Laboratorium techniki cyfrowej

Instrukcja do ćwiczeń

Program multiSIM 2001

Wyższa Szkoła

Komunikacji i Zarządzania

Korzystanie z programu multiSIM 2001

Wstęp

Program multiSIM 2001 umożliwia w łatwy i funkcjonalnie prosty sposób tworzenie schematów układów elektronicznych złożonych z elementów cyfrowych i analogowych. Jednocześnie daje możliwość sprawdzenia działania zaprojektowanych układów przy pomocy symulacji. Program wyposażony jest w obszerną bazę danych elektronicznych elementów analogowych i cyfrowych produkowanych m.in. przez firmy Texas Instruments, Motorola, Phlips. Posiada także bibliotekę urządzeń pomiarowych przy pomocy, których możliwa jest podczas symulacji kontrola wybranych parametrów konstruowanych układów. Należą do nich m.in. oscyloskop, analizator stanów logicznych, multimetr, analizator widma, miernik szumów.

MultiSIM 2001  umożliwia projektowanie układów cyfrowych w języku VHDL – Very (High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language i ich symulację. Przy jego pomocy możliwa jest synteza układów programowalnych FPGA (Field Programmable Gate Array) i CPLD (Complex Programmable Logic Device). Projekt układu elektronicznego wykonany przy pomocy programu multiSIM 2001 może zostać automatycznie wykorzystany przez współpracujący z nim program ultiBOARD 2001 służący do tworzenia obwodu drukowanego.

Program multiSIM 2001  oferuje gotowe biblioteki podzespołów elektronicznych m.in. układy TTL, elementy produkowane w technologii CMOS, układy serii LS. Istnieje możliwość dowolnego zmieniania przez użytkownika wybranych parametrów wszystkich układów jak również tworzenia własnych podzespołów.

              Poniżej przedstawione zostały trzy przykłady projektowania układów cyfrowych przy pomocy omawianego programu. Mają one na celu ukazanie jego podstawowych możliwości, a jednocześnie są przydatne do nabycia prze użytkowników umiejętności korzystania z programu multiSIM 2001.

UWAGA! Szczegółowy opis obsługi i możliwości programu multiSIM 2001 zawierają książki: „MultiSIM 2001 Getting Started & Tutorial Manual” oraz „MultiSIM 2001 User Guide”.

Przykład I.   Badanie działanie układu złożonego z bramki NAND i Inwertera.

·                      Z biblioteki sources oznaczonej symbolem  i umieszczonej w pionowym pasku podzespołów po lewej stronie okna programu multiSIM wybierz element VCC oznaczony ikoną . Przesuwając kursorem myszki po ekranie monitora ustaw wybrany element w odpowiednim miejscu i kliknij lewym klawiszem myszy.

·                     W celu zmiany wartości napięcia źródła zaznacz ustawiony już element i kliknij dwukrotnie lewym klawiszem myszy. Ustaw wartość napięcia na 5V w polu Voltage na zakładce Value. W tym samym oknie można również zmienić inne parametry zaznaczonego elementu np. wyświetlaną przy nim nazwę – zakładka Label lub rodzaj wyświetlanych na schemacie przy danym elemencie opisów – zakładka Display.

·                     Z bibliotek podzespołów analogicznie jak w poprzednim punkcie wybierz kolejne elementy konstruowanego układu zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1.

Rys. 1. Schemat konstruowanego układu.

·        Z biblioteki Sources wybierz element symbolizujący masę - GROUND .

·        Z biblioteki Basic wybierz ikonę symbolizującą przełącznik SWITCH i następnie wybierz rodzaj przełącznika SPDT. Klikając prawym klawiszem myszy na wybranym elemencie pojawia się menu umożliwiające obrócenie danego elementu, zmianę jego koloru oraz skopiowanie.

·        Z biblioteki TTL wybierz ikonę biblioteki standardowych elementów serii 74xx a z niej najpierw układ 7410N a potem 7404N.

·        Z biblioteki wskaźników Indicators wybierz element próbnika PROBE .

·        Rozmieść odpowiednio wybrane elementy i połącz je według schematu. W celu połączenia dwóch elementów wystarczy wskazać kursorem myszy końcową część wybranego elementu i kliknąć lewym klawiszem, w tym momencie możemy rozpocząć rysowanie połączenia. Połączenia dowolnych dwóch punktów na schemacie można również dokonać klikając prawym klawiszem myszy na wolnym polu w schemacie. Pojawia się wówczas menu, w którym jedną z opcji jest Place Junction umożliwiająca dokonania połączenia.

·        Dokonaj korekcji opisów poszczególnych elementów (jeśli jest taka konieczność). Przełącznikom nadaj nazwy A, B, C i przypisz ich sterowanie tym samym klawiszom A, B, C na klawiaturze.

·        Przetestuj działanie układu wykorzystując opcję Simulate w menu głównym programu.

·        Stwórz tabelę prawdy badanego układu. Do tego celu wykorzystaj narzędzie Logic Converter, którego ikona umieszczona jest w pionowym pasku narzędzi z prawej strony ekranu.

·        Zaobserwuj zmiany przebiegów sygnałów na wejściach i wyjściu układu. Do tego celu użyj analizatora stanów logicznych - Logic Analyzer.

UWAGA!

·        Na wszystkich schematach układów zawierających elementy cyfrowe, tworzonych w programie multiSIM, muszą znaleźć się elementy zasilania (VCC) i masy (DIGITAL_GND) . Wartość napięcia VCC może być zmieniana przez użytkownika.

Przykład II. Badanie układu kombinacyjnego.

·        Skonstruuj układ przy pomocy programu multiSIM zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 2.

Rys. 2. Schemat badanego ukladu.

·        Zbadaj działanie układu wykorzystując narzędzie Word Generator i Logic Analyzer. Narzędzie Word Generator służy do ustalenia sekwencji sygnałów binarnych podawanych na wejścia badanego układu. Podstawowe okno tego narzędzia przedstawione jest poniżej.

Generator może generować sygnały w sposób:

ciągły (Cycle) - po wysłaniu ostatniego wektora wysyłany jest ponownie wektor zerowy

blokowy (Burst) - po wysłaniu ostatniego wektora z określonego przedziału generator kończy pracę

krokowy (Step) – wektory na wyjściu generatora pojawiają się każdorazowo po wymuszeniu przyciskiem Step.

·        Do obserwacji sygnałów na wejściach badanego układu i jego wyjściu wykorzystaj analizator stanów logicznych Logic Analyzer.

·        Wyznacz odpowiedzi badanego układu na wymuszenia podane w poniższej tabeli.

·        Sprawdź jaki wpływ ma częstotliwość zegara wewnętrznego w analizatorze logicznym na wyświetlane przebiegi. W tym celu wybierz opcję Set w oknie Clock i zmień wartość w polu Clock Rate na 1Hz, 100 Hz, 1 kHz.

·        Wykorzystaj narzędzie Logic Converter do zaprojektowania układu realizującego tę samą funkcję. Układ ma być zbudowany tylko z bramek NAND.

Przykład III. Układ złożony z elementów analogowych i bramki.

·        Skonstruuj układ przy pomocy programu multiSIM zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 3.

Rys. 3. Schemat konstruowanego układu, którego funkcją jest zapalanie i gaszenie diody LED.

              Potrzebne elementy pobierz z odpowiednich bibliotek.

              Zasilanie, masa z biblioteki Sources .

              Rezystory, kondensator z biblioteki Basic .

              Diodę LED z biblioteki Diodes .

              Tranzystory z biblioteki Transistors .

Bramkę NAND z biblioteki TTL .

·        Dokonaj symulacji działania skonstruowanego układu. Do obserwacji kształtu przebiegów sygnałów w punktach 6 i 2 (rys. 3.) użyj oscyloskopu. W celu obejrzenia przebiegów na oscyloskopie i ustawienia odpowiednich parametrów, kliknij dwukrotnie lewych klawiszem myszy na ikonie symbolizującej oscyloskop. Zmień wartość podstawy czasu Timebase Scale na 20ms/Div wybierz opcję mierzonego sygnału - Y/T, czyli amplitudę sygnału w funkcji czasu, amplitudę sygnału w ...