Реферат на тему: Технология создания моделей электрических логических устройств в системе автоматизированного проектирования Multisim
Студента группы МЭО 16 2/9
Пяткова Даниила
Программы моделирования электронных устройств на уровне принципиальных схем
PSpice (MicroSim, Cadence). Первая программа схемотехнического моделирования SPICE (Simulation
ProgramwithIntegratedCircuitEmphasis) была разработана в начале 1970-х годов в Калифорнийском университете (г. Беркли). Она оказалась настолько удачной, что с тех пор интенсивно развивается и де-факто стала эталонной программой моделирования чисто аналоговых устройств.
PSpice (PersonalSimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis) – программа моделирования аналоговых и цифровых устройств (рис. 8), описанных на языке Spice, которая предназначена для ПК (первая буква «P» в названии). Выпущена компанией MicroSim в январе 1984 г. и используется при автоматизации проектирования электронных устройств. Позже к ней добавили программу для просмотра и анализа осциллограмм Probe.
В 1990 г. компанией Microsim на основе общего вычислительного ядра PSpice был создан программный пакет DesignCenter в среде Windows. Он позволял реализовать не только текстовый, но и графический ввод электрических принципиальных схем, а также проектирование не только аналоговых, но и аналого-цифровых (компараторы, АЦП, ЦАП) и чисто цифровых устройств (вентили, триггеры, счетчики, запоминающие устройства и т.п.). Последующие версии DesignCenter 6.0, 6.1 и 6.2 (1994 – 1996 гг.) были дополнены программами для проектирования программируемых логических матриц и разработки топологии печатных плат. Начиная с 1996 г., корпорация Microsim стала разрабатывать новое поколение САПР для схемотехнического моделирования под названием DesignLab 8.0 (1997 г.).
Наконец, в начале 1998 г. произошло объединение корпораций Microsim и OrCAD, которое стимулировало развитие их ведущих проектов DesignLab и OrCAD. Новая фирма получила название OrCAD, а в марте 2000 г. она выпустила «объединенный» продукт – версию OrCAD 9.2, в которую вошла программа PSpice. По состоянию на декабрь 2014 г. владельцем САПР OrCAD является фирма CadenceDesignSystems.
В настоящее время PSpice удовлетворяет множеству требований и интегрирован в систему автоматизированного проектирования CadenceOrCAD/Allegro. Современные версии программы содержат много улучшений, которых не было изначально, например, автоматическая оптимизация схем, шифрование, редактор моделей, поддержка параметрических моделей, несколько внутренних алгоритмов решения дифференциальных уравнений, перезапуск с контрольных точек и т.д. В программу входят: PSpiceAnalogDigital – пакет аналого-цифрового моделирования, PSpiceАdvancedАnalysis – пакет параметрической оптимизации, PSpice SLPS option – интерфейс связи с пакетом MATLAB.
В PSpice можно проводить несколько типов анализа схем. Наиболее важные из них:
· анализ нелинейных цепей постоянного тока (Nonlinear DC analysis);
· анализ переходных процессов (Nonlineartransient) – вычисляет напряжение и ток как функции времени;
· анализ Фурье в нелинейных цепях (Fourieranalysis) – дает частотный спектр сигналов в любой точке схемы;
· анализ линейных цепей переменного тока (Linear AC Analysis) – вычисляет выходную функцию как функцию частоты;
· анализ внутренних шумов (Noiseanalysis);
· параметрический анализ (Parametricanalysis);
· анализ по методу Монте-Карло (MonteCarloAnalysis).
Последняя (по состоянию на декабрь 2014 г.) версия PSpice поставляется в пакете Cadence
Orcad/Allegro 16.6.
Electronics Workbench (Interactive Image Technologies), MultiSim (National Instruments). Одна из самых
известных программ схематического моделирования цифровых, аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств ElectronicsWorkbench была создана в 1989 г. (рис. 9).
Первые версии состояли из двух независимых частей – для моделирования цифровых и аналоговых устройств. В 1996 г. обе они были объединены. Продукт создала компания ElectronicsWorkbenchGroup (InteractiveImageTechnologies) – один из первопроходцев компьютерной разработки устройств электроники. Сегодня InteractiveImageTechnologies – это дочерняя компания, права на которую полностью принадлежат NationalInstrumentsCorporation.
ElectronicsWorkbench показал достаточно высокую гибкость и точность вычислений, найдя широкое применение более чем в 50 странах мира, как на предприятиях, так и в вузах. Программа имеет простой интерфейс и идеально подходит для начального обучения электронике. Библиотеки предлагают огромный набор моделей радиоэлектронных устройств от самых известных иностранных производителей с широким диапазоном значений параметров. Кроме этого, есть возможность создания собственных компонентов. Активные элементы могут быть показаны как идеальными, так и реальными моделями. Всевозможные приборы (мультиметры, осциллографы, вольтметры, амперметры, частотные графопостроители, динамики, светодиоды, лампы, логические анализаторы, сегментные индикаторы) позволяют измерять любые величины, строить графики. ElectronicsWorkbench может провести анализ цепи по постоянному и переменному току, исследовать переходные процессы (рис. 10) при любом внешнем воздействии с помощью генераторов сигналов разной формы. Для более детального анализа программа может работать с программами PSpice и
Micro-Cap. ElectronicsWorkbench позволяет экспортировать результаты работ в САПР Orcad, Protel, Tango, Eagle и Layo1.
ElectronicsWorkbench состоит из трех основных модулей: Multisim, Ultiboard, Ultiroute.
Multisim обеспечивает ввод электрических принципиальных схем, моделирование смешанных аналого-цифровых устройств с помощью алгоритмов SPICE, текстовое описание цифровых устройств на языках высокого уровня VHDL и Verilog, их моделирование и синтез ПЛИС (Multisim V6 VHDL).
Ultiboard и Ultiroute являются графическими редакторами печатных плат: Ultiboard – с простейшим алгоритмом автотрассировки соединений (рис. 11), Ultiroute – с автоматическим размещением компонентов и трассировки печатных плат с расширенными возможностями.
MultiSim – средство разработки и моделирования электронных устройств – позволяет создать схему (рис. 12), используя обширную библиотеку компонентов, и эмулировать поведение интегральной схемы с помощью стандартного промышленного симулятора Spice. Начиная с версии 10.1, в Multisim интегрирован MCU Module, позволяющий добавить в Spice-эмулированную интегральную схему микроконтроллер и программировать его на языке С или Ассемблере. Модуль позволяет эмулировать работу интегральной схемы с микроконтроллером и различными дополнительными устройствами: постоянной и оперативной памятью, клавиатурой, а также графическими и буквенно-цифровыми жидкокристаллическими дисплеями.
На декабрь 2014 г. сегодняшний день актуальна версия MultiSim 13.X.
Micro-CAP (Spectrum Software). Micro-Cap (MicrocomputerCircuit Analysis Program) – профессиональ -
ная программа аналогового, цифрового и смешанного моделирования и анализа цепей электронных устройств средней степени сложности.
Программа была написана в 1982 г. фирмой SpectrumSoftware, с тех пор она постоянно расширяется и совершенствуется. Фирма, в свою очередь, была основана Энди Томпсоном в феврале 1980 г., изначально позиционируясь на написании программ для Apple. Она расположена в одном из городов Кремниевой долины – Саннивейле (штат Калифорния, США).
Интуитивно понятный интерфейс, нетребовательность к вычислительным ресурсам ПК и большой спектр возможностей сделали популярной Micro-Cap среди специалистов и студентов. Алгоритм работы включает в себя создание электрической цепи в графическом редакторе (рис. 13), задание параметров анализа и анализ полученных данных. Программа самостоятельно составляет уравнения цепи и проводит моментальный расчёт. Любое изменение схемы или параметров элементов приводит к автоматическому обновлению результатов.
Графический редактор опирается на библиотеки электронных компонентов, которые можно пополнять на основе экспериментальных или справочных данных с помощью встроенного модуля ShapeEditor. Все номиналы и параметры элементов могут быть как неизменными, так и зависящими от температуры, времени, частоты, состояния схемы, параметров других компонентов.
Анимированные детали (светодиоды, реле, семисегментные индикаторы и некоторые другие элементы) изменяют состояние в соответствии с поступающими на них сигналами. Моделирование включает в себя целый набор различных анализов (рис. 14): переходных процессов, передаточных характеристик по постоянному току, малосигнальных частотных характеристик, чувствительностей по постоянному току, нелинейных искажений, метода Монте-Карло и многих других. Опытные пользователи могут создавать свои макромодели, которые облегчают имитационное моделирование без потерь информации. Допускается одновременно использовать различные стандарты элементов схемы. Полная поддержка Spice -моделей позволяет применять проекты из других программ (DesignLab, OrCAD, P-CAD). Из недостатков можно отметить лишь необходимость установки дополнительных элементов, так как объем библиотек Micro-Cap (даже в полной версии) явно недостаточен.
Программа-дизайнер Micro-CapActive Filter Designer (рис. 15) предлагает возможность автоматического расчета активных и пассивных фильтров Баттерворта, Чебышева, Бесселя, эллиптических: низких частот, высоких частот, полосовых, режекторных. Созданный фильтр можно вставить в проект. Designer также предлагает пользователю выбор операционных усилителей для использования в активных фильтрах.
Он может создавать фильтры либо для точного значения, либо для стандартных значений импеданса.
