Автоматизоване проектування

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І науки України

Національний технічний університет

"Харківський політехнічній інститут"

Кафедра "Обчіслювальної технікі та програмування"

Звіті

лабораторних робіт

«Автоматизоване проектування»

м. Харків 2007

Лабораторна робота № 1

Розробка функціональної схеми. Розбиття схеми на п'ять ієрархічних рівнів. Моделювання елементів нижнього ієрархічного рівня.

Мета роботи: Декомпозиція отриманого завдання.

Розробка функціональної схеми пристрою. Отримання і закріплення практичних навичок моделювання логічних елементів у системі автоматизованого проектування OrCAD 10.3

Індивідуальні завдання:

№ п / п	Формулювання завдання	Серія	Елементи I ієрархічного рівня
14.	Помножити два числа з одночасним аналізом двох розрядів множника, починаючи зі старших розрядів	74AS	2И, 2ИЛИ, НЕ, 2І-НЕ, 2ИЛИ-НЕ, XOR2

Алгоритм

Розробка функціональної схеми

Для реалізації алгоритму множення необхідно:

16-ти розрядний регістр для часткової суми.

8-ми розрядний зсувний регістр для множника.

8-ти розрядний суматор.

16-розрядний суматор.

лічильник імпульсів для визначення кінця множення.

Функціональна схема буде мати такий вигляд:

Розбиття схеми на п'ять ієрархічних рівнів.

Елементи 1-го рівня ієрархії:

2И, 2ИЛИ, НЕ, 2І-НЕ, 2ИЛИ-НЕ, XOR2

Елементи 2-го рівня ієрархії:

Тригер D;

Суматори;

Мультиплексори;

Елементи 3-го рівня ієрархії

4-х розрядні:

Регістри;

Суматори;

Лічильники;

Елементи 4-го рівня ієрархії

8-ти розрядний суматор;

16-ти розрядний суматор;

8-розрядний регістр.

16-розрядний регістр.

Елементи 5-го рівня ієрархії

Елементом 5-го рівня ієрархії є сам пристрій множення двох 8-ми розрядних чисел.

Моделювання елементів нижнього ієрархічного рівня

1. Моделювання елемента 2И

Вибираємо необхідний елемент з бібліотеки, і подаємо цифрові сигнали.

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 0 у 1 складає 5 нс, ширина зони невизначеності 4 нс.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 1 до 0 становить 5,5 нс, ширина зони невизначеності 4,5 нс.

2. Моделювання елемента 2ИЛИ

Вибираємо необхідний елемент з бібліотеки, і подаємо цифрові сигнали.

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 0 в 1 складає 6,3 нс, ширина зони невизначеності 5,3 нс.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 1 до 0 становить 6,3 нс, ширина зони невизначеності 5,3 нс.

3. Моделювання елемента НЕ

Вибираємо необхідний елемент з бібліотеки, і подаємо цифрові сигнали.

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 0 у 1 складає 5 нс, ширина зони невизначеності 4 нс ..

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 1 до 0 становить 4 нс, ширина зони невизначеності 3 нс.

4. Моделювання елемента 2І-НЕ

Вибираємо необхідний елемент з бібліотеки, і подаємо цифрові сигнали.

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 0 до 1 становить 4,5 нс, ширина зони невизначеності 3,5 нс.

5. Моделювання елемента 2ИЛИ-НЕ

Вибираємо необхідний елемент з бібліотеки, і подаємо цифрові сигнали.

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 1 до 0 становить 4,5 нс, ширина зони невизначеності 3,5 нс.

5. Моделювання елемента 2XOR

Вибираємо необхідний елемент з бібліотеки, і подаємо цифрові сигнали.

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 0 до 1 становить 5,8 нс, ширина зони невизначеності 4,4 нс.

З результатів моделювання видно, що затримка елемента при переході від 1 до 0 становить 5,6 нс, ширина зони невизначеності 4,2 нс.

Після моделювання всіх елементів нижнього рівня отримали тимчасові характеристики для бібліотеки 74AS:

ЕЛЕМЕНТ	Затримка, нс	Затримка, нс	Ширина зони невизначеності, нс
	01	10	01	10
2И	5	5,5	4	4,5
2ИЛИ	6,3	6,3	5,3	5,3
НЕ	5	6	4	5
2І-НЕ	4,5	4	3,5	3
2ИЛИ-НЕ	4,5	4,5	3,5	3,5
2XOR	5,8	5,6	4,4	4,2

Лабораторна робота № 2

Моделювання елементів другого ієрархічного рівня.

Мета роботи: Розробка функціональної схеми пристрою. Отримання і закріплення практичних навичок проектування і моделювання елементів другого ієрархічного рівня в системі автоматизованого проектування OrCAD 10.3

Моделювання D-тригера

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка тригера при перемиканні від 0 до 1 складає 13,5 нс.

З результатів моделювання видно, що затримка тригера при перемиканні від 1 до 0 становить 13,5 нс.

Моделювання мультиплексора

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка мультиплексора при перемиканні від 0 до 1 складає 11,8 нс.

З результатів моделювання видно, що затримка мультиплексора при перемиканні від 1 до 0 становить 15,8 нс.

Моделювання cумматора

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка суматора при перемиканні від 0 до 1 складає 11,8 нс.

З результатів моделювання видно, що затримка суматора при перемиканні від 1 до 0 становить 10 нс.

Елемент	Максимальний час затримки, нс
D-тригер	13,5
Суматор	11,8
Мультиплексор	15,8

Лабораторна робота № 3

Моделювання елементів третього ієрархічного рівня

Моделювання 4-розрядного сдвигового регістра із зсувом на 2 розряду.

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка регістра становить 8,9 нс.

Моделювання 4-розрядного суматора

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка суматора становить 25,2 нс.

Моделювання 4-розрядного лічильника

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка лічильника становить 41,8 нс.

Елемент	Максимальний час затримки, нс
Регістр	16,6
Суматор	25,2
Лічильник	41,8

Лабораторна робота № 4

Моделювання елементів четвертого ієрархічного рівня.

Моделювання 8-розрядного сдвигового регістра із зсувом на 2 розряду.

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка регістра становить 8,9 нс.

Моделювання 16-розрядного регістра

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка регістра становить 8,9 нс.

Моделювання 16-розрядного суматора

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка регістра становить 51,7 нс

Моделювання 8-розрядного суматора.

Отримуємо тимчасову діаграму:

Визначаємо тимчасові характеристики елемента.

З результатів моделювання видно, що затримка суматора становить 51,7 нс.

Елемент	Максимальний час затримки, нс
8-розрядний регістр	8,9
16-розрядний регістр	8,9
8-розрядний суматор	51,7
16-розрядний суматор	51,7

Лабораторна робота № 5

Моделювання схеми проектованого пристрою в цілому. Аналіз правильності його функціонування

Схема проектованого пристрою

Результати моделювання пристрої:

Аналіз правильності функціонування

Для Проверти правильності функціонування множимо два числа А = B316 і В = D916; B316 = 17910; D916 = 21710; ß A = 166; A + ß A = 219;

№ такту

Дія

D = 0000000000000000

B = 11 | 011001

D = D + A + ß A = 219

ßß D = 864


2	B = 01 \| 100100 D = D + A = 864 + B3 = 917 ßß D = 245C
3	B = 10 \| 010000 D = D + ß A = 245C +166 = 25C2 ßß D = 9708
4	B = 01 \| 000000 D = D + A = 9708 + B3 = 97BB

Результат: 97BB16 = 3884310 = 17910 * 21710.

Значення часткових сум (D) збігаються з результатами моделювання.

При завершенні обчислень пристрій припиняє подачу синхроімпульсів.

Лабораторна робота № 6

Дослідження проектованого пристрою на швидкодію. Визначення оптимальної частоти вхідних сигналів.

Пристрій множення 8-ми розрядних чисел:

Результати моделювання пристрої:

Розраховуємо зразкову значення максимально допустимої частоти імпульсів.

Для розрахунку частоти імпульсів необхідно розрахувати мінімальну тривалість такту, яка складатиме суму максимальних затримок елементів пристрою.

Fmax = 1 / Tmin, [гц]

Розрахуємо частоту для даного прикладу.

Тmin = tз.2AND + tз8SUM + tз16SUM + tз16RG = 5,5 +51,7 +51,7 +8,9 = 117,8 (нс);

Fmax = 1 / 117, 8 * 10-9 ≈ 8,5 (МГц).

Перевіримо отримані дані.

Задамо частоту синхроімпульсів в 8МГц:

Результати моделювання:

При збільшенні частоти, наприклад, до 25 MГц відбудеться збій:

Лабораторна робота № 7

Оцінити похибку виконання заданих операцій на спроектованому пристрої і пристрої, що виконує аналогічні операції на аналогових блоках.

Опорна напруга ЦАП на виході цифрового помножувача розрахували за формулою:

де m - число двійкових розрядів, DB - цифровий код на вході, V (OUT) - необхідна напруга виходу.

V (OUT) = 5 * 5 = 25; - напруга, що виникає при множенні двох сигналів в 5В.

Результати моделювання:

Похибка можна оцінити візуально за результатами моделювання. Похибкою є різниця між графіками результатів аналогового і цифрового множень.

Лабораторна робота № 8

Моделювання елементів другого ієрархічного рівня в системі автоматизованого проектування GL-CAD

Моделювання D-тригера

Отримуємо тимчасову діаграму:

Моделювання мультиплексора

Отримуємо тимчасову діаграму:

Моделювання cумматора

Отримуємо тимчасову діаграму:

Лабораторна робота 9

Тема: «Трасування схеми в сістемі наскрізного K-значного автоматизоване проектування».

Ціль роботи: Придбання навичок Створення макетів друкованих плат цифрових прістроїв у сістемі.

Мал.1 Схема пристрою.

Мал.2 РОЗМІЩЕННЯ елементів на друкованій платі.

Мал. 3 Автоматична промальовування доріжок на друкованій платі.

Лабораторна робота 10

Тема: «Моделювання роботи схеми в сістемі наскрізного K-значного автоматизоване проектування з урахуванням взаємного вплива провідніків на друкованій платі».

Ціль роботи: Придбання навичок моделювання роботи схем цифрових прістроїв у сістемі з урахуванням взаємного вплива провідніків на друкованій платі.

Мал.4 Моделювання схеми без врахування вплива провідніків.

Мал.5 Моделювання схеми з врахуванням вплива провідніків.