Проектирование микроконтроллерных устройств

Содержание

1. Введение……………………………………………………………..3
2. Урок №1……………………………………………..……………….4
3. Урок №2………………………………………..…………………….9
4. Урок №3……………………………………………..………………16
5. Урок №4……………………………………………………………..23
6. Использованный Литература ………………...……………………29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Данная публикация открывает серию статей, посвященных  программе Model Editor, которая входит в пакет программ OrCAD 16.5. Эта программа предназначена для создания и редактирования моделей. Материал будет изложен в виде четырех уроков. Целью первого урока является ознакомление с возможностями и основными правилами работы с программой.

 

В этой статье будет рассказано о создании и редактировании моделей для  компонентов, которые используются при моделировании в программе PSpice OrCAD. Мы сначала познакомимся с библиотеками моделей и кратким обзором инструментальных средств, которые необходимо использовать для их создания и редактирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Урок №1

Целью первого урока является ознакомление с возможностями и  основными правилами работы с  программой OrCAD 16.5.

Библиотеки  моделей, которые первоначально  инсталлированы с программой PSpice, внесены в список NOMD.LIB

Если  щелкнуть по позиции Configuration Files в диалоговом окне Simulation Settings (рис.1) и рассмотреть список файлов Library немедленно после инсталляции, можно увидеть введенные данные NOMD.LIB в списке файлов Library. Пиктограмма означает, что эта библиотека моделей и любая из библиотек моделей, на которую имеются ссылки, содержит глобальные описания моделей.

 

Рисунок-1. Введенные данные NOMD.LIB в списке файлов Library

 

Инструменты для  создания и редактирования моделей

Есть два инструмента, которые можно использовать для  создания и редактирования описаний моделей:

• Программа Model Editor;
• Редактор схем Capture.

Программа Model Editor используется, когда необходимо:

• Получить модели на основе справочных данных, предоставляемых изготовителями;
• Создать модели, основанные на шаблонах PSpice;
• Изменить поведение Model Editor;
• Отредактировать командный синтаксис PSpice для моделей (MODEL и SUBCKT).

     Для моделей на основе шаблона текст модели может использоваться только для чтения и не может быть отредактирован с помощью Model Editor. Программа Model Editor не доступна из PSpice. Программа Model Editor преобразовывает информацию, которая вводится из справочных данных изготовителя устройства, одним из двух способов:

Для запуска  Model Editor:

В меню Пуск выберем Programs/ OrCAD 15.7/PSpice Accessories/Model Editor.

В меню File выберем New или Open. Если программа Model Editor уже запущена из редактора схем Capture и необходимо продолжить работать с новой моделью, то:

 

• Сохраним открытую библиотеку моделей;
• Откроем или создадим другую библиотеку моделей;
• Найдем модель или создадим новую.

Для создания моделей, основанных на характеристиках  устройства:

1. В Model Editor откроем библиотеку.
2. В меню Model выберем New.
3. Определим название новой модели в текстовом поле Model Name.
4. Выберем опцию Use Device Characteristic Curves.
5. В списке From Model выберем тип устройства и нажмем OK.

 

Для некоторых компонентов  необходимо указывать некоторые  другие параметры. Например, для биполярных транзисторов (Bipolar Transistor) необходимо определить тип проводимость транзистора PNP или NPN. Можно характеризовать модели либо используя справочные данные, либо редактируя величины параметров модели.  

Рисунок-2. Рабочая область Model Editor биполярных транзисторов (Bipolar Transistor)

Чтобы просмотреть  измененные рабочие характеристики, на инструментальной панели нажмем кнопку Update Graph . Если рабочие характеристики рассматриваются перед подгонкой, то точки данных и график для текущих технических требований модели, возможно, не соответствуют требованиям.

 

В таблице 1 показаны типы устройств, для которых можно создать модели PSpice, основанные на характеристиках из справочных данных.

 

 

 

Таблица 1. Для характеристики устройств, поддерживаемых Model Editor

Создание моделей, основанных на шаблонах PSpice

Для создания модели PSpice на основе шаблона выполним следующие шаги:

1. В Model Editor создадим новую библиотеку или откроем существующую библиотеку.
2. В меню Model выберем New.
3. Определим название новой модели в текстовом поле Model Name.
4. Выберем опцию Use Templates.
5. В разрывающемся списке From Model выберем тип устройства. Рассматриваемый тип устройства, вероятно, придется снабдить некоторыми другими деталями. Например, если это Диоды (Diode), то необходимо будет определить тип его проводимости.
6. Нажмем OK

 

Окно параметров Simulation Parameters появляется со значениями по умолчанию всех параметров моделирования (рис. 3). Эти величины доступны для редактирования. Обратите внимание, что окно Model Text модели PSpice на основе шаблона недоступно для редактирования.

Рисунок-3 Диалоговое окно Simulation Parameters

 

В таблице 2 перечислены типы устройств, для которых с помощью Model Editor могут быть созданы модели на основе шаблона.

Таблица 2. Типы устройств, для которых могут быть созданы модели на основе шаблона

Импорт существующей модели

 

Можно импортировать  созданные третьей стороной модели Spice в формат, который понимает Model Editor. Импорт модели позволяет осуществлять редактирование модели с помощью пользовательского интерфейса Model Editor.

 

1. Откроем Model Editor. В меню Пуск выберем Programs/OrCAD 15.7/PSpice Accessories/ Model Editor.

2. Откроем библиотеку  моделей. В меню File выберем New или Open.

3. В меню Model выберем Import.

4. Выберем файл, содержащий описание модели, и  нажмем Open.

 

Импортированная модель появится в библиотеке моделей. Рекомендуется  использовать один файл только для  одного описания модели. Файл свойств устройства, связанный с моделью, не импортируется.

Для автоматического  создания УГО для новых моделей:

 

1. В меню Tools выберем Options.

2. Выберем Always Create Part When Saving Model (рис. 6).

 

Рисунок-4. Диалоговое окно Options

 

3. Под Schematic Editor выберем Capture.

4. Под Save Part To введем название библиотеки УГО для нового компонента.

5. Выберем Path Same As Model Library для создания или открытия файла *.OLB, который имеет тот же самый префикс названия, что и открытая в данный момент библиотека моделей (*.lib).

6. Выберем User-Defined Part Library, а затем введем название файла в текстовое поле Part Library Name. Если выбирается определенная пользователем Part Library (библиотека УГО), Model Editor сохраняет все новые УГО к указанному файлу, пока он не будет изменен.

 

   Если необходимо сохранить открытую модель в новой библиотеке, то:

1. В меню File выберем Save As.

2. Введем название  новой библиотеки моделей.

 

 

 

 

 

 

 

Урок №2

Целью второго урока познакомится с примерами создания моделей и продолжить знакомство с возможностями программы Model Editor.

Примеры создания модели

 

  Примеры, охваченные  в этой статье, распространяются  на использование программы Model Editor для создания имитационных моделей, основанных:

• на характеристиках  устройства;

• на шаблонах PSpice.

  Пример: создание  модели PSpice, основанной на характеристиках устройства.

В этом примере смоделируем  простое диодное устройство следующим  образом:

• Создадим схему  простого однополупериодного выпрямителя.

• Создадим новую  модель для диода.

• Присоединим новую  модель к символу диода D1.

   Для того  чтобы начертить схему:

1. В Project Manager в меню File выберем New, а затем Project.

2. В диалоговом окне New Project выберем Analog or Mixed A/D.

3. Введем название  нового проекта (RECTFR) и нажмем Create.

4. В меню Place редактора схем Capture выберем Part. Поместим следующие УГО (условные обозначения показаны в круглых скобках), как показано на рис. 7:

   – Dbreak (диод D1);

   –  C (конденсатор C1);

   –  R (резистор R1);

   –  VSIN (источник синусоидального сигнала  V1).

5. Нажмем кнопку  Groundна правой панели инструментов и поместим аналоговую «землю» '0' из библиотеки символов SOURCE.OLB.

6. В меню Place выберем Wire и протянем соединение между УГО, как показано на рис. 5.

7. В меню File выберем Save.

 

Рисунок-5. Схема однополупериодного выпрямителя

Для создания новой модели и библиотеки моделей:

1. Откроем Model Editor.

2. В Model Editor в меню File выберем New.

3. В меню Model выберем New.

4. В диалоговом  окне New выполним следующее:

а) в текстовом  поле Model Name напечатаем DbreakX;

б)выберем Use Device Characteristic Curves;

в) в списке From Model выберем Diode;

г) нажмем OK.

5. В меню File выберем Save. По умолчанию, обновленная модель сохранена в библиотеке RECTFR.LIB.

 

Как показано на рис. 8, Model Editor первоначально отображает:

• характеристики модели диода, внесенного в список в окне Models List;

• значения параметров модели DbreakX, внесенные в список в окне Parameters.

 

Рисунок-6. Характеристики модели и значения параметра для DbreakX

 

 

Можно изменить каждую характеристик модели, показанную в  рамке Model Spec, используя новые значения из справочных данных. Программа Model Editor использует новую информацию и подгоняет новые значения параметра модели. Характеристики Forward Current, Junction Capacitance и Reverse Leakage модели диода требуют данных для построения графических зависимостей. Характеристики Reverse Breakdown и Reverse Recovery требуют одиночных данных. Справочные данные для модели DbreakX приведены в таблице 3.

Таблица 3. Типовые значения справочных данных для диодов

 

Характеристика  модели	Вводимые  данные
Прямой ток	(1.3, 0.2)
Емкость перехода	(1m, 120p) (1, 73p) (3.75, 45p)
Обратная утечка	(6, 20n)
Напряжение стабилизации	(Vz=7.5, Iz=20m, Zz=5)
Рассасывание носителей  зарядка	По умолчанию

Для ввода  данных характеристики Forward Current:

 

1. В рамке Spec Entry щелкнем по вкладке Forward Current. Эта вкладка требует ввода справочных данных.

2. В текстовое  поле Vfwd введем 1.3.

3. Нажмем Tab для перемещения в текстовое поле Ifwd, а затем введем в него 0.2.

 

  Для ввода данных для Junction Capacitance и Reverse Leakage выполним те же действия, что и для Forward Current, вводя справочную информацию, перечисленную в таблице 4, которой соответствуют текущие характеристики модели.

  

Для ввода  данных характеристики Reverse Breakdown:

 

1. В рамке Spec Editing щелкнем по вкладке Reverse Breakdown. Эта вкладка требует ввода одиночных данных.

2. В текстовое  поле Vz введем 7.5.

 

Замечание: Программа Model Editor использует те же масштабные множители, что и PSpice.

 

3. Нажмем Tab для перемещения в текстовое поле Iz, а затем введем 20m.

4. Нажмем Tab для перемещения в текстовое поле Zz, а затем введем 5.

  

Для извлечения параметров модели в меню Tools выберем Extract Parameters. Появится галочка в столбце Active рамки Parameters для каждого извлеченного параметра модели.

  

Для отображения  графиков для пяти диодных характеристик  в меню Window выберем Tile. Некоторые из графиков показаны на рис. 7.

 

Рисунок-7. Графики характеристик диода

 

 

 

 

 

Используя команды  из меню View, можно осуществлять панорамирование и масштабирование в пределах графика. Используя команду Axis Settings из меню Plot, можно осуществлять изменение масштаба осей.

 

Рисунок-8. Диалоговое окно Axis Settings

 

По умолчанию  Model Editor вычисляет графики характеристик устройства для

27 °C. Для любой характеристики можно добавить графики и для других температур. Для добавления графиков Forward Current необходимо выполнить следующее:

1. В рамке Spec Entry щелкнем по вкладке Forward Current.

2. В меню Plot выберем Add Trace. В открывшееся окно Add Traces введем 100  (в °C)

 

Рисунок-9. Диалоговое окно Add Traces

 

3. Нажмем OK. Появится график Forward Current для 100 °C (рис. 10).

 

Рисунок-10. График Forward Current

Для сохранения описания модели с текущим значением параметра  и получения доступной модели для проекта в меню File выберем Save для обновления RECTFR.LIB и сохранения библиотеки на диске. Полученное полное описание модели можно использовать в проекте.

 

Для присоединения  модели DbreakX к диоду D1:

1. В Capture откроем проект RECTFR.

2. Выберем диод D1.

3. В меню Edit выберем Properties.

4. В диалоговом  окне Property Editor изменим значение свойства Implementation Dbreak на DbreakX.

5. Закроем диалоговое  окно и сохраним проект. Проект  готов к моделированию с созданным  описанием модели.