Моделювання схеми к155ие2 в серидовищі Microcap 9.0

Моделювання схеми

ЛИСТ ЗАТВЕРДЖЕННЯ

КІТ 10а.10008-10 12 1-01 ЛЗ

Керівник проекту:

_______________ Калашніков В.І.

«___»________________2013р.

Виконавець:

Студент групи КІТ 10б

________________Гончаренко А.К.

«___» ________________2013 р.

Харків 2013

ЗАТВЕРДЖЕНО

КІТ 10б.10025-10 12 1-01 ЛЗ

Моделювання схеми к155ие2 в серидовищі Microcap 9.0

Моделювання схеми

КІТ 10б.10025-10 12 1-01

Листів 10

Харків 2013

-2-

КІТ 10б.10025-10 12 1-01

АНОТАЦІЯ

У даному документі находяться відомості про процес ознайомлення з програмою Microcap 9 і схемою лічильника К155 ИЕ2 згідно з технічним завданням КІТ 10б.10025-10 90 1-01, виданим на курсове проектування. Подається функціональне призначення програми Microcap, опис лычильника, структурна схема, а також опис характеру і організації вхідних та вихідних даних.

АННОТАЦИЯ

        В данном документе находятся сведения о процессе ознакомления с программой Microcap 9 и схеме счетчика К155 ИЕ2 согласно техническому заданию КИТ 10б.10025-10 90 1-01, выданным на курсовое проектирование. Подается функциональное назначение программы Microcap, описание лычильника, структурная схема, а также описание характера и организации входных и выходных данных.

-3-

КІТ 10б.10025-10 13 1-01

ЗМІСТ

1 Опис програми……………………………………………………………...…...4

2 Опис лічильника К155ИЕ2………………………………………….…….…....5

3 Моделювання схеми…………………………………………………..….…......7

4 Аналіз результатів………………………………………………………...…..10

-4-

КІТ 10б.10025-10 13 1-01

1. Опис програми

Програма MicroCap 9.0 5.0 Evaluation version є вільно поширюваною демоверсією професійної програми машинного моделювання електронних схем (Www.spectrum-soft.com), але вона володіє практично всіма якісними можливостями повнофункціональної, а обмеження носять здебільшого кількісний характер (демоверсія дозволяє моделювати схеми, число компонентів в яких не перевищує 50, розрахунки ряду схем проходять кілька повільніше, ніж у повнофункціональної версії, обмежена бібліотека компонентів, немає вбудованої програми підготовки власних моделей і деяких інших додаткових функцій).

У програму вставлений досить докладний розділ HELP, а на сайті розробника можна отримати додаткові матеріали, наприклад файл «DemoRead.doc". На російською мовою існує книга: М. А. Амеліна, С. А. Амелін. Програма схемотехнічного моделювання Micro-Cap 8. Москва, Гаряча лінія - Телеком, 2007.

Ця програма дозволяє почати моделювання електричних ланцюгів новачкові навіть без глибокого її вивчення. Для наших цілей немає необхідності досконального вивчення програми, тому знайомство з необхідними функціями ми будемо здійснювати безпосередньо при виконанні конкретних завдань. Інтерфейс програми є стандартним для програм ОС Windows. Як звичайно, всі команди можна викликати через меню, частина найбільш вживаних виведена на інструментальні панелі у вигляді ярличків (піктограм). Призначення стандартних піктограм (,, і т. п.) не розглядаємо, тому що вони досить добре відомі навіть недосвідченому користувачу.

Користувач становить електричний ланцюг безпосередньо в зручному графічному редакторі (Circuit editor), потім задає параметри аналізу ланцюга (Analysis) і вивчає графіки з даними. Програма автоматично складає рівняння для даної ланцюга і виробляє їх математичний розрахунок. При завантаженні програми з'являється головне вікно MAIN, готове для малювання електричної схеми в новому файлі, які отримують назву за замовчуванням circuit1.cir. Випадають нотатки дня (Tip of the day) можна прибрати після ознайомлення. У розділі FAIL ми бачимо звичайні для ОС Windows команди для роботи з файлами. Створені файли електричних ланцюгів ми зберігатимемо в типі Schematic (*. Cir). Решта команд нас поки не цікавлять.

-5-

КІТ 10б.10025-10 13 1-01

2. Опис лічильника К155ИЕ2

Умовне графічне позначення  1 - вхід лічильний С2; 2 - вхід установки 0 R0(1); 3 - вхід установки 0 R0(2); 4,13 - вільні; 5 - напруга живлення +U_п; 6 - вхід установки 9 R9(1); 7 - вхід установки 9 R9(2); 8 - вихід Q3; 9 - вихід Q2; 10 - загальний; 11 - вихід Q4; 12 - вихід Q1; 14 - вхід лічильний C1;  Функціональна схема  

-6-

КІТ 10б.10025-10 13 1-01

Электричні параметри

1	Номинальна напруга живлення	5 В 5 %
2	Вихідна напруга низького рівня при Uп=4,75 В	не більше 0,4 В
3	Вихідна напруга високого рівня при Uп=4,75 В	не менше 2,4 В
4	Напруга на антизвонному діоді при Uп=4,75 В	не менше-1,5 В
5	Вхідной струм низького рівня по входам установки 0 и 9 при Uп=5,25 В	не більше -1,6 мА
6	Вхідной струм низького рівня по лічильному входу С1 при Uп=5,25 В	не більше -3,2 мА
7	Вхідной струм низького рівня по лічильному входу С2 при Uп=5,25 В	не більше -6,4 мА
8	Вхідной струм високого рівня по входам установки 0 и 9 при Uп=5,25 В	не більше -0,04 мА
9	Входной ток высокого уровня по счетному входу С1 при Uп=5,25 В	не більше 0,08 мА
10	Вхідной струм високого рівня по лічильному входу С2 при Uп=5,25 В	не більше 0,16 мА
11	Струм вхідного пробивної напруги по входам установки 0 та 9 з лічильними входами С1 и С2	не більше 0,1 мА
12	Струм споживання	не більше 53 мА
13	Час затримки розповсюдження при включенні по лічильному входу С1 при Uп=5 В	не більше 100 нс
14	Час затримки розповсюдження при виключенні по лічильному входу С1 при Uп=5 В	не більше 100 нс

Мікросхеми К155ИЕ2 і КМ155ИЕ2 (7490) чотирьохрозрядний десятковий асинхронний лічильник пульсацій. Внутрішня схема його показана на малюнку. Перший тригер лічильника може працювати самостійно. Він служить дільником вхідної частоти в 2 рази, Тактовий вхід цього дільника C1, а вихід Q1. Інші три тригера утворюють дільник на 5. Тактовий вхід тут C2. Для обох тактових входів запускає перепад негативний, тобто від високого рівня до низького.

Лічильник має два входи R для синхронного скидання, а також два синхронних входу S для попереднього завантаження на лічильник двійкового коду 1001, відповідного десяткового цифрі 9. Оскільки лічильник К155ІЕ2, КМ155ІЕ2 (7490) асинхронний, стану на його виходах Q1 – Q4 не можуть

-7-

КІТ 10б.10025-10 13 1-01

змінюватися одночасно. Якщо-після даного лічильника вихідний код, потрібно дешифрировать, тобто перевести його в десяткове число, дешифратор повинен стробіроватьея на час цієї операції. Інакше через неодночасність перемикання вихідних рівнів чотирьох тригерів можуть дешифрувати імпульсні перешкоди.

Входи синхронного скидання R0(двухвходового елемент І) забороняють дію імпульсів по обом тактовим входів і входів установки R9. Імпульс, поданий на вхід R, дає скидання даних по всіх триггерам одночасно. Подачею напруги на входи R9 забороняється проходження на лічильник тактових імпульсів, а також сигналів від входів R0. На виходах лічильника Q1 – Q4 встановлюються напруги вихідних рівнів ВННВ, що відповідає коду 1001, тобто цифрі 9.

Щоб отримати на виходах лічильника К155ИЕ2, КМ155ИЕ2 (7490) двійковій-десятковий код з вагою двійкових розрядів 8-4-2-1, необхідно з'єднати вихід Q1 і вхід С2. Вхідна послідовність подається на тактовий вхід С1 . Симетричний лічильник-дільник вхідної частоти в 10 разів вийде, якщо з'єднати вихід Q4 з вхід C1. Симетричний спосіб розподілу в зарубіжній літературі називається bi-quinary, тобто в перекладі - дві п'ятірки. Вихідна послідовність за рахунку двома п'ятірками має вигляд симетричного меандру з зменшеною в 10 разів частотою. Знімається вона з виходу Q1 мікросхеми К155ИЕ2 КМ155ИЕ2 (7490).

Для розподілу частоти на два використовується тактовий вхід С1 і вихід Q1. Для розподілу частоти в 5 разів подаємо вхідну послідовність на виведення 1. Вихідний сигнал отримуємо на виході Q4, Зовнішні перемички для цих простих дільників не потрібні. Лічильник К155ИЕ2, КМ155ИЕ2 (аналог 7490) має струм споживання 53 мА і максимальну тактову частоту 10 МГц. Аналогічна схема варіанту 74LS 90 споживає струм 15 мА і має тактову частоту до 30 МГц.

Режим роботи лічильника К155ИЕ2, КМ155ИЕ2 (7490) можна вибрати з таблиці (скидання вихідних даних в нуль, установка, тобто завантаження дев'ятки, рахунок). У таблиці показана послідовність зміни напруг високих і низьких рівнів на виходах лічильника К155ІЕ2 і КМ155ІЕ2 (7490) в режимі двійковій-десяткового рахунку, коли потрібно з'єднати зовнішньої перемичкою вихід Q1 і вхід С2 (тобто висновки 1 і 12).

Закордонним аналогом мікросхеми КМ155ІЕ2 є мікросхема 7490.

3. Моделювання схеми

   1. Для побудови схеми нам знадобляться:

• 2 елементи NAND;

• 1 елемент AND;

• 3 джерела STIM1;

• 4 JK-тригери;

-8-

КІТ 10б.10025-10 13 1-01

1. окремих джерела нам необхідні для полегшення подачі сигналів Set і Reset. Хоча в реальній схемі доцільніше використовувати 1 STIM4.

2. 4 JK-тригери нам необхідно зібрати з базових елементів, тому ми створюємо макрос триггера, щоб схема виглядала наглядніше.

1. Створюємо макрос:

Схема макросу – рис.3.2:

Рисунок 3.2 – Схема JK-тригера

Часова діаграмма – Рис-3.2.1:

Рисунок 3.2.1 – Результат моделювання JK-тригера

3. Установки для лічильника :

   1. Для С0:

-9-

КІТ 10б.10025-10 13 1-01

.define _1M

+0ns 1

+label=start

+500n 0

+1u 1

+1500n goto start -1 times

2. Для R:

.define _1MH

+0ns 1

+5u 0

+10u 1

+15u 0

3. Для S:

.define _1MHz

+0u 0

+5500n 1

+9500n 0

4. Будуємо схему. Побудована схема – рис. 3.4.:

Рисунок 3.4. – Схема лічильника К155ИЕ2

5. Одержані результати моделювання – рис 3.5.:

-10-

КІТ 10б.10025-10 13 1-01

Рисунок 3.5. – Часова діаграмма промодельованої схеми

4. Аналіз результатів

На вхід схеми ми подаємо спочатку скидання, потім установку «1-ці», потім знову зкидання, и лище потім схема повинна почати працювати.

Проте вихід Q3 зовсым не реагує, інші видають не ті результати.

Скоріш за все пояснюється неправильною схемою JK-тригера або помилками у переданні схеми.

Також слід відмітити те, що головною задачею було освоєння програми Microcap 9.0, з якою студент впорався. Також це пояснюється важкістю знаходження потрібної схеми JK-тригера.