Лабораторная работа № 2

Моделирование цифровых устройств при помощи программы MICROCAP

1. Цель работы

1. Знакомство с принципами моделирования цифровых устройств в программе MICROCAP-9.

2. Знакомство с моделями источников питания, генераторов цифровых сигналов, логических элементов.

3. Использование программы для моделирования цифровых устройств.

2. Порядок выполнения работы

Лабораторная работа имеет ознакомительный характер и выполняется в начале блока лабораторных работ по цифровой схемотехнике. В связи с этим пункты теоретической части и рабочего задания для этой работы даны единым текстом. Задания обозначены в тексте курсивом.

2.1. Основные понятия

Первоначально программа MicroCap была предназначена для моделирования чисто аналоговых устройств, программа Micro-Logic — моделирования чисто цифровых устройств. В версии MicroCap5 появилась принципиально новая возможность моделирова­ния смешанных аналого-цифровых цепей с обратными связями, которые, в частности, могут состоять только из цифровых уст­ройств и не содержать аналоговых блоков. Обычно смешанные цепи моделируются в режиме расчета переходных процессов, од­нако другие режимы также доступны. В режиме DC задержки сиг­налов в цифровых блоках игнорируются и рассчитываются логиче­ские уровни выходов цифровых устройств в стационарном режиме. В режиме АС цифровые компоненты не участвуют в анализе мало­сигнальных частотных характеристик, лишь для аналоговых частей аналого-цифровых и цифроаналоговых интерфейсов составляются линеаризированные схемы замещения их входных и выходных ком­плексных сопротивлений.

Реальные цифровые ИС в программе МС9 представлены в виде примитивов, отражающих их функционирование на логическом уровне, и аналого-цифровых и цифроаналоговых интерфейсов А/Ц и Ц/А, отображающих их входные и выходные каскады. В задании на моделирование указываются только примитивы цифровых устройств (как при текстовом описании схемы, так и при ее гра­фическом вводе). Если при этом цифровые ИС соединяются непо­средственно друг с другом, то блоки интерфейсов во внимание не при­нимаются. Если же к входу или к выходу ИС подключен аналоговый компонент, то автоматически включается соответствующий интерфейс. Таким образом, смешанные аналого-цифровые цепи состоят из компонентов трех типов: 1) аналоговых компонентов; 2) устройств сопряжения аналоговых и цифровых компонентов (устройства ин­терфейса); 3) цифровых компонентов (примитивов).

Логические уровни цифровых узлов принимают одно из пяти значений:

1 — высокий уровень;

О — низкий уровень;

R — положительный фронт (Raise, переход из состояния "О" в "1");

F — отрицательный фронт (Fall, переход из состояния "1" в "О");

X — неопределенное состояние (может принимать значение "О", "1", промежуточное или нестабильное состояние).

При вычислении логических уровней узлов, к которым подклю­чено несколько цифровых компонентов, принимаются во внимание выходные сопротивления источников сигналов.

Приведем далее описания устройств интерфейса и цифровых компонентов.