Материал: Проектирование устройства изменения голоса для средств связи

1.         Определяем общую потребляемая мощность схемы равна сумме потребляемых мощностей отдельных ИМС по формуле 2.27.

Рпотр = å Рi,.. (2.27)

где Рi - потребляемая мощность одной ИМС.

2.         Определяем общийпотребляемый ток схемы и общей потребляемой мощности изделия по известным электрическим параметрам радиоэлементов отдельных ИМС по формуле 2.28.

Iпотр = åIi, (2.28)

где Ii¬ - потребляемый ток одной ИМС.

Блок питания должен обеспечивать постоянное напряжение 9В при токе нагрузки 183,601мА.

.2      Проектирование устройства с использованием средств и методов автоматизированного проектирования

Разработка топологии печатной платы и конструктивно-технологических модулей первого уровня с применением систем автоматизированного проектирования (САПР)

Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации.

Мощнейшая система автоматизированного проектирования, позволяющая виртуально смоделировать работу огромного количества аналоговых и цифровых устройств.- это редактор схем и приложение для их симуляции, входящее в систему разработки электрических схем, систему средств EDA (electronicsdesignautomation), которые помогут вам в выполнении основных шагов в последовательной разработке схемы. Multisim разработана для ввода схемы, симуляции и подготовки к следующему этапу, такому как разводка платы.

В Multisim есть базы данных трех уровней: - из Главной базы данных ( masterdatabase) можно только считывать информацию, в ней находятся все компоненты; -Пользовательская база данных ( userdatabase) соответствует текущему пользователю компьютера. Она предназначена для хранения компонентов, которые нежелательно предоставлять в общий доступ; - Корпоративная база данных (corporatedatabase). Предназначена для тех компонентов, которые должны быть доступны другим пользователям по сети. Средства управления базами данных позволяют перемещать компоненты, объединять две базы в одну и редактировать их. Все базы данных разделяются на группы, а они, в свою очередь., на семейства. Когда пользователь выбирает компонент и помещает его в схему, создается новая копия, Все изменения с ней никак не затрагивают информацию, хранящуюся в базе данных.

База данных masterdatabase разделена на группы:

) Sources. Cодержит все источники напряжения и тока, заземления. Например, powersources (источники постоянного, переменного напряжения, заземление, беспроводные соединения - VCC, VDD, VSS, VEE), signalvoltagesources (источники прямоугольных импульсов, источник сигнала через определенные промежутки времени), signalcurrentsourses (постоянные, переменные источники тока, источники прямоугольных импульсов).

) Basic. Содержит основные элементы схемотехники: резисторы, индуктивные элементы, емкостные элементы, ключи, трансформаторы, реле, коннекторы и т.д.

) Diodes. Содержит различные виды диодов: фотодиоды, диоды Шоттки, светодиоды и т.д.

) Transistors. Содержит различные виды транзисторов: pnp-,npn- транзисторы,биполярныетранзисоры, МОП-транзисторы, КМОП- транзисторы и т.д.

) Analog. Содержит все виды усилителей: операционные, дифференциальные, инвертирующие и т.д.

) TTL. Содержит элементы транзисторно-транзисторной логики

) CMOS. Содержит элементы КМОП-логики.

) MCU Module - управляющий модуль многопунктовой связи (от англ. Multipointcontrolunit)

) Advanced_Peripherals. Содержит подключаемые внешние устройства (дисплеи, терминалы, клавишные поля).

) miscdigital. Содержит различные цифровые устройства.

) Mixed. Содержит комбинированные компоненты

) Indicators. Содержит измерительные приборы( вольтметры, амперметры), лампы и т.д.

Виртуальные приборы Все приборы расположены на панели инструментов. Рассмотрим основные.

Мультиметр предназначен для измерения переменного или постоянного тока или напряжения, сопротивления или затухания между двумя узлами схемы. Диапазон измерений мультиметра подбирается автоматически. Его внутреннее сопротивление и ток близки к идеальным значениям, но их можно изменить.

Генератор сигналов (functiongenerator) - это источник напряжения, который может генерировать синусоидальные, пилообразные и прямоугольные импульсы. Можно изменить форму сигнала, его частоту, амплитуду, коэффициент заполнения и постоянный сдвиг. Диапазон генератора достаточен, чтобы воспроизвести сигналы с частотами от нескольких герц до аудио и радиочастотных.

Осциллограф в Multisim есть несколько модификаций осциллографов, которыми можно управлять как настоящими. Они позволяют устанавливать параметры временной развертки и напряжения, выбирать тип и уровень запуска измерений. В Multisim есть следующие осциллографы: - 2-х канальный - 4-х канальный - осциллограф смешанных сигналов Agilent 54622D - 4-х канальный цифровой осциллограф с записью Tektronix TDS 2024 Построитель частотных характеристик (Боде Плоттер) Отображает относительный фазовый или амплитудный отклик входного и выходного сигналов. Это особенно удобно при анализе свойств полосовых фильтров.

Спектральный анализатор служит для измерения амплитуды гармоники с заданной частотой. Также он может измерить мощность сигнала и частотных компонент, определить наличие гармоник в сигнале. Результаты работы спектрального анализатора отображаются в частотной области, а не временной. Обычно сигнал - это функция времени, для её измерения используется осциллограф. Иногда ожидается синусоидальный сигнал, но он может содержать дополнительные гармоники, в результате, невозможно измерить уровень сигнала. Если же сигнал измеряется спектральным анализатором, получается частотный состав сигнала, то есть определяется амплитуда основной и дополнительных гармоник.

Ваттметр прибор предназначен для измерения мощности и коэффициента мощности. Токовый. Измерительный пробник показывают постоянные и переменные напряжения и токи на участке цепи, а также частоту сигнала Анализ в Multisim предусмотрено множество режимов анализа данных эмуляции, от простых до самых сложных, в том числе и вложенных. Основные виды анализа:

) DC - анализ цепи на постоянном токе. Анализ цепей на постоянном токе осуществляется для резистивных схем. Это правило следует напрямую из теории электрических цепей; при анализе на постоянном токе конденсаторы заменяют разрывом, катушки индуктивности - коротким замыканием, нелинейные компоненты, такие как диоды и транзисторы, заменяют их сопротивлением постоянному току в рабочей точке. Анализ цепи на постоянном токе выявляет узловые потенциалы исследуемой схемы.

) AC - анализ цепи на переменном токе. Анализ цепей на переменном токе заключается в построении частотных характеристик.

) Transient - анализ переходных процессов Анализ переходных процессов в цепях позволяет определить форму выходного сигнала, то есть построить график сигнала как функции времени. Чтобы начать анализ, выберите пункт меню Simulate\ Analyses и выберите требуемый режим. Кроме встроенных функций анализа есть возможность определить свою функцию с помощью команд SPICE. При подготовке к анализу необходимо настроить его параметры, например, диапазон частот для анализатора переменного тока (AC analysis). Необходимо также выбрать выходные каналы (traces). Плоттер (Grapher) - основной инструмент просмотра результатов эмуляции. Он открывается из меню View/Grapher и автоматически при работе эмуляции. Множество настроек плоттера находятся в окне свойств. Например, можно изменять масштабы, диапазоны, заголовки, стили линий осей. Postprocessor и grapherpostprocessor и Grapher - это программы пакета Multisim, которые позволяют отобразить результаты моделирования в графическом виде. Данная функция позволяет строить необходимые графики после проведенного анализа. Для работы с функцией Postprocessor необходимо знать названия узлов. Только те параметры (входные и выходные переменные), которые указываются при выполнении любого вида анализа(AC Sweep, DC Sweep, transientanalysis и т.д.) Отображаются на графиках функции Postprocessor и Grapher. С помощью данной функции можно создать несколько графиков, изменять параметры графика, удалять объекты, производить логические и алгебраические операции над графиками(сложение, умножение, возведение в квадрат и т.д.). Вызов функции: Создание графика: - внесение данных, необходимых для построения: Selectsimulationresults -добавление данных проведенного анализа. Variables - переменные, необходимые для построения графика. Functions - алгебраические действия над графиками. В окне Expressionsavailable выбираем необходимые графики для построения. Общие правила моделирования схем необходимо соблюдать следующие общие правила:

) Любая схема должна обязательно содержать хотя бы один символ заземления.

) Любые два конца проводника либо контакта устройства, встречающихся в точке, всегда считаются соединенными. При соединении трех концов (Т-соединение) необходимо использовать символ соединения (узел). Те же правила применяются при соединении четырех и более контактов.

) В схемах должны присутствовать источники сигнала (тока или напряжения), обеспечивающие входной сигнал, и не менее одной контрольной точки (за исключением анализа схем постоянного тока).

В приложении А находится принципиальная схема устройства голосовая маска со спецификацией.- это коммерческий пакет программ класса САПР, объединяющий в себе две основных программы: ISIS - средство разработки и отладки в режиме реального времени электронных схем и ARES - средство разработки печатных плат. В качестве автоматического встроенного трассировщика в ARES, начиная с версии 7.4, используется программа ELECTRA Autorouter. До этого она являлась дополнительным и самостоятельным средством трассировки и устанавливалась в отдельную папку. Для создания собственных VSM (программных) моделей с версиями до 6.3 распространялась библиотека VSM SDK (папка INCLUDE), которая в более поздних версиях отсутствует, т.к. Разработчик посчитал необходимым закрыть данную информацию с целью предотвращения «плагиата» моделей другими фирмами.

В чем отличие от других подобных программ. Отличие от аналогичных по назначению пакетов программ, например, electronicsworkbenchmultisim, microcap, Tina и т.п. В развитой системе симуляции (интерактивной отладки в режиме реального времени и пошаговой) для различных семейств микроконтроллеров: 8051, PIC (Microchip), AVR (Atmel), и др. Протеус имеет обширные библиотеки компонентов, в том числе и периферийных устройств: светодиодные и ЖК индикаторы, температурные датчики, часы реального времени - RTC, интерактивных элементов ввода-вывода: кнопок, переключателей, виртуальных портов и виртуальных измерительных приборов, интерактивных графиков, которые не всегда присутствуют в других подобных программах.

Интерфейс программы ISIS. Ниже приведено основное окно программы ISIS с пояснениями по назначению основных элементов интерфейса. В дальнейшем я буду придерживаться именно такой терминологии в несколько сокращенной форме, т.е.: левое меню, верхнее меню команд, верхнее основное меню, кнопки симуляции, селектор объектов. Окно программы немного не соответствует полностью развернутому окну, поскольку при уменьшении размеров некоторые меню изменили положение. Так же как и во многих других программах для Windows меню можно перетаскивать в удобное для вас место внутри окна программы. Зацепив через левую кнопку мышки за стартовый элемент меню (прямоугольная серая полоска для горизонтальных меню слева, а для вертикальных - сверху) не отпуская кнопки перетаскиваете, например, меню ориентации (на картинке стартовый элемент виден над стрелкой вращения вправо) внутри окна к правой вертикальной границе окна и после отпускания кнопки оно «приклеится» вертикально справа. Аналогично можно поступить и с любым из верхних командных меню.

Таким образом можно настроить удобное для себя расположение элементов программы. Другая приятная «фишка» программы: если щелкнуть внутри окна селектора правой кнопкой мышки и во всплывающем окне щелкнуть левой кнопкой по функции autohide, то селектор будет автоматически сворачиваться, если на него не наведен курсор мышки. Это позволяет на мониторах с форматом 4:3 выиграть некоторое пространство для окна редактирования. Папка Samples - кладезь примеров проектов для начинающих.

При первом запуске ISIS появляются два всплывающих окна. В одном из них будет предложено проверить обновления - здесь можно смело поставить галочку - «больше не показывать». Другое окно предлагает открыть многочисленные примеры sampledesigns, прилагаемые вместе с программой. Быстрый доступ к примерам всегда возможен через верхнее меню Help =>sampledesigns.

С шестыми версиями Протеуса прилагался Help по примерам, но в седьмых версиях разработчик почему-то тихо его умыкнул. Описать содержимое всех примеров здесь не представляется возможным из-за большого объема информации. Поэтому, я остановлюсь только на самых значимых для начинающих и приложу оригинальный файл SAMPLES.HLP от версии 6.9sp5. Конечно, в нем отсутствует описание примеров для новых МК добавленных в следующих версиях, а также примеров программных генераторов из версий 7.4 и 7.5, но для владеющих даже начальным английским этот Help большое подспорье. Тем более, что даже с установленными последними версиями при щелчке мышью по зеленому названию проекта в хелпе он открывается автоматически. Schematic& PCB Layout - одна из самых интересных папок для начинающих. Все проекты, за исключением Shiftpcb, содержащиеся в ней не предназначены для симуляции в реальном времени но при этом имеют как законченный вариант схемы xxx.DSN в ISIS, так и проект платы xxx.LYT в ARES. Обратите внимание на проекты Cpu с использованием МК Z80 и Dbell - дверной звонок. В этих проектах имеются промежуточные файлы PSB (плат) с именами Cpuu.LYT и Dbellu.LYT с не установленными на плату компонентами. Открыв эти проекты в ARES Вы можете самостоятельно опробовать функцию автоматического размещения компонентов. Достаточно выбрать в верхнем меню Tools =>autoplacer и в раскрывшемся окне просто щелкнуть OK. В проектах Cpu.LYT и Dbell.LYT компоненты уже размещены, но можно аналогично попробовать автотрассировку дорожек Tools =>autorouter. Проекты Cpur.LYT и Dbellr.LYT содержат уже оттрассированные платы. На любом этапе в ARES через верхнее меню Output => 3D Visualization можно вызвать трехмерное изображение платы и зацепив ее левой кнопкой мыши повращать и обследовать со всех сторон.Отдельно остановлюсь на проекте Shiftpcb.DSN - 16-ти битный сдвиговый регистр на мелкой логике. Он заслуживает внимания по двум причинам.

Во-первых в нем применена 4-х ступенчатая иерархическая структура, т.е. Это сложный проект. На первом листе помещены четыре модуля четырехразрядных сдвиговых регистров. Чтобы посмотреть структуру каждого модуля необходимо щелкнуть по нему правой кнопкой мышки (элемент станет красным) и выбрать во всплывающем меню опцию gotochildsheet(Ctrl+C) - переход на дочерний лист. Аналогично можно попасть на следующий уровень и далее до конечного, содержащего обычный RS-триггер на элементах 2И-НЕ. Возврат на предыдущий уровень также щелчком правой кнопки щелчком только по свободному месту в окне и выбор опции exittoparentsheet (возврат на родительский лист).

Во-вторых здесь можно запустить симуляцию после некоторой коррекции проекта и посмотреть воочию работу сдвигового регистра. В исходном виде проект адаптирован под помещенный на первом листе график, поэтому при симуляции через кнопку управления симуляцией Play мы получим в логе предупреждение (желтый восклицательный знак) о загрузке ЦП компьютера 100% и невозможности симуляции в реальном времени: CPU load Окно откроется, если щелкнуть по simulationlog левой кнопкой мыши. Сразу же привыкайте к принципу светофора в simulationlog: красный знак - грубая ошибка - симуляция невозможна; желтый - предупреждение - симуляция может и выполняться, но результат некорректен и зеленый - симуляция протекает нормально без ошибок. Поэтому, чтобы избежать предупреждения необходимо в свойствах генераторов D и Clk (доступны через правую кнопку мыши опция editpropertiesctrl+E) установить соответственно Pulsewidth 200m и 100m (в данном случае миллисекунды). Запустив кнопкой Play симуляцию после этого можно на контактах разъема J2 наблюдать состояние выходов сдвигового регистра. В этой же папке содержатся другие примеры: EPE.DSN - большой проект программатора EPROM на трех листах (переход между листами доступен через верхнее меню Design или щелчком правой кнопко мышки по свободному месту в окне редактирования и выборе соответствующего листа 1, 2 или 3). На некоторых листах содержатся субмодули..DSN - в проекте показаны различные способы выполнения схем в ISIS. Обратите внимание на правый верхний угол: вариант стереофонического предусилителя, оформленный в виде 2-х субмодулей с дочерними листами. PPSU.DSN - очень простой проект стабилизатора напряжения. Имеет два варианта PSB: PPSU.LYT - для микросхемы в корпусе DIL8 (монтаж в отверстия) и PSMT.LYT - м/сх в планарном корпусе SO8. Обратите внимание, что DIL - Dual-In-Line почему-то у нас в России принято называть DIP. Если для PSB в Протеусе выбрать корпус DIP Dual-In-Plane - отверстий в плате вы не увидите! «Гробик» будет выведен в ARES как планарный с шагом 2,54 мм. SIGGEN.DSN - проект генератора сигналов.- термометр с термопарой в качестве датчика и индикацией на семисегментных индикаторах. Здесь не симулируется, но в папке VSM for PIC18\ MAX6675 Thermometer есть работающий проект с программой на PICC18 и проектом для MPLAB. Dspic33_REC - проект устройства регистрации давления аналогично предыдущему имеет рабочий дубль в папке VSM for dspic33. Interactivesimulation - папка содержит подпапку animatedcircuits с очень простыми анимированными примерами для начинающих. Вasic - примеры начинающиеся с этой аббревиатуры основаны на базовых познаниях электротехники: лампочка, батарейка, выключатель, потенциометр и показывают протекание тока в цепи. MVCR - ряд примеров с использованием виртуальных приборов вольтметр/амперметр. PCV - примеры с потенциометром ограничителем тока. Intres - примеры на внутреннее сопротивление источника тока. Cap - три примера работы конденсатора. AC - примеры с переменным током. Diode - примеры на применение диодов и диодных мостов. Inrel - примеры сприменения индуктивностей и реле.- семь примеров с транзисторами. Opamp - шесть различных примеров с операционными усилителями. Заслуживают особого внимания. Там есть вариант включения ОУ, как компаратора (Opamp1.DSN). Все это анимировано, обвешано виртуальными приборами, можно покрутить и посмотреть на реакцию ОУ. Osc - примеры генераторов. Osc03.DSN и Osc04.DSN на таймере 555, содержащем дочерний лист с внутренней структурой таймера на примитивах Spice. Это «стартовая площадка» для освоения создания собственных моделей. Comb и Seq - примеры для освоения работы логических цифровых микросхем. Ну и несколько познавательных примеров: TRAFFIC.DSN - светофор, COUNTER.DSN - четырехразрядный счетчик на 74LS390, TTLCLOCK.DSN - часы на TTL логике, LISSAJOUS.DSN - применение виртуального осциллографа для наблюдения фигур Лиссажу и LM3914.DSN - применение одноименного драйвера для управления линейной светодиодной шкалой.