Tai lieu mon giai tich mach tren may tinh

tài liệu phục vụ quá trình học tập môn vi xử lý của đại học sư phạm kỹ thuật thành phố hồ chí minh. vi xử lý là môn học khó và nhiều sinh viên rớt môn, hy vọng tài liệu sẽ giúp ích cho các bạn. cám ơn thầy Trương Ngọc Anh đã chia sẽ tài liệu này

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

-oOo -

Tài liệu phục vụ môn học:

GIẢI TÍCH MẠCH TRÊN MÁY TÍNH

GV: TRƯƠNG NGỌC ANH

GIẢI TÍCH MẠCH TRÊN MÁY TÍNH

GV: Trương Ngọc Anh anhtnspkt@gmail.com

* NỘI DUNG:

- Giải tích mạch : Tính toán thông số, phân tích nguyên lý

cơ bản 1,2; Kỹ thuật số; Vi xử lý 1…)  Mạch Tương tự, mạch số, Mạch Số + điều khiển bằng chương trình (Vi điều khiển)

- Trên máy tính: Sử dụng các phần mềm có sẵn để tính toán

và phân tích mạch hỗ trợ cho việc thiết kế

 Phần mềm:

Tương tự, Số, Vi điều khiển

* MỤC ĐÍCH:

do ta thiết kế sơ bộ)

chỉnh thiết kế theo yêu cầu

* THI:

- Thi viết  Trình bày các thao tác thực hiện trên máy, nhập

các thông số cần thiết để phân tích, các loại linh kiện, công cụ thường sử dụng trong phân tích mạch

- Thi trên máy tính: Vẽ chi tiết và đầy đủ thông tin theo

mạch nguyên lý cho sẵn và phân tích mạch theo yêu cầu

- Thời gian: 60ph

- Không được sử dụng tài liệu

giay - tren may tinh - 30 - 40 phut

Phân tích đường tuyến tính AC: phân tích ngõ ra theo chức năng của tần số (biên tần, pha tần…) Thiết lập biểu đồ bode

Phân tích nhiễu

Phân tích độ nhạy

Phân tích biến dạng

Phân tích Fourier: tính toán và vẽ biểu đồ phổ của tần số

Phân tích Monte Carlo

Thêm vào đó PSpice có những thư viện tương tự và số của những linh kiện tiêu chuẩn (như là NAND, NOR, flip-flops, MUXes, FPGA, PLDs, và còn nhiều linh kiện

số khác nữa) Đây là 1 công cụ hữu ích cho việc mở rộng ứng dụng số & tương tự

Tất cả sự phân tích này có thể được thực hiện ở những nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ mặc định 27 o C

Mạch điện có thể bao gồm những linh kiện sau :

 Nguồn dòng và nguồn áp độc lập & phụ thuộc

 Điện trở

 Tụ điện

 Cuộn cảm

 Cuộn cảm ứng tương hỗ (hỗ cảm)

 Đường truyền tín hiệu

 Khuếch đại thuật toán

R4 330

R5 100

R1 1k

R6 680

R2 2K

R7

5K V1

12Vdc

R3 220

Hình 1.1: Mạch điện trong thực tế

* Trình tự các thao tác:

Bước 1: Tạo file sơ đồ nguyên lý có hỗ trợ phân tích (PSPICE)

1 File  New  Project

Hình 1.2

2 Nhập tên file (<255 ký tự), chọn chế độ có hỗ trợ phân tích (Analog or Mixed A/D), nhập đường dẫn nơi lưu file

* Một số thư viện cơ bản: (Ví dụ trong mạch điện trở có 2 linh kiện: điện

trở và nguồn điện một chiều)

 ANALOG: R, C, L …

 SOURCE: (NGUỒN TÍN HIỆU)

a VDC: Nguồn 1 chiều

c VAC: Nguồn xoay chiều

* Qui trình:

1 Chọn Menu Place  Part …

Hoặc Phím tắt: “P” hay “Shift + P”

Hoặc Biểu tượng (shortcut):

Hình 1.5

2 Chọn Add Library… (thêm thư viện)  Chọn thư viện Anlalog  Nhập R vào mục Part để chọn linh kiện

Hình 1.6

Bước 3: Sắp xếp linh kiện

- Sắp xếp linh kiện ngay khi lấy linh kiện

Hoặc - Di chuyển (Drag & Grop – Kéo và thả)

Công cụ là: Select -

- Xoay – Rotate : Phím tắt “R” hoặc nhấp phải chuột  Chọn Rotate

Bước 4: Nối dây

- Công cụ Wire – “W”  

Bước 5: Đặt thông số cho linh kiện

* Một số nguyên tắc ghi giá trị:

- k,K: kilo (E3) - m,M: mili (E-3)

- Meg: Mega (E6) - u: micro -  (E-6)

- T: Tera (E12) - n: nano (E-12)

Bước 6: Phân tích

Hình 1.7 – Thanh công cụ phân tích mạch

* Qui trình:

1 Tạo chế độ phân tích mới Chọn biểu tượng :

“New Simulation Profile” 

2 Đặt tên phân tích tùy ý VD: “Tinh dong ap”  Chọn Create

Hình 1.8

3 Chọn chế độ phân tích: BIAS POINT (Tính toán tất cả thông số

dòng và áp trong mạch)

Hình 1.9

4 Chạy phân tích  Chọn Run PSPICE 

5 Quan sát kết quả phân tích

- Chế độ BIAS POINT  Xem kết quả ở trang vẽ sơ đồ nguyên lý

2 CÁCH NHẬN DẠNG LỖI “KHÔNG NỐI DÂY HOẶC THIẾU GND”:

Hình 1.11 – Thông báo lỗi khi phân tích

- Để nhận biết được lỗi ta quan sát trong trang thông tin lỗi

Hình 1.12 – Thông tin lỗi chi tiết

- Ta phân tích 2 dòng lệnh sau:

Trong đó:

R : Loại linh kiện

_ : Dấu cách (loại linh kiện và tên linh kiện)

R1, R2 : Tên linh kiện

N00215, N00249 : Là điểm nối của 2 chân của điện trở

do phần mềm tự gán số

1k, 2K : Giá trị của linh kiện

* Nhận xét: Theo cách ghi như trên ta thấy 2 linh kiện có cùng số thứ tự

chân nên 2 linh kiện này sẽ được nối song song với nhau Đây chính là nguyên tắc

mà phần mềm hiểu được nguyên lý của mạch thông qua dòng lệnh

 Như vậy: Với thông tin lỗi (ERROR – Node N00215 is floating) nghĩa là bị lỗi tại 1 chân của điện trở R1 hoặc R2

Kết luận: Trong trường hợp này ta quan sát trong mạch nguyên lý nếu

không bị lỗi chưa nối dây thì đây chính là trường hợp mạch thiếu GND Vì PSPICE cho rằng nguồn VDC chỉ có dương nguồn và âm nguồn không có GND nên hở mạch

3 VẦN ĐỀ GND TRONG MẠCH:

TRONG BẤT CỨ MẠCH ĐIỆN

PHÂN TÍCH NÀO THÌ CHƯƠNG

TRÌNH PSPICE LUÔN YÊU CẦU

PHẢI CÓ MASS (GND) CỦA TÍN

R8 3.5K

R4 330

R5 100

R1 1k

R6 680

R2 2K

R7

5K V1

12Vdc

0

R3 220

Hình 1.14 – Mạch sau khi thêm GND

R8 3.5K

2.544mA

12.00V

R4 330

2.544mA 9.744V

R5 100

120.0mA

10.30V

R1 1k

1.696mA

R6 680

17.65mA

R2 2K

848.1uA

R7 5K 2.400mA

2.544mA

Hình 1.15 – Kết quả sau khi phân tích Bias Point (hiển thị điện áp và dòng)

4 MỘT SỐ THƯ VIỆN THÔNG DỤNG:

 ANALOG: chứa những linh kiện thụ động (R,L,C), hỗ cảm , dây dẫn

điện sóng, nguồn dòng và nguồn áp phụ thuộc (điện áp phụ thuộc nguồn áp E, dòng điện phụ thuộc nguồn dòng F , điện áp phụ thuộc nguồn dòng G và dòng điện phụ thuộc nguồn áp H)

 SOURE: cung cấp những nguồn dòng và nguồn áp khác nhau như:

Vdc, Idc, Vac, Iac, Vsin, Vexp, pulse, piecewise linear v.v… Đọc lướt qua thư viện để thấy những giá trị thích hợp

 SOURCSTM: cung cấp những nguồn tín hiệu cho phân tích số

 EVAL: cung cấp diode (D…), transistors lưỡng cực (Q…), MOS

transistors, JFETs(J….) opamp thực tế như 4741, công tắc (SW- tClose, SW-tOpen), những cổng số & những linh kiện khác nhau

 ABM: chứa những phép toán để ứng dụng như là: phép nhân

(MULT), phép tổng (SUM), căn bậc hai (SWRT), Laplace (LAPLACE), arctan (ARCTAN), và nhiều hơn nữa

 SPECIAL: chứa những linh kiện trạng thái khác nhau như PARAM,

NODESET, v.v…

5 CÁC PHÍM TẮT THƯỜNG SỬ DỤNG KHI VẼ MỘT SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

 Phím “R,H,V”: Để xoay linh kiện

 Phím “I” : Phóng to bản vẽ

 Phím “O”: Thu nhỏ bản vẽ

 Phím “T”: Biên soạn văn bản

 Phím “Ctrl + Z”: Bỏ qua lệnh vừa thực hiện

 Phím “ Delete”: Xóa

 DC Sweep: Thay đổi hàng loạt các giá trị (dòng, áp, giá trị linh kiện, nhiệt độ,

thông số linh kiện…) và đo các giá trị ở dạng DC (dòng, áp, công suất,…) Dùng phân tích các đặc tính của các linh kiện điện tử, như vẽ các đường cong đặc tính của Diode, Transistor, SCR, Triac… (Volt-Ampere, Vào-Ra,…)

 AC Sweep/Noise: Thay đổi hàng loạt giá trị tần số và đo các giá trị chịu sự

ảnh hưởng của tần số (áp – biên tần, góc lệch pha – pha tần, dòng, …) Dùng phân tích các tín hiệu trên mạch điện theo biến tần số và góc pha (trục X lấy theo biến tần số)

 Time Domain (Transient): Phân tích mạch theo thời gian xác định (đo dạng

sóng của tín hiệu, quá trình quá độ…) Dùng phân tích các mức áp trên các điểm của mạch điện lấy theo biến thời gian (trục X lấy theo biến thời gian) Phân tích này có công dụng như dùng một máy hiện sóng (dao động ký)

2 PHÂN TÍCH MẠCH KHUẾCH ĐẠI:

2.1 Vẽ mạch nguyên lý:

R6 5K

0

R1 22k

R5

56k V1

R3 5.6k

0

C1

10uF

R4 1.2k

- Các bước thực hiện vẽ mạch tương tự như bài 1

- Những linh kiện mới trong mạch:

- Tụ điện có cực tính: C_elect  Analog

- Nguồn sin: VSIN  Source

- Transistor: Q2SC1815  Jbipolar

- Tìm kiếm thư viện và linh kiện:

- Chọn Place  Part…  chọn

Part Search

- Trường hợp 1: Nếu biết tên

linh kiện chính xác nhưng không nhớ thư

viện

+ Nhập tên linh kiện 

Chọn Begin Search  Xem kết quả

VD: Transistor 2SC1815  Tên chính xác theo phần mềm

Q2SC1815

Hình 2.2

- Trường hợp 2: Nếu không biết

tên linh kiện chính xác theo phần mềm

+ Nhập tên linh kiện và phối hợp với dấu “*” để thay thế những

2.2 Phân tích BIAS POINT:

* Yêu cầu: Phân cực cho transistor sao cho mạch làm việc ở chế độ khuếch đại

- Nhận xét: Transistor phải được phân cực ở chế độ khuếch đại Như vậy,

khi phân cực ta phải thỏa mãn điều kiện sau:

- mối nối B-E phân cực thuận  VB > VE

1 Vẽ hoàn chỉnh mạch nguyên lý Trong trường hợp phân tích Bias Point thì

ta không cần quan tâm đến tụ vì tụ sẽ bị hở mạch đối với tín hiệu DC Như vậy, tụ có hay không trong mạch không ảnh hưởng đến kết quả phân tích

 giữ nguyên mạch nguyên lý ở mục 2.1

2 Tạo và chọn chế độ phân tích

- New Simulation Profile”   Nhập tên: Phân cực  Create

- Trong mục Analysis Type (kiểu phân tích)  Chọn BIAS POINT 

OK

3 Nhập thông số phân tích: Không cần nhập thêm thông số nào

4 Xác định điểm cần đo: Không cần xác định vì tự động tính toán toàn mạch

5 Chạy phân tích  Chọn Run PSPICE 

6 Quan sát kết quả phân tích

- Xem kết quả ở trang vẽ sơ đồ nguyên lý

Điệp áp Dòng điện Công suất

- Có thể di chuyển các giá trị điện áp, dòng điện, hay công suất qua vị trí khác để dễ quan sát

0V

5.843V

R6 5K

R2 1k

0V

R3 5.6k

0

Hình 2.4 – Kết quả điện áp tại các nút

Q2

Q2SC1815 7.394uA

R1 22k 452.1uA

R6 5K 0A

R2 1k 447.8uA

0

Q1

Q2SC1815 3.060uA

R4 1.2k 1.104mA

0

C1 10uF

0

C2 10uF

C3 220uF

0

Hình 2.5 – Kết quả dòng điện tại các nhánh

* Nhận xét: Điện áp tại các chân E, C, B của transistor Q1, Q2 thỏa mãn

biểu thức VE < VB < VC nên mạch hoạt động ở chế độ khuếch đại

2.3 Phân tích DC SWEEP:

* Yêu cầu: Xác định ở điện áp nguồn cung cấp nào thì mạch bắt đầu làm việc ở chế

độ khuếch đại

- Nhận xét: Ở giá trị nào của nguồn cung cấp thỏa mãn biểu thức VE < VB <

VC của transistor Q1 và Q2 thì mạch bắt đầu khuếch đại Vì transistor bắt đầu làm việc ở chế độ khuếch đại  mạch khuếch đại

Như vậy, ta phải thay đổi nguồn cung cấp và đo các giá trị điện áp tại 3 chân

2 Tạo và chọn chế độ phân tích

- New Simulation Profile”   Nhập tên: Nguồn cung cấp  Create

- Trong mục Analysis Type (kiểu phân tích)  Chọn DC Sweep  OK

3 Nhập thông số phân tích:

Hình 2.6 Trong đó:

Sweep Variable: Biến (đối tượng) thay đổi giá trị

Voltage Source: Tín hiệu là nguồn áp

Current Source: Tín hiệu là nguồn dòng Global parameter: Tín hiệu là giá trị linh kiện Model parameter: Tín hiệu là thông số của linh kiện Temperature: Tín hiệu là nhiệt độ

Name: Tên biến (đối tượng) cần thay đổi

Sweep Type: Kiểu thay đổi giá trị

Linear: Tuyến tính (có qui luật) Logarithmic: Logarit (biểu diễn theo dạng biểu đồ loga) Value List: Danh sách giá trị (không cần qui luật)

Start Value: Giá trị bắt đầu phân tích

End Value: Giá trị kết thúc phân tích

Increment: Bước tăng theo quy luật (dương là tăng, âm là giảm)

4 Xác định điểm cần đo:

- Đo điện áp VC và VB của Q2 nên ta dùng que đo điện áp

- Đặt que đo ngay chân linh kiện để có kết quả tương ứng

5 Chạy phân tích  Chọn Run PSPICE 

6 Quan sát kết quả phân tích

- Xem kết quả ở trang đồ thị

V_V1

V(Q2:c) V(Q2:b) 0V

5V 10V 15V

(6.1380,1.6841)

Hình 2.7 Trong đó:

Trục X : Nguồn cung cấp V_V2 (0V – 24V) Trục Y: Giá trị điện áp của VC và VB

* Để biết đường đồ thị nào của tín hiệu nào ta quan sát góc trái dưới cùng của đồ thị

V_V2

0V 5V 10V 15V

Điện áp chân C của Q2 (có ký hiệu hình vuông)

Điện áp chân B của Q2 (có ký hiệu hình thoi)

* Nhận xét: Quan sát trên đồ thị, ở điện áp trên 6,138V trở đi mạch bắt đầu khuếch đại vì V > V

7 Một số công cụ hỗ trợ trong đồ thị:

- Toggle Cursor: Bật/Tắt bảng tọa độ

+ Chỉ quan tâm dòng số 1  khi quan sát 1 điểm

+ Quan sát bảng tọa độ tại dòng 1 theo nguyên tắc tọa độ

+ Muốn xóa đường đồ thị nào ta chọn vào tên đường đồ thị

- Mark Label: Hiển thị vị trí của tọa độ

+ Có thể di chuyển giá trị hiển thị theo nguyên tắc kéo & thả

+ Có thể xóa bằng cách chọn (tắt con trỏ - Toggle Cursor – trước khi xóa) và Delete

1 Vẽ hoàn chỉnh mạch nguyên lý Trong trường hợp phân tích

này ta dùng nguồn tín hiệu VAC ở nguồn vào tín hiệu (tần

số thay đổi, biên độ không đổi) Trong đó: VAC – biên độ

của tín hiệu; VDC – thành phần DC của tín hiệu AC

Q1

Q2SC1815

C2 10uF

R1 22k

R4 1.2k

0

V2 12Vdc

Q2

Q2SC1815

0

C3 220uF

0

0

V1 1Vac

0Vdc

0

C1 10uF

R6 5K

R3 5.6k

Hình 2.8

2 Tạo và chọn chế độ phân tích

- New Simulation Profile”   Nhập tên: Biên tần  Create

- Trong mục Analysis Type (kiểu phân tích)  Chọn AC Sweep  OK

3 Nhập thông số phân tích:

Hình 2.9

Trong đó:

AC Sweep Type: Kiểu thay đổi giá trị

Linear: Tuyến tính (có qui luật) Logarithmic: Logarit (biểu diễn theo dạng biểu đồ loga)

Start Frequency: Giá trị bắt đầu phân tích

End Frequency: Giá trị kết thúc phân tích

Points/Decade: Số điểm lấy mẫu/1 decade (khoảng chia)

4 Xác định điểm cần đo:

- Đo điện áp VRtải (VR6)nên ta dùng que đo điện áp

- Đặt que đo ngay chân linh kiện hoặc đặt tên cho đường dẫn

- Để xác định chính xác tên của tín hiệu ta đặt tên cho đường tín hiệu đó

 Công cụ : Net Alias  Nhập tên  Nhấp trái chuột vào đường dẫn cần đặt tên

Hình 2.10

5 Chạy phân tích  Chọn Run PSPICE 

6 Quan sát kết quả phân tích

- Xem kết quả ở trang đồ thị

Frequency

10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz V(NGO_RA)

Hình 2.11 Trong đó:

Trục X : Tần số nguồn tín hiệu (10Hz – 1 Mega Hz)

Trục Y: Giá trị điện áp ngõ ra (biên độ) trên Rtải

2.4.2 Pha tần:

Đo góc lệch pha tín hiệu ngõ ra so với tín hiệu ngõ vào khi thay đổi tần số  xác định vùng tần số có góc lệch pha nhỏ nhất theo yêu cầu

* Các bước thực hiện:

- Tương tự các bước ở phân tích biên tần

- Xác định giá trị cần đo (bước 4):

+ Trường hợp 1: Đặt que đo góc pha Chọn menu Pspice  Chọn

Marker  Advanced  Phase of Voltage (VP)

Hình 2.12

+ Trường hợp 2: Thêm tín hiệu cần đo trên trang đồ thị

Hình 2.13

2.4.3 Các lưu ý khi hiển thị nhiều đường đồ thị:

- Để hiển thị 2 đường đồ thị trên cùng một hệ trục có chung trục X và khác trục Y VD:

+ Đường đồ thị biên tần: có trục X là tần số, trục Y là điện áp

+ Đường đồ thị pha tần: có trục X là tần số, trục Y là góc lệch pha – độ

 Như vậy, khi hiển thị ta cần tách riêng trục Y cho từng đường đồ thị

 Thêm trục Y: Menu Plot  Add Y Axis

Hình 2.14

 Thêm đường đồ thị trên trục Y mới: Menu Trace  Add Trace…

 Kết quả:

Hình 2.15

2.5 PHÂN TÍCH TIME DOMAIN:

* Yêu cầu: Đo và hiển thị dạng sóng ngõ ra của mạch khuếch đại

- Nhận xét: Đo dạng sóng ngõ ra của mạch khuếch đại là đo VRtải (VR6) Cấp tín hiệu sin ở ngõ vào và đo dạng sóng tín hiệu ngõ ra để xác định độ ổn định của tín hiệu

- Chọn chế độ phân tích là: Time Domain (Đo dạng sóng)

* Các bước thực hiện:

1 Vẽ hoàn chỉnh mạch nguyên lý Trong trường hợp

phân tích này ta dùng nguồn tín hiệu VSIN ở

nguồn vào tín hiệu vào (tần số cố định, biên độ

thay đổi) Trong đó: VOFF – thành phần DC trong

tín hiệu sin; VAMPL – biên độ của tín hiệu; FREQ –

R1 22k

R4 1.2k

0

V2 12Vdc

Q2

Q2SC1815

0

C3 220uF

00

0

C1 10uF

R6 5K

R3 5.6k

Hình 2.16

2 Tạo và chọn chế độ phân tích

- New Simulation Profile”   Nhập tên: Đo dạng sóng  Create

- Trong mục Analysis Type (kiểu phân tích)  Chọn Time Domain  OK

3 Nhập thông số phân tích:

Hình 2.16 Trong đó:

Run to Time: Thời gian phân tích (Tphân tích)

VD: Tphân tích = 60003 ms : Tổng thời gian phân tích là 60003 s

Start saving data after: Thời gian bắt đầu hiển thị tín hiệu (Tcho phép)

VD: Tcho phép = 60s (60000ms) : Sau 60s thì bắt đầu hiển thị

Maximum step size: Thời gian lấy mẫu (Tmẫu)

VD: Tmẫu = 0.01ms : Sau mỗi 0.01ms thì đo 1 lần

Nghĩa là trong 3ms ta đo 300 lần (3ms/0.01ms = 300 mẫu)

4 Xác định điểm cần đo:

- Đo điện áp VRtải (VR6)nên ta dùng que đo điện áp

Hình 2.16

5 Chạy phân tích  Chọn Run PSPICE 

6 Quan sát kết quả phân tích

- Xem kết quả ở trang đồ thị

Hình 2.17 Trong đó:

Trục X : Thời gian cần phần tích 4ms (Chỉ hiển thị 3ms từ 1-4ms) Trục Y: Biên độ của tín hiệu ngõ ra

* Nhận xét:

- Tương tự kết quả của máy hiện sóng (dao động ký) ta có thể đo được biên

độ đỉnh đỉnh của tín hiệu ngõ ra

- Đồng thời, ta cũng có thể xác định được tần số của tín hiệu qua việc xác định thời gian của 1 chu kỳ (f = 1/T)

2.5 ĐO DẠNG SÓNG NGÕ RA ỨNG VỚI MỘT SỐ GIÁ TRỊ CỦA ĐIỆN TRỞ TẢI

* Yêu cầu: Đo và hiển thị dạng sóng ngõ ra của mạch khuếch đại ứng với 2 giá trị

của điện trở tải Rtải là 5k và 10k

* Nhận xét: Chọn chế độ phân tích Time Domain (Đo dạng sóng)

* Qui trình: Tương tự mục 2.5 Cần lưu ý:

1 Thế giá trị linh kiện bằng 1 biến số Có dạng: {tên biến}

Hình 2.20

2 Khai báo thông số cho biến mới đặt Menu Pspice  Place

Optimizer Parameters  Nhấp chuột trái ra màn hình  Nhấp 2 lần

chuột trái để nhập thông số

Hình 2.21

3 Chọn chế độ phân tích và nhập thông số theo yêu cầu

Hình 2.22

* Trong đó:

- General Setting: Tương tự mục 2.5 (Time Domain)

- Parametric Sweep:

+ Start Value: Vẽ 1 đường đồ thị ứng với giá trị này

+ Cộng Start Value + Increment  Vẽ 1 đường đồ thị theo giá trị sau khi cộng + Nếu giá trị sau khi cộng > End Value thì dừng lại

VD: Start Value: 5k

End Value: 10k Incement: 5k

4 Đặt đầu dò (que đo) vào điểm cần đo

5 Thực hiện phân tích

6 Quan sát kết quả phân tích

* Chú thích cho đồ thị: Menu Plot  Label  …

Time

0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms 3.5ms 4.0ms V(NGO_RA)

PHẦN 2: PROTEUS – ISIS

Phần mềm Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, … Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola

Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá tốt, nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 … các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet,… ngòai ra còn mô phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả

Proteus là bộ công cụ chuyên về mô phỏng mạch điện tử Các phần mềm (công cụ) trong bộ là:

* ISIS Schematic Capture:

 ISIS đã được nghiên cứu và phát triển trong hơn 12 năm và có hơn

12000 người dùng trên khắp thế giới Sức mạnh của nó là có thể

mô phỏng hoạt động của các hệ vi điều khiển mà không cần thêm phần mềm phụ trợ nào Sau đó, phần mềm ISIS có thể xuất file sang ARES hoặc các phần mềm vẽ mạch in khác

 Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, cũng như thiết kế theo các mạch mẫu (templates) Những khả năng khác của ISIS là:

o Chạy trên nền Windows 98/Me/2k/XP/Win7

o Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch

o Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng

o Xuất file thống kê linh kiện cho mạch

o Xuất ra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch in thông dụng

o Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều công cụ giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện có thể lên đến hàng ngàn linh kiện

o Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design)

o Khả năng tự động đánh số linh kiện

* ARES PCB Layout:

ARES (Advanced Routing and Editing Software) là phần mềm vẽ mạch in PCB Nó vẽ mạch dựa vào file nestlist cùng các công cụ tự động khác.Đặc điểm chính:

o Có cơ sở dữ liệu 32 bit cho phép độ chính xác đến 10nm, độ phân giải góc 0.10 và kích thước board lớn nhất là +/- 10 mét ARES hỗ trợ mạch in 16 lớp

o Làm việc thông qua các menu ngữ cảnh tiện lợi

o File netlist từ phần mềm vẽ mạch nguyên lý ISIS

o Tự động cập nhật ngược chỉ số linh kiện, sự đổi chân, đổi cổng ở mạch in sang mạch nguyên lý

o Công cụ kiểm tra lỗi thiết kế

o Thư viện đầy đủ từ lỗ khoan mạch đến linh kiện dán

* Simulation (ProSPICE/VSM):

PROTEUS VSM là sự kết hợp giữa chương trình mô phỏng mạch điện theo chuẩn công nghiệp SPICE3F5 và mô hình linh kiện tương tác động (animated model) Nó cho phép người dùng tự tạo linh kiện tương tác động và thực ra có rất nhiều linh kiện loại này được tạo ra mà không cần code lập trình Do đó, PROTEUS VSM cho phép người dùng thực hiện các “mô phỏng

có tương tác” giống như hoạt động của một mạch thật

Thêm nữa, chương trình cung cấp cho chúng ta rất nhiều mô hình linh kiện có chức năng mô phỏng, từ các vi điều khiển thông dụng đến các linh kiện ngoại vi như LED, LCD, keypad, cổng RS232 …Do đó cho phép ta mô phỏng từ một hệ vi điều khiển hoàn chỉnh đến việc xây dựng phần mềm cho

hệ thống đáp ứng các giao thức vật lý

I VẼ MẠCH NGUYÊN LÝ:

- Giao diện của module vẽ mạch nguyên lý – ISIS trong phần mềm Proteus

* Yêu cầu: Mô phỏng 1 mạch đếm BCD (0-9) dùng IC 74LS90 và IC tạo xung 555

* Các bước vẽ mạch nguyên lý:

1 Lấy linh kiện

- Linh kiện sử dụng trong mạch:

1 555 – “555” – Analog IC (Phân loại – Category)

2 Điện trở - “RES…” Generic (lý tưởng) – Resistors

3 Tụ điện – “CAP…” Generic – “CAP-POL” – Capacitors

4 IC đếm 74LS90 – “74LS90”

5 Led 7 đoạn đã giải mã – “7seg” + “BCD”

(Optoelectronics - Các linh kiện phát quang)

* Lấy linh kiện:

- Menu Library  Pick Device…

- Hoặc chọn biểu tượng Component Mode 

 Sau đó chọn P trong cửa sổ

- Trong cửa sổ linh kiện ta nhập tên linh kiện cần tìm kiếm vào ô Keywords

- Quan sát ô Result để xem kết quả tìm kiếm Nhấp đôi chuột trái vào linh

- Giảm số lượng kết quả bằng cách chọn thêm cột phân loại (Category –phân loại cấp 1; Sub-Category – phân loại cấp 2; Manufacturer – nhà cung cấp – phân

loại cấp 3)

- Đưa linh kiện ra trang vẽ: Chọn linh kiện  nhấp chuột trái ra trang vẽ  di chuyển đến vị trí theo yêu cầu và nhấp chuột trái để đặt linh kiện vào trang vẽ

2 Sắp xếp linh kiện

- Di chuyển - - Select Mode  Chọn linh kiện  Drag & Drop

3 Nối dây

- Di chuyển chuột đến chân linh kiện thì phần mềm sẽ chuyển sang chế độ nối dây

* Nối nguồn và Mass cho mạch:

- Biểu tượng  - Terminal Mode

- Nguồn: “Power”

- Mass: “Ground”

4 Đặt thông số cho kinh kiện

- Nhấp 2 lần chuột trái vào giá trị của linh kiện hoặc ký hiệu của linh kiện (hiệu chỉnh tên và giá trị cùng 1 lúc – thay đổi 2 dòng đầu tiên của hộp thoại –

Component Reference (dòng 1) và dòng 2 là giá trị của linh kiện

- Các dạng giá trị tương tự như Orcad Lưu ý: Giá trị của tụ điện luôn là

“u”, không dùng “U”

5 Thực hiện mô phỏng mạch

RUN STEP PAUSE STOP

* Một số thao tác thường gặp:

- Copy:

 Chọn 1 linh kiện hoặc nhiều linh kiện (quét khối)

 Phím phải chuột  Block Copy (Các tên linh kiện sẽ tự động thay đổi để không bị trùng tên)

- Di chuyển:

+ Nhấp phím phải chuột lên linh kiện  Chọn Drag Object

+ Hoặc chọn linh kiện và di chuyển (Drag & Drop)

- Nhập tên và giá trị cho linh kiện:

- Nhấp phím phải chuột lên linh kiện

 Edit Properties…

 Component Reference (Tên)

 Component Value (Giá trị)

- Xóa:

+ Chọn linh kiện  Nhấn phím Delete

+ Hoặc nhấp phím phải chuột lên linh kiện  Chọn Delete object

+ Hoặc nhấn 2 lần phím phải chuột lên linh kiện

- Phục hồi thao tác sai:

+ Chọn Menu Edit  Undo

+ Hoặc nhấn phím tắt Ctrl + Z

II MÔ PHỎNG MẠCH SỐ:

* Ví dụ một mạch đếm trong môn thực tập kỹ thuật số: (Bài số 6: Mạch đếm giải

mã hiển thị, trang 49)

* Nhận xét:

- Nguồn cung cấp 2 chân số 5 (VCC) và số 10 (GND)  trong mô

phỏng, mặc định các nguồn cung cấp cho IC (GND và VCC) luôn có sẵn,

không cần kết nối

- Nguồn xung Clock (CLK):

+ Trong thực tế: ta phải sử dụng một mạch tạo xung, ví dụ: dùng IC

555 như ví dụ trong phần vẽ sơ đồ nguyên lý Tuy nhiên, trong thực tập, mạch tạo xung đã có sẵn, ta chỉ cần kết nối với mạch tạo xung mà không cần phải lắp ráp (giảm thời gian lắp ráp  tập trung thời gian thiết kế và phân tích mạch)

+ Trong mô phỏng: Để giảm thời gian thiết kế và phân tích  ta không cần vẽ lại mạch tạo xung dùng IC 555 mà ta dùng những công cụ hỗ trợ có sẵn để tạo xung (mục 2.1)