МЭЦ метод. указания. Для эффективного усвоения знаний студент должен быть включен в активную учебную и творческую деятельность на основе принципа само стоятельности и сознательности
 Скачать 1.84 Mb.
|
|
Favourites – поле размещения подсхем, если они имеются в дан- ной схеме (в исходном состоянии поле пусто). Заполнение поля моделями компонентов осуществляется программой автоматически одновременно с за- грузкой схемного файла и очищается после окончания работы с ним; Sources – поле источников сигналов. Следует отметить, что под источниками сигналов подразумеваются не только источники питания, но и управляемые источники. Содержание компонентов данного поля показано на рис. 3.10. Рис. 3.10. Поле компонентов Sources Поле содержит следующие компоненты (слева направо и сверху вниз): –заземление (метка); – источник постоянного напряжения (напряжение); – источник постоянного тока (ток); – источник переменного синусоидального напряжения (эффективное значение напряжения, частота, фаза); – источник переменного синусоидального тока (эффективное значение тока, частота, фаза); – источник напряжения, управляемый напряжением (коэффициент пе- редачи); – источник тока, управляемый напряжением (коэффициент передачи); – источник напряжения, управляемый током (коэффициент передачи); 46 – источник тока, управляемый током (коэффициент передачи); – источник напряжения высокого уровня 5 В, соответствующий логи- ческой единице; – источник напряжения высокого уровня 15 В, соответствующий логи- ческой единице; – генератор однополярных прямоугольных импульсов (амплитуда, час- тота, коэффициент заполнения); – генератор амплитудно-модулированных колебаний (напряжение и частота несущей, коэффициент и частота модуляции; на значке графического изображения компонента коэффициент модуляции не указан); – генератор фазо-модулированных колебаний (напряжение и частота несущей, индекс и частота модуляции; на значке графического изображения компонента индекс модуляции не указан); – источник синусоидального тока, управляемый напряжением; – источник тока треугольной формы, управляемый напряжением; – источник тока прямоугольной формы, управляемый напряжением; – управляемый источник импульсов; – источник напряжения произвольной формы, которая задается значе- ниями тока и времени во внешнем файле; – источник напряжения задаваемой формы, которая задается координа- тами пяти точек; – частотный модулятор – источник тока синусоидальной формы, часто- та которого управляется внешним напряжением (амплитуда выходного на- пряжения, частота выходного напряжения при низком уровне управляющего напряжения, частота выходного напряжения при высоком уровне управляю- щего напряжения); – полиномиальный источник; – нелинейный управляемый источник; Basic – поле, в котором собраны все пассивные компоненты, а также коммутационные устройства. Интересной особенностью наделена в этом поле точка соединения, параметры которой можно задавать с помощью диалогового окна. Она может быть наделена такими свойствами, как отсутст- вие (Open) соединения между проводниками, подключенными к ней с соот- ветствующей стороны (цифры 1, 2, 3 и 4 определяют количество и направле- 47 ние соединяемых проводников). Например, при включенных опциях 1, 3 и Open между проводниками, подключенными со сторон 1 и 3, не будет элек- трического соединения. Содержание компонентов этого поля показано на рис. 3.11. Следует отметить, что в программе EWB графическое изображение большинства компонентов не соответствует нашему ГОСТу, а в процессе по- строения схем изменять изображение компонентов не представляется воз- можным. Рис. 3.11. Поле компонентов Basic Поле содержит следующие компоненты (слева направо и сверху вниз): – точка соединения; – резистор (сопротивление); – конденсатор (емкость); – индуктивность; – линейный трансформатор; – электромагнитное реле; – ключ, управляемый с клавиатуры; – реле времени; – ключ, управляемый напряжением; – ключ, управляемый током; – источник напряжения с последовательно включенным сопротивлением; – переменный резистор; – матрица из 8 независимых резисторов; – умножитель сигналов (модулятор); – емкость; 48 – переменная емкость; – переменная индуктивность; – элемент линейной индуктивной связи; – элемент нелинейной индуктивной связи; – нелинейный трансформатор; Diodes – поле диодов. Содержание компонентов этого поля пока- зано на рис. 3.12; Рис. 3.12. Поле компонентов Diodes Transistors – поле транзисторов. Содержание компонентов этого поля показано на рис. 3.13; Рис. 3.13. Поле компонентов Transistors Аnalog ICs – поле аналоговых микросхем. Содержание компо- нентов этого поля показано на рис.3.14; Рис. 3.14. Поле компонентов Аnalog Ics Mixed ICs – полемикросхем смешанного типа. В поле входят 8- разрядный АЦП, два типа ЦАП (с внешними опорными источниками тока или напряжения), мультивибратор и интегральный таймер. Содержание ком- понентов этого поля показано на рис. 3.15; 49 Рис. 3.15. Поле компонентов Mixed ICs Digital ICs – поле цифровых микросхем. Здесь собраны модели цифровых ИМС серий SN74 и CD4000 (отечественных ИМС серий 155 и 176 соответственно). Для конкретных ИМС вместо символов ХХ ставятся соот- ветствующие номера, например, SN7407 – 6 буферных элементов с открытым коллектором, CD4081 – 4 элемента 2И и т.д. Содержание компонентов этого поля показано на рис. 3.16; Рис. 3.16. Поле компонентов Digital Ics Logic Gates – поле логических цифровых микросхем. Содержит модели базовых логических элементов, цифровых ИМС ТТЛ и КМОП-серий. Содержание компонентов этого поля показано на рис. 3.17. Рис. 3.17. Поле компонентов Logic Gates Поле содержит следующие компоненты (слева направо): – верхняя строка: 2-входовой элемент И (AND); 2-входовой элемент ИЛИ (OR); элемент НЕ (NO); 2-входовой элемент ИЛИ –НЕ (NAND); 50 2-входовой элемент И – НЕ (NOR); 2-входовой элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR); 2-входовой инвертирующий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (NXOR); буферный элемент с тремя состояниями (Tristate Buffer); буферный усилитель (Buffer); инвертирующий триггер Шмитта (Schmitt – Triggered Inverter); – нижняя строка содержит логические интегральные микросхемы; Digital – поле цифровых микросхем. В этом поле объединены комбинированные цифровые компоненты и триггеры. Содержание компо- нентов этого поля показано на рис. 3.18. Рис. 3.18. Поле компонентов Digital Поле содержит следующие компоненты (слева направо и сверху вниз): – полусумматор; – сумматор; – RS-триггер; – JK-триггер с прямыми входами асинхронной установки и сброса; – JK-триггер с инверсными входами асинхронной установки и сброса; – D-триггер с прямыми входами асинхронной установки и сброса; – D-триггер с инверсными входами асинхронной установки и сброса; – интегральные мультиплексоры; – интегральные демультиплексоры; – преобразователи; – арифметические логические элементы; – счетчики; 51 – сдвиговые регистры; – интегральные триггеры; Indicators – полеиндикаторных устройств. Содержит амперметр и вольтметр с цифровым отсчетом, свето- и звукоиндицирующие устройства. Содержание компонентов этого поля показано на рис. 3.19. Рис. 3.19. Поле компонентов Indicators Поле содержит следующие компоненты (слева направо): – вольтметр; – амперметр; – лампа накаливания; – светодиод; – семисегментный индикатор; – семисегментный индикатор со встроенным двоично-десятичным де- шифратором; – звуковой сигнализатор; – 10-сегментный индикатор; – 10-сегментный индикатор со встроенным АЦП; Controls – поле аналоговых вычислительных устройств. Содер- жание компонентов этого поля показано на рис. 3.20. Рис. 3.20. Поле компонентов Controls Поле содержит следующие компоненты (слева направо): – дифференцирующее звено; 52 – интегрирующее звено; – усилительное звено; – блок с задаваемой передаточной характеристикой; – умножитель; – делитель; – трехвходовой сумматор; – управляемый ограничитель напряжения; – неуправляемый ограничитель напряжения; – ограничитель тока; – блок с гистерезисной характеристикой; – селектор сигналов. Для всех этих компонентов предоставляется возможность редактиро- вания параметров; Miscellaneous – поле компонентов смешанного типа. Содержание этого поля показано на рис. 3.21. Рис. 3.21. Поле компонентов Miscellaneous Поле содержит следующие компоненты (слева направо): – плавкий предохранитель; – средство записи требуемых результатов моделирования в текстовый файл; – набор макромоделей (подсхем) в формате SPICE; – модель сопротивлений линии передачи; – модель линии передачи; – кварцевый резонатор; – коллекторный электродвигатель постоянного тока; 53 – электровакуумный триод; – набор макромоделей (подсхем) в формате SPICE; – фильтры-накопители на переключаемых индуктивностях. При создании схем в программе EWB удобно пользоваться контекст- ным меню, которое вызывается нажатием правой кнопки мыши. Меню со- держит команды Help, Paste, Zoom In, Zoom Out, Schematic Options, а также команду Add <название компонента>. Эта команда позволяет добавить на рабочее поле компоненты без обращения к каталогу соответствующей биб- лиотеки. Количество команд Add <название компонента> в списке поля оп- ределяется количеством типов компонентов (резисторов, значка заземления и т.д.), уже имеющихся на рабочем поле. Если при создании схемы использована, например, линейная модель ОУ с измененными значениями параметров, то при очередной загрузке файла с этой схемой вызывается меню с сообщением о нестандартном использова- нии модели и с предложением выбрать один из следующих вариантов: – Use library model – использовать стандартную модель с параметрами по умолчанию; – Use circuit model – использовать модель с измененными значениями параметров; – Put model into... – вставить модель в каталог однотипных моделей (открывается меню соответствующего каталога); – Rename model... – переименовать модель; – Cancel – отказаться от загрузки; Instruments – поле контрольно-измерительных и функциональ- ных приборов. Содержание этого поля показано на рис. 3.22. Рис. 3.22. Поле контрольно-измерительных и функциональных приборов Instruments Поле содержит следующие приборы (слева направо): – Multimeter – мультиметр; – Funcion Generator – функциональный генератор; 54 – Osciloscope – осциллограф; – Bode Plotter – Боде-плоттер (графопостроитель частотных характери- стик); – Word Generator – генератор слов; – Logic Analyzer – логический анализатор; – Logic Convertor – логический преобразователь. 4. Возможности программы MathCad 4.1. Основы работы с программой MathCad Описание возможностей работы в программе MathCad можно найти в различных источниках, например [2]. Применение MathCad для автоматиза- ции расчета линейных электрических цепей [1] позволяет существенно упро- стить анализ особенно сложных электрических цепей. 4.2.1. Решение простейших задач средствами MathCad Математическая система MathCad во всем мире признана одной из наиболее совершенных программных систем, позволяющих решать матема- тические задачи в объеме программы технического вуза [2]. Начиная с вер- сии MathCad 2002 и до последней, доступной версии MathCad Prime 2.0, сис- тема обеспечивает удобный интерфейс и широкий набор решаемых задач. В среде MathCad задачи выполнения, документирования и совместного исполь- зования расчетов интегрированы в единый процесс, что существенно повы- шает производительность работы. При запуске MathCad открывается пустой документ, в который можно добавить текст, уравнения, графики, таблицы Excel и изображения. Количе- ство одновременно открытых документов ограничивается только ресурсами операционной системы. Рабочая область MathCad содержит окно редактирования и ленту, на вкладках которой сгруппированы связанные команды. Сведения о командах ленты можно получить из всплывающих подсказок и контекстной справки. Вкладки ленты служат для быстрого выполнения наиболее часто при- меняемых команд. На рис. 4.1,а-u показаны команды, помещенные на раз- личных вкладках ленты. 55 а) Рис. 4.1. Вкладки команд б) в) г) д) 56 е) Рис. 4.1. Вкладки команд ж) з) и) Рис. 4.1. Вкладки команд Кнопка MathCad содержит команды для работы с файлами, напри- мер: Открыть (Open), Сохранить (Save) и Печать (Print). Панель быстрого доступа содержит часто используемые команды. Ко- манды можно добавлять и удалять с панели. Панель быстрого доступа может находиться как под лентой, так и над лентой. Строка состояния, находящаяся под окном редактирования, содержит: номер страницы документа; цветной кружок, показывающий состояние кнопки «Автоматический расчет»; окна «Найти и заменить» и «Регулятор 57 масштабирования»; переключатели режимов «Просмотр страницы» и «Режим черновика». Работа с системой MathCad сводится к подготовке в окне редактирова- ния заданий на вычисления и к установке форматов для их результатов. При этом математические выражения вводятся в том виде, в котором они обычно записываются инженерами на листе бумаги. Входным языком системы явля- ется язык визуального программирования, многие записи вводятся просто путем заполнения шаблонов соответствующих операторов. MathCad интегрирует в себе три редактора: формульный, текстовый и графический. Текстовые блоки позволяют создавать в документе пояснения. Для ввода текста необходимо щелкнуть в документе в место вставки текста, где появится синее перекрестие . Текст можно вставить в виде: – текстового блока , который растягивается по ширине страницы, и его область не перекрывается с другими областями документа (комбинация клавиш Ctrl+T); – текстового поля с изменяемой шириной , которое мож- но перемещать по документу, и оно может перекрываться другими областями (комбинация клавиш Ctrl+Shift+T). Обе команды находятся на вкладке Математика (Math) в группе Об- ласти (Regions). После ввода или вставки через буфер обмена требуемого текста нажмите клавишу Ввод для перемещения на новую строку, либо щелкните за пределами текстовой области для прекращения набора текста. Если изменить настройки стиля шрифта и абзаца, заданные на вкладке Фор- матирование (Formatting) в группах Шрифт (Font) и Параграф (Paragraph), то они будут применяться либо к выделенным, либо ко всем новым тексто- вым областям в документе. Для вставки в документ изображения необходимо выбрать команду на вкладке Математика в группе Области и выбрать изображение в окне От- крыть (комбинация клавиш Ctrl+4). Любая введенная область может быть удалена из документа с помо- щью команды Удалить область, также расположенной на вкладке Матема- тика в группе Области. Щелкнув в документе в любом месте, можно ввести математические выражения (цифры, буквы и математические операторы). В результате соз- дается Область формул. Для ввода формулы можно также выбрать команду на вкладке Математика в группе Области (комбинация клавиш Ctrl+Shift+M). 58 В MathCad можно вводить математические выражения следующих ти- пов: алгебраические; дифференциальные и интегральные; логические; мат- рицы и векторы; строковые. Щелкните в верхней части документа и введите следующее математи- ческое выражение: 12+3,2•3,8/2,6 Обратите внимание, что в MathCad для разделения целой и дробной части используется точка, а не запятая. При наборе выражений операторы, символы и константы можно вставить с вкладки Математика. По мере набора выражения на экране отображается область формул с синей вертикальной линией в точке вставки, этот курсор можно использовать для правки математических выражений. Оператор «вычисление» (символ «=») возвращает результат вычисления выражения, находящегося слева от него (рис. 4.2). Рис. 4.2 Вычисление выражения При изменении математического выражения его результат автоматиче- ски обновляется. Все связанные математические области, находящиеся спра- ва или снизу от измененных выражений, соответственно обновляются. Если отключить расчет области на вкладке Расчет в группе Элементы управления, то результаты не будут обновляться. Все, что начинается с цифры, MathCad интерпретирует как число. При вводе комплексного (мнимого) числа в алгебраической форме записи, за ним должны следовать символы i или j (рис. 4.3). Рис. 4.3 Решение комплексных чисел Для определения переменных и функций используется оператор «опре- деления» :=, который можно выбрать на вкладке Математика в панели Опе- раторы либо ввести с клавиатуры при нажатии клавиши «двоеточие». Спра- ва от знака определения может стоять либо числовое значение, либо вычис- ляемое выражение. На рис. 4.4 приведен пример программы, определяющей, вычисляющей и выводящей на экран значение переменной f. 59 Рис. 4.4 Вычисление переменной Обратите внимание на то, что оператор «определение» не возвращает значение переменной f в отличие от оператора «вычисление» «=». Однако в одной строке можно совмещать сначала оператор определения, а затем спра- ва от вычисляемого выражения - оператор вычисления. Кроме того переменные, которые входят в вычисляемое выражение, должны быть ранее определены (либо выше, либо левее в окне редактирова- ния). Иначе появится сообщение об ошибке (рис. 4.5). Рис. 4.5 Пример появления оибок Следует иметь в виду, что в MathCad имена переменных и функций не могут начинаться с цифры, могут быть любой длины и содержать как рус- ские, так и латинские буквы, кроме того, различаются строчные и прописные буквы. В логических выражениях или ограничениях для блоков решений ис- пользуется оператор «равно» (=), который сравнивает переменные, векторы или выражения (рис. 4.6). Обратите внимание, что в отличие от оператора вычисления он имеет более жирное начертание. Рис. 4.6. Пример вывода выражения 60 В MathCad существует и локальный оператор определения перемен- ной-диапазона (=), который определяет переменную-диапазон для оператора суммы или произведения. Например, для нахождения произведения членов ряда следует на вкладке ленты Математика группы Операторы и Символы (Operators and Symbols) раскрыть панель Операторы, найти соответствующую пиктограмму и нажать левую клавишу мыши. В результате на поле документа выведется шаблон данной операции (рис. 4.7). После заполнения соответствующих позиций шаблона и ввода символа «=» получим результат (рис. 4.8). Рис. 4.7 Шаблоны операций Рис. 4.8 Полученный результат с применением шаблонов В данном выражении константа е = 2,7 в числителе дроби вводится из списка Константы (Constants) группы Операторы и Символы на вкладке Математика. На вкладке Форматирование (Formatting) в группе Результаты (Results) можно настроить отображение результатов для повышения точности или изменения числового формата (рис. 4.9). |