Электронная лаборатория Electronics Workbench 4.1 for Windows

Размещено на http://www.allbest.ru/

План урока

дисциплина: Электронная техника

тема: Электронная лаборатория Electronics Workbench 4.1 for Windows

Цели урока:

Обучающая: Дать обучающимся понятие о виртуальной электронной лаборатории Electronics Workbench 4.1 for Windows, научить основам работы с элементами при сборке электрических схем.

Развивающая: развить умения и навыки при составлении и виртуальной сборке электрических схем различного уровня сложности.

Воспитательная: применяя различный подход к степени усвоения материала обучающимися через процесс воспитания добиться максимальной эффективной результативности в работе.

Тип урока: Объяснение нового материала.

Вид урока: практический.

Межпредметные связи: микрорадиоэлектроника, общая электротехника, электропитание со средствами связи, основы промышленной электроники.

Место проведения: 220 кабинет

Время проведения: 90 минут

Технические средства обучения: мультимедийный проектор, персональный компьютер, демонстрационный экран.

Ход урока

Организационный момент Приветствие. Проверка количества присутствующих на уроке студентов, уровня готовности к уроку (принадлежности)

Основная часть. Уважаемые студенты! Сегодня мы с вами познакомимся с самой простой версией электронной виртуальной лаборатории - компьютерным программным комплексом Electronics Workbench for Windows. Идея создания программных продуктов данной серии принадлежит корпорации Interactive Image Technologies. Самая первая версия появилась в 1989г. Ранние версии программы состояли из двух независимых частей. С помощью одной половины программы можно было моделировать аналоговые устройства, с помощью другой - цифровые. Такое “раздвоенное” состояние создавало определенные неудобства, особенно при моделировании смешанных аналого-цифровых устройств.

В 1996г. в версии 4.1 эти части были объединены и через полгода выпущена пятая версия программы. Она дополнена средствами анализа примерно в объеме программы Micro-Cap V, переработана и несколько расширена библиотека компонентов. Средства анализа цепей выполнены в типичном для всей программы ключей - минимум усилий со стороны пользователя.

Дальнейшим развитием EWB является программа EWB Layout, предназначенная для разработки печатных плат. Программа EWB обладает преемственностью снизу вверх, т.е. все схемы созданные в версиях 3.0 и 4.1, могут быть промоделированы в версии 5.0. Следует отметить, что EWB позволяет также моделировать устройства, для которых задание на моделирование подготовлено в текстовом формате SPICE, обеспечивая совместимость с программами Micro-Cap и Pspice.

Программа EWB 4.1 рассчитана для работы в среде Windows 3.xx или 95/98 и занимает около 5 Мбайт дисковой памяти, EWB 5.0 - в среде Windows 95/98 и NT 3.51, требуемый объем дисковой памяти - около 16 Мбайт. Для размещения временных файлов требуется дополнительно 10-20 Мбайт свободного пространства.

Electronics workbench - это одна из самых мощных программ для моделирования процессов и расчета электронных устройств на аналоговых и цифровых элементах. Даже в стандартной комплектаций в наличии имеется большой выбор виртуальных генераторов, тестеров, осциллографов. Совместима с программами PCB-дизайна и CA. Особенностью программы является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. Программа легко осваивается и достаточно удобна в работе. После составления схемы и ее упрощения путем оформления подсхем моделирование начинается щелчком обычного выключателя.

Преимущества:

При разработке современного радиоэлектронного оборудования невозможно обойтись без компьютерных методов разработки, ввиду сложности и объемности выполняемых работ. Процесс разработки схем радиоэлектронных устройств требует высокой точности и глубокого анализа. Еlectronics Workbench может применяться как на предприятиях, занимающихся разработкой электрических цепей так и в высших учебных заведениях, занимающихся изучением и разработкой радиоэлектронных устройств. Еlectronics Workbench применяется в большинстве высших учебных заведений мира. Еlectronics Workbench может применяться как замена дорогостоящего оборудования. Еlectronics Workbench может производить большое количество анализов радиоэлектронных устройств, занимающих достаточно много времени при стандартных методах разработки. Еlectronics Workbench включает в себя большое количество моделей радиоэлектронных устройств наиболее известных производителей, таких как Motorolla. Еlectronics Workbench прост в обращении и не требует глубоких знаний в компьютерной технике. Интерфейс Еlectronics Workbench можно освоить буквально за несколько часов работы. Еlectronics Workbench может работать с большим числом компьютерной переферии, а также имитировать ее работу. Еlectronics Workbench может на данный момент не имеет себе аналогов по простоте интерфейса и числу выполняемых функций.

Использование мыши и клавиатуры

Программа использует стандартный интерфейс управления Windows. Поэтому преобладает ориентация на использование мыши: мышью устанавливаются компоненты и связи, осуществляется управление инструментами подобно реальной лаборатории. Клавиатура используется ограниченно в случаях редактирования свойств компонентов, а также для быстрого вызова наиболее часто используемых операций. Итак, мышь позволяет:

перетаскивать компоненты по экрану;

выбирать компоненты, кнопки и другие элементы при наведении мыши и одиночном щелчке левой клавишей;

выбирать одновременно более одного элемента;

выделять свойства компонента двойным щелчком левой кнопки. Перетаскивание заключается в наведении мыши на объект, нажатии левой клавиши мыши и переведении курсора мыши в новое положение, отпускании левой клавиши в конечном положении. Выбрать несколько элементов можно, если нажать левую клавишу в верхнем левом углу воображаемой прямоугольной области, на которой располагаются компоненты, необходимые для выделения, а далее, не отпуская клавиши, переместить курсор мыши в правый нижний угол этой области, при этом программа прорисует пунктиром прямоугольную область выделения. В конечном положении левая клавиша отпускается, и компоненты, попавшие в эту область, изменят цвет на красный.

Electronics Workbench реализован как реальная лаборатория, в которой имеются перед глазами все компоненты и инструменты, готовые к использованию. Ключевые составляющие интерфейса: рабочее пространство, корзина компонентов, меню, инструменты и кнопка питания, активизирующая программный анализ цепи.

Для построения и исследования цепи необходимо сделать следующее.

Перетащить компоненты из корзины компонентов на рабочее пространство.

Соединить их выводы перемещением мыши с нажатой левой кнопкой от вывода одного компонента к другому.

Установить модели компонентов и значения их величин.

Подсоединить тестирующие инструменты.

Активировать цепь. Установка модели компонента производится либо одновременным нажатием Ctrl+M, либо выбором компонента мышью и последующим вызовом пункта Model из меню Circuit. Установка значения величины компонента производится либо одновременным нажатием клавиш Ctrl+U, либо вызовом пункта Value из меню Circuit. Если в меню Preferences из Circuit выбрать команду Show Value, то электрические величины компонентов будут отображаться рядом с ними. Компоненты можно обозначить условно, если выбрать компонент и нажать одновременно Ctrl+L, либо в меню Circuit выбрать команду Label. Чтобы условные обозначения отображались на рабочем пространстве, в меню Preferences из Circuit выбрать команду Show Label. Тестирующие инструменты подсоединяются перетаскиванием с панели инструментов их пиктограмм на рабочее пространство и соединением их выводов к соответствующим участкам цепей. Активирование цепи происходит при нажатии «кнопки питания» в верхнем правом углу. Это вызывает запуск подпрограммы анализа цепи. Далее можно просмотреть значения на измерительных инструментах по двойному щелчку на их пиктограммах в рабочем пространстве.

Для выполнения курсового проектирования Вам, студентам, достаточно воспользоваться только следующими корзинами компонентов: Active, Passive, Indic, FET.

Корзина Passive: земля, источник постоянного напряжения, источник постоянного тока, источник переменного напряжения, источник переменного тока, резистор, конденсатор, катушка индуктивности, трансформатор, вставка плавкая, источник напряжения 5В, pull-up резистор, реостат, переменный конденсатор, переменная катушка индуктивности, полярный конденсатор, источник прямоугольного напряжения, резистивная матрица.

Корзина Active: диод, стабилитрон, светодиод, n-p-n-транзистор, p-n-p-транзистор, ДУ, ОУ с напряжением питания, управляемый теристор, неуправляемый теристор, неуправляемый семистор, управляемый семистор, диодный мостик, умножитель напряжений.

Корзина FET: n-канальный ПТУП, p-канальный ПТУП, МОП со встроенным n-каналом и подложкой, соединённой с истоком, МОП со встроенным р-каналом и подложкой, соединённой с истоком, МОП со встроенным n-каналом и отдельным выводом для подложки, МОП со встроенным р-каналом и отдельным выводом для подложки, МОП с индуктируемым n-каналом и подложкой, соединённой с истоком, МОП с индуктируемым р-каналом и подложкой, соединённой с истоком, МОП с индуктированным n-каналом и подложкой с отдельным выводом, МОП с индуктированным p-каналом и подложкой с отдельным выводом.

Корзина Indic: вольтметр, амперметр, лампа накаливания, световой индикатор напряжения, семисегментный светодиодный индикатор с управлением сегментами по выводам, семисегментный светодиодный индикатор со встроенным шестнадцатеричным дешифратором (на вход подаётся шестнадцатеричное число), устройство сохранения результатов анализа в файл в виде ASCII - кода, пьезоэлектрический динамик.

Кроме указанных корзин имеется ещё 6 корзин: Control (Управляемые), Hybrid (Гибридные), Gates (Вентили), Combinational (Составные), Sequential (Последовательные) и Integrated Circuits (Интегральные схемы). Эти корзины представлены на рис. 4. Корзина Control содержит следующие компоненты (по порядку сверху вниз): переключатель (переключение задаётся кнопкой клавиатуры); переключатель по временному управлению; переключатель, управляемый напряжением; переключатель, управляемый током; реле; источник напряжения, управляемый напряжением; источник тока, управляемый током; источник тока, управляемый напряжением; источник напряжения, управляемый током. Корзина Hybrid содержит компоненты: АЦП; ЦАП в ток; ЦАП в напряжение; одновибратор; 555-таймер (Устройство с двумя состояниями на выходе, длительности и выбор которых управляются входами). Корзина Gates содержит: вентиль И; вентиль ИЛИ; вентиль НЕ; вентиль И-НЕ; вентиль ИЛИ-НЕ; исключающее ИЛИ-НЕ; исключающее ИЛИ; трехстабильный буфер с Z-состоянием; буфер-повторитель. Корзина Combinational содержит: полусумматор; полный сумматор; мультиплексор 1х8; демультиплексор 1х8; преобразователь двоично-десятичного представления в шестнадцатеричное; дешифратор 3 на 8; шифратор 8 на 3. Корзина Sequential содержит: RS-триггер; JK-триггер с прямым динамическим входом и прямыми асинхронными входами управления; JK-триггер с прямым динамическим входом и инверсными асинхронными входами управления; D-триггер с прямым динамическим входом; D-триггер с прямым динамическим входом и инверсным асинхронным управлением; 4-битный двоичный счётчик; 4-битный универсальный сдвигающий регистр. Корзина Integrated Circuits содержит: серия ИС 74ХХ, 741ХХ, 742ХХ, 743ХХ, 744ХХ, 4ХХХ. В каждой из серий можно выбрать конкретную ИС из списка.

Рассмотрим основные элементы.

Меню File, Edit и Help - стандартны и интереса не представляют. Тем не менее, для людей, которые с Windows «на Вы» дадим краткую характеристику этих меню. Сами они представлены на рис.6. Меню File представлено следующими пунктами:

· New (CTRL+N) - создание нового документа,

· Open... (CTRL+O) - открытие существующего документа,

· Save (CTRL+S) - сохранение существующего документа,

· Save As... - сохранение текущего документа с новым именем,

· Revert to Saved - возвращение к документу, каким он был на момент до последнего сохранения,

· Print... (CTRL+P) - распечатать цепь текущего документа,

· Print Setup... - вызов окна редактирования установок текущего принтера (выбранного по умолчанию),

· Exit (ALT+F4) - выход из программы,

· Install... - используется для установки дополнительных компонент программы (не понадобится),

· Import from SPICE - перевод из формата .cir PSpice в формат Workbench, workbench электронный виртуальный лаборатория

· Export to SPICE - перевод текущего документа Workbench в формат .cir PSpice,

· Export to PCB - перевод документа Workbench в формат файлов связей для редактирования печатных плат и трассировки в программах OrCAD 386, Tango, Eagle, Protel или Layo1.

Меню Edit содержит:

· Cut (CTRL+X) - удалить выделенные элементы в буфер обмена (специальная область памяти Windows для временного хранения данных в универсальном представлении с целью обмена между приложениями),

· Copy (CTRL+C) - скопировать выделенные компоненты в буфер обмена,

· Paste (CTRL+V) - вставить данные из буфера обмена,

· Delete (DEL) - удалить выделенные компоненты,

· Select All (CTRL+A) - выбрать все компоненты текущего документа,

· Show Clipboard - показать содержимое буфера обмена,

Copybits (CTRL+I) - выбрать и скопировать часть или весь экран в буфер обмена. Меню Help содержит:

· Help (F1) - показывает информацию по выделенному объекту, если объект не выделен, показывает содержание помощи,

· Help Index... - получение справки по интересующей тематике по её имени,

· About Electronics Workbench - показывает версию программы, её владельца и серийный номер.

Меню Window (рис.8) содержит:

· Arrange (CTRL+W) - вы можете располагать окна рабочей области, корзины, описания, как захотите, но если хотите вернуть всё в исходное - воспользуйтесь этим пунктом,

· Circuit - выводит на передний план окно рабочей области,

· Description (CTRL+D) - вызывает появление окна описания, в котором на английском языке (во всяком случае, воспринимаются только латинские литеры) можно сделать комментарии,

· Все остальные пункты выводят на передний план соответствующие окна.

Меню Circuit содержит команды: Activate (Ctrl+G) - запускает моделирование цепи, Stop (Ctrl+T) - прекращает процесс моделирования, Pause (F9) - приостанавливает процесс моделирования, Label (Ctrl+L) - присваивает компоненту имя, Value (Ctrl+U) - присваивает компоненту новые параметры, Model (Ctrl+M) - вызывает окно выбора и редактирования модели компонента, Zoom (Ctrl+Z) - изменяет масштаб отображения, Rotate (Ctrl+R) - поворачивает компонент на 90 градусов, Subscript (Ctrl+B) - открывает окно редактирования собственных компонентов, Wire color - определяет цвет провода (еще можно это сделать, дважды щелкнув по проводу), цвет провода также определяет цвет сигнала на экране осциллографа, Preferences (Ctrl+E) - определяет параметры рабочей поверхности (показать сетку, имена компонентов, моделей, величины компонентов), Analysis Options (Ctrl+Y) - определяет тип анализа и свойства отображения осциллографа.

Пример составления цепи. Для примера покажем составление цепи схемы с общим эмиттером на биполярном транзисторе с использованием цепи стабилизации методом трёх резисторов. Для начала выбираем корзину компонентов Passive. Находим в ней изображение резистора и проделываем следующие манипуляции:

· наводим указатель мыши на изображение резистора,

· нажимаем левую клавишу мыши,

· не отпуская клавиши, двигаем мышь вправо по коврику, т.о. перетаскиваем компонент на рабочее пространство,

· останавливаем курсор с компонентом на нужном месте и отпускаем левую клавишу мыши.

После этого резистор остаётся на месте, а мышь освобождается для следующих манипуляций.

Кстати, для перемещения любых компонентов (резисторов, транзисторов и др.) в пределах рабочего пространства проделываются аналогичные манипуляции.

Далее выбираем корзину Active и находим там изображение n-p-n-транзистора. Для установки его на рабочее пространство используем те же манипуляции, что и с резистором.

Далее проделываем следующие манипуляции для придания резисторам вертикального расположения: выделяем любой резистор, для этого наводим курсор мыши на его изображение, щёлкаем левой клавишей мыши, когда резистор окрашивается в красный цвет, это значит, что он выделен (запомнить!). Теперь переводим клавиатуру в латинский режим и нажимаем одновременно клавиши CTRL и R. Резистор поворачивается на 900 . Эти действия необходимо выполнить над всеми оставшимися резисторами. Теперь наведите курсор мыши на верхний вывод верхнего левого резистора так, чтобы в месте касания курсором возник круг чёрного цвета. Как только добьётесь этого, нажмите левую кнопку мыши и, не отпуская её, переместите указатель мыши на верхний вывод верхнего правого резистора так, чтобы там тоже появился чёрный круг. Как только он появился, отпустите левую кнопку мыши. Только что вы были свидетелем соединения двух резисторов проводником. Надо заметить, что соединить можно не только компонент с компонентом, но и компонент с проводником, для чего надо вести провод от компонента к проводнику до появления на месте соединения чёрной окружности, отпуская, вы получите узел. Используя полученные навыки, закончите соединение компонентов в цепь с общим эмиттером.

Теперь выделите левый верхний резистор и дважды щелкните по его изображению, используя левую клавишу мыши.

Введите в левое окошко число 650, в правом окошке отображается множитель, и щёлкните мышкой по клавише Accept. Вы увидите, что сопротивление резистора изменилось на введённую величину. Теперь выберите в главном меню пункт Circuit, а в нём Preferences. В появившемся окне выберите галочкой пункт Show labels. Теперь вы можете увидеть обозначения элементов, но прежде их надо ввести.

И, наконец, нажмите клавишу Power в правом верхнем углу окна программы (не на системном блоке!). Таким образом, мы запустили подпрограмму моделирования в данном случае статического процесса и получили картину, как на рис.19. Теперь результат можно вывести на печать, выбрав в меню File пункт Print. Также можно сохранить схему в файле, выбрав в меню File пункт Save. В дальнейшем файл можно открыть для дальнейшей работы (Меню File пункт Open).

Заключение

Итак, уважаемые студенты мы с вами на данном занятий ознакомились с электронной лабораторией, пронаблюдали процесс создания электрической цепи лёгкой и средней сложности при помощи компьютерной программы. Мы с вами на дальнейших занятиях продолжим изучение различных приёмов работы с другими более поздними версиями Electronics Workbench, в которых интерфейс намного совершеннее и «дружелюбней» чем более старые версии, больше технических возможностей, добавлены дополнительные панели инструментов.

Выставление оценок за урок. (комментирование результатов).

Домашнее задание: Повторить условные обозначения электрических устройств и контрольно- измерительных приборов. Повторить 1 и 2-ой Законы Кирхгофа (из курса общей электротехники).

Размещено на Allbest.ru