МіністерствоОсвіти України
ЧернівецькийНаціональний Університет
ФізичнийФакультет
КафедраЕОМ
7.09.1501Комп’ютерні системи та мережі
Проектуваннязасобів обчислювальної техніки в САПР PCAD 2008
(схемауправління освітленням з будь-якого пульту ДУ)
/Курсова робота/
Виконала
Студентка 407 групи
________О.Я. Заяц
2008
ЗМІСТ
Вступ
Огляд сучасних САПР
Опис роботи в середовищі PCAD 2008
Опис схемиуправління освітленням з будь-якого пульту ДУ
Висновки
Література
Вступ
При розгляді САПРнеобхідно врахувати поставлену задачу і в зв’язку з її вимогами обиратинайбільш підходящу САПР. В роботі описується PCAD 2008 для побудови принциповоїсхеми управління освітлення з будь-якого пульту ДУ та трасування плати, а такожданий короткий огляд САПР які існують на сьогоднішній день.
1. Огляд систем автоматичного проектування
Відомо, що інтерфейс із схемним редактором ACCEL Schematic включенийу версію 8.2 програми моделювання змішаних аналого-цифрових пристроїв Dr. Spice фірми DeutschResearch, у якій раніш були інтерфейси лише зі схемними редакторами OrCADCapture 7.0, OrCAD Express/Capture 7.1, ViewLOGIC ViewDraw і Protel EDA Client.У результаті програма Dr. Spice 2008 A/D 8.2 із системою ACCEL EDA 13.0утворили наскрізну систему проектування електронних пристроїв, що включає графічневведення і моделювання схем, розробку друкованих плат і випуск технічноїдокументації для їхнього виготовлення Цю систему доцільно доповнити програмою авторозміщення й автотрасування SPECCTRA 7.1 фірми Cadence, що забезпечує в даний час кращірезультати на платформі IBM PC.
Обмін даними між програмою Dr. Spice і ACCEL Schematicорганізований у такий спосіб. Спочатку в програмі Dr. Spice по командіCommands-Preferences вибирається ім'я графічного редактора схем ACCELSchematic. Потім за допомогою ACCEL Schematic створюється схема моделюючогопристрою, кудиза допомогою спеціальних символів CARD вводяться параметри всіх компонентів ідирективи завдання на моделювання (останнє робити необов'язково, але тоді прикожній зміні схеми ці директиви потрібно вручну дописувати в текстовий файлзавдання). По команді Utils-Generate Netlist створюється опис схеми у форматіPSpice. На цьому конфігурація програм закінчується. Тепер досить у програмі Dr. Spice покоманді File-Open-Design Files вказати ім'я файлу схеми, як завантажиться графічний редакторACCEL Schematic і в схему можна буде внести доповнення і зміни. По завершенні Utils-Generate Netlist керування повертається в Dr. Spice іпо команді Simulation виконується моделювання. Для побудови графіків вузловихпотенціалів і струмів галузей їхні імена вибираються зі списку перемінних або потрібний вузол або компонент вказуєтьсяна схемі курсором (для цього виконується команда Commands-Cross Probing).
При моделюванні аналогових електронних пристроїв, у тому числі інтегральнихсхем, широко використовуються алгоритми SPICE (Simulation Program withIntegrated Circuit Emphasis), розроблені наприкінці 70-х років в УніверситетіБерклі (Каліфорнія). На їхнійоснові створений ряд комерційних програм для ПК: HSPICE (фірма MetaSoftware),PSpice (MicroSim), IS_SPICE (Intusoft), Micro-Cap V (Spectrum Software), AnalogWorkbench (Cadence), Saber (Analogy), Dr. Spice і ViewSpice (Deutsch Research).Всі останні версії цих програм доповнені можливостями моделювання змішаниханалогово-цифрових пристроїв.
Засновник фірми Deutsch Research Джеффрі Дойч (Jeffrey T. Deutsch) у свійчас брав участь у розробці SPICE. Модифікації, внесені їм у Dr. Spice, дозволилиполіпшити збіжність алгоритмів розрахунку режиму нелінійних схем по постійному струмові і збільшити швидкість розрахунку перехіднихпроцесів (як затверджує фірма, у порівнянні з PSpice приблизно в 1,5 рази). Прирозрахунку перехідних процесів користувач може вибрати метод інтегрування: зазамовчуванням застосовується стандартний метод трапецій, а при включенні опції METHOD=Gearвикористовується метод Гира, характеризується підвищеним ступенем збіжності (за рахунок збільшення часу обчислень). При включенні в завдання на моделюванняопції CHECKPOWER=On розраховуються миттєві потужності, що розсіюються накомпонентах, що порівнюються з гранично припустимими значеннями (вони задаються за допомогоюпараметрів POWER, що включаються в математичні моделі).
Моделі аналогових компонентів виконані в стандарті SPICE, щодозволяє обмінюватися бібліотеками математичних моделей з аналогічними програмами.Тут, щоправда, є одне виключення: для феромагнітних матеріалів використовується модель Джона Чена (John Chan), більш точна, чим зухвала багато дорікань модель Джилса — Атертона (Jiles і Atherton),застосовувана в програмі PSpice. Що стосується моделей типових цифровихкомпонентів (вентилів, тригерів, лічильників, ПЗУ й ін.), то вони простіші,ніж у PSpice: враховуються тільки затримки поширення сигналів і не приймаютьсяв увагу вхідні і вихідні опори.
У програмі Dr. Spice виконується стандартний аналізхарактеристик: розраховуються режими нелінійних ланцюгів по постійному струмові, перехідні процеси, спектрисигналу, частотні характеристики і спектральні щільності шуму лінеаризованих ланцюгів. Проводиться статистичний аналіз впливурозкиду параметрів компонентів по методу Монте-Карло і різноманітний аналіз приваріації температури або одного з параметрів компонентів схеми або їхніхмоделей. Передбачено електронну обробку графіків результатів моделювання, однактут можливостей трохи менше, ніж у програмі Probe системи DesignLab.
У цілому однозначно віддати перевагу одній із систем проектуваннядосить важко: усі вони мають свої сильні і слабкі сторони (наприклад, програмаMicro-Cap V, версія 2.0 дозволяє одночасно варіювати до десятьох параметрів і будувати трьохвимірні графіки). Можна сказати, що системуDesignLab 8.0, що включає в себе схемний редактор, програму моделювання PSpice,графічний редактор друкованих плат MicroSim PCBoards, програму SPECCTRA і ряддопоміжних програм (синтез аналогових фільтрів і пристроїв програмувальної логіки,оптимізатор параметрів, розрахунок параметрів моделей по паспортне даним,моделювання з обліком паразитних параметрів друкованих плат), доцільно використовуватиу випадках, коли основні проблеми зв'язані зі схемотехнічним проектуванням. Тоді можназмиритися з недосконалістю графічного редактора друкованих плат MicroSim PCBoards івикористовувати його в основному для переносу схеми на плату, а розміщення компонентів ітрасування провідників виконувати за допомогою програми SPECCTRA (принеобхідності список з'єднань схеми через файл *.alt можна відразу передати в програмиP-CAD або ACCEL P-CAD PCB для розробки друкованих плат, але тоді порушиться«гаряча» зв'язок між редакторами схем і друкованих плат). Якщо жосновна увага приділяється конструкторській розробці складних багатошаровихдрукованих плат, а проблеми моделювання виникають епізодично, то має сенсвикористовувати систему ACCEL EDA і програму моделювання Dr. Spice.
Демонстраційну версію Dr. Spice 2008 A/D 8.2 (розмірархівного файлу 10,5 Мбайт) можна одержати через Internet, звернувшись навузол, або по електронній пошті. Робітники і демонстраційні версії Dr. Spiceпрацюють під керуванням Windows 3.1, Windows 95, Windows NT 3.5.1 і більш пізніхверсій, при цьому необхідний процесор і486DX або Pentium. Мінімальний обсяг ОЗУ 8 Мбайт, вільне місце нажорсткому диску 12 Мбайт.
2. Опис роботи всередовищі PCAD-2008
Для проектуванняелектронно-обчислювальної техніки використовується PCAD 2008 PCB для створення корпусівдискретних елементів та трасування плати з реальними фізичними розмірамикомпонент, PCAD 2008 Schemantic – для побудови принципових схем з усімасхемними позначеннями, PCAD 2008 Library Manager – для створення бібліотекневідомих для САПР PCAD дискретних елементів.
Розглянемо роботув PCAD 2008 Schemantic.
В цьомусередовищі можна створювати принципові схеми для їх подальшого трасування, атакож створювати символьне (схемне) позначення компонент.
Для побудовисхеми необхідно встановити потрібний формат листа (А4, А3, А2, А1), а такожодиницю виміру (mm – міліметри, mil – десята частина дюйма, inch – дюйми),після цього потрібно вибрати титульний лист, який також можна створити в PCAD 2008Scemantic. Перейдемо до створення реальної принципової схеми. Для виконаннябудь-якої команди потрібно вибрати цю команду і вона буде діяти до тих пір,поки команда не буде відмінена натисканням на стрілку або вибором іншоїкоманди. На панелі швидкого реагування (зліва) вибрати кнопку символ. Післявибору кнопки “символ” клікнути на робочій області, після чого у вікні вибрати потрібнийкомпонент, якщо його в поточній бібліотеці немає потрібно у випадаючому менювибрати іншу бібліотеку або встановити її до списку поточних вибравши кнопкуLibrary setup. Після того як необхідний компонент вибраний вибираємо йогоположення на принциповій схемі і кліком розміщуємо на ній, при цьому якщонатиснути на кнопку миші і утримуючи її натискати ‘z’ та ‘f’, то компонентвідповідно буде крутитися та дзеркально відображатися відносно горизонтальноїосі.
Після розміщеннявсіх компонент їх необхідно з’єднати у відповідності до логічногофункціонування схеми. При чому для зручності, якщо провідник десь перетинаєтьсяз іншими провідниками кілька разів, то зручно на ньому встановити порти зоднаковими назвами, як це робиться на принципових схемах для позначення схемноїземлі.
Вибором командиPlace/Wire з’єднуємо поставлені на лист елементи.
Після того, яксхема намальована в PCAD 2008 Scemantic виділяємо її і за допомогою комадиUtil/Generic Netlist генеруємо список зв’язків між компонентами (елементамисхеми) у файлі з розширенням *.net. Після чого записуємо принципову схему надиск для подальшого опрацювання та роздруковування. На цьому дії в PCAD 2008Sсemantic завершуються.
Для трасуванняплати завантажуємо програму PCAD 2008 PCB виберемо розмір робочої зони, одиницювиміру командою Options/Configure… Потім завантажуємо файл з розширенням *.net– файл зв’язків. Для цього виберемо команду Utils/Load Netlist. Якщо впринциповій схемі немає помилок, то програма завантажить корпуса елементів зїхніми зв’язками. Виберемо команду Route/Autoroutes. Вона дозволяє вибратикількість провідних прошарків Layers для трасування однопрошаркових табагатопрошаркових плат, а також можна задати за якою технологією будутьвиготовлюватися плати на підприємствах (Engenearing Design), а також крок сіткита товщину ліній трасування. Натиснувши на клавішу Start програма протрасуєелементи та розведе плату. Після чого записуємо схему на диск для її подальшоїобробки.
У разівідсутності потрібних елементів їх можна створити самостійно, як це зроблено вданій роботі у зв’язку з відсутністю бібліотек з вітчизняними компонентами. Длястворення компонент необхідно створити схемне позначення та вигляд корпусу впрограмах Pcad 2008Scemantic та PCAD 2008 PCB. При чому виводи символів PinsDesignators повинні бути однаковими в корпусі та схемному позначенні. Післяцього в Library Manadger створюємо об’єкт під’єднуємо до нього корпус та схемнепозначення та в ручну корегуємо та заповнюємо службову інформацію про елемент.А саме: логічне призначення виводів належність до певної секції убагатосекційних елементах, назви виводів, їх еквівалентність. Можна такожперенести компонент, схемне позначення або корпус вибравши опцію LibrarysCopy… після чого вказуємо з якої бібліотеки копіювати та в яку бібліотекукопіювати елементи. Однією з потужних операції програми є модифікація існуючихелементів елементів. Після того, як елемент створений записуємо його підоригінальною назвою, яка на схемі позначається як тип елемента.
Для створеннясхемного позначення елемента використаємо програму PCAD 2008 Scemanticнамалюємо елемент, пронумеруємо виводи елемента та вкажемо однакові дляелемента і корпуса елемента значення Pin Designbator, встановимо прив’язкуелемента, його тип та схемне посилання і запишемо його схематичне позначення вбібліотеку. В програмі PCAD 2008 PCB створимо зовнішній вигляд корпусукомпонента. Вкажемо значення Pin Name, Pin Designator, встановимо прив’язкуелемента (точка відносно якої елемент можна обертати), його тип, схемне позначення,та запишемо його в бібліотеку.
3. Опис принципової схемиуправління освітленням з будь-якого пульту ДУ
Пристрійскладається із приймача ІК імпульсів і блоку керування. В якості приймача можнавзяти будь – яку із типових схем які застосовуються в телевізорах для ДУ. Вузолуправління зібраний на трьох КМОП мікросхемах і складається із формувачашироких імпульсів (Д1.1), селектора двох секундного часового інтервалу (Д1.2) ідвійкових лічильників на елементах тригерів Д2… Д3. Кнопки SB1 і SB2 дозволяютьсявключати і виключати навантаження без пульта ДУ.
Індикаторомспрацювання останнього тригера (Д3.2.) являється випромінювання світло діодаHL1. Оптронний ключ VS1 забезпечує електричну розв’язку блоку керування відмережі 220В, що дозволяє одержати хорошу стійкість схеми до перешкод.
При натисканнікнопки на пульті ДУ із пачок імпульсів на вході елементів Д1.1 і Д1.2формуються більш широкі. Тригери Д1.2 через 2 секунди забезпечує установкулічильників Д2, Д3,1 в початковий стан (формує імпульс обнулення на виходіД1/12).
Схема пристрою некритична до вибору деталей і їх номінали можуть відрізнятися від вказаних на30%. Всі постійні транзистори приміняються типу МЛТ, настроєний R1 типу СП4 –1. Неполярні конденсатори типу К10 – 17, електролітичні С3 і С5 типу К53 – 16.Діоди КД522 можна замінити будь – якими імпульсами. Стабілізатор напруги Д4заміняється більш розповсюдженим із серії КП142ЄН8Б.
Трансформатор Т1типу ТП112 – 8 – 1, але також підійде будь – який із тих, що примінюється ввітчизняних телевізорах для живлення в дежурному режимі або в ігровихприставках типу DENDI. Необхідна напруга вторинної обмотки – 15...20В, і струм– не менше 10 мА.
Висновки
При освоєнні САПРPCAD 2008 було реалізоване трасування плати, для схеми управління освітленням збудь-якого пульту ДУ. РСAD 2008 показала себе надійною при реалізації проекту.До недоліків даної системи можна віднести відсутність компонент вітчизняноговиробництва та відсутність в стандартній версії PCAD 2008 підтримкивітчизняного стандарту. До переваг описаної САПР відноситься зручний длякористування Windows інтерфейс, у порівнянні з попередніми версіями, та швидкестворення схеми на основі готових блоків функціональних вузлів.
Література
1. АССEL 7.1
2. И.П. Шелестов Радиолюбителям:полезные схемы. – М.: Солон–Р,1999, 216 с ил.
3. В.Л. ШилоПопулярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1997