Практикум работы с пакетом orcad (разработка и моделирование принципиальных электрических схем) Томск 2006 Содержание (стр. 5 из 7)
4. Моделирование работы разработанных устройств
Пакет OrCAD позволяет моделировать (исследовать) работу разработанных электронных устройств при изменении температуры, расчете надежности, вариациях питающих напряжений и других факторах, а также проводить временное моделирование. Рассмотрим только временное моделирование.
Проверка работоспособности спроектированной схемы устройства проводится путем моделирования его работы и анализа временных процессов, происходящих в нем. Временной анализ работы позволяет устранить "состояние гонок", неопределенности и этим повысить устойчивость работы проектируемого устройства в целом. Моделирование работы цифровых устройств в OrCAD производится с помощью программы PSpice, которая запускается автоматически при старте OrCAD.
4.2. Инструменты, используемые при моделировании
Рассмотрим пример моделирования на примере нарисованной ранее схемы дешифратора 2Х4. Для установки точек наблюдения сигнала используются пиктограммы Voltage/Level Marker и т.п., приведенные на панели моделирования и показанные на рис. 17.
Рис. 17. Вид маркеров, позволяющих контролировать временные процессы
Физический смысл маркеров, используемых при моделировании очевиден - это вольтметры, амперметры и ваттметры, позволяющие контролировать соответствующие физические величины в различных точках схемы. Причем точки измерения напряжения и разности потенциалов устанавливаются на проводники, тока – на выводы элементов, а мощности – на сами элементы.
В библиотеках SOURCE и SOURCSTM имеются источники сигналов (в OrCAD их принято называть стимулами), позволяющих моделировать работу цифровых и аналоговых устройств.
Библиотеки SOURCE и SOURCSTM включают: VDC – постоянного напряжения; VSTIM – график напряжения из stl-библиотеки; VSIN ‑ синусоидального напряжения; DigStim1 ‑ из stl-библиотеки; DigClock – меандра; STIM1 – импульсный сигнал.
Имеются источники логических уровней: 0 – земля (необходим в аналоговых схемах); $D_HI – логическая «1»; $D_LO – логический «0».
Устанавливаются логические уровни кнопками Place power или Place ground, расположенными на панели инструментов. Сигналы (стимулы) кратных частот удобно создавать с помощью источников STIM1 или DigClock, имеющихся в библиотеке SOURCE.
Вид стимулов STIM1 (DSTM1), DigClock (DSTM2) и источников логических уровней «1» и «0» L0, L1 приведен на рис. 18.
Рис. 18. Вид стимулов STIM1 (DSTM1), DigClock (DSTM2) и L0, HI
Из приведенного рисунка видно, что параметры стимулов STIM1 и DigClock можно изменять. В частности, устанавливать логические уровни начала и конца импульсной последовательности, время единичного и нулевого уровней, время задержки между сигналами. Это особенно удобно использовать при моделировании, если временной протокол работы схемы известен и требуется только его уточнение при вариации параметров элементов схемы (анализа временных задержек).
Вид схемы DC2X4 с размещенными на ней стимулами и маркерами показан на рис. 19.
Рис. 19. Схема дешифратора DC2X4
4.3. Установка параметров моделирования
Вид пиктограмм управления моделированием показан на рис. 20.
Рис. 20. Пиктограммы управления моделированием
Левая пиктограмма на рис. 20 позволят создать новый файл для моделирования в Pspice AD и определить тип проводимого моделирования. Вид возникающего при этом меню показан на рис. 21.
Рис. 21. Вид меню Analysis
Закладка Analysis определяет вид моделирования. Для проведения временного моделирования необходимо выбрать Time Domain (Transient). Заметим, что OrCAD позволяет проводить испытания (моделирование работы) схемы при температурных испытаниях и статистическом моделировании.
Поля Run to time, Start saving data after и Maximum step size задают соответственно общее время моделирования, начало записи результатов в файл и интервал дискретизации процесса моделирования (разрешения). Если интервал дискретизации не указан, он выбирается автоматически (минимальный). Установки выполняются в секундах или производных секунд. Следует учитывать параметры стимулов и продолжительность времени моделирования.
Более наглядными результаты будут в том случае, если за время моделирования наблюдается 3-4 периода используемых стимулов.
Флажок Skip the initial transient bias point calculation указывает пропустить или нет начальный участок моделирования по постоянному току (имеет смысл установить, если требуется моделировать переходные процессы в схеме).
Закладка Stimulus позволяет работать со стимулами, созданными редактором Stimulus Editor (SE). С ее помощью можно подключить stl-библиотеки и этим проводить более полное моделирование разрабатываемых схем.
Запуск моделирования осуществляется активированием пиктограммы Run PSpice (рис. 20, 2-я справа) на панели моделирования, при этом, если не было ошибок, запустится PSpice и если и он не обнаружит ошибок, то через некоторое время появится окно с результатами моделирования. Результат моделирования приведен на рис. 22.
Рис. 22. Результаты моделирования схемы DC2X4
Следует заметить, что название временных диаграмм соответствует элементам схемы, а их расположение - порядку размещения на схеме маркера «V».
 |
Закладка Option позволяет проводить начальную установку триггеров и счетчиков (рис. 23). Эти установки необходимы при моделировании работы счетчиков и делителей частоты. Перейдя в закладку Gate level Simulation, выбрав меню Initialize all flip-flop to (рис. 23), можно установить соответственно начальное состояние «1», «0» или неопределенное «X». Заметим, что здесь же имеется закладка Default I/O level for A/D, позволяющая устанавливать по умолчанию уровни выходных сигналов для A/D.
 |
Рис. 23. Закладка Option/Gate level Simulation
5. Редактор стимулов Stimulus Editor
Моделирование работы является закономерным финальным результатом разработки принципиальных электрических схем любого устройства радиоэлектроники. Оно позволяет не только проверить правильность составления схемы, но и убедиться в ее работоспособности в динамике, а также оценить весь временной протокол работы устройства.
Моделировать работу электронных схем в САПР OrCAD можно проводить двумя путями с использованием OrCAD Simulate или PSpice A/D. Об этом уже говорилось при создании проекта. Напомним, что PSpice A/D удобнее применять для моделирования смешанных цифровых и аналоговых схем, в этом случае используются библиотеки PSpice, а ORCAD Simulate - для моделирования цифровых схем с использованием средств VHDL модулей.
В состав PSpice A/D входит редактор Pspice Stimulus Editor (SE), предназначенный для создания и редактирования входных воздействий (файлов сигнала с расширением *.stl) или стимулов (дословный перевод с английского). Рассмотрим теперь основные приемы работы с SE, которые позволяют провести моделирование работы принципиальных электрических схем. Редактор SE предоставляет более широкие возможности для проведения моделирования.
5.1. Создание файла стимула
Для создания нового файла необходимо запустить редактор SE. Пиктограмма PSpice Stimulus Editor находится в общем меню пакета ORCAD. После запуска SE появляется окно редактора, представленное на рис. 24.
Рис. 24. Вид окна SE
SE позволяет создавать стимулы (сигналы) (возможно создание нескольких стимулов в одном файле), проводить моделирование работы схемы, переносить и сохранять результаты моделирования.
Закладка File на этой панели позволяет создать новый или открыть уже существующий файл. Следует заметить, что порядок расположения пиктограмм SE (слева направо) совпадает с их применением для создания и редактирования стимулов.
Заметим, что для хранения и обработки результатов удобно в имени создаваемого (*.stl) файла упоминать имя проекта, а стимулы нумеровать порядковыми номерами. Например, моделируется работа разработанной ранее схемы дешифратора 2Х4. Вспомним, что проект назывался DC2X4, а создаваемый файл будем называть TestDC2X4, соответственно входящие в него стимулы 1, 2, 3 и т.д. Можно добавить в название и характерную особенность стимула, такую как временная задержка, начальные установки и прочее.
Меню Edit (редактирование) имеет вид, приведенный на рис. 25.
Рис. 25. Меню Edit
Пункты Delete и Add позволяют соответственно удалять или добавлять точки в редактируемых стимулах. Atributes – позволяет изменять параметры стимулов. Рассмотрим этот пункт позднее при редактировании уже созданных стимулов.