23051

Ознайомлення з основними можливостями пакета програм автоматизованого проектування електронних схем MicroSim PSPICE 8.0

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Система автоматизованого проектування MicroSim PSPICE використовує один з найбільш вдалих кодів схемотехнічного моделювання SPICE Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis який був розроблений на початку 70х років фахівцями Каліфорнійського університету США. Фактично зазначений код став стандартним для моделювання електронних схем і застосовується також у інших відомих системах моделювання схем зокрема MicroCap а вхідний формат мови завдань SPICE підтримується практично усіма пакетами автоматизованого проектування електронних...

Украинкский

2013-08-04

1.35 MB

1 чел.

Лабораторна робота № 1

з курсу "Схемотехніка"

Ознайомлення з основними можливостями пакета програм автоматизованого проектування електронних схем

MicroSim PSPICE 8.0

Вступ.

Система автоматизованого проектування MicroSim PSPICE використовує один з найбільш вдалих кодів схемотехнічного моделювання SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), який був розроблений на початку 70-х років фахівцями Каліфорнійського університету (США). Фактично зазначений код став стандартним для моделювання електронних схем і застосовується також у інших відомих системах моделювання схем, зокрема MicroCap, а вхідний формат мови завдань SPICE підтримується практично усіма пакетами автоматизованого проектування електронних пристроїв (PCAD, OrCAD, ACCEL EDA, TangoPRO, Viewlogic та ін.). Програма PSpice дозволяє для заданої схеми та вхідних сигналів розраховувати режими за сталим струмом, перехідні процеси та їхні спектри, частотні характеристики, температурні залежності та інші характеристики як для лінійних, так і для нелінійних схем. Починаючи з версії 4.0, існує можливість моделювання мішаних аналого-цифрових схем. У пакеті MicroSim Design Center / Lab (версії 5.0 та вище) до програми PSpice додано оболонку для графічного вводу принципових схем у середовищі Microsoft Windows, що значно спрощує процес моделювання. Останні версії Design Center / Lab (6.0 та вище) набули вигляду завершеної системи автоматизованого проектування електронних пристроїв із урахуванням проектування плати. У даному циклі лабораторних робіт використовується версія MicroSim PSPICE 8.0 .

1. Запуск пакета

 Після завершення процесу інсталяції пакет MicroSim PSPICE 8.0. розташовується у групі Microsim Eval 8, до якої входять:

- Design Manager - зовнішня оболонка пакету

- Schematics   - середовище для графічного вводу та редагування схем

- PSpice A_D  - програма схемотехнічного моделювання

- PSpice Optimiser - програма настроювання\оптимізації для PSpice A_D

 - MicroSim PCBoards  - програма розробки друкованих плат

- Accessories  - додаткові засоби, у тому числі:

- Probe  - програма виведення графіків за результатами моделювання

- Parts  - програма ідентифікації параметрів моделей схемотехнічних елементів.

- Stimulus Editor - програма редагування вхідних сигналів.

Практично для моделювання схем починаючи з етапу графічного вводу достатньо запустити програму Schematics. Інші частини пакета, необхідні на тому чи іншому етапі моделювання, запускаються нею автоматично.

2. Графічний ввід електронної схеми у Schematics

 Оболонка Schematics використовує стандартний інтерфейс Windows. Головне вікно містить робоче поле із нанесеною на нього сіткою для графічного конструювання схем, головного меню та кількох панелей інструментів (Toolbars). Графічний ввід схем розглянемо на конкретному прикладі

рис. 1

 На рис. 1 зображено ділянку робочого поля Schematics, що містить введену та відредаговану схему смугового RC-фільтра, підготовану для моделювання за допомогою програми PSpice. Для отримання схеми у такому вигляді слід провести такі операції:

- розмістити у необхідних місцях елементи схеми

- задати параметри елементів схеми

- з'єднати елементи схеми провідниками

- задати назви вузлів схеми

Послідовно розглянемо усі ці операції. Схема, що її наведено вище, містить лише стандартні елементи, які є у стандартних бібліотеках пакета. Для розміщення елемента на робочому полі його спочатку треба отримати з відповідної бібліотеки. Для цього у розділі головного меню Draw треба вибрати пункт Get New Part, що призведе до появи вікна запиту назви елемента. Якщо назва елемента відома (наприклад, резистор - R), її можна безпосередньо набрати з клавіатури. Для безпосереднього прогляду наявних бібліотек елементівможна скористатися кнопкою Libraries... . Зазначимо, що у стандартних бібліотеках пакета використовуються умовні графічні позначення елементів, прийняті на Заході. Наводиться також повний список наявних елементів. Слід відзначити analog.slb - бібліотеку, яка містить стандартні резистори, ємності, індуктивності, трансформатори та керовані джерела живлення, а також port.slb - різні види заземлення та стандартних портів. У будь-якій схемі бажано встановити заземлення. Це зменшує кількість можливих помилок при розрахунках програмою PSpice.

Розглянемо конкретну схему на рис.1. Вона містить резистори, конденсатори, джерело сигналу синусоїдальної форми та заземлення. Відповідно слід вибрати з бібліотеки analog.slb елементи R та С (вибравши тип елемента, можна встановити на робочому полі декілька однотипних елементів за допомогою миші), потім елемент EGND (Earth Ground - заземлення) з бібліотеки port.slb i, нарешті, елемент VSIN (джерело напруги синусоїдальної форми) з бібліотеки source.slb.

Безпосередньо вибрані з бібліотек елементи після встановлення на робоче поле мають стандартні орієнтацію, назву та параметри. Змінити орієнтацію елемента (наприклад, з горизонтальної на вертикальну) можна за допомогою команд Rotate (повернути на 90 градусів) та Flip (дзеркальне відображення) розділу Edit головного меню. Назва та параметри елемента змінюються подвійним клацанням мишею на відповідному елементі (або командою Attributes розділу Edit), після якого з'являється вікно із переліком параметрів елемента. Кожен параметр можна змінити, вмбравши його у переліку та натиснувши кнопку Change. Ім'я конкретного елемента (наприклад, Rn) має у списку параметрів назву REFDES. На робочому полі будуть показуватися лише ті параметри, для яких встановлено опцію Display Value (для зміни цієї опції використовується кнопка Change Display). Слід зазначити, що параметр TEMPLATE містить опис моделі елемента і безпосередньо його змінювати не слід. Кожен видимий параметр відображається на схемі в своїй рамці, яку можна відбуксирувати мишею у найбільш зручне місце.

Після встановлення елементів на робоче поле їх слід з'єднати провідниками у відповідності до принципової схеми. Для цього використовується команда Wire з розділу Draw. Після вибору цієї команди слід клацнути мишею на виводі елемента який буде під'єднуватися, а потім клацнути по одному разу у кожному місці, де провідник на принциповій схемі повертає під прямим кутом аж до досягнення виводу другого під'єднуваного елемента або провідника. Після проведення усіх провідників схема в принципі є готовою до моделювання, але для зручності слід встановити конкретні номери для вузлів схеми (якщо їх не встановлювати, їм буде присвоєний не дуже інформативний внутрішній номер). Для встановлення номера вузла слід просто двічі клацнути мишею на відповідному провіднику (або використати команду Label розділу Edit), що призведе до появи віконця LABEL, у якому слід задати номер (у загальному випадку - ім'я) вузла. Слід зазначити, що вузлові, до якого під'єднаний елемент заземлення EGND, автоматично присвоюється номер 0.

Окрім зазначених вище, при графічному конструюванні схеми можуть застосовуватися й інші команди розділів Edit та Draw, які будуть діяти для поточного (виділеного червоним кольором) елемента. Зокрема, у розділі Edit:

Undo   - скасувати останню дію

Cut    - забрати елемент з робочого поля і запам'ятати його в буфері

Copy   - запам'ятати елемент у буфері

 Paste   - встановити на робоче поле елемент з буфера

 Copy to Clipboard  - запам'ятати елемент у буфері обміну Windows для подальшої його вставки в інший Windows - редактор (наприклад, Мicrosoft Word)

Symbol   - редагувати модель елемента (цьому буде присвячено частину 2 даної роботи)

 Replace   - заміна одного типу елементів іншим (наприклад, резистори на катушки індуктивності)

 Find   - знайти елемент

У розділі Draw:

Repeat   - повторити останню операцію

 Place Part  - встановити елемент типу, що вибраний останнью командою Get New Part

Text   - Помістити на робоче поле рамку з текстом

 Bus   - Побудова шини (кілька паралельних провідників)

 Rewire   - Перебудувати провідники

 Redraw   - "Освіжити" зображену схему

Після побудови схеми для можливості її подальшого використання слід зберегти її на диску. Для цього використовується команди Save та Save As розділу File. Раніше збережену схему можна відкрити командою Open. Повністю нову схему можна почати командою New.

Зазначимо, що для зручності найбільш часто застосовні операції продубльовано також у вигляді кнопок на панелях інструментів. Зокрема, у вигляді кнопок присутня більшість вищезазначених операцій. Для визначення операції слід навести мишу на кнопку і потримати там вказівник миші, не натискуючи на її кнопку. В результаті з'явиться підказка (hint).

  

3. Моделювання схеми за допомогою PSpice.

 Після завершення побудови схеми у графічній оболонці Schematics можна переходити до її моделювання. Для цього застосовуються команди розділу Analysis головного меню цієї оболонки. Після запуску завдання на моделювання програма розрахунку PSpice A_D та програма побудови графіків Probe відкривають свої власні вікна, залишаючи вікно Schematics незмінним. Це дозволяє одночасно "мати під рукою" як принципову схему, так і графіки, розраховані для неї при моделюванні. Розглянемо основні операції розділу Analysis.

- Electrical Rule Check - перевірка зображеної схеми на відповідність загальним електротехнічним правилам. У разі знаходження помилки команда видає її опис. Зокрема, найбільш поширеною помилкою є плаваючий вузол у схемі (вузол, який ні до чого не під'єднаний). Така помилка виникає у разі розриву кола на певній ділянці. Слід зазначити, що особливістю програми PSpice є те, що вона вважає плаваючим вузол, до якого під'єднані лише ємності, оскільки у цьому випадку через такий вузол не може протікати сталий електричний струм. Якщо існує необхідність розгляду таких вузлів, позбутися цієї проблеми можна, під'єднавши паралельно до ємностей дуже великий активний опір (наприклад, 1000 MOм).

- Create Netlist - формування текстового файла з описом схеми за форматом PSpice. Після виконання цієї команди формується файл з тим самим ім'ям, що й файл, у якому зберігається графічне зображення схеми, але з розширенням .net. Haприклад, у випадку, якщо файл графічного опису схеми зветься Proba.sch, то файл текстового опису буде зватися Proba.net. Переглянути цей файл можна за командою Examine Netlist останньої частини розділу Analysis.

- Simulate  - запуск програми моделювання PSpice A_D. Ця команда має "гарячу клавішу" F11. Слід зазначити, що процес, який відбувається по цій команді, проходить у декілька етапів. По-перше, виконується формування текстового опису схеми (Як за командою Create Netlist). По-друге, здійснюється формування файлу завдання на моделювання для PSpice (у розглянутому вище прикладі це буде файл Proba.cir). Команди прогляду цього файлу, який сам по собі малоінформативний, у Schematic не передбачено, але його можна проглянути будь-яким текстовим редактором (наприклад, Notepad). Нарешті, по-третє, запускається сама програма PSpice i виконує моделювання. Перед моделюванням PSpice перевіряє файл завдання на наявність помилок і, в разі їхньої наявності, припиняє процес моделювання. Результати роботи PSpice записуються у двох файлах, першим з яких є вихідний файл .out (У нашому прикладі - Proba.out). У цьому файлі, зокрема, видаються режимні значення струмів та напруг у схемі, а також помилки (у разі їхньої наявності). Для прогляду вихідного файлу використовується команда Examine Output останньої частини розділу Analysis.

- Run Probe - запуск програми побудови графіків Probe. Цю команду слід виконувати після завершення роботи PSpice, оскільки Probe використовує другий файл, що формується PSpice під час моделювання - .dat (У нашому випадку - Proba.dat). Робота з Probe докладно розглядається у наступному розділі.

- Probe Setup - ця команда дозволяє встановити опції для Probe. Зокрема опція Automatically run ... встановлює, що Probe буде щоразу автоматично запускатися відразу після завершення моделювання на PSpice (звичайно, у випадку відсутності помилок).

- Setup - cлужить для введення параметрів завдання на моделювання, і є дуже важливою. Практично без задання параметрів у Setup моделювання не відбудеться. Команда Setup складається з багатьох підкоманд, які в принципі відповідають командам моделювання традиційного PSpice - .AC, .DC, .TRAN i . т. ін. Розглянемо деякі з підкоманд більш докладно:

- AC Sweep - параметри лінійного моделювання схеми за змінним струмом (аналіз частотних характеристик). При виборі цієї підкоманди з'являється вікно задання параметрів. Цей вид моделювання буде взагалі виконуватися лише в тому випадку, якщо у даному вікні встановлено опцію Enabled (Це стосується і всіх інших видів моделювання). Вікно складається з трьох панелей. У верхній лівій панелі задається тип моделювання, закрема Linear - лінійний, Octave та Decade - логарифмічний масштаб за частотою з різним розбиттям на ділянки. У більш часто застосовному типі Decade на протязі кожної ділянки масштабу частота змінюється у 10 разів. Верхня права панель служить для задання початкової та кінцевої частот проміжку моделювання, а також кількість точок на кожну ділянку, у яких буде проведено чисельний розрахунок (відповідно Start Freq., End Freq. та Total Pts.). Нижня панель використовується для задання параметрів моделювання шумових характеристик. Ще нижче розташовано опцію Enabled, про яку вже йшлося, а також кнопки OK та Cancel (підтвердження чи заперечення проведеної зміни параметрів).

- DC Sweep - параметри нелінійного моделювання за сталим струмом (перевірка за зміною режиму схеми).  Вікно DC Sweep cкладається з 4 панелей. У верхній лівій панелі задається тип змінної, по якій буде проведено чисельний розрахунок. Це може бути джерело напруги чи струму (Current Source та Voltage Source), температура, глобальний або модельний параметр. У правій верхній панелі задаються параметри обраної змінної. Для джерела напруги чи струму це буде його ім'я (скажімо, V1), тип та ім'я моделі (відповідно, віконця Name, Model Type та Model Name). У нижній лівій панелі задається тип моделювання. Перелічені там типи вже описані тут для AC Sweep. Новим є тип Value List, при виборі якого у правій нижній панелі у віконці Values безпосередньо зазначається список значень, для яких треба провести моделювання. Iнші віконця цієї панелі використовуються в інших типах моделювання і в них зазначається початкове, кінцеве значення змінної та інкремент (Start Value, End Value та Increment). Зазначимо, що підкоманда Parametric в принципі виконує ті самі функції, що й DC Sweep.

- Transient Analysis - параметри нелінійного моделювання часових залежностей (епюр, осцилограм, перехідних процесів). З'являється вікно, що складається з 2 панелей. У верхній панелі задаються крок та  кінцеве значення часу (Print Step та Final Time), початкове значення часу для виводу(No-Print Delay). Опція Use Initial Condition дозволяє при розрахунку пропускати етап знаходження режиму, але в цьому випадку слід задати початкові умови для схеми. Для цього використовується підкоманда Load\Save Bias Points, яка дозволяє записати один раз розрахований режим у файл, а потім використовувати його простим зчитуванням без додаткових розрахунків. Знову ж таки цей режим призначається для досить складних схем, і у лабораторних роботах застосовуватися не буде. Нижня панель вікна стосується можливості Фур'є-аналізу проведеного розрахунку часової залежності. Для цього треба вибрати опцію Enable Fourier.

  Для довідки зазначимо, що:

- Monte-Carlo\Worst Case - аналіз у режимах АС, DC aбо Transient, але із випадковим розподілом точок по проміжках розрахунку (метод Монте-Карло).

- Options - задання стандартних значень деяких величин та параметрів. Лабораторні роботи розраховані на стандартну конфігурацію пакету, тому змінювати стандартні значення не слід.

- Temperature - задання температури, при якій проводяться розрахунки, або списку температур. Зазначимо, що список температур, як і будь-який список у Design Center, вводиться переліком чисел через пробіл.

4. Аналіз роботи схеми за допомогою Probe.

 Графічний постпроцесор (програма побудови графіків за результатами моделювання) Probe слід запускати після завершення моделювання на PSpice. Зручно користуватися режимом, коли встановлено опцію Automatically run Probe... Вікно Probe після його запуску являє собою головне меню, під яким розташоване чорне робоче поле для побудови графіків. Якщо у команді Setup головного меню Schematics було виставлено опцію Enabled більш ніж для одного типу моделювання, при запуску Probe з'явиться меню запиту, для якого саме типу виводити графіки. Розглянемо основні команди головного меню Probe.

- розділ File дозволяє читати з диска  файли результатів моделювання (для нашого пркладу - Probe.dat). Автоматично при запуску програми зчитується файл результатів моделювання, яке було проведене останнім. Читання інших файлів здійснюється командою Load. Команди Print та Printer Setup призначені для друку графіків. Log Commands та Run Commands - команди для запису та виконання (відповідно) послідовності команд в\з файлу.

- розділ Plot містить перелік усіх типів здійсненого моделювання, саме тут вибирається конкретний тип для аналізу. Крім того, у цьому розділі містяться команди:

- Add Plot - додає нове поле для виведення графіків. Після вибору цієї команди з'являється селектор, який визначає поле для виведення графіків (SEL>>) і переставляється за допомогою миші.

- Delete Plot - знищує поле, на яке вказує селектор SEL>>

- Unsync Plot - встановлює для поточного поля (SEL>>) незалежний масштаб за віссю X.

- X(Y) Axis Settings - параметри осей X та Y для виведення графіків.

- Add Y Axis -показати додаткову вісь Y.

- розділ Trace дозволяє будувати нові графіки на робочому полі або прибирати їх з нього, а також задавати опції виводу графіків. Розглянемо команди цього розділу:

- Add - додає новий графік. Після вибору цієї команди з'являється вікно, у якому перелічено основні величини, отримані у результаті моделювання ( Наприклад, V(2), I(C1) і т. ін.). Які саме величини будуть наведені у цьому списку, визначають опції, що розташовані під цим списком. Вибором цих опцій можна розширювати або звужувати перелік величин у списку. Клацнувши мишею на одній з величин у списку, можна перенести її у віконце Trace Expression, за яким, власне і будуються графіки. Зазначимо, що існує можливість задання конкретних значень струмів та напруг, а також формули за участю констант та розрахованих для схеми величин. Наведемо конкретні приклади побудови графіків за командним рядком Trace Command. I(C2)-буде виведено струм через конденсатор С2,  0.62м - у залежності від масштабу по Y це буде 0.62мВ, 0.62мА тощо, V(1) V(2) V(3) - три графіки для напруг у точках 1,2 та 3 відносно заземлення, VP(1,2) - зсув по фазі між точками 1 та 2, V(4)*I(Rn) - для схеми на рис.1 це буде потужність, що виділяється на навантаженні. Слід зазначити, що в одному масштабі слід виводити величини одного типу (тільки струми, тільки напруги тощо).

- Delete All- вилучає графіки з робочого поля. Для визначення того, який саме графік буде вилучено, слід вибрати його клацанням мишею на назві відповідної величини знизу робочого поля, а потім виконати команду Remove (вона має "гарячу клавішу" Del.

- розділ Tools містить деякі додаткові засоби обробки графіка, зокрема мітки та курсори.

Лабораторне завдання

1. Уважно ознайомтеся з наведеним вище теоретичним матеріалом.

2. На диску D: Вашого комп'ютера створіть піддиректорію Schema, у якій будуть зберігатися Ваші робочі файли. Не засмічуйте інші директорії !

3. У графічній оболонці Schematics введіть схему, зображену на рис 1. Розмістіть зображення та тексти на схемі найбільш зручним чином. Збережіть опис схеми у файл в директорії D:\Schema

4. Задайте завдання на моделювання частотних характеристик (AC Sweep) і проведіть його. Побудуйте за допомогою Probe залежності напруг на виході від частоти. Визначте квазірезонансну частоту фільтра та його коефіцієнт передачі на цій частоті. Виведіть залежність потужності, що розсіюється на навантаженні, від частоти.

5. Введіть у Schematics нову схему, зображену на рис. 2. (двопівперіодний випрямляч). Вважаючи, що амплітуда напруги V1 = 220 B, а частота 50 Гц, підібрати параметри елементів схеми так, щоб амплітуда пульсацій на опорі навантаження Rn була рівною 30 В. Проведіть моделювання часової залежності (Transient) напруги на Rn та діодах зображеної схеми. Увімкніть паралельно до Rn досить велику ємність і повторіть моделювання.

Рис. 2.

Примітка. Модель трансформатора міститься у бібліотеці analog.slb (Mодель XFRM_LINEAR). Cеред параметрів трансформатора відзначимо: Сoupling - коефіцієнт трансформації, L1_Value та L2_Value - значення індуктивностей первинної та вторинної обмоток (у силових тр-рах - порядку сотень мГн). Основні параметри джерела живлення VSIN: DC - амплітуда сталої напруги для DС-аналізу. AC-амплітуда змінної напруги для АС-аналізу. voff - стала складова напруги для Transient аналізу. vampl - амплітуда змінної напруги для Transient аналізу. freq - частота сигналу.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32131. La connatation c’est tout ce que le mot suggère en plus de la dénotation 11.59 KB
  Guirud : Ce sont des ssocitions extrnotionnelles qui sns ltérer le concept le colorent . Il existe dns chque science un ensemble de termes propres elle seule болезни астрономические термины d’utres mots ne s’emploient guere en dehors des belleslettres perir bsoudre 2 Con. Locles et ntionles évoquent les dilectes frnçis ou des emprunts job mrijun 3 Temporelles qui ssocient les mots à une époque concrète pssé ou contmporine des néologismes et rchismes télérélité glmour ou fontgne zouve. 4 Sociles évoquent un groupe...
32133. Le classement stylistique du lexique 11.75 KB
  L discription stylistique du lexique represente un gros probleme qui s’explique vnt tout pr le fit que les mots sont polysemique et peuvent se rpporter plusieurs styles. Les vrints lexico semntiques d’un meme mot peuvent se rpporter ux groupes differents. Tells que les neologismeнов слово les rchisme устар слово котор замен синонимами les emprunts le lexique : prlee fmilier livresque les mots poetique. Les mots entrent dns des differents clsses.
32134. Un archaïsme est un emploi lexical ou grammatical passé de mode 11.54 KB
  La notion d’archaïsme a été jusqu’à présent beaucoup moins abordée que la néologie. Une réflexion générale autour de la problématique des genres littéraires: le choix que peuvent faire un auteur, une école ou une communauté
32136. Les mots dans le texte litteraire 11.25 KB
  Pour étudier les vleurs stylistiques des mots dns le texte il existe deux pproches.Lpproche sémsiologique consiste à ller de l lexie u sens cest à dire construire un chmp sémntique dun mot étudier toutes les significtions dénottives et connottives dun mot ses liens dichroniques et synchroniques dérivtionnels et prdigmtiques ce qui permet de pénétrer le sens profond du texte.L pproche onomsiologique consiste à dopter une méthode inverse celle d'ller du sens ux lexies; permet de repérer les différents moyens d'exprimer l même...
32137. Les synonymes et les antonymes 11.8 KB
  Dns l stylistique il y le probleme du clssement des synonimes. EX Chrles Blly proposee le methode d’identifiction des synonymes cd u centre du groupe se trouve l’unitee principle le terme de l’identifiction. Il existe des synonymes ideogrphiques et stylistiques.
32138. LASPECT STYLISTIQUE La generalitee 12.8 KB
  La valeur grammaticale des faits de langue porte un caractere abstrait ; les normes de grammaire sont stables, unes et obligatoires pour tous les sujets parlants. Aussi, les faits de grammaire sont-ils pour la plupart dun usage general.