Компьютер вместо паяльника
2 сентября 2004
Рубрика: Обзоры и мнения.
Автор: Михаил Мардамшин.
pic

Обучение радиоэлектронике и схемотехнике никогда не было ни слишком легким, ни слишком дешевым занятием. А в сегодняшней ситуации, когда многие необходимые компоненты до нас просто не доходят, а те, что доходят, зачастую дороги, поневоле задумаешься — а нельзя ли обойтись без постоянных денежных затрат, бесконечной отладке схем, не работающих из-за одного-двух бракованных элементов и прочих неприятностей. К тому же вряд ли кто-то будет собирать и настраивать усилитель (особенно многокаскадный) только для того, чтобы увидеть принцип его работы. Учитывая все эти факторы, а также дефицит необходимых инструментов (например, осциллографов), поневоле приходится искать что-либо доступное и универсальное вроде компьютера с установленной на нем электронной САПР.

На сегодняшний день систем в области автоматизированного электронного проектирования выпущено море разливанное, в основном европейскими и американскими фирмами. Одни из этих пакетов созданы и совершенствуются для выполнения узкоспециальных задач: САПР для проектирования печатных плат и разводки проводников P-CAD фирмы ACCEL и Protel Altium DXP, пакеты для схемотехнического моделирования Spectrum Microcap и APLAC, программные оболочки для логического моделирования на языках Verilog и VHDL Сadence LDV, Aldec Riviera и т.д. Дополнительные функции в этих программах представлены крайне скудно, как в P-CAD, в редакторе Shematic — посредством сложного для непосвященных выполнения макросов, или не представлены вообще. Специализация других пакетов менее узкая, но они все же не универсальны. Например, программы Altera MAX и Quartus могут использоваться не только для программирования полузаказных микросхем, но и как оболочка для логического программирования и симуляции, AWR Microwave Office — для совместного проектирования схем цифровой обработки сигнала и СВЧ, Electronic Design Studio позволяет проводить симуляцию аналоговых устройств и имеет функцию перевода схемы в печатную плату и авторазводки проводников, но цифровая симуляция в этом приложении недоступна. Наконец, третий вид программ создан для максимально универсального проектирования. Чаще всего это достигается путем создания отдельного приложения для каждой функции: схемотехнического проектирования, создания печатных плат и прочего. Такую архитектуру имеют пакеты ARES и ISIS компании Proteus, и Electronics Workbench (EWB) и его новая версия Multisim.
Почему мной были выбраны именно Workbench и Multisim? Причин этому несколько: во-первых, простой, интуитивно понятный интерфейс обеих программ; во-вторых — легкость создания принципиальных схем; в третьих — возможность пополнения баз компонентов новыми посредством изменения их параметров в EWB и программирования на языках Х-Spice, Verilog, VHDL, кодах C++ (в Multisim). Четвертое свойство, на мой взгляд, самое ценное в процессе обучения и диагностики — непосредственно в процессе симуляции возможно изменение параметров цепи, при этом симуляция не прерывается, а ее результат изменяется одновременно с изменением этих параметров. Например, амплитуда выходного сигнала усилителя низкой частоты изменяется потенциометром. При изменении сопротивления потенциометра выходной сигнал будет уменьшаться по амплитуде, при этом симуляция не прерывается. Все происходит так же, как и при настройке приборов при помощи реального осциллографа, логического анализатора и т.д. Или возможно попеременно включать и выключать питание участка цепи виртуальным переключателем. В большинстве других программ симуляция происходит гораздо дольше и менее удобно. Например, в упомянутом Spectrum Microcap приходится после создания схемы сначала задавать немаленькую кучу параметров (цена деления графика, температура и прочее), только после этого чертится график в специальной программе Model. Если мы не знаем точных параметров элементов и желаем подстроить устройство, то с каждым изменением параметра вся последовательность повторяется. В итоге проектирование или проверка схемы растягиваются на длительное время. Правда, в 7-й версии уже появились анимированные переключатели и светодиоды, но большинство аналоговых и цифровых схем отлаживается по тому же сценарию. В Workbench и Multisim возможны подстройка и доводка виртуальной схемы, аналогичная наладке реальных схем. Создается впечатление, что работаешь с реальной схемой и приборами. Только вот времени на сборку виртуальной схемы уходит от 1 до 15 минут в зависимости от сложности, а средств — вообще никаких (кроме тех, что пошли на покупку самой программы).
Существует лишь одна проблема — острый дефицит документации по этим замечательным программным средствам. В прошлом году в одном из ташкентских магазинов мне попался диск фирмы «Навигатор» — «Моделирование цифровой аппаратуры в программе Electronics Workbench». К сожалению, многие из приведенных там схем в реальности не работают, но, тем не менее, этот справочный материал лично мне здорово помог.
Ниже мной будут более подробно рассмотрены возможности Electronics Workbench 5.12 и Multisim 2001 (EWB 6.20). Как уже было упомянуто, EWB и Multisim различаются лишь временем выпуска и рядом усовершенствований. К тому же в Multisim предусмотрен импорт файлов EWB, поэтому все описанные схемы показаны для Workbench.

1. Инсталляция программ
EWB устанавливается достаточно просто — запуском файла Setup.exe. Во время установки installer лишь спрашивает, в какую папку установить программу. После установки на рабочем столе появляется иконка.
Установка же Multisim потребует от вас ввода серийного номера и других необходимых для регистрации параметров. При этом на экране появится окно, показанное на рис.1.1.

pic

После успешной регистрации и установки программы на рабочем столе должна появиться иконка программы Multisim .

2. Интерфейс программ

pic

На рис.2.1 изображено окно программы Electronics Workbench. Программа имеет стандартный интерфейс окна Windows. В левой верхней части окна программы находятся 2 панели — верхняя — обычная панель инструментов и нижняя — палитры компонентов. Из палитр можно мышью доставать виртуальные компоненты и соединять их в схему. В правой верхней части окна находится выключатель, которым мы будем «включать» и «отключать» симуляцию. Прямо под ней находится кнопка «Пауза» (Pause), которой можно остановить симуляцию — например, чтобы подробнее рассмотреть график выходных колебаний, а потом продолжить анализ. Справа и внизу окна имеются бегунки. Если схема слишком велика, можно перемещаться по отдельным ее частям. Центральное пространство окна представляет собой рабочее поле — виртуальную монтажную плату, на которой и размещается исследуемая схема.
Рассмотрим подробнее назначение кнопок панели инструментов (рис.2.2).

pic

Первые 7 кнопок являются стандартными для любой Windows-программы. Их назначение, наверное, объяснять не надо. То, что вы проделываете в текстовых редакторах со словами и документами, а в графике — с рисунками, здесь относится к радиоэлементам и схемам.
Кнопка «Вращать» (Rotate) позволяет поворачивать данный элемент на 90, 180, 270 и 360 градусов вокруг своей оси. «Отразить вертикально» (Flip Vertical) дает зеркальное отражение элемента в вертикальной плоскости, «Отразить горизонтально» (Flip Horizontal) — то же самое в горизонтальной плоскости. Кнопка «Подцепь» (Create Subcircuit) позволяет создать цепь низшего порядка. Кнопка «Свойства элемента» (Component Properties) работает лишь тогда, когда какой-либо из элементов на схеме активизирован. Активизировать элемент можно так: щелкните по нему дважды левой кнопкой мыши. Элемент окрасится в красный цвет, и на экране появится табло (рис.2.3),

pic

сообщающее о свойствах элемента. Вы можете сами изменять эти свойства: например, сопротивление резистора, индуктивность катушки, а для транзистора, стабилитрона, динистора, операционного усилителя и других приборов можно даже выбрать конкретные параметры (правда, только от западных производителей). Если элемент уже окрашен в красный цвет (то есть выделен), щелкните на упомянутой кнопке, и его свойства появятся на экране.
Если щелкнуть по вкладке Label (Название), то появится 2 окошка: Название (Label) и Обозначение (Reference ID). Название элемента по умолчанию не задается, и вы можете сами назвать его как угодно, хоть горшком. Правда, Workbench кириллической кодировки не понимает, и хотя в окошке русским текстом все будет написано нормально, на схеме появится нечто невразумительное. Поэтому, если хотите дать элементу собственное имя, пишите латинским шрифтом, например Moi Resistor.
Следует особо выделить Анализ (Analysis), которое позволяет выбрать для данной схемы различные виды анализа: Фурье, Монте-Карло и другие. В меню Edit также имеется дополнительная команда «Сохранить как битовое изображение» (Save As Bitmap), позволяющая «перегнать» созданную схему в формат BMP. Остальные меню такие же, как и в других программах.
В EWB также возможно упростить схему путем создания подцепей или функциональных блоков (Subcirquit). Это делается очень просто — нужный участок схемы выделяется мышью, после чего нажатием клавиш Ctrl+B выводится окно, в котором программа спрашивает имя подцепи. Такое упрощение особенно удобно при моделировании сложных устройств, например амплитудного модулятора, как на рис. 2.4.

pic

Как в EWB, так и в Multisim возможно наглядно представить результат моделирования различными графиками (рис.2.5).

pic

Причем, последовательно выделяя мышью различные участки графика, можно рассматривать их во всех подробностях. Например, можно проанализировать форму нелинейных искажений выходного сигнала, форму импульсов с малой амплитудой и т.д.
Multisim имеет гораздо более широкие возможности как в плане моделирования, так в плане создания новых компонентов. Все возможности EWB существуют и здесь. Но, кроме того, предусмотрено создание виртуальных компонентов на 3 специальных языках программирования, а также на С++.
Окно программы Multisim показано на рис.2.6.

pic

Как видно по рисунку, панель компонентов размещается с левой стороны окна программы, а палитра компонентов «Инструменты» превращена в отдельную панель и находится с правой стороны окна. Команды вращения и зеркального отображения находятся в меню размещения (Place). Самое важное усовершенствование в Multisim — возможность открывать несколько схемных файлов в одном окне. В EWB невозможно открыть окно следующей схемы, пока не закрыто окно предыдущей. К тому же в Multisim появились новые панели компонентов — такие, как ВЧ (RF), Цифровая Смесь (Misc. Digital) — компоненты, запрограммированные на языке X-Spice, Verilog, VHDL. Изменять параметры виртуальных компонентов, а также создавать новые на языке X-Spice можно простым изменением программного кода модели (рис.2.7).

pic

С языками логического моделирования Verilog и VHDL все немного сложнее. Сначала следует написать программу на языке VHDL. Для этого существует специальное приложение Multisim VHDL, которое нужно устанавливать отдельно. Его окно показано на рис.2.8. После чего скомпилировать файл в отдельную папку, проанализировать его в специальном симуляторе. После этого в папке проекта появится файл с расширением .vx, который можно использовать для создания нового виртуального компонента. Это относится и к языку Verilog.
Существует также другой, правда, очень сложный путь — написать программу для какого-либо компонента на С++, после чего скомпилировать его в стандартную динамическую библиотеку DLL и также использовать, загрузив данные модели из этой библиотеки.
Обозначения элементов в Multisim могут изображаться соответственно 2 стандартам принципиальных схем: США (ANSI) и европейскому (DIN), в то время как EWB отображает схему только по стандарту ANSI. Рис.2.7 , 2.8.

pic

Но на этом список универсальных свойств Multisim не заканчивается. Вообще-то в комплекте с этой программой существует вполне профессиональное приложение для создания печатных плат — Ultiboard. Собранную в Multisim схему можно очень просто модифицировать в файл заготовки печатной платы, причем не только в формате Ultiboard, но и в форматах P-CAD, Tango и других.
В связи со сказанным может возникнуть вопрос: а для чего нам старый EWB, если существует более «навороченная» и функциональная версия? Ответ вполне предсказуем — Multisim, несмотря на успех своих предшественников, программа довольно-таки «сырая» и во многом недоработанная, о чем предупреждает даже фирменный Help. Следствие этого — идиотские ошибки в некоторых заведомо рабочих схемах и всевозможные мелкие неприятности вроде отказа работать в определенных условиях. Например Multisim не анализирует схемы в Windows XP Professional. Но в Windows 98 и ME он работает без грубых недочетов, например схемы, импортированные из EWB, симулируются как следует. Electronics Workbench же работает под все майкрософтовские платформы — от Win 3.1 до ME.
Единственный вывод — думайте сами, решайте сами. EWB допускает создание новых компонентов в очень ограниченном количестве, отображает схему в непривычном нашему глазу американском стандарте, зато надежна, безотказна и позволяет очень эффективно усвоить курс электротехники и электроники, которые читают в профильных институтах и техникумах. Multisim же программа для профессионалов в области автоматизированного проектирования, но при этом она требует больше ресурсов, чем EWB и пока еще недостаточно отлажена. Работать с ним следует в расчете на более новую и надежную версию. Кстати, по информации фирмы «Electronics Workbench» эта версия уже появилась в дальнем зарубежье и называется Multisim 7. Значит, можно надеяться — вскоре эта программа может появиться и у нас.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте