсутствие накопителей энергии - индуктивностей и емкостей. Поэтому в специальной литературе такие цепи часто называют цепями "без памяти".

Анализ резистивных цепей представляет собою простую задачу, так как колебания в резистивных цепях описываются линейными алгебраическими уравнениями. Полученные при рассмотрении резистивных цепей методы анализа колебаний и основные теоремы теории цепей в дальнейших темах будут распространены на цепи общего вида. В этом прежде всего ценность результатов анализа колебаний в резистивных цепях.

Расчет токов и напряжений на участках таких цепей производится на основании правил расчета параллельно или последовательно соединенных резисторов, а также закона Ома для участка цепи и законов Кирхгоффа.

Полупроводниковые приборы подразделяются по своей структуре на дискретные и интегральные. К дискретным полупроводниковым приборам относятся диоды, транзисторы, фотоэлементы, а также полупроводниковые приборы, управляемые внешними факторами, -- фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, терморезисторы, варисторы, варикапы, которые используются в качестве датчиков физических параметров. К интегральным приборам относятся интегральные микросхемы и микропроцессоры.

Выпрямительные диоды представляют собой полупроводниковые приборы, состоящие из двух слоев полупроводникового материала с электропроводностью типа n и p. Граница между этими слоями обладает способностью пропускать электрический ток только в одном направлении. Такие диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала. Усиление происходит с помощью активных элементов за счет потребления энергии от источника питания. Активными элементами в усилителях чаще всего являются транзисторы; такие усилители принято называть полупроводниковыми, или транзисторными. В любом усилителе входной сигнал управляет передачей энергии источника питания в нагрузку.

Усилитель характеризуется коэффициентом усиления, который численно равен отношению номинала резистора обратной связи к номиналу входного резистора.

RC-цепь -- электрическая цепь, состоящая из конденсатора и резистора. Переходный процесс, протекающий в RC - цепи при включении её к источнику напряжения E описывается неоднородным обыкновенным дифференциальным уравнением первого порядка, составленным по второму закону Кирхгофа.

Под переходным процессом или режимом в электрических цепях понимается процесс перехода цепи из одного установившегося состояния в другое. Переходные процессы возникают при любых изменениях режима электрической цепи: при подключении и отключении цепи, при изменении нагрузки, при возникновении аварийных режимов (короткое замыкание, обрыв провода и т.д.). Переходные процессы обычно быстро протекающие: длительность их составляет десятые, сотые, а иногда и миллиардные доли секунды. Сравнительно редко длительность переходных процессов достигает секунд и десятков секунд.

Переходные режимы в электрических цепях с конденсатором всегда связаны со способностью конденсатора накапливать и отдавать электрический заряд.



Глава 1. Исследование электрических параметров простейшей резистивной цепи

1.1 Теоретический расчет простейшей электрической цепи

Для исследования электрических параметров простейшей резистивной электрической цепи в цифровом пакете Multisim была смоделирована схема, представленная на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема для расчета и исследования резистивной цепи.

Теоретический расчет параметров этой цепи проводится в соответствии с законами Ома и Кирхгоффа. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1

		Результаты расчетов
R1=12Ом	UR1,В	6,2
	IR1,А	0,52
R2=18Ом	UR2,В	5,82
	IR2,А	0,32
R3=19Ом	UR3,В	3,8
	IR3,А	0,2
R4=23Ом	UR4,В	2,14
	IR4,А	0,093
R5=11Ом	UR5,В	1,177
	IR5,А	0,107
R6=9Ом	UR6,В	0,963
	IR6,А	0,107

1.2 Моделирование процесса работы схемы в программном пакете Multisim

Сила тока на каждом элементе цепи определена моделированием в Multisim с помощью амперметров. Результаты моделирования приведены на рисунке 2 и рисунке 3 и занесены в таблицу 2.

Рисунок 2. Измерение тока на резисторах R2, R4, R5 и R6 с помощью амперметров

Рисунок 3. Измерение тока на резисторах R1 и R3 с помощью амперметров

Напряжение на каждом элементе цепи определено моделированием в Multisim с помощью вольтметров. Результаты моделирования приведены на рисунке 4 и рисунке 5 и занесены в таблицу 2.

Рисунок 4. Измерение напряжения на резисторах R2, R4 и R6 с помощью вольтметров

Рисунок 5. измерение напряжения на резисторах R1, R3 и R5 с помощью вольтметров

Сила тока на каждом участке схемы, величина и полярность напряжения на каждом элементе определены с помощью с помощью динамических пробников. Результаты моделирования приведены на рисунке 6 и занесены в таблицу 2.



Рисунок 6. Измерение параметров электрической цепи с помощью динамических пробников.

Сила тока на двух участках схемы и величина напряжения на двух элементах схемы измерены с помощью мультиметров.

Использованы два виртуальных и два аналога реальных мультиметров. Каждый тип прибора использован для измерения тока и напряжения. Результаты моделирования представлены на рисунке 7 и занесены в таблицу 2.



Рисунок 7. Измерение параметров электрической цепи с помощью мультиметров.

1.3 Сравнительный анализ результатов теоретического расчета и компьютерного моделирования

Все результаты теоретических расчетов, а также результаты компьютерного моделирования занесены в сводную таблицу 2.

Падение напряжения на резисторах R1, R3 и R5 рассчитывалось как разность показаний динамических пробников, подключенных к выводам этих резисторов. Это связано с тем, что динамический пробник выводит показание напряжения между проводником схемы, к которому он присоединен, и «землей» схемы.

Сравнительный анализ полученных результатов производится путем нахождения относительной погрешности измерений, проведенных в программном пакете Multisim, и теоретических расчетов параметров электрической цепи. При этом также производилось сравнение показаний всех измерительных приборов, задействованных в ходе компьютерного моделирования, в том числе аналогов реальных мультиметров.

Сравнение результатов, показанных использованными при моделировании измерительными приборами, говорит о том, что максимальная относительная погрешность их измерений не превышает 0,001%. При этом относительная погрешность в сравнении с теоретическим расчетом не превышает 3%.

Таблица 2

		Результаты расчетов	Результаты измерений
			Измерения амперметром и вольтметром	Измерения динамическими пробниками	Измерения мультиметрами
R1=12Ом	UR1, В	6,2	6,205	6,2	6,205
	IR1, A	0,52	0,517	0,517	0,517
R2=18Ом	UR2, В	5,82	5,795	5,8	-
	IR2, A	0,32	0,322	0,322	-
R3=19Ом	UR3, В	3,8	3,708	3,71	-
	IR2, A	0,2	0,195	0,195	0,195
R4=23Ом	UR4, В	2,14	2,087	2,09	-
	IR2, A	0,093	0,091	0,0908	-
R5=11Ом	UR5, В	1,177	1,148	1,151	1,148
	IR2, A	0,107	0,104	0,104	-
R6 =9Ом	UR6, В	0,963	0,939	0,939	-
	IR6, A	0,107	0,104	0,104	-

1.4 Выводы по главе

Сравнительный анализ результатов компьютерного моделирования и теоретического расчета показывает, что максимальная погрешность при этом не превышает 3%. Кроме того, все использованные при моделировании измерительные приборы имеют одинаковые показания, различающиеся только точностью.

Следовательно, программный пакет Multisim отлично подходит для проектирования резистивных цепей и моделирования происходящих в них электрических процессов, а также имеет широкую базу измерительных приборов, которые можно использовать в зависимости от поставленной задачи, необходимой точности измерений, особенностей проектируемой цепи и пожеланий проектировщика.



Глава 2. Исследование параметров напряжения в схемах с дискретными полупроводниковыми элементами в программном пакете Multisim

2.1 Исследование параметров напряжений в схеме

Для исследования параметров напряжений в схеме с дискретным полупроводниковым элементом в программном пакете Multisim была собрана схема, представленная на рисунке 8, в соответствии с вариантом задания и заданными величинами сопротивлений.

Рисунок 8. Схема для исследования параметров напряжений.

С источника переменного напряжения на схему подан гармонический сигнал напряжением 50 Вольт и частотой 100 Герц.

Подключение виртуального двухканального осциллографа к схеме и осциллограмма исследуемых напряжений представлены на рисунке 9.



Рисунок 9. Исследование напряжений виртуальным двухканальным осциллографом

С помощью двухканального осциллографа смешанных сигналов Agilent измерены параметры напряжений на участках цепи. Подключение осциллографа и осциллограмма напряжений на исследуемых участках представлены на рисунке 10.

Рисунок 10. Исследование напряжений двухканальным осциллографом смешанных сигналов Agilent.

Подключение виртуального четырехканального осциллографа к схеме и осциллограмма исследуемых напряжений представлены на рисунке 11.



Рисунок 11. Исследование напряжений с помощью виртуального четырехканального осциллографа

С помощью четырехканального осциллографа Tektronix измерены параметры напряжений на участках цепи. Подключение осциллографа и осциллограмма напряжений на исследуемых участках представлены на рисунке 12.



Рисунок 12. Исследование напряжений с помощью четырехканального осциллографа Tektronix.

Все параметры напряжений исследуемых элементов схемы приведены в таблице 3.

Таблица 3

Элементы схемы	Результаты измерений напряжений осциллографами
	2-х лучевой	4-х лучевой	Agilent	Tektronix
Z1		68,65	70,708	70	70
Z2		5,02	5,023	5	5



2.2 Выводы по результатам моделирования

Сравнительный анализ результатов измерений параметров напряжений с помощью четырех различных осциллографов показывает, что все они подходят для исследования электронный цепей, а также позволяют решать множество других задач благодаря большому разнообразию функций и множеству возможностей, не уступающих возможностям реальных осциллографов, и в некоторых случаях их превосходящих.

2.3 Вывод по работе схемы

Исследование полученных осциллограмм показывает, что наибольшее падение напряжения в данной схеме приходится на элемент Z1, то есть резистор, не шунтированный стабилитроном. При этом напряжение на элементе Z1 является синусоидальным, а на элементе Z2 - близким к прямоугольному, что обусловлено наличием в нём стабилитрона.

Из результатов проведенного исследования следует, что программный пакет Multisim отлично подходит для проектирования цепей с полупроводниковыми элементами, моделирования происходящих в них электрических процессов, и исследования параметров напряжений на любых участках и элементах схем.



Глава 3. Исследование схемы с усилительным элементом. Снятие амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик

3.1 Исследование параметров напряжений в схеме с помощью осциллографа

Для исследования схемы с инвертирующим усилителем в программном пакете Multisim была собрана схема, представленная на рисунке 13.

Рисунок 13. Схема с инвертирующим усилителем

Осциллограммы входного и выходного напряжений при заданной частоте сняты с помощью виртуального двухканального осциллографа. Схема подключения осциллографа и полученные осциллограммы приведены на рисунке 14.



Рисунок 14. Осциллограммы входного и выходного напряжений

Кроме того, была подобрана такая частота источника напряжения, при которой амплитуда выходного сигнала уменьшилась. В данном случае это частота 2,5МГц, что показано на рисунке 15.

Рисунок 15. Осциллограммы при увеличенной частоте источника напряжения

3.2 Снятие амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик с помощью плоттера Боде

Плоттер Боде предназначен для получения амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик исследуемой схемы. Он вычерчивает графики частотных характеристик и полезен для анализа схем фильтров.

Исследование амплитудо-частотных характеристик данного инвертирующего усилителя с помощью плоттера Боде приведено на рисунке 16.

Рисунок 16. Исследование амплитудо-частотных характеристик с помощью плоттера Боде.

Исследование амплитудо-частотных характеристик данного инвертирующего усилителя с помощью плоттера Боде приведено на рисунке 17.



Рисунок 17. Исследование фазо-частотных характеристик с помощью плоттера Боде.

3.3 Снятие амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик с помощью встроенного анализатора

Фазо-частотные и амплитудно-частотные характеристики данного усилителя были сняты также с помощью встроенного анализатора в программном пакете Multisim. Снятие данных характеристик показано на рисунке 18.



Рисунок 18. Снятие характеристик с помощью анализатора.

3.4 Вывод по работе схемы

При исследовании осциллограмм входного и выходного сигнала было подтверждено, что коэффициент усиления усилителя равен отношению номиналов выходного и входного резисторов, это отношение оказалось равно отношению амплитуд выходного и входного сигналов. Кроме того, правильность снятых с помощью плоттера Боде амплитудо-частотных характеристик была подтверждена экспериментально изменением частоты входного напряжения, а также снятием этих характеристик с помощью встроенного в программный пакет Multisim анализатора. Программа Multisim является удобным средством проектирования и исследования схем с усилительными элементами, и множество встроенных возможностей для решения любых связанных с этим задач.



Глава 4. Анализ работы электрических RC-цепей в программном пакете Multisim

4.1 Исследование параметров напряжений на входе и выходе цепи

Для исследования RC-цепи в Multisim была собрана схема. представленная на рисунке 19, подключены измерительные приборы и источник прямоугольных импульсов с заданными характеристиками.

Рисунок 19. Схема для исследования RC-цепи.

Исследование параметров напряжений в цепи и снятие временных характеристик переходного процесса представлены на рисунке 20.



Рисунок 20. Исследование параметров напряжений

С помощью встроенного анализатора были сняты временные характеристики переходных процессов в схеме. Снятие этих характеристик представлено на рисунке 21.

Рисунок 21. Снятие временных характеристик переходного процесса

Аналогичные исследования были проведены с конденсаторами емкостью 18мкФ (рисунок 22, 23), 900нФ (рисунок 24, 25), 45нФ (рисунок 26, 27).

Рисунок 22. Исследование параметров напряжений

Рисунок 23. Снятие временных характеристик



Рисунок 25. Снятие временных характеристик

Рисунок 26. Исследование параметров напряжений



Рисунок 27. Снятие временных характеристик

4.2 Выводы по результатам моделирования

В ходе моделирования для снятия параметров напряжений использовались два виртуальных двухканальных осциллографа, а для снятия временных характеристик - встроенный анализатор Transient Analysis. Моделирование показывает, что обоими способами можно снимать необходимые характеристики процессов, но выбор конкретного способа измерений зависит от поставленной задачи и от того, какие дополнительные параметры нужно измерить. Встроенный анализатор позволяет быстро перейти к измерению времени переходного процесса, не применяя масштабирование. Осциллограф, в свою очередь, позволяет одновременно наблюдать процессы, происходящие в нескольких местах схемы, и снимать амплитуду и форму напряжения.



4.3 Вывод по работе схемы

Исследование цепи с RC-элементом показало, что время переходного процесса в схеме имеет прямую зависимость от емкости включенного в неё конденсатора. Амплитуда напряжений в установившемся режиме от емкости конденсатора не зависит.



Глава 5. Исследовательская часть

5.1 Описание функциональных возможностей пакета прикладных программ OrCAD в радиоэлектронике

5.1.1 Общие сведения

OrCAD -- пакет компьютерных программ, предназначенный для автоматизации проектирования электроники. Используется в основном для создания электронных версий печатных плат для производства печатных плат, а также для производства электронных схем и их моделирования.

В состав пакета входят следующие модули:

Capture -- редактор принципиальных схем,

Capture CIS Option -- менеджер библиотек Active Parts,

PSpice Analog Digital -- пакет аналого-цифрового моделирования,

PSpice Аdvanced Аnalysis -- пакет параметрической оптимизации,

PSpice SLPS option -- интерфейс связи с пакетом Matlab,

PCB Designer -- редактор топологий печатных плат,

SPECCTRA for OrCAD -- программа автоматической и интерактивной трассировки,

Signal Explorer -- модуль анализа целостности сигналов и перекрестных искажений.

Особенностью системы OrCAD можно отметить законченность отдельных составляющих, представляющих собой самостоятельные пакеты. Нет охватывающей программы, но обмен документами происходит автоматически, такое решение уменьшает требования к ресурсам и ускоряет обмен между пакетами. Интеграция пакетов для работы происходит при работе, а не при инсталляции, поэтому нет проблем работы в отдельном пакете без запуска других.

Программа OrCAD Capture является важнейшим компонентом пакета. Взаимосвязь Orcad Capture с другими программами пакета представлена на рисунке 28.

Рисунок 28. Взаимосвязь OrCAD Capture с другими программами.

Программа OrCAD Capture предназначена для создания проекта, часть которого может быть задана в виде принципиальной электрической схемы, а другая часть может быть описана на языке высокого уровня VHDL.

При создании проекта каждого типа загружаются соответствующие библиотеки компонентов, при этом для всех специализированных проектов возможна передача информации в программу OrCAD Layout для создания печатных плат.

На Рисунке 29 изображен экран программы OrCAD Capture 9.2. В его верхней части расположено меню команд и ниже -- панель инструментов. С правой стороны окна программы находится панель инструментов редактора схем.

Рисунок 29. Экран программы OrCAD Capture

В нижней части экрана Capture расположена строка состояний, на которой отображается имя выбранного инструмента или меню, имя текущего состояния программы (в левом поле), количество выбранных объектов (в среднем поле), масштаб изображения и текущие координаты курсора (в правом поле).

Рисунок30. Строка состояний.

Во время работы важной областью окна программы является панель инструментов, подробно представленная на рисунке 31.

Рисунок 31. Панель инструментов редактора схем.

У некоторых графических объектов, таких как проводники, шины (линии групповой связи), линии, эллипсы (в частности, окружности), прямоугольники и многоугольники, можно изменять размеры и форму. Все остальные объекты можно только передвигать, вращать, зеркально отображать и удалять. Для изменения формы или размеров графических объектов нужно щелкнуть левой кнопки мыши при расположении курсора на одном из этих значков и затем, не отпуская кнопку, переместить соответствующим образом курсор; редактирование завершается отпусканием левой кнопки мыши. Для перемещения любого выбранного объекта нужно щелкнуть левой кнопкой мыши при расположении курсора в любой точке на контуре объекта, не отпуская кнопку, выполнить перемещение. При перемещении группы объектов курсор изменяет свою форму (он принимает форму звездочки), и его можно расположить в любой точке внутри контура, окаймляющего выбранную группу.

5.1.2 Создание проекта

Проекты, созданные с помощью программы OrCAD Capture, заносятся в файлы с расширением *.opj, которые содержат ссылки на имена всех используемых файлов: файлов отдельных схем (*.dsn), библиотек, текстовых VHDL-файлов, файлов отчетов о проекте и др. Для создания нового проекта выполняется команда File > New Project, после чего в открывшемся диалоговом окне (рисунок 32) на строке Name указывается имя проекта (символы кириллицы не допускаются, если предполагается моделирование), а на строке Location - имя подкаталога расположения проекта. Далее в средней части этого окна выбирается тип проекта.

Рисунок 32. Окно создания нового проекта.



Возможен выбор из следующих проектов:

Analog or Mixed A/D -- аналоговые, цифровые или смешанные аналого-цифровые устройства, моделируемые с помощью программы PSpice A/D (возможна также дальнейшая разработка печатной платы с помощью OrCAD Layout).

PC Board Wizard -- печатные платы (моделирование смешанных аналого-цифровых устройства выполняется с помощью PSpice). Необходимость проведения моделирования указывается в диалоговом окне, показанном на Рисунке 33, для этого нужно пометить галочкой строку Enable project simulation и далее добавить в проект перечня библиотек символов PSpice.

Schematic -- не специализированные проекты (возможно только создание и документирование принципиальных схем, моделирование и разработка печатных плат не предусматривается).

Рисунок 33. Выбор прототипа проекта

5.1.3 Создание принципиальной схемы проекта

Электрические схемы большинства проектов размещаются на нескольких страницах не самого большого формата. Имеются два способа организации схем большого объема: плоские обычные многостраничные структуры и иерархические структуры.

Рисунок 34. Структура многостраничной и иерархической схемы.

Перед созданием нового проекта с помощью программы OrCAD Capture необходимо задать параметры его конфигурации с помощью трех команд меню Options менеджера проектов. Существуют следующие способы конфигурирования проектов:

Команда Preferences. Закладки диалоговых окон этой команды изображены на рисунке 35.

Рисунок 35. Закладки диалоговых окон команды Preferences

На закладке «Color/Print» просматриваются и устанавливаются цвета всех объектов схемы и помечаются объекты, которые должны быть выведены на печать; цвет основной надписи; цвета графических объектов (линий, многоугольников и дуг).

На закладке «Grid Display» выбирается стиль изображений сетки в виде точек (Dots) или линий (Lines) по отдельности для редактора схем (Schematic) и символов (Symbol).

На закладке «Pan and Zoom» указывается коэффициент увеличения/уменьшения масштаба изображения (Zoom Factor) и коэффициент панорамирования (Auto Scroll Percent) для редактора схем и символов.

На закладке «Select» устанавливается, будут ли выбраны объекты, если граница прямоугольника выбора пересекает их (Intersection) или они полностью находятся внутри области выбора (Fully Enclosed).

На закладке «Miscellaneous» выбирается стиль заливки замкнутых фигур (Fill Style), стиль и ширина линий (Line Style and Width) и цвет графических объектов (Color), а также шрифт, используемый в менеджере проектов и файле протокола Session Log.

На закладке «Text Editor» конфигурируется текстовый редактор, используемый при работе с VHDL-файлами.

Команда Design Template определяет набор параметров новых проектов, ряд из них может быть переопределен для индивидуальных страниц схемы. Закладки диалоговых окон этой команды изображены на Рисунке 36.



Рисунок 36. Диалоговые окна команды Design Template.

На закладке «Fonts» определяются шрифты текстов различных объектов, располагаемых на схеме.

На закладке «Title Block» определяется текст, заносимый в различные графы основной надписи (углового штампа). Имеются основные надписи двух типов: принимаемые по умолчанию и индивидуальные. Индивидуально основные надписи размещаются на схеме по команде Place>Title Block.

На закладке «Page Size» указывается система единиц, устанавливаемая по умолчанию (Inches или Millimeters), и размер листа схемы А, В, С, D, Е (в английской системе), А4, A3, А2, А1, А0 (в метрической системе) или Custom (размеры задаются пользователем).

На закладке «Grid Reference» устанавливаются параметры рамки, располагаемой вокруг листа схемы.

На закладке «Hierarchy» указываются параметры, принимаемые по умолчанию при создании новых иерархических блоков (Hierarchical Blocks).



5.1.4 Размещение символов компонентов и электрических цепей

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 в диалоговом окне этой команды (Рисунок 37).

Сначала в списке Libraries выбирается имя одной или нескольких библиотек, содержание которых отображается на панели Part (для выбора нескольких библиотек нажимается и удерживается клавиша Ctrl). После этого на панели Part выбирается имя компонента, символ которого должен быть помещен на схему. В разделе Graphic выбирается обычное (Normal) или эквивалентное изображение логических компонентов в стиле DeMorgan (Convert). В разделе Packaging указывается номер секции компонента, после чего в расположенном ниже окне выводится изображение выбранной секции компонента с указанием номеров цоколевки его выводов. Нажатием на кнопку Add Library открывается диалоговое окно для добавления библиотек в список Libraries, нажатие на кнопку Remove Library удаляет выбранную библиотеку из списка. Кнопка Part Search предназначена для поиска конкретного компонента в библиотеках из списка Libraries. После нажатия на кнопку ОК символ выбранного компонента переносится на схему. Движением курсора компонент перемещается в нужное место схемы и фиксируется нажатием левой кнопки мыши. После этого на схему может быть размещена еще одна копия этого же символа.



Рисунок 37. Диалоговое окно команды Place>Part.

Нажатие правой кнопки мыши открывает всплывающее меню (рисунок 38), в котором дублируется вызов команд основного меню для вращения (Rotate), зеркального отображения (Mirror), изменения масштаба изображения (Zoom), редактирования параметров компонента (Edit Properties) и ряд других.

Рисунок 38. Контекстное меню компонента.

Если не прерывая режима размещения символов компонентов на схеме во всплывающем меню на Рисунке 38 выбрать команду Edit Properties, выводится диалоговое окно редактирования параметров текущего символа (рисунок 39).

Рисунок 39. Диалоговые окна редактирования параметров символа компонента, размещаемого на схеме.

Нажатие на панель User Properties открывает диалоговое окно просмотра и редактирования параметров компонента (рисунок 40): в графе Name указывается имя параметра, в графе Value -- его значение, в графе Attributes -- характеристики (атрибуты) его отображения на схеме (R -- только для чтения, V -- видимые на схеме, последний признак задается на панели Display, см. ниже).



Рисунок 40. Диалоговое окно редактирования параметров.

После расстановки компонентов на схеме можно просмотреть параметры одного или нескольких компонентов. Для этого выбираются интересующие нас компоненты и двойным щелчком курсора мыши или по команде Edit>Properties открывается электронная таблица, в которой приведены параметры выбранных компонентов, примеры которой показаны на Рисунке 41. Редактировать в этих таблицах можно только те параметры, которые не имеют атрибута R (только для чтения). Параметрам, значения которых не определены, отводятся заштрихованные ячейки; после определения их значений штриховка автоматически снимается.

Рисунок 41. Таблица параметров источника гармонического сигнала.



Для размещения символов «земли» и источников питания по командам Place>Ground и Place>Power открываются диалоговые окна, пример которых изображен на рисунке 42. Перечень символов «земли» и источников питания, размещен в штатных библиотеках CAPSYM.OLB и SOURCE.OLB. Эти символы могут быть размещены на схеме только с помощью команд Place>Ground и Place>Power. Обе эти команды эквивалентны.

Рисунок 42. Диалоговое окно ввода символов питания.

Символы «земли» и питания подключают к узлу с именем «0» цепи или к выводам компонентов, к которым они должны быть подсоединены. Помимо символа «земли» в библиотеку SOURCE.OLB помещены также символы постоянных логических сигналов «1» и «О».

Проводники цепей размещаются по команде Place>Wire, нажатием комбинации клавиш Shft+W или нажатием на кнопку панели инструментов. Начало ввода цепи отмечается щелчком левой кнопки мыши, поле чего курсор изменяет свою форму, приобретая вид креста. Цепь прокладывается движениями курсора. Каждый излом проводника фиксируется щелчком левой кнопки мыши. Ввод текущей цепи завершается, если ее конец совпадает с выводом компонента или любой точкой другой цепи. Принудительное завершение ввода цепи выполняется двойным щелчком левой кнопки мыши, после чего можно провести другой проводник. Режим ввода цепей завершается нажатием клавиши Esc или выбором строки End Wire во всплывающем меню, открываемом щелчком правой кнопки мыши.

На схеме проводники изображаются линиями стандартной ширины 0,2 мм при масштабе 1:1.

Линии групповой связи (шины) вводятся по команде Place>Bus (Shift+B) или нажатием на кнопку панели инструментов. На схеме они изображаются более широкими линиями, чем проводники (рисунок 43). Имена шин и входящих в их состав цепей назначаются по команде Place>Net Alias. На схеме шины изображаются линиями стандартной ширины 0,8 мм (при масштабе 1:1).

Рисунок 43. Изображение шины.

Графическая информация вводится на схему по командам Place>Line, Polyline, Rectangle, Ellipce и Arc. Эта информация носит вспомогательный характер, таким образом нельзя, например, создавать электрические цепи. Стили выполнения графики по умолчанию устанавливаются на закладке Miscellaneous в окне команды Options>Preferences. После нанесения отрезков линий или дуг по командам Place>Line, Place>Polyline и Place> Arc возможно их редактирование с помощью диалогового окна Edit Graphic (рисунок 44).

Рисунок 44. Выбор стиля выполнения линии.

Текст наносится на схему по команде Place>Text или нажатием на кнопку панели инструментов. Предварительно текст вводится в диалоговом окне, показанном на рис. 2.34, а (принудительный перенос текста на новую строку выполняется нажатием клавиш Ctrl+Enter), в котором указывается ориентация текста и цвет шрифта. Выбор типа и размера шрифта выполняется в окне, изображенном на рисунке 45.



Рисунок 45. Окно ввода текста.

5.1.5 Моделирование

На этом этапе проектирования производится отладка проекта на обнаружение ошибок в проектируемой логике без временных расчётов. Для инициализации функционального моделирования используются ресурсы, размещённые в папке администратора проекта. При необходимости, для моделирования проекта могут быть использованы средства внешней программы.

В процессе функционального моделирования генерируются сигналы, подаваемые на входы проекта, и рассчитываются выходные сигналы, которые пользователь может сравнить с ожидаемыми результатами. Если результаты расчёта не соответствуют ожидаемым, пользователь возвращается к редактированию проекта.

Запуск функционального моделирования осуществляется командой Simulate Preroute из меню Picflow. Все данные, полученные в результате функционального моделирования, сохранятся в папке PIC Resource в подпапке Preroute. Пример просмотра результатов функционального моделирования представлен на рисунке 46.

Рисунок 46. Просмотр результатов функционального моделирования.

5.1.6 Создание компонентов

В OrCAD Capture возможно создавать символы компонентов и затем помещать их в существующие или новые библиотеки. Для создания или редактирования символов используется Part Editor, доступ к которому осуществляется одним из трех нижеперечисленных способов.

Для создания нового символа создается новая или открывается существующая библиотека и затем выбирается команда Design>New>Part.

Для редактирования существующего символа в менеджере проектов открывается библиотека символов и затем двойным щелчком курсора выбирается нужный символ.

Для редактирования символа, размещенного на схеме, он выбирается одинарным щелчком курсора и затем выполняется команда Edit>Part.

Параметры компонента вводятся по команде Options>Part Properties. Перечень параметров компонентов разных типов, используемых при моделировании с помощью PSpice.

Составление вновь всех этих параметров представляет собой довольно кропотливую задачу, поэтому при создании нового компонента целесообразнее скопировать в библиотеку символов средствами Windows однотипный компонент и затем отредактировать его параметры.



Заключение

В последние годы даже самые консервативно настроенные разработчики аппаратуры вынуждены пересмотреть свое отношение к САПР как к большим и дорогостоящим игрушкам, обнаружив в них весьма мощные и эффективные инструментальные средства. Особенно привлекательной выглядит возможность наконец-то заменить действующий макет имитационной моделью, а натурные эксперименты -- модельными.

В ходе выполнения этого курсового проекта было исследовано четыре вида цепей: простейшая резистивная цепь, цепь с дискретным полупроводниковым элементом, цепь с инвертирующим усилителем и RC-цепь.

Сравнительный анализ результатов компьютерного моделирования и теоретического расчета простейшей резистивной цепи показал, что максимальная погрешность при этом не превышает 3%. Кроме того, все использованные при моделировании измерительные приборы имеют одинаковые показания, различающиеся только точностью.

Исследование осциллограмм, полученных при исследовании цепи с дискретным полупроводниковым элементом стабилитроном) показало, что наибольшее падение напряжения в данной схеме приходится на элемент Z1, то есть резистор, не шунтированный стабилитроном. При этом напряжение на элементе Z1 является синусоидальным, а на элементе Z2 - близким к прямоугольному, что обусловлено наличием в нём стабилитрона.

При исследовании параметров входного и выходного сигнала инвертирующего усилителя было подтверждено, что его коэффициент усиления равен отношению номиналов выходного и входного резисторов, также это отношение оказалось равно отношению амплитуд выходного и входного сигналов. Кроме того, правильность снятых с помощью плоттера Боде амплитудо-частотных характеристик была подтверждена экспериментально изменением частоты входного напряжения, а также снятием этих характеристик с помощью встроенного в программный пакет Multisim анализатора.

В ходе моделирования работы RC-цепи для снятия параметров напряжений использовались два виртуальных двухканальных осциллографа, а для снятия временных характеристик - встроенный анализатор Transient Analysis. Моделирование показывает, что обоими способами можно снимать необходимые характеристики процессов, но выбор конкретного способа измерений зависит от поставленной задачи и от того, какие дополнительные параметры нужно измерить. Встроенный анализатор позволяет быстро перейти к измерению времени переходного процесса, не применяя масштабирование. Осциллограф, в свою очередь, позволяет одновременно наблюдать процессы, происходящие в нескольких местах схемы, и снимать амплитуду и форму напряжения.

Из результатов проведенных исследований можно сделать вывод, что программный пакет Multisim отлично подходит для проектирования практически всех радиотехнический цепей и моделирования происходящих в них электрических процессов, а также имеет широкую базу измерительных приборов, которые можно использовать в зависимости от поставленной задачи, необходимой точности измерений, особенностей проектируемой цепи и пожеланий проектировщика.

Теоретическое исследование пакета программ OrCAD, в свою очередь, показало, что OrCAD является практически равной альтернативой программному пакету Multisim, и выбор той или иной программы для работы зависит от предпочтений удобства работы, используемых библиотек компонентов, и различных условий использования.



Список используемой литературы

1. Гордяскина, Т.В. Моделирование радиотехнических цепей и сигналов в программной среде Multisim : учеб.-метод. пособие / Т.В. Гордяскина, С.В. Лебедева. - Н. Новгород : ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2011. - 64 с.

2. Гордяскина, Т.В. Моделирование радиоэлектронных цепей в Multisim : учеб.-метод. пособие по выпол. лабор. работ и курс. проекта для студ. оч. и заоч. обуч. : специальность 162107.65 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» / Т.В. Гордяскина, С.В. Лебедева. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2014. - 40 с.

3. Разевиг, В. Д. Система проектирования цифровых устройств OrCAD. -- М.: «Солон-Р», 2000.

4. Кулинич, Ю.М. Электронная и преобразовательная техника : метод. пособие по выполнению лабораторных работ / Ю. М. Кулинич. - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2006. - 47 с. : ил.

Размещено на Allbest.ru

...