Источники напряжения и порты в цифровых схемах

В модуле PSPICE предусмотрены специальные источники напряжения для формирования входных сигналов (импульсов) в цифровых схемах, которые хранятся в библиотеке SOURCE.

При анализе полученных результатов моделирования статических и динамических процессов в системе OrCAD16.3 применяются обозначения логических состояний и изображения их на временных диаграммах модулем PROBE, которые приведены в таблице 1.

Генератор тактовых импульсов с регулируемой частотой следования хранится в библиотеке SOURCE, имеет имя DigClock и графически изображается следующим символом:

Рисунок 1 - Графическое изображение генератора тактовых импульсов

Таблица 1 - Обозначения логических состояний и фрагментов временных диаграмм

Обозначения логических состояний	Состояние	Изображение в PROBE
	Логический нуль
	Логическая единица
R	Нарастание фронта (Rise)
F	Спад фронта
X	Неопределенное состояние
Z	Высокоимпедансное (высокоомное) состояние

Основными свойствами генератора являются:

OFFTIME - длительность паузы между тактовыми импульсами;

ONTIME - длительность тактового импульса;

DELAY - начальная задержка первого тактового импульса;

STARTVAL - значение высокого уровня тактового импульса, обычно задаётся равным единице;

OPPVAL - противоположный (относительно STARTVAL) уровень тактового импульса (равный нулю).

Свойства задаются после двойного щелчка левой кнопкой ‘мыши’ по символу компонента в окне ‘Property Editor’.

В качестве элементов связи между компонентами цифровой схемы часто применяются порты. Символы портов находятся в библиотеке CAPTURE и размещаются в следующей последовательности:

- щелчком левой кнопки ‘мыши’ по символу с именем ‘Place port’ панели инструментов, открывается окно ‘Place Hierarchical Port’ (пер. Размещение иерархического порта);

- в этом окне прокруткой выбирается имя левого порта PORTRIGHT-L (пер. ‘Исправляемый левый порт’), а затем щелчком по кнопке OK символ порта с надписью PORTRIGHT-L размещается на рабочую поверхность с координатной сеткой;

- аналогично двум вышеприведенным пунктам на рабочей поверхности размещается символ правого порта с надписью PORTRIGHT-R.

Затем изменяются имена каждого порта в следующей последовательности:

- двойным щелчком левой кнопки по имени порта (например: ‘PORTRIGHT-R’) открывается окно ‘Display Properties’, в котором изменяется имя порта (например: на ‘HI’- постоянный сигнал логической единицы);

- новое имя перетягивается в графическое изображения порта.

Одноразрядный программируемый генератор входных сигналов (в библиотеке SOURCE) имеет имя STIM1 графически изображается следующим символом: .

Программирование генератора производится следующим образом:

- двойным щелчком левой кнопки ‘мыши’ по символу генератора открывается окно с именем ‘Property Editor’, в котором можно задать 16 команд: COMMAND1, COMMAND2, …, COMMAND16;

- каждая команда определяет момент времени и соответствующее ему логическое состояние. Например, в столбец COMMAND1 можно ввести 0s 1, в столбец COMMAND2 - 2us 0, в столбец COMMAND3 - 4us 1. В этом случае на интервале времени [0s, 2us] будет выдаваться сигнал логической 1, а на интервале [2us, 4us]- сигнал логического 0. С момента времени 4us будет выдаваться сигнал логической единицы.

Задание 1. Создайте папку с именем Lab_rab3, имеющую путь доступа C: \Ivanov\EMb-14-1\Lab_rab3, а в ней создайте папки Zadanie1, Zadanie2 и запустите редактор Capture.

Начертите схему, представленную на рисунке 2. Для этого:

- точно выберите компоненты из библиотеки 7400;

- выберите генераторы тактовых и одноразрядных сигналов из библиотеки SOURCE;

- расположите один левый и три правых порта связи, задав в их символах имя HI;

- сделайте необходимые соединения.

Проведите редактирование свойств генератора тактовых сигналов DSTM1, задав: OFFTIME = 2.5us, ONTIME = 2.5us, DELAY = 1u, STARTVAL = 0, OPPVAL = 1.

Проведите программирование одноразрядного генератора DSTM2, задав следующие команды: COMMAND1 - 0s 1; COMMAND2 - 2us 0; COMMAND3 - 4us 1; COMMAND4 - 7us 0; COMMAND5 - 10us 1; COMMAND6 - 13us 0; COMMAND7 - 16.5us 1; COMMAND8 - 19us 0.

Создайтепрофиль моделирования Transient, в поле Run to time: (Выполнять до времени:) введите верхнюю границу ин­тервала времени анализа переходных процессов - 20us. Остальные поля оставьте без изменений. Щёлкните по кнопкам: < Применить> → < OK> закройте окно ‘Simulation Set­tings - transient’ и сохраните профиль.

Запустить процесс моделирования, щёлкнув по кнопке . После непродолжительных вычислений появится свернутое окно модуля Probe с именем ‘SCHEMATIC1 - transient - PSpice A/D - [transient (active)]’. Последовательно щёлкая по: < Trace> → < Add Trace >, откройте окно ‘Add Traces’. Выберите и отобразите диаграммы: DSTM1: 1, DSTM2: pin1, U1A: Y, U2A: Y, U3A: Y, которые для наглядности приведены на рисунке 3. Занесите их в отчет.

Рисунок 2 - Простейшая схема с логическими элементами

Рисунок 3 - Временные диаграммы работы схемы, приведенной на рисунке 2

Задание 2. Начертите схему, представленную на рисунке 4. Напряжение 5В от источника V1 подайте на входы 2 логических элементов U4A и U2A через порт HI.

Проведите редактирование свойств генератора тактовых сигналов DSTM2, задав: OFFTIME = 2.5uS, ONTIME = 2.5uS, DELAY = 1u, STARTVAL = 0, OPPVAL = 1.

Проведите программирование одноразрядного генератора DSTM1 задав следующие команды: COMMAND1 - 0s 1; COMMAND2 - 2us 0; COMMAND3 - 4us 1; COMMAND4 - 7us Z; COMMAND5 - 10us 1; COMMAND6 - 13us 0; COMMAND7 - 16.5us 1; COMMAND8 - 19us 0.

Резистору R1 задайте значение 180 Om.

Создайте профиль моделирования ‘SCHEMATIC1-transient’с параметрами настройки: Run to time=20us.

Запустите процесс моделирования. Щёлкнув по кнопке , по окончанию, которого отобразите диаграммы: DSTM2: 1, DSTM1: pin1, U2A: Y, U3A: Y, U7A: Y, R1: 1, которые для наглядности приведены на рисунке 5.

Рисунок 4 - Цифровая схема с портами, генераторамитактовых и одноразрядных сигналов

Рисунок 5 - Временные диаграммы работы схемы, приведенной на рисунке 4

Занесите их в отчет. Обратите внимание на выводы компонентов с состояниями ‘нарастания фронта’, ‘неопределенное состояние’ и ‘высокоимпедансное состояние’. Занесите в отчет интервалы времени, выводы и имена компонентов с этими состояниями. Обратите внимание на изменения напряжения V(R1: 1) и сигнала на V7A: Y.

Измените, значение сопротивления R1 на 200 Om, повторно проведите моделирование, отобразите те же временные диаграммы. Занесите их в отчет.