TINA Design Suite болон TINACloud ашиглан хэлхээний симуляци

By Prof. Dr. Dogan Ibrahim

Энэ нь И-ном, шилдэг борлуулалттай Elektor зохиолч, Профессор Доктор Доган Ибрахим цахилгаан болон электрон хэлхээний дизайн, шинжилгээг зааж, TINA болон TINACloud-ыг ашиглан ПХБ хавтанг боловсруулах зорилготой. Энэхүү ном нь цахилгаан/цахим инженерүүд, техникийн коллеж, их дээд сургуулийн цахим/цахилгаан инженерийн чиглэлээр суралцаж буй оюутнууд, аспирант, судалгааны оюутнууд, багш нар, хобби сонирхогчдод зориулагдсан болно. Аналог болон дижитал цахилгаан/цахим инженерчлэлийн ихэнх салбарыг хамарсан олон шалгагдсан, ажиллаж буй загварчлалын жишээг өгсөн болно. Үүнд хувьсах гүйдлийн болон тогтмол гүйдлийн хэлхээ, диод, zener диод, транзисторын хэлхээ, үйлдлийн өсгөгч, шатны диаграм, 3 фазын хэлхээ, харилцан индукц, Шулуутгагч хэлхээ, осциллятор, идэвхтэй ба идэвхгүй шүүлтүүрийн хэлхээ, дижитал логик, VHDL, MCU, шилжүүлэгчийн горим орно. цахилгаан хангамж, ПХБ дизайн, Фурье цуврал, спектр. Уншигчид MCU нарийн төвөгтэй хэлхээг дуурайхыг хүсэхгүй л бол програмчлалын туршлагатай байх шаардлагагүй.

Агуулга:

Бүлэг 1 ● Танилцуулга

1.1 ● Why simulation? 13
1.2 ● Цахим загварчлал 14
1.3 ● SPICE modelling of electronic circuits 15
1.4 ● TINA хөтөлбөр 16
1.4.1 ● Schematic capture 17
1.4.2 ● Амьд 3D Breadboard Tool 17
1.4.3 ● ПХБ дизайн 17
1.4.4 ● Цахилгааны дүрмийн шалгалт (ERC) 17
1.4.5 ● Схемийн тэмдгийн засварлагч 18
1.4.6 ● Номын сангийн менежер 18
1.4.7 ● IBIS model support 18
1.4.8 ● Parameter Extractor 18
1.4.9 ● Текст ба тэгшитгэл засварлагч 18
1.4.10 ● DC analysis 19
1.4.11 ● Түр зуурын шинжилгээ 19
1.4.12 ● Автомат нэгдэл 19
1.4.13 ● Түр зуурын дуу чимээний шинжилгээ 19
1.4.14 ● Fourier analysis 19
1.4.15 ● Digital simulation 20
1.4.16 ● HDL симуляци 20
1.4.17 ● Микроконтроллер (MCU) загварчлал 20
1.4.18 ● Урсгал диаграмм засварлагч ба дибаглагч 20
1.4.19 ● AC analysis 21
1.4.20 ● Network analysis 21
1.4.21 ● Linear AC Noise analysis 21
1.4.22 ● Симболын шинжилгээ 21
1.4.23 ● Монте-Карло ба хамгийн муу тохиолдлын шинжилгээ 21
1.4.24 ● Дизайн хэрэгсэл 21
1.4.25 ● Optimisation 22
1.4.26 ● Пост процессор 22
1.4.27 ● Илтгэл 22
1.4.28 ● Интерактив горим 22
1.4.29 ● Виртуал хэрэгслүүд 23
1.4.30 ● Real-time Test & Measurements 23
1.4.31 ● Сургалт, шалгалт 23
1.4.32 ● Мехатроникийн өргөтгөл 23

2-р бүлэг ● TINA хувилбарууд

2.1 ● Overview 24
2.2 ● Хувилбарын онцлог 24
2.3 ● Options 27
2.4 ● Supplementary hardware 27
2.4.1 ● LabXplorer: Боловсрол, сургалтын олон үйлдэлт хэрэгсэл, орон нутгийн болон
зайнаас хэмжих чадвар 27

3-р бүлэг ● TINA суурилуулах журам

3.1 ● Hardware and software requirements 29
3.2 ● Суурилуулалт 29
3.3 ● TINA 36-ийн техник хангамжийн түлхүүр (донг) хувилбарыг суулгаж байна
3.4 ● TINA 37 программ хангамжийн хамгаалалттай хувилбарт зөвшөөрөл олгох

4-р бүлэг ● Эхлэл – Энгийн хэлхээг дуурайх

4.1 ● Схем засварлагч 38
4.2 ● Симуляци 1 – Цуврал ба зэрэгцээ резистор 39
4.3 ● Simulation 2 – Resistor – capacitor circuit 49
4.4 ● Симуляци 3 – Эсэргүүцэл – ороомгийн конденсаторын хэлхээ 61
4.5 ● Simulation 4 – Power consumption – using a power meter 67
4.6 ● Симуляци 5 – Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хүчдэл – вольтметр ашиглан 69
4.7 ● Симуляци 6 – Ампер хэмжигч 70 ашиглан эд ангиудын гүйдэл
4.8 ● Симуляци 7 – Импеданс хэмжигч 71 ашиглан импеданс хэмжилт хийх
4.9 ● Симуляци 8 – Омметр 73 ашиглан эсэргүүцлийн хэмжилт
4.10 ● Симуляци 9 – Осциллографын бүрэлдэхүүн хэсгийг ашиглан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хүчдэлийг зурах 74
4.11 ● Simulation 10 – Measuring frequency using a frequency meter 78
4.12 ● Simulation 11 – AC circuit analysis I 79
4.13 ● Загварчлал 12 – Хувьсах гүйдлийн хэлхээний шинжилгээ II 82
4.14 ● Загварчлал 13 – Хувьсах гүйдлийн хэлхээний шинжилгээ III 84
4.15 ● Загварчлал 14 – Тевениний теорем – Хувьсах гүйдлийн хэлхээний шинжилгээ 86
4.16 ● Simulation 15 – Norton’s Theorem – AC circuit analysis 89
4.17 ● 3 фазын хэлхээ 92
4.17.1 ● Загварчлал 16 – Эсэргүүцэх ачаалалтай 3 фазын од холболттой хэлхээний шинжилгээ 93
4.17.2 ● Симуляци 17 – эсэргүүцэлтэй ба 3 фазын одтой холбогдсон хэлхээний шинжилгээ
индуктив ачаалал 95
4.18 ● Mutual inductance 98
4.18.1 ● Загварчлал 18 – Харилцан индукц 99

5-р бүлэг ● Диодын хэлхээний загвар ба загварчлал

5.1 ● Загварчлал 1 – Энгийн диодын хэлхээ 102
5.2 ● Симуляци 2 – Хагас долгионы Шулуутгагч хэлхээ 103
5.3 ● Симуляци 3 – Трансформатор 104 бүхий хагас долгионы Шулуутгагч хэлхээ
5.4 ● Симуляци 4 – 105-р трансформатортой бүрэн долгионы Шулуутгагч хэлхээ
5.5 ● Симуляци 5 – Трансформатор 107 бүхий бүрэн долгионы гүүр Шулуутгагч хэлхээ
5.6 ● Симуляци 6 – Диодын хавчих хэлхээ 109
5.7 ● Симуляци 7 – Зенерийн диодын шинж чанар 110
5.8 ● Simulation 8 – Zener diode voltage regulator 112
5.9 ● Simulation 9 – Zener diode symmetrical voltage limiter 113
5.10 ● Загварчлал 10 – Хүчдэлийн гурав дахин нэмэгдүүлэх хэлхээ 114

6-р бүлэг ● Транзисторын хэлхээний дизайн ба загварчлал

6.1 ● Simulation 1 – Bipolar transistor characteristics 118
6.2 ● Simulation 2 – Common emitter transistor amplifier – Analysis 119
6.3 ● Simulation 3 – Common emitter transistor amplifier – Design 125
6.4 ● Симуляци 4 – Олон шатлалт нийтлэг эмиттерт транзистор өсгөгч – TINA 127 дахь дэд хэлхээг ашиглах
6.5 ● The Netlist 131
6.6 ● Симуляци 5 – BJT транзистор Colpitts осциллятор 132
6.7 ● Transistor as a two port network 136
6.7.1 ● Transistor h parameters 139
6.8 ● Симуляци 6 – JFET транзисторын нийтлэг эх үүсвэрийн өсгөгч 142
6.9 ● Симуляци 7 – JFET транзисторын шинж чанарын муруй 146
6.10 ● Симуляци 8 – BJT Транзисторын унтраалга 147
6.11 ● Тиристор ба триак 149
6.11.1 ● Симуляци 9 – Тиристорын фазын удирдлага 149
6.11.2 ● Загварчлал 10 – Триак фазын удирдлага 151
6.12 ● Аудио тэжээлийн өсгөгч 153
6.12.1 ● Симуляци 11 – AB ангиллын аудио өсгөгч 154

Бүлэг 7 ● Үйлдлийн өсгөгчийн хэлхээний дизайн ба загварчлал

7.1 ● Үндсэн шинж чанарууд 161
7.2 ● Ашиглалтын өсгөгчийн хэлхээ 162
7.2.1 ● Урвуу өсгөгч 163
7.2.1 ● Inverting amplifier 163
7.2.2 ● Урвуулахгүй өсгөгч 163
7.2.3 ● Хүчдэл дагагч 164
7.2.4 ● Хүчдэл нэмэгчийн өсгөгч 165
7.2.5 ● Хүчдэл хасагч 166
7.2.6 ● Хүчдэл интегратор 167
7.2.7 ● Хүчдэл ялгагч 168
7.2.8 ● Current to voltage converter 169
7.3 ● Симуляци 1 – Урвуу өсгөгч 171
7.4 ● Simulation 2 – Summing amplifier 174
7.5 ● Симуляци 3 – Хүчдэлийг нэгтгэх өсгөгч 175
7.6 ● Simulation 4 – Half-wave rectifier circuit 176
7.7 ● Дизайн хэрэгсэл 178
7.7.1 ● Загварчлал 5 – Дизайн загвар 178
7.8 ● Оновчлол 180
7.8.1 ● Загварчлал 6 – Загварын жишээ – Хувьсах гүйдлийн хэлхээ 183
7.8.2 ● Симуляци 7 – Жишээ загвар – Тогтмол гүйдлийн хэлхээ 185
7.9 ● Синусоид осциллятор . 187
7.9.1 ● Загварчлал 8 – Фазын шилжилтийн осциллятор 187
7.9.2 ● Симуляци 9 – Wien Bridge oscillator 189
7.9.3 ● Симуляци 10 – The Colpitts oscillator 192
7.10 ● Дөрвөлжин долгион үүсгэгч 194
7.10.1 ● Симуляци 11 – Үйл ажиллагааны өсгөгч квадрат долгион үүсгэгч 194
7.10.2 ● Загварчлал 12 – 555 нэгдсэн хэлхээ 196

8-р бүлэг ● Шүүлтүүрийн хэлхээний дизайн ба загварчлал

8.1 ● TINA шүүлтүүрүүд 199
8.2 ● Симуляци 1 – 2-р зэрэглэлийн бага нэвтрүүлэх идэвхтэй шүүлтүүрийг зохион бүтээх 201
8.3 ● Симуляци 2 – Дээд зэрэглэлийн бага нэвтрүүлэх идэвхтэй шүүлтүүрийг зохион бүтээх 206
8.4 ● Simulation 3 – Designing a high-pass active filter 207
8.5 ● Симуляци 4 – Дамжуулах идэвхтэй шүүлтүүрийг зохион бүтээх 209
8.6 ● Симуляци 5 – Бага нэвтрүүлэх идэвхгүй шүүлтүүрийг зохион бүтээх 210

9-р бүлэг ● Дижитал логик хэлхээний дизайн ба загварчлал

9.1 ● TINA 212 ашиглан дижитал логик загварчлал
9.2 ● Загварчлал 1 – Энгийн БА хаалга 212
9.3 ● Симуляци 2 – Хаалга 215 ашиглан хагас нэмэгч
9.4 ● Симуляци 3 – 2 битийн синхрон тоолуур 216
9.5 ● Симуляци 4 – 7 сегментийн LED дэлгэц 217
9.6 ● Симуляци 5 – 4 логик үзүүлэлттэй 218 битийн хоёртын тоолуур
9.7 ● Симуляци 6 – 4 сегмент дэлгэцтэй 7 битийн арван жилийн тоолуур 219
9.8 ● Simulation 7 – 8-bit decade counter with two 7-segment displays 220
9.9 ● Симуляци 8 – 4 битийн арван жилийн тоолуур ба 7 сегментийн дэлгэц – 4 битийн өгөгдөл үүсгэгч ашиглах 221
9.10 ● Simulation 9 – Creating a full adder – using a MACRO 223
9.11 ● Техник хангамжийн тодорхойлолтын хэл (HDL) ашиглах 225
9.11.1 ● Дижитал хэлхээг шинжлэхэд TINA-д VHDL симуляцийг ашиглах 226
9.11.2 ● Симуляци 10 – Хагас нэмэгчийн хэлхээ – VHDL 226
9.11.3 ● Симуляци 11 – Тоолуурын хэлхээ – VHDL 230
9.11.4 ● The VHDL Debugger 233
9.12 ● TINA-д Verilog симуляцийг ашиглан дижитал хэлхээнд дүн шинжилгээ хийх 235

10-р бүлэг ● Логик дизайны хэрэгсэл

Бүлэг 11 ● Микроконтроллеруудыг дуурайх

11.1 ● Тойм 246
11.2 ● Урсгал диаграмм засварлагчийг ашиглах 246
11.2.1 ● Simulation 1 – Alternately flashing 2 LEDs – PIC series microcontroller 246
11.2.2 ● Simulation 2 – 4-bit Up/Down counter with hex display – PIC series microcontroller 249
11.2.3 ● Урсгал схемийн алдаа засах 252
11.3 ● Using assembly programming 253
11.3.1 ● Simulation 3 – Counter – PIC series microcontroller 253
11.3.2 ● 255 asm кодыг өөрчлөх
11.3.3 ● ASM код 256-г дибаг хийх
11.4 ● Си програмчлалыг ашиглах 257
11.4.1 ● Симуляци 4 – Тоолуур – ATTINY13 микроконтроллер 258
11.4.2 ● Симуляци 5 – Гэрлэн дохио – ATTINY13 микроконтроллер 261
11.4.3 ● Симуляци 6 – LCD тоолуур – Arduino Uno 263
11.4.4 ● Симуляци 7 – Гэрлэн дохионы дараалагч– PIC микроконтроллер 266
11.4.5 ● Симуляци 8 – Анивчих гэрэл– STM32 микроконтроллер 268
11.5 ● Санах ойн төхөөрөмж 272
11.5.1 ● Симуляци 9 – 2 бит x 2 бит дижитал үржүүлэгч – ROM санах ой . 272
11.5.2 ● Симуляци 10 – хоёр зургаан өнцөгт дэлгэцтэй 4 битийн хоёртын тоолуур – ROM санах ой . 275

12-р бүлэг ● Шатны логик хэлхээ

12.1 ● Тойм . 278
12.2 ● Загварчлал 1 – Гэрэл ба мотортой шат логик 278
12.3 ● Шатны логик бүрэлдэхүүн хэсэг нь дижитал логик бүрэлдэхүүн хэсэг 279
12.4 ● Latching circuit 281
12.4.1 ● Симуляци 2 – Түгжих моторын хэлхээ 281
12.4.2 ● Симуляци 3 – Урагш/урвуу хөдөлгүүрийн удирдлага 283
12.4.3 ● Simulation 4 – Conveyor belt controller 284

Бүлэг 13 ● Шилжүүлэгч горимын цахилгаан хангамжийн хэлхээ (SMPS)

13.1 ● Тойм . 286
13.2 ● Симуляци 1 – TPS61031 SMPS хэлхээ 286

Бүлэг 14 ● Хэвлэсэн хэлхээний самбар (ПХБ) дизайн

14.1 ● Тойм 293
14.2 ● Хоёр туйлт транзисторын мультивибраторын хэлхээний төсөл 293
14.2.1 ● Дизайн 294
14.2.2 ● Загварчлал 294
14.2.3 ● Хөлийн нэрийг шалгах 295
14.2.4 ● Стрессийн шинжилгээ 297
14.2.5 ● Өөрийн схемийг 297 хадгална уу
14.2.6 ● TINA PCB програмыг эхлүүлэх. 298
14.2.7 ● Gerber файл 302
14.2.8 ● GCode NC өрмийн файл 302
14.2.9 ● ПХБ-ын мэдээлэл 303
14.2.10 ● Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн жагсаалт 303
14.2.11 ● Netlist 304

Бүлэг 15 ● ПХБ-ын дизайны арга

15.1 ● Тойм 307
15.2 ● TINA 307-ийн схем засварлагч болон ПХБ дизайнер дээр автобус үүсгэх
15.3 ● Нэг багц дахь олон нэгж 310
15.4 ● Логик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тэжээлийн хангамж 313
15.5 ● Давтагдах хэлхээний блокууд (Макро хуулбарлах функцийг ашиглан) 316
15.6 ● Хоёр давхаргат, хоёр талт, гадаргуу дээр суурилуулсан технологийн хавтанг бүтээх 320
15.7 ● ПХБ-ийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг үүсгэх 325

Бүлэг 16 ● Схемийн тэмдэг, ул мөр хийх

16.1 ● Тойм 328
16.2 ● Жишээ 328
16.3 ● Schematic Symbol засварлагч 332 дахь IC шидтэнг ашиглах
16.4 ● Footprint editor 335 ашиглах
16.5 ● Footprint Editor 339 дахь IC Wizard
16.5.1 ● Загварын жишээ 340
16.6 ● TINA 343-д нийтийн ПХБ ул мөрийг нэмэх
16.7 ● TINA 3-д нийтийн 346D хөлийн хээ загваруудыг нэмж байна

Бүлэг 17 ● TINACloud ашиглах

17.1 ● Тойм 348
17.2 ● TINACloud 349-г ашиглаж эхэлж байна
17.3 ● Загварчлалын жишээ 350
17.4 ● Жишээ ПХБ дизайн 355
17.5 ● Өөрийн TINA схемийг хуваалцах 357

18-р бүлэг ● Бусад хэрэгтэй хэрэгслүүд

18.1 ● Тойм 359
18.2 ● 3D Breadboard 359
18.3 ● Стресс (утаа) шинжилгээ 360
18.4 ● Цахилгаан дүрэм шалгах (ERC) 362
18.5 ● Цуваа дэлгэц 362
18.6 ● Бүрэлдэхүүн хэсэг судлаач 362
18.7 ● 363-р бүрэлдэхүүн хэсгийг ол
18.8 ● Хамгаалах хэлхээ 364
18.9 ● Экспорт 365
18.10 ● Импорт 365
18.11 ● Фурье цуврал 365
18.12 ● Фурье спектр 367
18.13 ● Дуу чимээний шинжилгээ 367
18.14 ● Эрчим хүчний зарцуулалтын шинжилгээ 369
18.15 ● Орчуулагч 370
18.15.1 ● Жишээ 1 – RLC хэлхээ 371
18.15.2 ● Жишээ 2 – Тогтмол гүйдлийн хэлхээ 373
18.15.3 ● Жишээ 3 – Хувьсах гүйдлийн хэлхээ 374
18.15.4 ● Интегралыг үнэлэх 375
18.15.5 ● Шугаман тэгшитгэлийн системийг шийдвэрлэх 375
18.15.6 ● Диаграммыг зурах 376
18.15.7 ● Үндсэн диаграмм 377
18.15.8 ● Дохионы тодорхойлолт 379
18.15.9 ● Дэмжигдсэн функцууд 381
18.16 ● Тогтмол гүйдлийн температурын шинжилгээ 382
18.17 ● Параметр олборлогч 382
18.18 ● Төгсгөлийн төлөвийн машин засварлагч 384

Бүлэг 19 ● Номын сангийн менежер

Бүлэг 20 ● Талбайд програмчлагдах хаалганы массивууд (FPGA)

20.1 ● Тойм 391
20.2 ● TINA ашиглан бүдүүвч дизайн оруулгатай FPGA самбаруудыг програмчлах – Жишээ 1
391
20.3 ● TINA ашиглан бүдүүвч дизайн оруулгатай FPGA самбаруудыг програмчлах – Жишээ 2
400
20.4 ● TINA 404-тэй VHDL дээр FPGA самбаруудыг програмчлах
20.5 ● TINACloud 407 ашиглан Verilog дээр FPGA самбаруудыг програмчлах
20.6 ● Програмыг Basys 3 411 самбарын тогтворгүй санах ойд хадгалах
20.7 ● TINA ашиглан 7 сегментийн 4 оронтой Basys 3 FPGA самбар дээрх секундын тоолуур
VHDL 415
20.8 ● TINA ашиглан 7 сегментийн 4 оронтой Basys 3 FPGA самбар дээрх товчлуурын тоолуур
VHDL 428

Бүлэг 21 ● Нэмэлт мэдээлэл

21.1 ● TINA вэбсайт 431
21.2 ● TINA-TI 434
21.3 ● Бусад хэрэгтэй холбоосууд 434
21.4 ● TINA тусламжийн файл 435
● Эпилог 436
● Индекс 437