Воронежский институт МВД России
Кафедра вневедомственной охраны
Утверждаю
Начальник кафедры
вневедомственной охраны
кандидат технических наук
полковник полиции
С.А. Гречаный
«____» _________________2016 г.
Тезисы лекции
По дисциплине «Основы компьютерного проектирования и моделирования радиотехнических систем»
Тема № 8 «Анализ и синтез цифровых устройств»
Лекция 1
Подготовил:
старший преподаватель кафедры
кандидат технических наук
майор полиции
А.В. Сидоров
Обсуждено и одобрено на заседании
методической секции кафедры вневедомственной охраны
«___» ______ 2016 г., протокол № __
Обсуждено и одобрено на заседании кафедры вневедомственной охраны
«___» ______ 2016 г., протокол № __
Учебные и воспитательные цели:
1. Образовательные: подготовка обучаемых к проектно-конструкторской и научно-исследовательской видам деятельности посредством формирования знаний и умений, компетенций в области компьютерного проектирования и моделирования радиотехнических систем с применением пакетов прикладных программ; раскрыть алгоритмы вычисления статических выходных параметров, динамических параметров и выходных параметров, характеризующих переходные процессы при решении задачи анализа, перечислить и раскрыть алгоритмы конструкторского проектирования, декомпозицию задачи конструкторского проектирования; стимулировать активную познавательную деятельность курсантов.
Развивающие: актуализироватьопорныезнания обучаемых по дисциплине, а также межпредметные связи; для развития и активации у курсантов самостоятельного мышления, логических способностей и профессиональной лексически и терминологически грамотной речи, в процессе проведения занятия создавать проблемные ситуации с включением элементов дискуссии;
Воспитательные и личностноформирующие: формирование правовой культуры и кругозора; стимулирование активной познавательной деятельности и мотивации, способствование выработке у курсантов убежденности в важности освоения рассматриваемых вопросов для будущей практической деятельности.
Материально-техническое обеспечение:
1. Интерактивная доска.
2. Проектор.
3. Компьютер в комплекте с монитором, клавиатурой и оптическим манипулятором.
4. Программное обеспечение SmartBoard.
ПЛАН ЛЕКЦИИ
| Учебныевопросы | Время, мин |
| Вступительная часть 1. Алгоритмы анализа выходных параметров радиотехнических систем. 2. Алгоритмы конструкторского проектирования. Заключительная часть |
Литература
Основная:
1. Головков А. А. Компьютерное моделирование и проектирование радиоэлектронных средств: учебник для вузов /А. А. Головков, И. Ю. Пивоваров, И. Р. Кузнецов. – СПб.: Питер, 2015. – 208 с.
2. Антипенский Р. В. Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств / Р. В. Антипенский, А. Г. Фадин. – Москва: Техносфера, 2007. – 127 с.
3. Шестеркин А. Н. Система моделирования и исследования радиоэлектронных устройств Multisim 10 / А. Н. Шестеркин. – Москва: ДМК Пресс, 2012. – 360 с.
4. Амелина М. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap. Версии 9,10 / М. А. Амелина, С. А. Амелин. – Смоленск: Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2013. – 618 с.
5. Амелина М. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8 / М. А. Амелина, С. А. Амелин. – Москва: Горячая линия – Телеком, 2007. – 464 с.
6. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Инструментальные средства и моделирование элементов практических схем / В. И. Карлащук, С. В. Карлащук. – Москва: Солон-пресс, 2008. – 144 с.
Дополнительная:
1. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: учебное пособие для вузов / О. В. Алексеев, А. А. Головков, И. Ю. Пивоваров и др.; Под ред. О. В. Алексеева. – Рекоменд. МО РФ. – Москва: Высшая школа, 2000. – 479 с.
2. Уваров А. С. P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств / А. С. Уваров. – Москва: Горячая линия-Телеком, 2004. – 760 с.
3. Романычева Э. Т. Инженерная и компьютерная графика: учебник для вузов с дистанционным обучением: Доп. М-вом образования РФ / Э. Т. Романычева, Т. Ю. Соколова, Г. Ф. Шандурина. – 2-е изд., перераб. – Москва: ДМК, 2001. – 586 с.
4. Кардашев Г. А. Цифровая электроника на персональном компьютере /
Г. А. Кардашев. – Москва: Горячая линия - Телеком, 2003. – 311 с.
5. Петраков О. М. Создание аналоговых PSPICE - моделей радиоэлементов / О. М. Петраков. – Москва: РадиоСофт, 2004. – 205 с.
6. Сиденко Л. А. Компьютерная графика и геометрическое моделирование. Учебное пособие / Л. А. Сиденко. – СПб: Питер, 2009. – 219 с.
Электронные ресурсы:
1. URL: https://russia.ni.com/multisim//
2. URL: https://www.spectrum-soft.com//
3. URL: https://www.orcad.com//
Алгоритмы анализа выходных параметров радиотехнических систем
Задачей анализа является определение всех выходных параметров схемы, интересующих разработчика, в статическом и динамическом режимах, а также при расчете частотных характеристик.
Алгоритмы вычисления статических выходных параметров представляют собой функциональные зависимости, которые содержат в качестве аргументов токи и напряжения и позволяют найти заданный выходной параметр. Например, мощность, рассеиваемая в какой-либо ветви схемы, при статическом режиме определяется выражением Рст = IU, где I и U – значения тока и напряжения в заданной ветви.
В динамическом режиме средняя мощность может быть рассчитана как средняя сумма мгновенных мощностей, рассеиваемых на каждом шаге переходного процесса,
|
где n - число шагов на интервале времени Т.
Динамические выходные параметры (длительности задержек, фронтов, срезов, крутизна сигнала и период его следования) рассчитываются на основе оценки изменений во времени значений токов и напряжений. Например, длительность задержки фронта tз, некоторого сигнала вычисляется путем сравнения текущего значения Y с заданным уровнем Y1 (рис. 1,а). Особенность алгоритмов расчета характеристик в отдельные моменты времени состоит в том, что значения токов и напряжений вычисляются дискретно, поэтому возникает необходимость запоминать значения Y и после выполнения соответствующих вычислений проводить линейную интерполяцию для определяемого момента времени (рис. 1,б).
|
Рис. 1. Определение длительности задержки t 3 и фронта tф сигнала
Пример. Рассмотрим алгоритм определения длительности фронта сигнала между двумя уровнями Y1 и Y2 (рис. 1, а). В данном примере длительность фронта tф определяется как разность моментов времени t2 и t1. Каждый из этих моментов вычисляется в точке пересечения заданного уровня Y и прямой, полученной линейной интерполяцией сигнала между точками Yт, и Yn (рис. 1, б), соответствующими сигналу на текущем и предыдущем шаге интегрирования. Искомая точка на оси времени вычисляется по формуле
,
где ∆t – шаг интегрирования.
Для повышения точности определения 
, можно также использовать квадратичную интерполяцию.
Длительность импульса Yи рассчитывается как разность t1 – t2, где t2 – время задержки t3 фронта сигнала, a t1 – момент времени пересечения определенного уровня (абсолютного или относительного) срезом сигнала.
Для расчета амплитуды сигнала Ym необходимо вычислять и запоминать наибольшее и наименьшее значения Y на каждом шаге переходного процесса. При этом могут возникнуть погрешности в определении амплитуды из-за выбросов, образующихся, например, при прохождении сигнала через проходные емкости.
Для радиотехнических систем анализ большинства выходных параметров, характеризующих переходные процессы, базируется на оценке искажений различных сигналов при их прохождении через схему. К таким выходным параметрам относятся (рис. 2): 
– длительность фронта или время установления импульса, определяемые временем нарастания сигнала от уровня 0,1 до 0,9 стационарного значения; 
– длительность среза импульса, определяемая аналогично времени нарастания; δ – выброс на вершине, т.е. максимальное превышение мгновенного значения сигнала над установившимся; ∆ – неравномерность вершины импульса; 1 – выброс в паузе импульса; 
– запаздывание импульса, определяемое временем достижения половины установившегося значения высоты импульса или его амплитуды; 
– время длительности выброса, возникающего в паузе импульса.
|
Рис. 2. Выходные параметры радиотехнических схем во временной области