Порядок моделирования схем

1. Перед моделированием курсового проекта в приложении NI Multisim составьте принципиальную схему.

2. Запустите приложение NI Multisim (Пуск-Все программы-National Instruments-Circuit Design Suite-Multisim).

3. Расположите компоненты, используемые в вашем курсовом проекте[45], в рабочем пространстве и соедините их между собой.

4. Расположите в рабочем пространстве требуемые устройства измерения (осциллографы, мультиметр) и соедините их выводы с входом и выходом схемы, нужными промежуточными точками. Не забывайте соединять один из выводов осциллографа с общей точкой (землей).

5. Откройте окна устройств двойным кликом по пиктограмме устройства.

6. Нажмите кнопку «Пуск». Если при соединении компонентов не было допущено ошибок, моделирование работы схемы будет проходить успешно. В статусной строке можно наблюдать время от начала моделирования, в окнах приборов – значения сигналов.

Пример разработки курсового проекта

Задание: спроектировать схему выдержки времени (СВВ), обеспечивающую задержку сигнала на заданную величину (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Функциональная схема и макровременная диаграмма

На входы D0-D3 по синхросигналу С1 поступает четырёхразрядный код D. При поступлении сигнала Т на выходе Q также появляется сигнал, однако после окончания Т на выходе Q сигнал продолжается некоторое количество тактов, определяемое принятым ранее числом D.

На временной диаграмме (Рис. 5.2. Функциональная схема и макровременная диаграмма рис. 5.2) показан пример, когда принимается число D=3 и после окончания Т сигнал Q оканчивается через 3 такта. Адрес устройства ← A(h).

Технические характеристики устройства:

· система элементов – К155.

· длительность сигналов С1,С2 - 1 мкс.

· все выходы (кроме Q) сопрягаются со схемами К155.

· параметры сигнала Q:

- при I⁰_вых = 22мА, U0≤2,5 В

- при I¹_вых = 1мА, U1≥7 В

Задание для УИРС

Смонтировать и отладить на учебной плате устройство СВВ и ФЛС.

Исследовать ФЛС

· снять характеристики (ХВВ, входную, выходную )

· снять совмещённые осциллограммы U_вх, U_вых

· исследовать влияние помехоустойчивости при различной величине нагрузки (для U¹_вых)

Исследовать СВВ

· снять осциллограммы в узловых точках

· исследовать схемы, если повторно (пока Q=1) придёт сигнал Т.

На рис. 5.3 представлено назначение выводов разъема стенда ДВП. Для подключения и отладки курсового проекта использовался ATA (IDE) шлейф. Как видно из рисунка, была возможность подключения к 16 информационным линиям, питанию ИС, Епитания и Ебазы для работы ФЛС, общему выводу, двум синхросигналам С1 и С2, а также входу и выходу стенда ИСЭЛ, что позволяло определить нагрузочные характеристики.

Рис. 5.3. Назначение выводов разъема стенда ДВП

После разработки принципиальной схемы на бумаге (рис…) и визуальной проверки ее преподавателем можно приступить к этапу разработки с использованием САПР. Это позволяет промоделировать работу схемы перед сборкой прототипа, что уменьшает временные затраты на отладку. Для разработки проекта предлагается использовать среду NI Multisim, скриншот окна которой представлен на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Скриншот окна NI Multisim 11.0

На рис. 5.5 – вид распечатанного из среды чертежа схемы. Обратите внимание на обозначения, выбор стандарта отображения ANSI/DIN осуществляется в меню Установки-Общие установки-Компоненты.

Рис. 5.5. Вид распечатанной принципиальной схемы

Литература, ссылки на источники информации по рабочей станции, дополнительному оборудованию и программному обеспечению

Основная

1. Желенков Б. В., Грамолин В.В. Учебное пособие «Схемотехника ЭВМ» часть 1. – М. МИИТ, 2002. …с. (***Схемотехника ЭВМ. Часть 1. Учебное пособие. М. МИИТ – 2002г.)
2. Богодистова Е. С. Конспект лекций по дисциплине “Схемотехника. Память и аналоговые схемы” (на машинном носителе)
3. LabVIEW для всех / Джеффри Тревис: Пер. с англ. Клушин Н. А. – М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2005. – 544 с.
4. Введение в Multisim. Трехчасовой курс / ni.com/Russia
5. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника: учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 816 с. (2005 г. – 800 с.; 2000. – 528 с. Библиотека МИИТ 681.3 У27 (01-87448))
6. Бирюков С. А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП. М.: ДМК, 1999. – 240 с.
7. Лехин С. Н. Схемотехника ЭВМ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 672 с. (Глава 10. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи)

[1] Data acquisition, DAQ

[2] RS-232 – интерфейс передачи информации между двумя устройствами. Передача ведется старт-стопным способом при обрамлении каждого символа стартовым и стоповым элементами. При передаче по проводам используются цифровые сигналы с двумя уровнями напряжения. Стоповому элементу и логическому «0» соответствует положительное напряжение, логической «1» – отрицательное. Синхронизация начала приема осуществляется по фронту стартового бита.

[3] В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных используется одна витая пара проводов, иногда сопровождаемая экранирующей оплеткой или общим проводом. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности – логический ноль.

[4] Universal Serial Bus – «универсальная последовательная шина» – последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике.

[5] Стандарт КАМАК (англ. CAMAC) определяет организацию магистрально-модульной шины, предназначенной для связи измерительных устройств с цифровой аппаратурой обработки данных в системах сбора данных.

[6] Стандарт VXI удовлетворяет большинству военно-промышленных стандартов, соответствует промышленному стандарту качества ISO 9000, а также стандартам на электромагнитную совместимость и помехозащищенность. Все технические решения, обеспечивающие эти требования, учтены в аппаратуре VXI еще на стадии проектирования и не требуют дополнительных затрат на их обеспечение при сборке системы и ее эксплуатации.

[7] Стандарт PXI (Pci eXtention for Instrumentation) разработан фирмой National Instruments и представлен в 1997 году как расширение стандарта CompactPCI дл измерений и исследований. Изначально ориентирован на контрольно-измерительную, диагностическую, информационно-вычислительную технику и совмещает в себе все достоинства PCI и GPIB.

[8] General Purpose Interface Bus, «интерфейсная шина общего назначения». IEEE-488 – спецификация международного стандарта, описывающая подключение к этому интерфейсу цифровых измерительных приборов.

[9] Control Area Network – стандарт промышленной сети контроллеров. Последовательная магистраль CAN объединяет в сеть "интеллектуальные" устройства ввода/вывода, датчики и исполнительные устройства. На магистрали возможно нахождение нескольких ведущих устройств, обеспечивается передача данных с высокой помехоустойчивостью и коррекцией ошибок в реальном масштабе времени.

[10] Data acquisition digital input/output device – устройство ввода/вывода для сбора данных.

[11] Программное обеспечение, позволяющее работать с виртуальными (встроенными) приборами рабочей станции.

[12] Programmable-gain amplifier, PGA

[13] Analog-Digital Converter, A/D Converter,ADC

[14] Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench

[15] Virtual Instruments, VI, ВП.

[16] Далее виртуальный ДВП. Виртуальный датчик временных последовательностей – приложение, призванное заменить стенд ДВП.

[17] Samples per second, выборок в секунду, Гц

[18] Software Front Panels, SFP, дословно – виртуальная передняя панель

[19] Application Programming Interface, API

[20] Драйвер устройств сбора данных нового поколения; в отличие от первого драйвера NI-DAQ изменена архитектура и API, добавлены новые функции и виртуальные инструменты, а также инструменты разработчика для улучшенного взаимодействия с устройствами сбора данных

[21] Подразумевается использование встроенных приборов и соответствующего программного обеспечения (виртуальные и реальные приборы).

[22] Система автоматизированного проектирования – организационно-техническая система, предназначенная для автоматизации процесса проектирования.

[23] Разъем Bayonet Neill Concelman (байонетный соединитель Нейла-Конселмана) – коаксиальный ВЧ разъем для подключения кабеля c волновым сопротивлением 50 или 75 Ом и диаметром до 8 мм. Потери в таком разъёме обычно не превышают 0,3 дБ. Один из типов коаксиальных радиочастотных разъёмов (RF-разъёмов), предназначенных для согласованного соединения коаксиального кабеля с оборудованием или сочленения двух коаксиальных кабелей друг с другом.

[24] PCI – Peripheral component interconnect, «взаимосвязь периферийных компонентов» – шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств

[25] Кенсингтонский замок (Kensington lock) – небольшое отверстие в корпусе для сопряжения со специальным замком (наподобие велосипедного замка) со стальным тросиком, охватывающим какой-либо неподвижный, крупногабаритный или тяжёлый предмет. Позволяет снизить риск кражи защищаемого устройства.

[26] D-subminiature, или D-sub – семейство электрических D-образных разъёмов, применяемых в компьютерной технике. 9-контактный разъем D-SUB используется для последовательного порта, ранее использовался для подключения мониторов к видеоадаптерам CGA (Color Graphics Adapter). Название subminiature («сверхминиатюрный») было уместно тогда, когда эти разъёмы только появились.

[27] Serial Peripheral Interface, последовательный периферийный интерфейс. Синхронный дуплексный четырехпроводный интерфейс обмена последовательными данными.

[28] Programmable Function Interface – программируемый функциональный интерфейс

[29] Direct Current, постоянный ток

[30] Этот разъем может использоваться как выход функционального генератора или как вход цифрового триггера для запуска сбора данных с помощью осциллографа NI SCOPE.

[31] Direct Digital Synthesis, DDS – синтез сигналов произвольной формы и частоты из единственной опорной частоты, поставляемой генератором тактовых импульсов. Характерной особенностью является то, что отсчеты синтезируемого сигнала вычисляются цифровыми методами, после чего передаются на цифро-аналоговый преобразователь, где происходит их преобразование в аналоговую форму.

[32] Копия экрана

[33] Прозвонка – процесс проверки целостности электрической цепи; прозвонка, как и вообще измерение сопротивления, в отличие от измерения тока и напряжения, всегда осуществляется при отключенном питании цепи.

[34] Разъемы штекерного типа

[35] Device under test, прибор в режиме тестирования

[36] Alternating Current, переменный ток

[37] SMB (Sub-Miniature version B) – один из типов коаксиальных радиочастотных разъёмовдля подключения коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом или 75 Ом.

[38] Сопряжение, на русскоязычной панели – «запитка». Сопряжение по DC означает наблюдение сигнала с постоянной составляющей.

[39] Real-Time System Integration Bus, шина интеграции системы реального времени

[40] Connector Block

[41] Сопряжение DC – наблюдение сигнала с постоянной составляющей

[42] Здесь и далее под «гнездом» имеется в виду гнездо макетной платы.

[43] На схеме следует обозначать напряжения (потенциалы) со знаком, например, -E_Б

[44] На момент написания данного пособия вышла версия 12.0

[45] В NI Multisim 11.0 отсутствуют отечественные ИС, поэтому подберите аналоги компонентам серии К155 из серии 74.