МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Черниговский государственный технологический университет

Математическое моделирование цифровых электронных устройств в сапр micro-cap 8.0

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для самостоятельного изучения и подготовки к лабораторным работам по дисциплине “ Компьютерная схемотехника ” для студентов направления 0915 “Компьютерная инженерия”

Чернигов ЧГТУ 2006

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Черниговский государственный технологический университет

Математическое моделирование цифровых электронных устройств в сапр micro-cap 8.0

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для самостоятельного изучения и подготовки к лабораторным работам по дисциплине “ Компьютерная схемотехника ” для студентов направления 0915 “Компьютерная инженерия”

Утверждено

на заседании кафедры

Информационных и компьютерных систем

Протокол № от

Чернигов ЧГТУ 2006

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни “Комп'ютерна схемотехніка”. “Математичне моделювання цифрових електронних пристроїв в САПР Micro-Cap 8.0” для студентів напрямку 0915 “Комп'ютерна інженерія”./ Укл. Вервейко О. І., Ніколаєнко А. М. - Чернігів: ЧДТУ. – 2006. – 75с. Рос. мовою.

Составители:	Вервейко Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент Николаенко Андрей Михайлович, студент
Ответственный за выпуск:	Павловский Владимир Ильич, заведующий кафедрой информационных и компьютерных систем, кандидат технических наук, доцент
Рецензент:	Нестеренко Сергей Александрович, кандидат технических наук, доцент Черниговского государственного технологического университета

Содержание

Предисловие 4

1 Основные сведения о САПР Micro-Cap 8.0 6

1.1 Возможности САПР Micro-Cap 8.0 6

1.2 Особенности САПР Micro-Cap 8.0 6

1.3 Назначение функциональных клавиш 8

2 Моделирование смешанных аналого-цифровых устройств 9

2.1 Основные понятия 9

2.2 Устройства интерфейса 10

2.2.1 Аналого-цифровой интерфейс 13

2.2.2 Цифро-аналоговый интерфейс 15

2.2.3 Модель вход/выход 17

2.2.4 Устройства питания 20

3 Генераторы цифровых сигналов 20

4 Цифровые компоненты 22

4.1 Триггеры 25

4.2 Прочие устройства 26

5 Функциональное описание цифровых устройств 27

5.1 Логические выражения 28

5.2 Задание задержек распространения 29

5.3 Контроль временных соотношений 33

6 Общие методические рекомендации по выполнению моделирования 36

7 Моделирование цифровых устройств 39

7.1 Лабораторная работа №1. Система схемотехнического моделирования электронных устройств Micro-Cap 8.0 39

7.2 Лабораторная работа №2. Временные параметры и характеристики цифровых микросхем 43

7.3 Лабораторная работа №3. Триггеры 48

Лабораторная работа №4. Преобразователи кодов 51

7.4 Лабораторная работа №5. Сумматоры и вычитатели 56

7.5 Лабораторная работа №6. Счетчики 60

7.7 Лабораторная работа №7. Делители с произвольным постоянным коэффициентом деления 67

7.1 Лабораторная работа №8. Регистры 72

Предисловие

Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные устройства вычислительной техники, автоматики, измерительной техники. Причем тенденция развития такова, что доля электронных устройств вычислительной техники непрерывно возрастает.

Большие потребности в изделиях электроники и вычислительной техники привели к созданию различных систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющих качественно и в минимальные сроки проектировать различные электронные устройства.

Проектирование электронных устройств обычно подразделяют на процедуры синтеза и анализа.

В общем случае процедурой синтеза называют генерацию исходного варианта устройства, включая его структуру (структурный синтез) и значения внутренних параметров (параметрический синтез). Генерация может выполняться различными способами - выбором из уже известных устройств, построением на основе теоретических соотношений, путем изобретательства и др. Полученное в результате синтеза устройство не обязательно должно быть наилучшим, но обязательно работоспособным. Если же полученное устройство - наилучшее в каком-либо смысле, то такой синтез называется оптимальным. Однако в большинстве случаев устройство, полученное в результате синтеза, требует доработки, чтобы удовлетворить многочисленным требованиям, учесть которые на стадии синтеза невозможно из-за их многообразия и сложности.

Процедура анализа заключается в исследовании проектируемого устройства или его описания, направленном на получение полезной информации о свойствах устройства с целью его оптимизации. Используют следующие методы анализа:

• неавтоматизированный расчет по заранее полученным формулам;

• физическое моделирование, т.е. исследование объектов одной физической природы с помощью объектов, имеющих другую физическую природу, но одинаковое с первыми математическое описание;

• натурное макетирование;

• математическое моделирование на ЭВМ.

Недостатки неавтоматизированного расчета - низкая точность, ограниченные функциональные возможности и т.д.

Физическое моделирование при проектировании электронных устройств используется довольно редко, чаще его применяют для изучения сопутствующих работе схем тепловых и других процессов, математическое моделирование которых слишком сложно и трудоемко.

Натурное моделирование - один из наиболее старых и распространенных методов проектирования электронных устройств. Его главное достоинство - максимальная достоверность результатов, обусловленная работой с реальными схемами, а не с их приближенными моделями. Кроме того, макетирование привлекает наглядностью получаемых результатов. В то же время макетирование имеет ряд крупных недостатков. Основные из них - высокая стоимость, длительность создания макета, ограниченные возможности макетирования.

Под математическим моделированием на ЭВМ обычно понимают весь комплекс вопросов, связанных с составлением математической модели устройства и ее использованием на ЭВМ в процедурах анализа и синтеза. По сравнению с макетированием математическое моделирование на ЭВМ имеет следующие преимущества:

• можно найти выходные параметры схем или их характеристики, которые нельзя непосредственно измерить на макете из-за недоступности точек измерения;

• позволяет проанализировать выходные параметры и характеристики схемы в предельных и запредельных режимах, физическая реализация которых опасна для макета;

• позволяет провести анализ различных статистических характеристик схемы без запуска ее в серию, воздействия на схему внешних условий без реальных климатических и других испытаний, нереализуемых на макете зависимостей выходных параметров от внутренних;

• можно варьировать любыми управляемыми параметрами, добиваясь максимального улучшения выходных характеристик;

• меньшая трудоемкость проектирования электронных устройств.

В настоящее время математическое моделирование широко используют для проектирования электронных устройств, причем все чаще для этих целей применяют персональные ЭВМ.