621.396.69(07)
2843
Р 851


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ



РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
И
"

ВС
ТВС

Й

НКБ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ СХЕМ С
УСТРОХ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САПР MENTOR GRAPHICS

ОННЫ

РТК


ЛАБОРАТОРИЯ
ЭЛЕ

АНИЕ

Для студентов специальностей 2205, 2002, 2008, 2201, 2203 и
ИРОВ
направления 55.11.00
-НАУЧНАЯ
КТ


ПРОЕ

"

ФЭП
УЧЕБНО

НКБ ВС
ФЭП



БАЗОВАЯ
УНТЦ
Таганрог 2000

УДК 621.396.69:681.3(076.5)+621.396.69(076.5)




Составители: Б.Г. Коноплев, Е.Б. Лукьяненко, О.А. Рыжих,
Е.А. Рындин, Р.Ю. Бабков




Руководство к лабораторной работе "Моделирование цифровых
схем с использованием САПР Mentor Graphics". Таганрог: Изд-во ТРТУ,
1999. 24 с.

Цикл лабораторных работ по освоению студентами мето-
дов пректирования электронной аппаратуры с использованием ра-
бочей станции Hawlett Packard подготовлен совместно сотрудника-
ми ФЭП и НКБ ВС ТРТУ для базовой лаборатории "Проектирова-
ние электронных устройств".
В работе излагаются сведения, необходимые для модели-
рования цифровых схем с использованием программы цифрового
логического моделирования QuickSim САПР Mentor Graphics. Опи-
саны основные режимы работы при моделировании ранее созданной
в графическом редакторе электрической схемы.

Ил. 30. Библиогр.: 1 назв.

Рецензент О.Н. Негоденко, канд. техн. наук, доцент кафедры МЭТ
БИС ТРТУ.

Коноплев Борис Георгиевич
Лукьяненко Евгений Борисович
Рыжих Олег Александрович
Рындин Евгений Адальбертович
Бабков Роман Юрьевич






Руководство к лабораторной работе


Моделирование цифровых схем с использованием
САПР Mentor Graphics




Ответственный за выпуск Лукьяненко Е.Б.
Редактор Кочергина Т.Ф.
Корректор Проценко И.А.







ЛР 020565
Подписано к печати
Печать офсетная
Бумага офсетная
Формат 60 841/16
Усл. п. л. - 1,5
Уч.- изд. л. - 1,3
Заказ N
Тираж 150 экз.
"С"

____________________________________________________________
Издательство Таганрогского государственного
радиотехнического университета
ГСП 17А, Таганрог, 28, Некрасовский, 44
Типография Таганрогского государственного
радиотехнического университета
ГСП 17А, Таганрог, 28, Энгельса, 1

ВВЕДЕНИЕ

Быстрые темпы развития микроэлектронных технологий привели к
тому, что основу современных радиоэлектронных и вычислительных уст-
ройств составляют большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и
СБИС), содержащие 104 - 107 транзисторных структур на полупроводниковом
кристалле. В связи с этим математическое моделирование элементов, узлов и
схем стало традиционным, необходимым на всех этапах проектирования
СБИС и является одной из наиболее важных составляющих не только научно-
исследовательских работ, но также и инженерной практики.
В настоящее время разработка специализированных БИС и СБИС, по-
зволяющих существенно улучшить технико-экономические характеристики
аппаратуры конкретного назначения, практически немыслима без широкого
использования систем автоматизированного проектирования (САПР), опи-
рающихся на мощную вычислительную базу (рабочие станции, суперЭВМ).
Предлагаемая лабораторная работа посвящена изучению подсистемы
логического моделирования QuickSim II, являющейся составной частью од-
ной из самых современных САПР для рабочих станций - Mentor Graphics.
Подсистема QuickSim II - компьютерная программа логического мо-
делирования, которая позволяет проверять на "программном макете" изделия
цифровой электроники. QuickSim II работает с моделями цифровых логиче-
ских схем, которые состоят из частей, выполненных и объединенных вместе с
помощью программы Design Architect или созданными с использованием
метода моделирования System - 1076.
Ввод схемы осуществляется в Design Architect. QuickSim II позволяет
задать входные сигналы, в процессе логического моделирования получить
соответствующие выходные сигналы (как в графическом, так и в текстовом
виде), задать ожидаемые выходные сигналы, произвести их автоматическое
сравнение с результатами моделирования и т.д.
Следует отметить, что подобными функциональными возможностями
обладают подсистемы моделирования многих и не столь современных САПР,
рассчитанных на работу с персональным компьютером (PCAD, PSPICE,
Micro-Cap и др.). Но мощная вычислительная база в виде рабочей станции
позволяет подсистеме QuickSim-II моделировать существенно более сложные
схемы, значительно сократить время моделирования и повысить надежность
результатов. Кроме того, Mentor Graphics в целом и QuickSim-II в частности
выгодно отличаются от большинства аналогичных САПР оригинальным и
очень удобным интерфейсом, позволяющим сократить время, затрачиваемое
на ввод и редактирование исходных данных.


4
1. ВЫЗОВ ПРОГРАММЫ ЦИФРОВОГО ЛОГИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ QuickSim II

Пакет программ САПР Mentor Graphics функционирует под управле-
нием ОС HP-UX. Сессия UNIX в ОС Windows запускается путем нажатия
значка eXceed. В открывшемся боксе выбирается "ОК". В окне Hawlett
Packard в строках login и password набирается имя пользователя и пароль,
нажимается "ОК". В появившемся окне (рис. 1) щелкнуть один раз левой
кнопкой мыши на значке .


Панель инструментов в окне eXceed



Рис. 1

Открывается "Менеджер проектов" (Design Manager) (рис. 2). Обо-
лочка предназначена для оперирования проектами, созданными приложения-
ми САПР Mentor Graphics. "Менеджер проектов" позволяет вызывать про-
граммные приложения, выполнять операции перемещения, копирования,
обеспечения доступа к директориям и файлам проектов.
При вызове "Менеджера проектов" появляются два заданных по
умолчанию окна: Окно Инструментов (Tools) и окно навигатора файлов. Фай-
лы в навигаторе представлены в виде иконок, внешний вид которых опреде-
ляется типом файла и приложением, в котором был создан этот файл.
Запустить программу-приложение можно как из окна навигатора
файлов, так и из окна Tools. В первом случае в окне навигатора файлов выде-
ляется проектируемый объект. При однократном нажатии правой кнопки ма-
нипулятора "мышь" появляется всплывающее меню, в котором выбирается
Open. В результате появляется список приложений, с помощью которых мож-
но открыть выбранный проект.
Второй способ запуска программ-приложений заключается в запуске
их из окна Tools (путем двойного нажатия левой кнопки манипулятора
"мышь" на изображении иконки, обозначающей необходимое приложение).
Для проведения цифрового логического моделирования схемы в окне
Tools запускается программа QuickSim II. После запуска программы QuickSim
II появляется диалоговое окно (рис. 3), предоставляющее возможность конфи-
гурировать запуск программы: путь к проекту (пункт Design) можно устано-
вить, нажав кнопку Navigator (рис. 4). В открывшемся окне выделяется ката-
лог с создаваемой схемой (Student) и нажимается "ОК".



5

. 2
проектов
Рис
ер
едж
Мен



6
Диалоговое окно запуска программы QuickSim II

Рис. 3

Окно Navigator

Рис. 4


7
Следующая строка (см. рис. 3) позволяет использовать символьный
или графический интерфейс. Строка Timing mode (режимы временного моде-
лирования) содержит:
- Previous (предыдущий) - позволяет использовать сохраненные установки;
- Unit (единица) - устанавливается режим моделирования с единичными
задержками;
- Delay (задержка) - устанавливается способ определения задержки при
моделировании без учета временных ограничений;
- Constraint (ограничения) - устанавливается способ определения задержки
при моделировании с учетом всех временных ограничений.
Строка Default of timing mode позволяет делать видимыми дополни-
тельные опции запуска программы моделирования (при нажатии на кнопку
Visible) (рис. 5).
Разрешающая способность моделирования устанавливается в строке
Simulator resolution. Рекомендуемое значения для лабораторной работы 1 нс
(при времени моделирования - единицы микросекунд). В строке Timing mode
нажать на кнопку Delay. Остальные установки используются по умолчанию.
Затем нажать "ОК". Откроется окно сеанса работы пользователя с программой
цифрового логического моделирования QuickSim II (рис. 6).

Опции запуска программы QuickSim II

Рис. 5


8
im II S
ick
Qu
. 6
Рис
программы
Окно



9

При работе с QuickSim II можно использовать команды как из панели
меню, так и из "Палитры инструментов". В "Палитре инструментов" в верхней
части расположены команды, а в нижней в виде значков - подкоманды, спи-
сок которых зависит от выбранной команды. Полный список команд в "Па-
литре инструментов" можно увидеть с помощью полосы прокрутки, которая
появляется в области "Палитры инструментов" после щелчка правой кнопки
манипулятора "мышь" и выбора в всплывающем меню команды Show Scroll
Bars.
Работа в программе QuickSim II состоит из ряда этапов, отображен-
ных на рис. 7. Эти этапы обсуждаются в дальнейших разделах.

Этапы работы с QuickSim II
QuickSim II
Загрузка схемы
Загрузка / создание / подключение
воздействующих сигналов
Запуск моделирования
Остановка моделирования
Анализ / изменение / сохранение
результатов моделирования
Выход из QuickSim II

Рис. 7

2. ЗАГРУЗКА СХЕМЫ

Открытие окна с изображением электрической схемы производится
выбором команды в "Палитре инструментов": Setup / Open Sheet. Электриче-
ская схема может располагаться в центре окна. Если этого не происходит,
центрирование схемы производится с помощью полос прокрутки или коман-
дой View / View All из панели меню. Расположение окна со схемой можно


10
изменять, расположив курсор внутри схемы и перемещая манипулятор при
нажатой левой кнопке. Можно изменять размеры окна, "потянув" манипуля-
тором за одну из сторон прямоугольной рамки.
Масштаб схемы изменяется с помощью меню View (рис. 8) или с по-
мощью специальных фигур (Strokes), вычерчиваемых на экране с помощью
манипулятора при нажатой средней клавише (рис. 9). Здесь стрелками указано
направление рисования линий, квадратами - точка старта. Указанные на ри-
сунке команды соответствуют следующим изменениям масштаба (сверху -
вниз): показать область; показать все; увеличить в два раза; уменьшить в два
раза.

Команды изменения масштаба панели меню


Рис. 8

Использование специальных фигур


Рис. 9



11
В качестве примера выбрана схема, показанная на рис. 10. Она состо-
ит из четырехвходовой схемы "И" и инвертора "НЕ". На вход схемы подаются
сигналы а1...а4. С выхода схемы снимается сигнал q1.

Электрическая схема, используемая для моделирования

Рис. 10

Как видно из рис. 10, возле каждого компонента справа и внизу от не-
го располагаются цифры, указывающие временную задержку компонента по
заднему и переднему фронту в наносекундах. Эти цифры можно изменять,
используя команды из "Палитры инструментов": Design CNG / CNG PROP
CURSOR (рис. 11). При этом появляется курсор, который необходимо подвес-
ти к цифре, указывающей задержку и нажать левую кнопку "мыши". В поя-
вившемся окне указать новое значение задержки и нажать "ОК".

Вид "Палитры инструментов"
при изменении значений задержек компонентов

Рис. 11


12
3. СОЗДАНИЕ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ СИГНАЛОВ И ИХ
СОХРАНЕНИЕ

Для исследования цифровой схемы (см. рис. 10) на входы а1...а4 не-
обходимо подать воздействующие сигналы. Одним из способов создания
сигналов является использование редактора форм сигналов. Для этого выде-
ляются нажатием левой кнопки "мыши" цепи, на которые подаем сигналы.
Выбранные цепи отображаются пунктирными линиями. В "Палитре инстру-
ментов" последовательно нажимаем на кнопки WF EDITOR / EDIT Waveditor.
Появляется окно Trace с именами выбранных цепей. Далее снимается выделе-
ние с цепей схемы путем рисования специальной фигуры, показанной на
рис. 12. Эта фигура эквивалентна команде Edit / Unselect.

Команда "Отмена выделения"

Рис. 12
Активизировав окно Trace и нажав на значок Toggle "Палитры инст-
рументов", создаем воздействующие сигналы. При нажатии на значок Toggle
в окне Trace появляется флажок с указанием времени соответствующего по-
ложению курсора относительно оси времени (ось абсцисс). При нажатии ле-
вой кнопки "мыши" сигнал принимает значение логической единицы от ука-
занного времени. Переместив курсор вправо по оси времени и повторно на-
жав левую кнопку "мыши", изменяем сигнал на логический нуль. Таким обра-
зом создаются сигналы на всех входах схемы.
Задать численные значения сигнала (время изменения уровня сигнала
и логический уровень) можно в окне, вызываемом командой из "Палитры
инструментов": Stimulous / Add Force (рис. 13).

Окно численного задания значений сигнала

Рис. 13


13
Созданные сигналы сохраняются в базе данных на жестком диске по
команде Stimulus / Save WDB из "Палитры инструментов" (рис. 14) или по
команде File / Save / Waveform DB (рис. 15). При этом открывается окно (рис.
16), в котором выделяется строка forces (Force Target). Затем нажимается
кнопка Navigator, выбирается директория, в которой записана схема (Student)
и нажимается "ОК". Файлу с созданными сигналами необходимо присвоить
имя, например, test1. Тогда в строке Pathname после имени директории
Student необходимо дописать имя файла с сигналами .../test1 (рис. 16). В
строке File type выбрать WDB и нажать "ОК".

Вид "Палитры инструментов" при работе
с воздействующими сигналами



Рис. 14



14
Сохранение базы данных форм воздействующих сигналов
с помощью панели меню

Рис. 15

Присвоение имени файлу с воздействующими сигналами


Рис. 16


15
4. ЗАПУСК ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Перед запуском моделирования воздействующие сигналы должны
быть подключены к входам схемы. Для этого сигналы загружаются с диска в
оперативную память по команде из палитры инструментов: Stimulus / Load
WDB или из панели меню File / Load / Waveform DB (рис. 17).

Загрузка воздействующих сигналов с помощью панели меню

Рис. 17

Открывается окно, показанное на рис. 18. Нажав на кнопку Navigator,
выделяем в каталоге Student имя файла с сигналами (на рис. 19 - test) и нажи-
маем "ОК". В строке Pathname появляется полный путь к файлу test. Нажима-
ем "ОК".
Окно загрузки воздействующих сигналов

Рис. 18


16
or
gat
Navi
щью
мо
с по
сигналов
. 19
Рис
р воздействующих
Выбо



17
Подключение сигналов к схеме производится в следующем порядке.
Сначала на палитре инструментов нажимаются кнопки Stimulus/Connect
Stimulus/Waveform DB. Появляется окно Connect Waveform DB (рис. 20). В
нем выделяем имя файла с созданными сигналами test и нажимаем "ОК". По-
сле чего с помощью палитры инструментов выполняем команды:
Stimulus/WDB Defaults.

Окно подключения воздействующих сигналов



Рис. 20

В открывшемся окне (рис. 21) в верхнем боксе выделяем имя файла
results (Default), а в нижнем - имя файла с сигналами (test). Нажимаем "ОК".
Затем переходим непосредственно к моделированию. Выделяем на
схеме интересующие нас цепи (на рис. 10 - q1). Нажав среднюю кнопку "мы-
ши", рисуем специальную фигуру (рис. 22)



18
Окно выбора результатов и воздействующих сигналов

Рис. 21

Специальная фигура - "добавить цепь"

Рис. 22
Запускаем процесс моделирования командой из панели меню Run /
Simulation / For Time (рис. 23) или нажимая значки на палитре инструментов:
Run / For Time.

Запуск моделирования с помощью панели меню

Рис. 23

Указав конечное время моделирования в наносекундах, нажимаем
"ОК". При этом на графиках в окне Trace отображаются входные сигналы
а1...а4 и рассчитанный выходной сигнал q1 (рис. 24).


19
ия
рован
модели
. 24
Рис
и результаты
схема
руемая
Модели


20

Если при моделировании мы видим сильное отличие выходного сиг-
нала от предполагаемой формы, можно прервать моделирование, нажав соче-
тание клавиш Ctrl+C.

5. УДАЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Если полученные результаты моделирования нас не удовлетворяют
или мы хотим повторить моделирование, то предыдущие результаты, в том
числе воздействующие сигналы, необходимо удалить. Для этого в панели
меню выбираем команду File / Unload / Waveform DB, в открывшемся окне
(рис. 25) выделяем имя файла с воздействующими сигналами (на рисунке -
test2) и нажимаем "ОК". Затем в панели меню выполняем команду Run / Reset.
В окне (рис. 26) нажимаем кнопку State и нажимаем "ОК". Таким образом
сигналы удаляются из оперативной памяти и из процесса моделирования.

Окно выгрузки воздействующих сигналов

Рис. 25

Окно сброса результатов моделирования

Рис. 26


21
6. СРАВНЕНИЕ РАССЧИТАННОГО СИГНАЛА С
ПРЕДПОЛАГАЕМЫМ

При исследовании схем разработчик обычно знает, какая форма сиг-
нала должна получиться на выходе схемы. В программе QuickSim II эти зна-
ния можно использовать для сравнения предполагаемой формы выходного
сигнала с полученной в результате моделирования.
Для этого создается файл, содержащий не только входные сигналы,
но и предполагаемый выходной сигнал q1 (раздел 3). Затем сохраняем сигна-
лы, подключаем их к схеме и запускаем программу моделирования (раздел 4).
После чего нажимаем на палитре инструментов значки Analize / CVT WFS TO
ASSERT. Открывается окно Convert Waveforms to Assertions (рис. 27).
В левом окне выделяем имя файла с сохраненными воздействиями
(tst), нажимаем "Show Waveform", выделяем выходной сигнал q1 и нажимаем
"ОК". Выбираем щелчком значки на палитре инструментов Analize / View
Failures и появляется окно View Assertion Failures (рис. 28). В окне выделяем
щелчком выходной сигнал q1, используем установки окна по умолчанию
(binary, trace only, result of compare) и нажимаем "ОК".

Окно настроек сравнения сигналов

Рис. 28

В окне Trace программы QuickSim II появляются введенные нами входные
сигналы а1...а4, рассчитанный программой выходной сигнал q1, нарисован-
ный нами выходной сигнал assert/q1, результаты сравнения сигналов q1_assert
и сигнал results/q1, повторяющий рассчитанный сигнал q1 (рис. 29). Совпа-
дающие участки сигналов в q1_assert отмечены ОК, а не совпадающие - ER
(ERROR - ошибка).


22

авнения
ср
для
. 27
Рис
сигналов
выбора
Окно



23
Сравнение рассчитанного сигнала с предполагаемым

Рис. 29

7. ВЫХОД ИЗ ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ QuickSim II

После окончания лабораторной работы необходимо выйти из про-
граммы моделирования. Можно использовать стандартный для всех приложе-
ний Mentor Graphics выход с помощью ниспадающего меню, появляющегося
в верхнем левом углу приложения при щелчке на кнопке
. Далее выбирает-
ся пункт Close. Таким образом сначала закрывается окно QuickSim II. В окне
диалога Exit QuickSim II (рис. 30) выбрать After Saving - для сохранения из-
менений проекта или Without Saving - без сохранения изменений. Нажать
"ОК". Закрыть появившееся окно, после чего попадаем в окно Design Manager.
Закрыть его. В окне (см. рис. 1) щелкнуть на кнопке Exit. Нажать "ОК". В
новом окне нажать Exit и еще раз "ОК".

Окно выхода из программы QuickSim II

Рис. 30


24
8. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ

8.1. Получить у преподавателя задание на моделирование (электрическую
схему, записанную в соответствующую директорию).
8.2. Изучить материал, излагаемый в методическом пособии по моделирова-
нию в QuickSim II САПР Mentor Graphics.
8.3. Создать воздействующие сигналы и провести моделирование схемы.
Вывести результаты моделирования и сравнения на экран, распечатать
полученные результаты.
8.4. Оформить отчет и подготовить ответы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Вызов программы цифрового логического моделирования QuickSim II.
2. Способы управления работой программы QuickSim II.
3. Загрузка схемы, управление ее масштабом.
4. Изменение временных задержек цифровых компонентов.
5. Создание воздействующих сигналов.
6. Сохранение воздействующих сигналов.
7. Загрузка файла с созданными сигналами.
8. Запуск программы моделирования.
9. Удаление результатов моделирования.
10. Моделирование со сравнением формы сигнала.
11. Выход из программы моделирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. QuickSim II. Training Workbook. Software Version 8.5_2. August. 1996.
Copyright © 1991 - 1996 Mentor Graphics Corporation.