Modellierung und Simulation digitaler Schaltkreise in Dymola/Modelica

Beschreibung

Dymola ist die heute am weitest entwickelte Software zur Modellierung und Simulation physikalischer Systeme. Dymola ist voll objektorientiert und bietet dem Anwender eine graphische Oberfläche an, die es erlaubt, auch sehr komplexe Systeme so zu modellieren, dass die resultierenden Modelle einfach wartbar bleiben [1].

Somit eignet sich Dymola sehr gut zur Modellierung elektronischer Schaltkreise. Während nun aber die Modellierung analoger Schaltkreise von Dymola bereits sehr gut unterstützt wird [2], lassen die Hilfsmittel zur Modellierung digitaler Schaltkreise noch sehr zu wünschen übrig.

Ziel dieser Arbeit ist es, lauffähige Digitalschaltkreisbibliotheken zu erstellen, die es ermöglichen sollen, digitale Schaltkreise wahlweise auf dem Transistorniveau, dem Gatterniveau, sowie dem Bausteinniveau simulieren zu können. Dabei sollen die Bibliotheken untereinander kompatibel gestaltet sein, damit grosse Schaltkreise digital simuliert werden können, während einzelne Subsysteme, die der Modellierer genauer unter die Lupe nehmen möchte, analog simuliert werden können.

Aufgabenstellung

Es soll zunächst eine allgemeine digitale Bibliothek auf dem Gatterniveau erstellt werden. Diese Bibliothek soll die gängigen Symbole für ihre Ikonendarstellung verwenden. Ausserdem sollen die Verzögerungszeit der Gatter sowie Fanin und Fanout berücksichtigt werden, damit bei den Simulationen in der Schaltung auftretende Spikes sichtbar gemacht werden können. Vergleichen Sie Ihre Lösung mit LogicWorks [3], einer Software, die speziell für die Simulation digitaler Schaltkreise entwickelt wurde.

Die obige Bibliothek soll sodann um Modelle erweitert werden, welche die gängigen Digitalbausteine nachbilden. Auch hier kann LogicWorks als Referenz verwendet werden.

Es soll sodann eine Spezialbibliothek entwickelt werden, die eine Familie von Bausteinen, z.B. TTL oder ECL abbildet. Dabei handelt es sich um die gleichen Modelle wie bei der allgemeinen Bibliothek. Nun sind aber die Modellparameter durch die Familie festgelegt. Sie können darum nicht mehr frei gewählt werden.

Entwerfen Sie nun eine Analogbibliothek, die eine bestimmte Familie von Logikgattern (z.B. TTL oder ECL) auf dem Transistorniveau abbildet. Diese Bibliothek soll sich auf die BondLib Bibliothek [2,4] abstützen. Die Bibliothek soll ausserdem Schnittstellenmodelle aufweisen, die es ermöglichen, solche Modelle in eine Digitalschaltung einzubinden.

Referenzen

Brück, D., H. Elmqvist, H. Olsson, S.E. Mattsson (2002), Dymola for Multi-Engineering Modeling and Simulation, Proc. 2^nd International Modelica Conference, Oberpfaffenhofen, Deutschland, pp. 55:1-55:8.
Cellier, F.E., C. Clauß and A. Urquía (2007), Electronic Circuit Modeling and Simulation in Modelica, Proc. 6^th Eurosim Congress on Modelling and Simulation, Ljubljana, Slovenia, Vol.2, pp. 1-10.
Capilano Computing Systems (2002), LogicWorks 4: Interactive Circuit Design Software, Capilano Computing Systems, Ltd.
Cellier, F.E. and A. Nebot (2005), The Modelica Bond Graph Library, Proc. 4^th International Modelica Conference, Hamburg, Germany, Vol.1, pp. 57-65.

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