Логический анализатор (logic analyser)

 

Logic Analyzer - осциллограф прямоугольных импульсов, он предназначен для отображения на экране монитора 16 кодовых последовательностей одновременно в восьми точках схемы, а также в виде двоичных чисел на входных клеммах индикаторах. Анализатор снабжен также двумя визирными линейками (как в осциллографе в режиме ZOOM), что позволяет получать точные отсчеты временных интервалов Т1, Т2 и Т2-Т1, а также линейкой прокрутки по горизонтали, что позволяет анализировать процессы на большом временном интервале.

 

2 ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ, РЕДАКТИРОВАНИЯ

и моделирования СХЕМ

Прежде чем создавать чертеж принципиальной схемы средствами программы EWB, необходимо на листе бумаги подготовить ее эскиз с примерным расположением компонентов и с учетом возможности оформления отдельных фрагментов в виде подсхем. Целесообразно также ознакомиться с библиотекой готовых схем программы для выбора аналога (прототипа) или использования имеющихся решений в качестве подсхем.

В общем случае процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле EWB компонентов из библиотек программы в соответствии с подготовленным эскизом. Двенадцать разделов библиотеки программы EWB поочередно могут быть вызваны с помощью соответствующих иконок (рисунок 1). Для открытия панели элементов нужной библиотеки необходимо подвести курсор мыши к соответствующей иконке и нажать один раз ее левую кнопку. Необходимый для создания схемы значок (символ) компонента переносится из каталога на рабочее поле программы движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается (для фиксирования символа) и производится двойной щелчок по значку компонента. В раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры (сопротивление резистора, тип транзистора и т.д.) и выбор подтверждается нажатием кнопки Aсsept   или клавиши Enter. На этомэтапе необходимо предусмотреть место для размещения контрольных точек и иконок контрольно-измерительных приборов.

Если в схеме используются компоненты одинакового номинала (например, резисторы с одинаковым сопротивлением), то номинал такого компонента рекомендуется задать непосредственно в каталоге библиотеки, и затем переносить компоненты в нужном количестве на рабочее поле. Для изменения номинала компонента необходимо два раза щелкнуть мышью по символу его графического изображения и в раскрывающемся после этого окне внести изменения. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента, и после появления кружочка черного цвета нажимается левая кнопка и появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нем такого же кружочка черного цвета, после чего кнопка мыши отпускается, и соединение готово. При необходимости подключения к этим выводам других проводников в библиотеке Basic выбирается точка (символ соединения) и переносится на ранее установленный проводник. Чтобы точка почернела (первоначально она имеет красный цвет), необходимо щелкнуть мышью по свободному месту рабочего поля. Если эта точка действительно имеет электрическое соединение с проводником, то она полностью окрашивается черным цветом. Если на ней виден след от пересекающегося проводника, то электрического соединения нет и точку необходимо установить заново. Если соединение нужно разорвать, курсор подводится к одному из выводов компонентов или точке соединения и при появлении кружочка черного цвета нажимается левая кнопка, проводник отводится на свободное место рабочего поля, после чего кнопка отпускается. Если необходимо подключить вывод к имеющемуся на схеме проводнику, то проводник от вывода компонента курсором подводится к указанному проводнику и после появления точки соединения кнопка мыши отпускается. Следует отметить, что прокладка соединительных проводников производится автоматически, причем препятствия огибаются по ортогональным направлениям (по горизонтали или по вертикали). Изменяя положение компонентов и точек соединения можно добиться минимального числа пересечений проводников, что облегчит чтение и дальнейшую трассировку схемы.

Точка соединения может быть использована не только для подключения проводников, но и для введения надписей (например, указанная величина тока в проводнике, его функционального назначения и т.д.). Для этого необходимо дважды щелкнуть по точке и в раскрывшемся окне ввести необходимую надпись (не более 14 символов), причем запись можно смещать вправо путем введения слева нужного количества пробелов.

Если необходимо переместить отдельный сегмент проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая кнопка и после появления в вертикальной или горизонтальной плоскости двойного курсора производятся нужные перемещения.

Подключение к схеме контрольно-измерительных приборов производится аналогично. Причем для таких приборов, как осциллограф или логический анализатор, соединения проводят цветными проводниками, поскольку цвет проводника определяет цвет соответствующей осциллограммы. Цветные проводники целесообразны не только для обозначения проводников одинакового функционального назначения, но и для проводников, находящихся в разных частях схемы.

При обозначении компонентов необходимо поддерживаться рекомендаций и правил, предусмотренных ЕСКД. Трудности возникают при выборе активных элементов – микросхем, транзисторов и т.п., особенно при необходимости использования компонентов отечественного производства, когда требуется установит точное соответствие функциональных обозначений выводов и параметров зарубежных и отечественных компонентов. Для облегчения этой задачи можно воспользоваться таблицами соответствия зарубежных и отечественных компонентов.

Чтобы начать моделирование, достаточно щелкнуть «мышкой» по выключателю в правом верхнем углу окна. После этого на устройствах индикации цифровых вольтметров и амперметров будет зафиксирован режим по постоянному току, на экране измерителя нарисованы частотные характеристики (амплитудно- или фазочастотные), а на экране осциллографа будут непрерывно изображаться эпюры напряжений до тех пор, пока не заполнится буферная память, а затем можно прекратить моделирование или обнулить память и продолжить наблюдения.

Программа Electronics Workbench позволяет моделировать произвольные смешанные аналого-цифровые цепи с обратными связями, которые, в частности, могут состоять только из цифровых устройств. Смешанные цепи моделируются в режиме расчета переходных процессов, однако, другие режимы также доступны.

 

3 Сохранение схемы

Для того, чтобы сохранить собранную схему в файл, необходимо в меню File выбрать команду Save As. В появившемся диалоговом окне (рисунок 9) выбрать диск, каталог и ввести с клавиатуры имя, под которым Вы хотите сохранить Ваш файл, нажать кнопку ОК. Файл сохранится под указанным именем по указанному адресу. Отсутствие "отката" требует сохранения файла после каждого удачного Вашего действия командой Save. Тогда неудачное действие можно будет отменить командой Open, т.е. вернувшись к последнему сохраненному Вами варианту.

 

Рисунок 9 Окно сохранения файла

 

Вывод на печать

Сначала в меню File выбрать команду Print Setup. В появившемся диалоговом окне установить свойства принтера, необходимые размер и ориентацию бумаги. Затем выбрать команду Print меню File. В появившемся диалоговом окне отметить нужные элементы для распечатки (Рисунок 2) и нажать кнопку Print. Режим выбора масштаба при печати недоступен.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Согласно данным фирмы Intractive Image Technologies программа Electronics Workbench в настоящее время насчитывает около 85 тыс. зарегистрированных пользователей. Судя по рекламным листкам и каталогам, распространяемым компанией “Софт Лайн” (дистрибьютером Electronics Workbench в странах СНГ), основными пользователями программы являются средние и высшие учебные заведения. В процессе знакомства с программой и примерами ее многочисленных применений можно убедиться, что весьма удобный пользовательский интерфейс EWB действительно является серьезной предпосылкой для использования ее в практическом курсе обучения «Компьютерное сопровождение профессиональной деятельности» для специальностей «Автоматизация технологических процессов и производств» и «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных предприятий и гражданских зданий». EWB может также применяться в качестве лабораторного практикума по таким предметам, как основы вычислительной техники, основы электротехники и электроники.

 

ПрактическАЯ работА №1

 

Тема: «Расчет схем по закону Ома для полной цепи».

Цель работы: Синтез цепи постоянного тока в системе схемотехнического моделирования "Electronics Workbench”; тестирование схемы путем подключения приборов; сопоставление аналитических расчетов с экспериментальными данными, полученными в программе.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Закон Ома для всей цепи: силатока в последовательной электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источников, и обратно пропорциональна суммарному сопротивлению цепи.

I = E / (R+r)                                             (1)

ЗАДАНИЕ

Для схемы на рисунке 10, используя (1), рассчитайте ток в цепи (R=5Oм, Uab=13V, E=7V). Проведите экспериментальную проверку результатов расчета в "Electronics Workbench”. Сравните экспериментальные и расчетные данные. Сделайте вывод.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по работе должен содержать распечатку задания, цели работы, краткого содержания теоретической части, составленных схем и выводов по работе. Отчет должен быть выполнен в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-95.

Пример выполнения практической работы №1

Расчет

Расчет тока, используя (1): I = (Uab+E) / R

Расчетное значение:       I = (13+7)/5 = 4(А)

 

Экспериментальная проверка результатов расчета

1 Разместили на рабочем поле EWB в соответствии с заданием компонент R из библиотеки Basic, компоненты U (E), · и заземление из библиотеки Sources, амперметр из библиотеки Indicators (рисунок 11).

2 Установили заданные значения компонентов цепи (R=5Oм, Uab=13V, E=7V).

3 Развернули и затем соединили в цепь компоненты согласно заданной схеме (рисунок 12).

4 Начали моделирование путем включения кнопки в правом верхнем углу экрана (0/1).

5 Как видно из показаний амперметра на рисунке 12, экспериментальное значение тока I = 4.0 A.

Вывод: Расчетное и экспериментальное значения тока совпадают.

 

 

 ПрактическАЯ работА №2

 

Тема: «Эквивалентные преобразования двухполюсников».

Цель работы: Синтез цепи постоянного тока в системе схемотехнического моделирования "Electronics Workbench”; исключение реактивных элементов, расчет эквивалентного сопротивления схемы; сопоставление аналитических расчетов с экспериментальными данными, полученными в программе.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Замена является эквивалентной, если при одинаковых токах через элементы напряжения на их зажимах также будут равны.

Эквивалентная замена сопротивлений. Эквивалентная замена двух последовательно включенных сопротивлений:

R_E=R₁+R₂                                                    (2)

Эквивалентная замена двух параллельно включенных сопротивлений:

R_E=R₁*R₂ /(R₁+R₂)                                                   (3)

Исключение реактивных элементов. Для производной напряжения на конденсаторе из компонентов уравнений следует:

du_c / dt = i_c / C =0, следовательно, i_c =0.                                 (4)

Поскольку ток через конденсатор не идет, процессы в схеме не изменятся, если мы заменим емкость разрывом, исключив ее из схемы. Для тока через индуктивность из компонентов уравнений следует:

di_c / dt = u_L / L =0, следовательно, u_L =0.                                 (5)

Поскольку напряжение на индуктивности равно нулю, процессы в схеме не изменятся, если мы заменим индуктивность проводом, исключив ее из схемы.

ЗАДАНИЕ 1

1 Для схемы на рисунке 13, используя (1-3), рассчитайте эквивалентное сопротивление относительно зажимов А и В. 

2 Измерьте с помощью приборов эквивалентное сопротивление схемы относительно зажимов А и В.

РАСЧЕТ

Задача решается путем многократного повторения двух элементарных преобразований: свертки последовательного и параллельного соединения двух резисторов, используя (2,3):

· Замена сопротивлений R2,R3 - R23=R2+R3=12 Om

· Замена сопротивлений R23,R4 - R234=R23*R4/(R23*R4)=3 Om

· Замена сопротивлений R234,R6 и R7 - R23467= R234+R6+R7=24 Om

· Замена сопротивлений R23467, R5 - R234567 = R23467*R5/ (R23467+R5)=8 Om

· Замена сопротивлений R234567, R1 – R_E = R1234567 = R234567+R1= 13 Om

Экспериментальная проверка результатов расчета

 

Для экспериментального исследования сопротивления цепи подключим к зажимам А и В мультиметр (рисунок 14). Как видно из показаний мультиметра на рисунке 14, экспериментальное значение сопротивления цепи R = 13.00 Om.

Сравните экспериментальные и расчетные данные. Сделайте вывод.

Вывод: Расчетное и экспериментальное значения тока совпадают.

ЗАДАНИЕ 2

1 Для схемы на рисунке 15, используя (1-5), в установившемся режиме определите ток I3. Расчет определите методом свертки.

2 Измерьте с помощью приборов ток в источнике питания и ток I3.

 

РАСЧЕТ

После преобразований (4-5) схема, представленная на рисунке 15, приобретает вид, показанный на рисунке 16.

После последовательных эквивалентных замен сопротивлений по формулам (2-3) схема, представленная на рисунке 16, приобретает вид, показанный на рисунке 17.

Определили ток I1 по формуле 1: I1 = E / R1234567 = 1 А

Определили ток I3: I3 = I1*(R6 / R3+R5+R6) = 0.75 А