Конектор DB-9F знаходять в бібліотеці Connectors.

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

для практичних робіт студентів

з навчальної дисципліни

 

 

Основи систем

Автоматизованого проектування

Електронної апаратури

 

Затверджено на засіданні

кафедри РТ, РЕА і Т

Протокол №__

від «__» _______ 2013 р.

Житомир

 

 

Методичні вказівки для практичних робіт студентів за навчальної дисципліни «Сучасні системи автоматизованого проектування електронної апаратури», Житомир: ЖДТУ- 15с.

 

Підготували: старший викладач кафедри РТ, РЕА і Т к.т.н. Коломієціь Р.О.,

старший викладач кафедри РТ, РЕА і Т Морозов Д.С.

 

 

Лабораторна робота №1

 

Тема: Моделювання і аналіз роботи аналогових схем в середовищі Electronic Workbench

Мета: Ознайомлення студента з особливостями моделювання і аналізу аналогових схем в середовищі Electronic Workbench. Отримання навичок практичної роботи з EWB 5.12

 

Хід роботи

 

1. Користуючись вбудованим довідником по роботі з програмою і вказівками викладача, ознайомитись з меню програми EWB 5.12., з лінійкою компонентів і контрольно-вимірювальних приладів. В меню Analysis відкрити вікно вибору режимів моделювання Analysis Options та ознайомитись з основними параметрами розрахунку і моделювання схем.

 

2. Моделювання роботи підсилювального каскаду по схемі зі спільним емітером.

 

Зберіть схему зображену на рис.1, використовуючи лінійку компонентів, індикаторні вольтметри для контролю напруги на електродах транзистора в статичному режимі, а також функціональний генератор і осцилограф для моделювання підсилення.

Рис. 1 Транзисторний підсилювальний каскад зі спільним емітером.

 

Тип і модель транзистора кожний студент обирає індивідуально, змінюючи у вкладці Component properties\Models модель транзистора. Розраховуючи номінали резисторів і джерела струму необхідні для функціонування підсилювального каскаду класу А. При розрахунках використовуються довідники і документація по біполярним транзисторам. Результати моделювання спостерігають на екрані осцилографа.

 

3. Моделювання роботи підсилювальних каскадів на операційних підсилювачах.

 

Зберіть схеми інвертую чого і неінвертуючого підсилювачів зображені на рис. 2. і рис.3. Тип і модель ОП кожний студент обирає індивідуально. На основі даних про обраний ОП встановлюється його живлення. Коефіцієнти підсилення підсилювальних каскадів обираються за двома останніми цифрами залікової книжки. Результати моделювання спостерігають на екрані осцилографа.

 

Рис. 2. Неінвертуючий підсилювач на ОП

Рис. 3. Інвертуючий підсилювач на ОП

 

4. Моделювання роботи аналогового компаратора на операційному підсилювачі. Зберіть схему зображену на рис. 4.

Рис. 4. Аналоговий компаратор на операційному підсилювачі

 

Амплітуду синусоїдального сигналу (мВ), що подається на інвертуючий вхід операційного підсилювача і напруга джерела постійної напруги (мВ), що під’єднана до неінвертуючого входу операційного підсилювача обирається за останньою і передостаннью цифрою залікової книжки відповідно. Результати моделювання спостерігають на екрані осцилографа.

 

5. Моделювання фільтра нижніх частот.

Зберіть схему фільтра Чебишева нижніх частот на операційному підсилювачі, зображену на рис.5.

Рис. 5 ФНЧ Чебишева по схемі Саллена-Кея

 

Використовуючи вимірювач амплітудо-частотних і фазочастотних характеристик (Bode plotter) дослідити АЧХ і ФЧХ фільтра. Змінюючи температуру зовнішнього середовища (вкладки Analysis\Analysis Options, пункт Symulation temperature) Дослідити вплив температури зовнішнього середовища на роботу ФНЧ на основі характеристик знятих вимірювачем АЧХ і ФЧХ.

 

6. Моделювання фільтра нижніх частот.

Зберіть схему фільтра Бесселя високих частот на операційному підсилювачі, зображену на рис. 6.

 

Рис. 6 ФВЧ Бесселя третього порядку

 

Використовуючи вимірювач амплітудо-частотних і фазочастотних характеристик (Bode plotter) дослідити АЧХ і ФЧХ фільтра. Змінюючи температуру зовнішнього середовища (вкладки Analysis\Analysis Options, пункт Symulation temperature) Дослідити вплив температури зовнішнього середовища на роботу ФВЧ на основі характеристик знятих вимірювачем АЧХ і ФЧХ.

 

 

Звіт по лабораторній роботі має містити:

- опис виконаних робіт;

- розрахунки, необхідні для синтезу схем, що моделюються;

- осцилограми досліджуваних сигналів;

- логарифмічні амлітудно-фазові частотні характеристики (діаграми Боде) досліджуваних фільтрів;

- висновки по проведеній роботі.

 

 

Лабораторна робота №2

 

Тема: Моделювання і аналіз роботи цифрових схем в середовищі Electronic Workbench

Мета: Ознайомлення студента з особливостями моделювання і аналізу цифрових схем в середовищі Electronic Workbench. Отримання навичок практичної роботи з EWB 5.12

 

Хід роботи.

 

1. Моделювання роботи логічних елементів.

Зібрати досліджувану схему з трьох-чотирьох логічних елементів (лінійка Lodic Gates) і під’єднати їх до логічного перетворювача як показано на рис. 1

Рис. 1. Схема дослідження логічних елементів

 

Використовуючи логічний перетворювач побудувати таблицю істинності для досліджуваної схеми (кнопка ). Використовуючи таблицю істинності отримати вираз, що описує функціонування схеми (кнопка , за необхідності спростити його ).

Логічний перетворювач містить в собі і зворотну функцію – синтез схеми по заданій таблиці істинності або логічному виразу. В полі вводу логічного перетворювача задати логічний вираз і, використовуючи кнопку , побудувати таблицю істинності для нього. Синтезувати логічну схему за допомогою кнопки , або спрощену схему на елементах «і-ні» .

 

2. Дослідження суматорів

Зібрати схему для дослідження напівсуматора згідно рис. 2.

Рис. 2 Схема для дослідження напівсуматора.

За допомогою логічного перетворювача отримується таблиця істинності напівсуматора. На її основі будується вираз булевої алгебри і синтезується схема з логічних елементів.

Зібрати схему для дослідження повного суматора (рис. 3) і повторити процедуру дослідження.

Рис. 2 Схема для дослідження повного суматора.

 

3. Дослідження шифраторів і дешифраторів.

Зібрати схему для дослідження шифратора згідно рис. 3.

Рис. 3. Схема для дослідження шифратора.

 

Шифратор обирається в лінійці елементів Digital, вкладці Encoders. Використовуючи генератор слів Word Generator, кнопку , задають кодову послідовність, яка подаватиметься на входи шифратора.

Схема для дослідження дешифратора зображена на рис. 4.

Дешифратор обираємо в лінійці елементів Digital, вкладці Dec/Demux. Аналогічно використовуючи генератор слів Word Generator, кнопку , задають кодову послідовність, яка подаватиметься на входи шифратора.

На основі моделі роботи шифратора і дешифратора описати принцип їх роботи. Проілюструвати опис результатами моделювання (кодової послідовності в генераторі слів і показами індикаторів.

 

Рис. 4. Схема для дослідження дешифратора.

 

4. Дослідження JK-тригера.

Рис. 5. Схема для дослідження JK-тригера.

 

Для дослідження тригера збирається схема з генератора слів, самого JK-тригера (лінійка інструментів Digital) і двох індикаторів. Тактовий вхід тригера необхідно під’єднати до входу синхронізації генератора слів. Кінцевою метою дослідження є отримання таблиці істинності, що є основною характеристикою тригера. Для цього необхідно подати на входи попередньої установки тригера активні сигнали високого рівня(сигнал 1) і зафіксувати стан виходу тригерів для випадку попередньої установки в 1 і 0. Для перевірки асинхронності цих виходів вказані операції повторюються при різних станах сигналів в тактовому і інформаційних входах. В подальшому на ці входи подаються тільки сигнали логічного нуля. На основі отриманих результатів скласти таблицю істинності.

 

5. Дослідження регістрів.

Зібрати схему для дослідження накопичувального регістру зображено на рис.6. Регістр 74173 обирається в лінійці інструментів Digital ICs, вкладці 741хх.

Накопичувальні регістри являють собою набір синхронних тригерів, кожен з яких зберігає один розряд двійкового числа. Запис забезпечується тактовим імпульсом, з приходом нового тактового імпульсу інформація оновлюється. Зчитування проводиться в прямому чи зворотному коді.

 

Рис. 6 Схема для підключення регістра 74173

 

Запис інформації в регістр здійснюється синхронно з додатнім перепадом тактового імпульсу, якщо на входах M, N є напруга низького рівня. Якщо на одному з цих входів напруга високого рівня, після приходу додатного тактового перепаду в регістрі мають залишитись попередні данні. Вхід сбросу CLR має високий активний рівень. Якщо на виходи G2, G1 подана напруга активного низького рівня, дані, що містяться в регістрі, відображаються на виходах 1Q...4Q, присутність напруги високого рівня на хоча б одному з входів дозволу G2 і G1 викликає Z-стан (розмикання) для вихідних ліній. При цьому данні з регістрів шину даних систем не проходять, виходи регістрів не впливають на роботу інших аналогічних виходів, приєднаних до провідників шини. На роботу входів скидання CLR і тактового С зміна рівнів на входах дозволу не впливає.

 

 

Звіт по лабораторній роботі має містити:

- опис виконаних робіт;

- таблиці істинності досліджуваних елементів;

- опис принципів функціонування досліджених елементів;

- висновки по проведеній роботі.

 

 

Лабораторна робота №3

 

Тема: Розведення односторонньої друкованої плати в середовищі DipTrace

 

Мета: Ознайомлення студента з особливостями роботи в середовищі DipTrace. Отримання навичок практичної роботи з DipTrace

 

 

Хід роботи

 

1. Відкрити редактор схем Schematic. Користуючись інструкцією по роботі з програмою і вказівками викладача, ознайомитись з меню редакторf схем Schematic., з бібліотеками компонентів і основними меню програми. В меню «Файл\Параметры страницы» обрати параметри рамок і штампів, необхідних для оформлення схем. Рис. 1

Рис. 1 Підготовка до оформлення схеми

 

2. Проектування генератора на операційних підсилювачах.

Для проектування досліджуваної схеми студент обирає одну зі схем запропоновану викладачем і, користуючись довідниками по елементах, що використовуються у схемі (розміри, нумерація виводів і схеми посадкових місць), виконує лабораторну роботу в послідовності вказаній в прикладі. Для прикладу використана схема на рис. 2.

Скласти схему генератора на операційних підсилювачах. Необхідні компоненти обираються за допомогою кнопок у бібліотеках компонентів. За необхідності корпус відсутній в бібліотеці створюється за допомогою редактору Pattern Editor, користуючись інструкціями до програми. Створене посадкове місце додається до елементу через «Свойства» – «Привязка к корпусу» (рис. 3).

 

 

Рис. 2 Генератор на операційних підсилювачах.

 

Зображені на Рис. 2 операційні підсилювачі LM385 виконані в єдиному корпусі Dip-8, і мають спільні виводи двополярного живлення.

 

 

 

Рис. 3 Приєднання посадкового місця відсутнього в бібліотеках.

 

Перевіривши наявність корпусів у всіх елементів схеми і відповідність їх виводів перейти до розводки плати.

 

 

3. Розводка друкованої плати в редакторі PCB Layout.

Використавши меню «Инструменти» - «PCB Layout» в редакторі Schematic, або здійснивши перехід натиснувши клавіши Ctrl+B здійснити перенесення схеми генератора на операційних підсилювачах в редактор PCB Layout (Рис.4)

 

Рис. 4 Неупорядковані посадкові місця і зв’язки між елементами

 

Задати розміри друкованої плати використовуючи меню «Объекты» - «Границы платы» Рис. 5

Рис. 5. Встановлення розмірів друкованої плати

 

При встановленні розмірів друкованої плати використовуються данні про розміри елементів для максимальної досягнення ергономіки.

 

Використовуючи автоматичне позиціювання («Позиционирование» - «Упорядочить компоненты») або розміщуючи елементи на платі вручну максимально ефективно заповнюють площу плати елементами (Рис.6)

Рис. 6 Елементи схеми розміщені на платі

 

В якості автоматичного трасировщика обрати shape-based автотрасировщик. Для розведення односторонньої друкованої плати в налаштуваннях автотрасировщика пріоритетним залишити трасирування тільки по нижньому шару.

Виконавши автотрасування і виправивши помилки трасування, при їх появі, отримують розведену односторонню плату (Рис. 7)

 

Рис. 7 Розведена одностороння друкована плата (верхній і нижній шари)

 

 

Звіт по лабораторній роботі має містити:

- опис виконаних робіт;

- принципову схему, що досліджувалась;

- розводку плати;

- описання і висновки по проведеній роботі.

 

 

Лабораторна робота №4

 

Тема: Розведення двосторонньої друкованої плати в середовищі DipTrace

 

Мета: Ознайомлення студента з особливостями роботи в середовищі DipTrace. Отримання навичок практичної роботи з DipTrace

 

Хід роботи

 

1. Для проектування досліджуваної схеми студент обирає одну зі схем запропоновану викладачем і, користуючись довідниками по елементах (даташитами), що використовуються у схемі (розміри, нумерація виводів і схеми посадкових місць), виконує лабораторну роботу в послідовності вказаній в прикладі.

 

В якості прикладу використана схема конвертера USB-RS232 на рис. 1

 

 

Рис. 1 Конвертер USB-RS232

 

Схема конвертера містить в собі елементи відсутні в бібліотеках середовища DipTrace.

Використовуючи редактори елементів Component Editor і редактор корпусів Pattern Editor створюються бібліотеки для відсутніх елементів: мікросхема перетворювача FT232BM (рис.2) і перетворювача рівнів напруги MAX213 (рис.3).

 

 

 

Рис. 2 Перетворювач FT232BM і його посадочне місце створені в Редакторі Компонентів і Редакторі Корпусів.

 

Рис. 3 Перетворювач рівнів напруги MAX213 і його посадочне місце створені в Редакторі Компонентів і Редакторі Корпусів.

 

Для мінімізації розмірів схеми, що розроблюється, більша частина елементів (резисторів, конденсаторів) буда використана в SMD-корпусах. У випадку, якщо в бібліотеках середовища DipTrace необхідні елементи відсутні вони також створюються (додаються до бібліотек) за матеріалами довідників і даташитів.

Конектор DB-9F знаходять в бібліотеці Connectors.