Основы компьютерного проектирования РЭС

Содержание

Задание №1…………………………………………………………………...……2

Задание №2…………………………………………………………………...……4

Задание №3…………………………………………………………………….......9

Задание №4…………………………………………………………………...…..13

Список используемых источников……………………………………………..16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №1

Моделирование аналоговых электрических сигналов

Цель работы:  ознакомиться с основами математического аппарата  теории сигналов, в соответствии с вариантом задания составить математическую модель сигнала, по полученной модели построить график, на котором указать границы изменения амплитуды сигнала, его период, а также длительность положительного и отрицательного полупериодов.

Исходные данные:

Uвых=380 В, Т=0,02с,   ϴ=90º

Решение:

При проектировании ЭС необходимо анализировать и предсказывать характеристики будущего устройства, основываясь на распределении напряжений в электрической схеме и частотном составе информационного сигнала. Это делается с помощью математического аппарата теории сигналов.

Электрические сигналы представляют собой изменяющиеся во времени напряжения и токи. Зависимости для одночастотного напряжения или тока могут быть представлены следующим образом:

 

 

Приведенные формулы описывают одночастотный периодический сигнал.  Периодические сигналы могут рассматриваться во временной или частотной области. 

Частота определяется по формуле:

  

Фаза сигнала:

Тогда математическая модель одночастотного периодического сигнала примет вид:

 

 

Вывод:  ознакомились с основами математического аппарата теории сигналов, в соответствии с вариантом задания состаили математическую модель сигнала и построили график.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №2.

Моделирование усиления и смешивания аналоговых электрических сигналов

Цель работы: ознакомиться с основами математического аппарата теории сигналов, по исходным данным составить математические модели для линейного усиления одночастотного гармонического синусоидального сигнала, для линейного сложения разночастотных гармонических синусоидальных сигналов, для нелинейного усиления одночастотного сигнала и отобразить их графически во временной и частотной области с указанием всех необходимых параметров.

Исходные данные: Uвых1=380, f=50Гц, θ=900; Uвых2=220, f=350Гц, θ=1800; k1=7, k1=4, k1=2, k1=1,3.

Электрические сигналы представляют собой изменяющиеся во времени напряжения и токи. Зависимости для одночастотного напряжения или тока могут быть представлены следующим образом:

 

 

Приведенные формулы описывают одночастотный периодический сигнал.  Периодические сигналы могут рассматриваться во временной или частотной области. 

Тогда математическая модель одночастотного периодического сигнала1 примет вид:

 

 

 

 

И для периодического сигнала 2:

 

Математическая модель сигнала для усиления линейным усилителем имеет следующий вид:

 

Таким образом, математическая модель выходного сигнала 1 имеет вид:

 

 

Таким образом, математическая модель выходного сигнала 2 имеет вид:

Математическая модель линейного сложения разночастотного сигнала представляется в виде:

 

 

 

Частотное представление сигнала:

Нелинейное смешивание происходит, когда несколько сигналов объединяются в нелинейном устройстве типа диодного смесителя или нелинейного усилителя. При нелинейном смешении входные сигналы, объединяясь, производят дополнительные частотные составляющие.

Модель выходного сигнала представляют степенным рядом вида:

 

Нелинейное усиление одночастотного сигнала 1:

 

Нелинейное усиление одночастотного сигнала 2:

 

Вывод:  ознакомились с основами математического аппарата теории сигналов, по исходным данным составили математические модели для линейного усиления одночастотного гармонического синусоидального сигнала, для линейного сложения разночастотных гармонических синусоидальных сигналов, для нелинейного усиления одночастотного сигнала и отобразили их графически во временной и частотной области.

 

Задание №3.

Исследование переключательных функций.

Цель работы: Ознакомиться с основами теории переключательных функций, освоить совершенную дизъюнктивную нормальную (СДНФ) и совершенную конъюнктивную нормальную (СКНФ) формы представления функции нескольких переменных, а также научиться осуществлять схемотехническую реализацию полученных математических моделей на базе типовых логических элементов и проводить динамический анализ ее работы в программе Micro-Cap.

Массив моделируется следующим образом. Число n устанавливается равным количеству начальных букв, образующим фамилию, имя и отчество студента. Например, студента зовут Иванов Петр Сидорович. Тогда сумма начальных букв «И», «П», «С» составляет n=3 и, соответственно, m=23=8 (для большинства вариантов числа n и m одинаковые). Численные значения элементов массива составляют битовые значения весовых разрядов двоичного числа, формируемого с учетом индивидуальных особенностей полного имени обучаемого.

Для определения такого числа необходимо:

- определить числовое  значение кода ASCII заглавных букв, составляющих персональную фамилию, имя и отчество;

-сложить найденные трехзначные  числа и найти среднее арифметическое  полученной суммы;

- округлить полученное  значение до ближайшего целого;

- перевести в двоичную  систему счисления.

Мицул Ион Петрович, букве М соответствует число 140, букве И- число 136, букве П-число 143.  Среднее арифметическое от этих чисел равно 139,66. Округляем до 140 и переводим в двоичную систему счисления: 10001100. Массив примет вид F=(1,0,0,0,1,1,0,0).

 

 

 

 

 

 

Таблица истинности.

Вес, i	Состояние входов			Состояние выхода, pi
	Х1	Х2	Х3
0	0	0	0	1
1	0	0	1	0
2	0	1	0	0
3	0	1	1	0
4	1	0	1	1
5	1	1	1	1
6	1	1	0	0
7	1	0	0	0

 

СДНФ функции можно представить в виде:

 

Так как p0= p5= p7=1, то

 

СКНФ функции можно представить в виде:

 

Так как, , то

 

Схемотехническая реализация СДНФ функции в программе Micro-Cap.

 

Результаты моделирования.

Схемотехническая реализация СКНФ функции в программе Micro-Cap.

Результаты моделирования.

 

Вывод: ознакомились с основами теории переключательных функций, освоили СДНФ и СКНФ представления функции нескольких переменных, научились осуществлять схемотехническую реализацию полученных математических моделей на базе типовых логических элементов и производить динамический анализ ее работы в программе Micro-Cap.

 

 

 

 

Задание №4

Минимизация переключающих функций.

Цель работы: ознакомиться с основами теории переключательных функций,  освоить способы минимизации переключательных функций, а также научиться осуществлять схемотехническую реализацию полученных математических моделей на базе типовых логических элементов и проводить динамический анализ ее работы в программе Micro-Cap. 

Метод минимизации переключательных функций с помощью диаграмм Вейча включает в себя следующие шаги:

1. Производится занесение в соответствующую диаграмму контермов единицы, входящих в СДНФ (дизтермов нуля в СКНФ) минимизируемой функции;
2. Используя правила склеивания, находят минимальные термы- минтермы из имеющихся контермов или дизтермов;
3. Нахлдится искомая минимальная дизъюнктивная нормальная форма (МДНФ) (или минимальная конъюнктивная нормальная форма - МКНФ) исходной СДНФ (или СКНФ) переключательной функции путем выбора совокупности минтермов, покрывающих все единичные контермы (или нулевые дизтермы) диаграммы.

Из задания №3 СДНФ представления функции имеет вид:

 

А ее СКНФ

 

		1
		1		1

Диаграмма вейча для СДНФ представления функции

	0		0
	0	0	0

 

Диаграмма Вейча для СКНФ представления функции

 

Используя правила склеивания получаем МДНФ

 

и МКНФ переключательной функции соответственно.

 

Схемотехническая реализация МДНФ функции в программе Micro-Cap.

 

Результаты моделирования.

Схемотехническая реализация МКНФ функции в программе Micro-Cap.

 

Результаты моделирования.

 

Вывод: ознакомились с основами теории переключательных функций, освоили способы минимизации переключательных функций, научились осуществлять схемотехническую реализацию полученных математических моделей на базе типовых логических элементов и проводить динамический анализ ее работы в программе Micro-Cap.

 

 

 

 

 

 

 

Список используемых источников:

1. Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств: учеб. пособие. / Ю.Л. Муромцев, Д.Ю. Муромцев, И.В. Тюрин и др. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 384 с.
2. Пухальский Г.И. Проектирование цифровых устройств: учеб. пособие / Г.И. Пухальский, Т.Я. Новосельцева. – СПб.: Изд-во «Лань», 2012. – 896 с.
3. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. для вузов / И.П. Норенков. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 336 с.
4. Советов Б.Я. Моделирование систем: учеб. для вузов / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. – М.: Высшая школа, 2005. – 343 с.
5. Головицына, М.В. Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств [Электронный ресурс]: учеб. пособие / М.В. Головицына.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.
6. Пухальский, Г.И. Цифровые устройства: учеб. пособие для втузов / Г.И. Пухальский, Т.Я. Новосельцева. – СПб.: Политехника, 1996. – 885 с.
7. Пухальский Г.И. Логическое проектирование цифровых устройств радиотехнических систем. / Г.И. Пухальский. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. – 231 с.
8. Томаси У. Электронные системы связи. / У. Томаси, пер. с англ. – М.: Техносфера, 2007. – 1360 с.