Получение и минимизация функций возбуждения ЭЗЯ

Составляем карты Карно для h_S1, h_R1, h_S2, h_R2,

 

Q1Q2				h2S
10	1	0	1	0	-	1	-	1
11	1	-	1	-	-	-	-	-
01	1	1	-	1	-	-	-	-
00	1	1	0	1	1	1	1	1
	000	001	011	010	110	111	101	100	cx1x2
Q1Q2				h1S
10	-	-	-	-	-	1	-	1
11	-	-	-	-	-	-	-	-
01	1	1	1	1	-	0	-	-
00	1	1	1	1	1	1	1	1
	000	001	011	010	110	111	101	100	cx1x2
Q1Q2				h2R
10	-	1	-	1	-	-	-	-
11	0	1	0	1	1	1	1	1
01	0	0	1	0	-	1	-	-
00	-	-	1	-	-	-	-	-
	000	001	011	010	110	111	101	100	cx1x2
Q1Q2				h1R
10	1	1	1	1	-	0	-	0
11	1	1	1	1	1	1	1	1
01	-	-	-	-	-	1	-	-
00	-	-	-	-	-	-	-	-
	000	001	011	010	110	111	101	100	cx1x2

 

 

Составление функциональной схемы триггерного устройства

 

Рис. 2 Структурная схема триггера.

 

Проектирование печатной платы

Разработанный триггер реализован на микросхемах серии К564. Размеры посадочных мест под данные микросхемы зависят от габаритных и установочных размеров корпусов микросхем. Исходные размеры взяты по ГОСТ 17467-72.

Все использованные микросхемы реализованы в корпусах типа 301ПЛ14, имеющих следующие размеры:

 

А	L	a	k	t
6,5	19,5	5,0	3,2	2,5

 

Счетчик реализован в корпусе типа 201.16-6

 

А	L	a	k	t
6,5	19,5	5,0	3,5	2,5

 

Параметры сопряжения микросхем серии К564:

 

Параметр	ИС
	К564 (UCC=5В)
UOL,В	0,01
UOH,В	4,99
IIL,мА	5*10-5
IIH,мкА	0,05
IOL,мА	0,01…3
IOH,мкА	0,01…1,6
UCC,В	3…15
UIL,В	1,5
UIH	3,5

Технологическая часть

 

Общие сведения о системе P-CAD

 

Система P-CAD представляет собой интегрированный пакет программ, предназначенный для проектирования многослойных печатных плат (ПП) радиоэлектронных средств (РЭС). Она адаптирована к операционной среде Windows и использует все настройки и возможности последней.

P-CAD включает в себя следующие программные модули: P-CAD Library Executive, P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Autorouters, Symbol Editor, Pattern Editor, InterPlace PCS, Relay, Signal Integrity.

Утилита Library Executive (Администратор библиотек) состоит из программы Library Manager (Менеджер библиотек), редактора символов элементов Symbol Editor и редактора посадочных мест Pattern Editor электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на ПП.

P-CAD Schematic — графический редактор электрических схем. Он предназначен для разработки электрических принципиальных схем и может применяться для создания условных графических обозначений (УГО) отдельных ЭРЭ (файлы с расширением .sch).

P-CAD PCB — графический редактор ПП. Предназначен для проектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся: задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактных площадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев, маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников и формирование управляющих файлов технологическим оборудованием.

P-CAD Autorouters предназначен для автоматической трассировки проводников ПП. Включает два автотрассировщика: программу Quick Route для проектирования рисунка ПП не очень сложных электрических схем и бессеточный трассировщик Shape-Rased Router, предназначенный для проектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ.

Symbol Editor — редактор символов элементов (файлы с расширением .sym). Предназначен для создания условных графических обозначений символов ЭРЭ электрических схем.

Pattern Editor — редактор посадочных мест (файлы с расширением .pat). Предназначен для разработки посадочных мест для конструктивных ЭРЭ на ПП.

 

Создание условно-графического обозначения элементов

 

Создание условно-графического обозначения элементов производится в соответствие с ГОСТ. Для автоматизации данного этапа разработки используется редактор Symbol Editor, входящий в пакет программ P-Cad 2002.

Для реализации спроектированного триггера были созданы следующие компоненты:

- 6ИЛИ – для К564ЛН3:

 

Рис 3. УГО элемента К564ЛН3.

- 2И-НЕ – для К564ЛА7:

Рис 4. УГО элемента К564ЛА7.

 

- 3И-НЕ для К564ЛА9:

Рис 5. УГО элемента К564ЛА9.

 

- 4И-НЕ для К564ЛА8:

Рис 6. УГО элемента К564ЛА8.

 

- 6НЕ для К564ЛН2:

Рис 7. УГО элемента К564ЛН2.

Разработка посадочного места элемента

 

Графический редактор P-CAD Pattern Editorимеет набор команд, позволяющих создавать и редактировать посадочные места для установки ЭРЭ на печатных платах. Программа работает с файлами отдельных посадочных мест (.pat) и библиотек (.lib).

Посадочное место (ПМ) — это комплект конструктивных элементов печатной платы, предназначенный для монтажа отдельного ЭРЭ. В него входят в различных сочетаниях контактные площадки (КП), металлизированные отверстия, печатные проводники на наружных слоях и гладкие крепежные отверстия. Кроме этого ПМ может включать в себя параметры защитной и паяльной масок, элементы маркировки и графические элементы сборочного чертежа.

Каждый из этих элементов должен располагаться в специальном слое. Для этого в Pattern Editor предусмотрена возможность смены текущего слоя печатной платы. На этом этапе были созданы посадочные места для микросхем К564 со штыревыми выводами. Посадочные места для микросхем имеют следующий вид:

 

Рис 8. Пример штыревого посадочного места.

 

Создание библиотеки компонентов

 

При проектировании печатных плат необходимы сведения о схемных образах ЭРЭ и посадочных местах для них. Программы размещения и трассировки должны иметь информацию о соответствии каждого конкретного вывода условного графического обозначения выводу в корпусе элемента. В версии P-CAD 2001 эта работа выполняется автоматически программой Library Executive(Администратор библиотек). Для этого соответствующие данные заносятся в так называемые упаковочные таблицы, указывающие основные характеристики используемых ЭРЭ. В программе предусмотрены эффективные приемы работы, аналогичные приемам программных продуктов Microsoft Office. Эта программа не является графическим редактором. Она лишь сводит введенную ранее графическую информацию в единую систему — библиотечный элемент, в котором сочетаются несколько образов представления элемента: образ на схеме, посадочное место и упаковочная информация.

Для создания нового компонента необходимо запустить программу и выполнить команду Component New, а затем выбрать нужную библиотеку, в которую ранее были записаны УГО и ПМ. В появившемся окне необходимо указать всю требуемую информацию по создаваемому компоненту. Далее нужно выбрать посадочное место для создаваемого компонента и указать УГО, которое будет использоваться для обозначения на схемах вентилей данного компонента. Кнопки «Pins View», «Pattern View» и «Symbol View» используются для открытия окон редактирования соответствующих параметров компонентов. Число вентилей в данной микросхеме указывается в поле «Number of Gates», а префикс нумерации компонента – в поле «Refdes Prefix». Для создания таблицы выводов «Pins View» необходимо заполнить таблицу информацией, взятой из технической документации для текущего компонента.

Расшифровка таблицы:

1. В столбцы Pad# (номера контактных площадок корпуса компонента) и Pin Des (позиционные номера выводов компонентов на схеме) вносится одна и та же информация о порядке их нумерации.

2. В столбце Sym Pin# указывается номер вывода символа в соответствующей секции символа компонента.

3. В столбец Pin Name вводят имена выводов в каждой секции.

4. В столбцы Gate Eq и Pin Eq вводят данные о логической эквивалентности секций и выводов соответственно.

5. В столбце Gate # указывается номер секции (вентиля), в которую назначен вывод символа.

6. В столбце Elec Type указывается тип вывода, используемый при поиске ошибок в схемах электрических принципиальных:

· Unknown — вывод, не имеющий определенного типа;

· Passive — пассивный вывод;

· Input — входной вывод;

· Output – выходной вывод;

· Power — вывод питания или «земли».

После выполнения всех указанных выше операций для создания интегрированного образа компонента необходимо выполнить команду Component/Validate для проверки согласованности всех данных компонента и, в случае отсутствия ошибок, сохранить компонент в текущей библиотеке командой Component Save As.

 

Рис.9 Пример окна создания компонента.

 

Для функционирования триггера были созданы библиотечные элементы микросхем и других необходимых элементов для схемы включения, которые были рассчитаны и выбраны в зависимости от количества микросхем нашего триггерного устройства.

 

Моделирование триггера. Временная диаграмма работы

 

Для моделирования работы триггера необходимо:

1. Создать библиотеку компонентов.

2. Создать и добавить в нее моделируемые компоненты.

3. В меню «Edit» программы «Library Executive» выбрать пункт Component Attr».

 

Рис 10. Пример описания свойств элемента.

 

4. Последовательно добавить и заполнить поля таблицы.

5. Поле SimType должно содержать значение SIMCODE(A) для цифровых устройств.

6. Поле SimModel должно содержать название модели устройства.

7. Поле SimFile содержит путь к файлу модели. Его можно указать с использованием макроса {model_path}, это позволит сделать путь относительным.

8. Поле SimPins содержит информацию о ножках компонента. Она вводится в таком формате:

9. <номер_вентиля1>:[<пин1> <пин2><пин3>…<>]…<номер_вентиляN>:[<пин1> <пин2> <пин3>…<>]

10. Поле SimNetlist может содержать ключи: %D – описатель устройства (Device designator);

11. %M – имя модели. Между ними вставляется две пары квадратных скобок, в которых указываются номера ножек, указанных в поле SimPins по порядку. Во второй паре квадратных скобок указываются те же ножки, но пропускается вторая и добавляются номера ножек выходов.

12. Затем последовательно добавляются поля с именами SimField1, 2, 3 и т.д. В них указываются следующие данные:

13. Propagation = - время распространения сигнала;

14. Loading и Drive = - нагрузочная способность ножек компонента;

15. Current = - потребляемый ток;

16. PWR Value = - напряжение питания;

17. GND VALUE = - напряжение «нуля»;

18. VIL Value = - входное напряжение уровня «нуля»;

19. VIH Value = - входное напряжение уровня «единицы»;

20. VOL Value = - выходное напряжение уровня «нуля»;

21. VOH Value = - выходное напряжение уровня «единицы».

Для работы модели компонента необходимо создать два файла. Первый файл (с расширением txt) содержит в себе текст модели компонента, второй – реквизиты модели.

Для запуска симуляции необходимо создать принципиальную схему моделируемого устройства:

 

Рис 11. Принципиальная электрическая схема моделируемого триггера.

 

подключить к входам источники сигналов (для каждой цепи задать порт), в пункте меню Simulate выбрать Setup. После этого запустится симулятор и откроется окно настроек моделирования. Для начала симуляции необходимо задать необходимые настройки и нажать кнопку Run Analisys.

Рис 12. Окно настроек моделирования.

 

После чего модуль Mixed Signal Circuit S imulator выполнит компиляцию схемы и, если не будет обнаружено ошибок, на экран будет выведена временная диаграмма:

 

Рис 13. Временная диаграмма работы триггера.