1.2. Лабораторні роботи з дослідження цифрових елементів та вузлів ЕОМ

Лабораторна робота №1 

Знайомство з середовищем моделювання схем „OrCAD” 

Мета роботи. Знайомство з інтерфейсом та функціональними можли­востями середовища моделювання схем „OrCAD”. 

Порядок виконання роботи.

1. Відкрити програму „OrCAD”.

2. Створити новий проект.

3. Створити схему.

4. Задати тестові послідовності для вхідних сигналів.

5. Промоделювати схему.

6. Проаналізувати результати. 

Теоретичні відомості і рекомендації щодо виконання лабораторної роботи 

Розширена характеристика середовища моделювання „OrCAD” версії 9.0 наведена у розділі 3. Розглянемо короткі рекомендації, дотри­мання яких дасть змогу за обмежений час (дві години) ознайоми­тись з інтерфейсом середовища та пройти цикл створення і моделювання схеми.

Запуск програми „OrCAD” можна здійснити декількома способа­ми: за допомогою ярлика (якщо він наявний на робочому столі), активізувавши виконавчий файл CAPTURE.EXE, відповідний значок на панелі задач (якщо він тут наявний) або командою

Пуск→Програми→OrCAD→Capture CIS

Для створення нового проекту можна скористатись командою

File→New→Project

У вікні, яке при цьому відкривається, потрібно у відповідних полях вказати ім’я файлу, вибрати різновид PC Board Wizard та вибрати або створити директорію для зберігання файлів створюваного проекту. Після цього потрібно натиснути кнопку OK.

У діалоговому вікні, що відкривається при цьому (рис. 1.1), потріб­но підключити ресурси для надання можливості моделювання цифрових схем, як це показано нижче, і натиснути кнопку Далее.

Рисунок 1.1 – Діалогове вікно PCB Project Wizard 

Відкривається діалогове вікно, яке забезпечує підклю­чення бібліо­тек елементів. Потрібно вибрати файл TTL.OLB, натиснути кнопки Add і Далее,  вибрати файл TTL.VHD та натиснути кнопки Add і Готово. При цьому відривається вікно проекту, у якому створюється схема.

З правого боку з’являється вертикально розміщена панель інстру­ментів, які використовуються для створення схеми. Для початку будемо користуватись п’ятьма інструментами:

– інструмент для вибору (виділення, переміщення) об’єктів;

– інструмент для вибору бібліотечного елемента;

– інструмент для рисування ліній електричних з’єднань;

– інструмент для нанесення точки електричного з’єднання;

– інструмент для вибору портів.

Розглянемо процес створення і моделювання схеми на прикладі простої схеми, яка складається з одного інвертора.

Елементи в бібліотеках елементів OrCAD розташовані за номера­ми. Для бібліотеки TTL початковими цифрами номера є 74. До них дода­ється порядковий номер елемента (додаток Е). Інвертор має номер 7404.

Вибираємо інструмент для вибору бібліотечного елемента. При цьому відкривається вікно Place Part (рис. 1.2), у якому виділяємо номер 7404 та натискаємо кнопку OK. 

Рисунок 1.2 – Діалогове вікно Place Part

Розміщуємо вибраний елемент на робочому полі проекту, фіксу­ючи його лівою кнопкою миші. При необхідності розміщуємо декілька таких елементів. Для завершення цього процесу в контекстному меню, яке з’являється при натисканні правої кнопки миші, потрібно вибрати End Mode. Недопустимим є копіювання елемента на робочому полі та використання декількох його копій, оскільки елемент і всі його копії будуть мати один і той же номер, що призведе до виникнення проблем при моделюванні схеми.

Після розміщення елементів і встановлення зв’язків між ними потрібно підключити вхідні та вихідні порти, використовуючи інстру­мент для вибору портів. Порти є вхідними та вихідними контактами схеми. Діалогове вікно Place Hierarchical Port показано на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Діалогове вікно Place Hierarchical Port 

Як вхідний використовуємо порт PORTRIGHT-R, а як вихідний – PORTLEFT-L. Подвійним клацанням на імені порту, яке за замов­чуванням відповідає назві порту, можна відкрити діалогове вікно, у якому вводиться конкретне ім’я порту. Таким чином створюється схема, показана на рис. 1.4. 

Рисунок 1.4 – Схема для дослідження інвертора

Після створення схему потрібно зберегти, а вікно проекту згор­нути. У списку, що відкривається, треба виділити рядок ім’яфайлу.dsn та скористатись командою Tools→Simulate. Це забезпечує перехід до про­­цесу моделювання схеми.

Далі виконуємо послідовність команд: In Design→OK→Да.

Для задання вхідних сигналів потрібно вибрати пункт меню Stimulus та підпункт New Interactive. Відкривається діалогове вікно Interactive Stimulus з трьома закладками: Basic, Advanced, Clock.

Закладка Basic призначена для опису вхідного сигналу, при якому вказуються тільки його перемикання, записувані в хронологічному порядку. При цьому кожне перемикання супроводжується встановлен­ням значення логічного сигналу і моменту часу, з якого це значення триває далі, та натискання кнопки Add. За замовчуванням час вимірю­ється у наносекундах. У віконці Remove at потрібно залишити нульове значення сигналу.

Закладка Clock призначена для опису періодичних вхідних сигна­лів. При цьому вказуються значення сигналу та його тривалість протягом періоду. Кількість повторів періоду може бути вказана у віконці Repeat. Якщо кількість повторів не має кінця, вибирають Repeat forever. Задання супроводжується натисканням кнопки Add. 

Закладка Advanced поєднує попередні два способи задання сиг­налів (розділ 3).  

Отже, задамо вхідний сигнал нашої схеми як періодичний із періо­дом, наприклад, 400 нс. Спочатку, скориставшись кнопкою Browse, вибираємо вхідний сигнал із множини вхідних сигналів. У діалоговому вікні Interactive Stimulus задаємо тривалість нульового та одиничного значень сигналу по 200 нс. Задаємо нескінченну кількість повторів. Не забуваємо натиснути кнопки Add та OK, а у вікні, що відкривається – Да.

Для вибору сигналів, які будуть наявні у часовій діаграмі, вико­нують команду Trace→New Wave Window. У вікні, яке при цьому відкривається, вибирають потрібні сигнали та переносять їх до віконця вибраних сигналів.

Процедура моделювання запускається натисканням кнопки Run головної панелі інструментів (при цьому тривалість часу моделювання за замовчуванням складає 10000 нс) або командою Simulate Run (при цьому тривалість часу моделювання може задаватись користувачем).

У результаті моделювання отримуємо часову діаграму роботи схеми. Підбираючи відповідний масштаб та застосовуючи маркери, добива­ємось зручного для аналізу вигляду часової діаграми. Аналізуємо часову діаграму на предмет правильності функціонування схеми. Визна­чаємо затримки вихідного сигналу відносно переднього і заднього фронту вхідного сигналу.

Повторне моделювання за замовчуванням починається з моменту часу зупинки попередньої процедури моделювання. Для запуску проце­дури моделювання з нульового моменту часу потрібно перезавантажити проект командою Simulate→Reload Project.

До звіту включають послідовність команд для створення проекту, створення та моделювання схеми, способи задання вхідних сигналів, особливості використання портів і под. 

Питання для самоперевірки 

1. Якими способа­ми можна здійснити запуск програми „OrCAD”?

2. Яким чином здійснюється підключення ресурсів для надання можливості моделювання цифрових схем?

3. Як підключати бібліотеки елементів?

4. Які засоби використовуються для підключення портів?

5. Яким способом можна задати або змінити ім’я порту?

6. Назвіть засоби, які використовуються для складання схеми.

7. У якому діалоговому вікні задаються вхідні сигнали?

8. Яка закладка використовується для задання неперіодичних сигна­лів?

9. Яка закладка використовується для задання періодичних сигналів?

10. У якому випадку час моделювання може задаватись користувачем?

11. Яким чином вибирати сигнали, що будуть наявні у часовій діаграмі?

12. Де в інтерфейсі програми „OrCAD” за замовчуванням знаходиться панель інструментів, що використовуються для створення схеми?

13. Що треба зробити, щоб повторне моделювання починалося з нульо­вого моменту часу?

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!