SỬ DỤNG PHẦN MỀM CIRCUIT MAKER
Giới thiệu chung về phần mềm Circuit Maker
Phần này giới thiệu những kiến thức cơ bản về Circuit Maker, bao gồm môi trường làm việc và quy trình sử dụng Đây là nền tảng cần thiết để thiết kế và mô phỏng mạch điện trong Circuit Maker.
Circuit Maker là một phần mềm điện toán mạnh mẽ, cho phép người dùng dễ dàng mô phỏng mạch điện thông qua các sơ đồ nguyên lý trên máy tính Được phát triển và cải tiến bởi công ty Micro Code Engineering, Circuit Maker không chỉ hỗ trợ mô phỏng mạch số mà còn có khả năng mô phỏng mạch tương tự nhờ vào công nghệ SPICE3 Phần mềm này là công cụ hữu ích cho các kỹ sư và sinh viên trong lĩnh vực điện tử.
Cơ điện, trường Đại học California, Berkeley.
Cài đặt phần mềm Circuit Maker
Bước 1: Tải phần mềm từ địa chỉ: http://www.mediafire.com/file/6uqjd00m8csk93d/Circuit+Maker+2000+%28Full%29.rar
Hình 1 1: Thư mục chứa file cài đặt Bước 2: Giải nén file Circuit Maker 2000 (Full) bằng cách nhấp đúp vào file Setup.exe
Hình 1 2: Giải nén file Circuit Maker 2000 (Full)
- Lựa chọn bản cài đặt: Proffesional (chuyên nghiệp) hoặc Standard (chuẩn) ta chọn Proffesional
Hình 1 3: Thư mục cài đặt của file Proffesional (chuyên nghiệp)
- Nhấp đúp vào file “Setup”, nhấn “Yes” để chạy file “Setup”:
Bước 3: Nhập thông tin người dùng
Hình 1 5: Nhập thông tin người dùng
Bước 4: Khi màn hình nhập CDkey cài đặt xuất hiện, nhập CDkey: EHH6 BM6W JZH6 P97F và nhấn “Next”:
Để hoàn tất quá trình cài đặt, bạn cần nhập CDkey và nhấn "Next" cho các thông báo tiếp theo Cuối cùng, khi màn hình kết thúc cài đặt xuất hiện, hãy nhấn "Finish" để hoàn tất.
Hình 1 7: Màn hình kết thúc cài đặt
Sử dụng cơ bản phần mềm Circuit Maker
Khởi động phần mềm bằng cách nháy đúp vào biểu tƣợng trên màn hình
1.3.1 Giao diện của Circuit Maker
Cửa sổ làm việc của Circuit Maker bao gồm:
- Các menu căn bản: Thanh tiêu đề (Title Bar), thực đơn (Menu Bar), thanh công cụ (Toolbar), thanh trạng thái (Status Bar)
- Các thành phần khác: Điều khiển (Panel), cửa sổ mạch vẽ (Schematic Window) và cửa sổ phân tích (Analysis Window) nhƣ (Hình 1.8)
Hình 1 8: Môi trường làm việc của Circuit Maker
Ngoài các thành phần cơ bản như Title Bar, Menu Bar và Status Bar thường thấy trong các ứng dụng đồ họa hiện nay, các thành phần khác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao trải nghiệm người dùng và tối ưu hóa giao diện.
Bảng điều khiển bao gồm ba tab: Browse, Search và Digital, giúp người dùng tìm kiếm các thiết bị phục vụ cho việc lắp ráp mạch và mô phỏng, cũng như thiết lập các thông số cho quá trình mô phỏng số.
- Schematic Window là cửa sổ soạn thảo, trên đó ta sẽ thực hiện vẽ mạch
Cửa sổ Analysis Window hiển thị các kết quả đo đạc như điện áp, cường độ dòng điện và dạng sóng Tùy thuộc vào sự thay đổi, hai cửa sổ Schematic và Analysis có thể xuất hiện hoặc không, điều này sẽ được trình bày cụ thể trong phần mô phỏng mạch điện.
Sau khi các linh kiện được đặt đúng vị trí, chúng sẽ được kết nối với nhau bằng các dây nối Mạch điện đã được nối dây sẽ cho phép người dùng mô phỏng và kiểm tra thông qua các công cụ mô phỏng của Circuit Maker.
Có thể thực hiện các chức năng của Circuit Maker bằng các nút nhấn trên thanh
Toolbar nằm phía trên của Schematic Window Toolbar gồm có các thành phần đƣợc trình bày ở hình 1.9
Chức năng của các công cụ này đƣợc giới thiệu ở bảng 1.1 Chi tiết cách sử dụng sẽ đƣợc trình bày ở các phần sau:
Bảng 1 1: Chức năng của Toolbar
Tên công cụ Chức năng Tên công cụ Chức năng
Panel Bật tắt cửa sổ panel Rotate Xoay thiết bị
New Tạo bản vẽ mới Mirror Lật thiết bị đối xứng qua trục đứng
Open Mở bản vẽ đã lưu Traxmaker Tạo netlist và chạy traxmaker
Save Lưu bản vẽ Help Trợ giúp
Print In bản vẽ Reset Khởi động lại quá trình mô phỏng
Arrow tool Chọn, di chuyển các thành phần
Analyses setup Thiết lập thông số phân tích
Wire tool Vẽ dây nối, bus Run analog Chạy, dừng mô phỏng tương tự
Text tool Chèn đoạn văn bản Trace digital Hiển thị giá trị số của dây dẫn
Delete tool Xóa một thành phần Run digital Chạy, dừng mô phỏng số
Probe tool Đo tín hiệu Step digital Chạy một bước mô phỏng số
Zoom tool Phóng to thu nhỏ bản vẽ Tile windows Chọn cách hiển thị các cửa sổ
Hiện toàn bộ bản vẽ trên cửa sổ b Định dạng file của Circuit Maker
Circuit Maker gồm nhiều file sử dụng cho các mục đích riêng với các phần mở rộng nhƣ sau:
.DAT: File dữ liệu (phím nóng; đặc tả kỹ thuật của các thiết bị)
.MOD: File lưu trữ chế độ hoạt động
.LIB: Thƣ viện các thiết bị
.SUB: File các mạch con
.SDF: Dạng sóng mô tả file setup 1.3.2 Một số thao tác với linh kiện a Tìm các linh kiện
Circuit Maker cung cấp một thư viện phong phú với hàng ngàn thiết bị, giúp người dùng dễ dàng tìm kiếm thông tin cần thiết Bạn có thể truy cập các thiết bị thông qua tab Browse hoặc tab Search trong cửa sổ Panel, hoặc sử dụng phím tắt để tiết kiệm thời gian.
Lớp linh kiện lớn => lớp linh kiện nhỏ => tên linh kiện
Người dùng có thể chọn thiết bị thông qua tab Browse, nơi các thiết bị được phân loại theo dạng cây phân cấp Để tìm kiếm một thiết bị, người dùng cần thực hiện một số bước nhất định.
+ Chọn tab Browse trong Panel
+ Lựa chọn các thiết bị bằng cách chọn theo cây phân cấp (có thể chọn theo tên, theo chức năng…)
Để đưa thiết bị vào vùng vẽ, hãy nhấn đúp chuột để chọn thiết bị Thiết bị sẽ di chuyển theo con trỏ chuột cho đến khi bạn nhấn chuột trái Trong quá trình kéo thiết bị, bạn có thể xoay nó bằng cách nhấn phím R hoặc lật ngược bằng cách nhấn phím M.
Hình 1 10: a) Tab Browse: b) Tab Search
Tab này cho phép người dùng tìm kiếm các thiết bị dựa trên điều kiện như tên thiết bị hoặc mô tả chức năng có chứa ký tự tìm kiếm Người dùng có thể sử dụng ký tự đại diện như * để mở rộng kết quả tìm kiếm Ví dụ, khi tìm kiếm "mosfet", hệ thống sẽ trả về các linh kiện transistor trường kênh cảm ứng.
Circuit Maker cung cấp danh sách các phím nóng trong bảng 1.2 và cho phép người dùng định nghĩa tối đa sáu mươi hai phím nóng để truy cập nhanh các thiết bị thường sử dụng Hướng dẫn chi tiết về cách định nghĩa phím nóng sẽ được trình bày ở phần sau.
Bảng 1 2: Các phím nóng của Circuit Maker
Tổ hợp phím Chức năng Tổ hợp phím Chức năng
Ctrl + A Chọn tất cả F3 Hiển thị tỷ lệ bình thường
Ctrl + C Copy F4 Hiển thị toàn bộ bản vẽ
Ctrl + D Nhân đôi thiết bị F5 Thay đổi thông số bản vẽ
Ctrl + F Tìm thành phần F7 Vẽ lại màn hình
Ctrl + K Hiển thị thông số thiết bị F8 Thiết lập thông số phân tích
Ctrl + L Hiển thị thông số bản vẽ F9 Mô phỏng số từng bước
Ctrl + M Lật thiết bị F10 Chạy/dừng mô phỏng
Ctrl + N Tạo bản vẽ mới F11 Hiển thị giá trị số
Ctrl + O Mở bản vẽ đã lưu Esc Bỏ qua thao tác đang làm
Ctrl + P In bản vẽ Page Up Phóng to bản vẽ
Ctrl +Q Khởi động lại mô phỏng Page Down Thu nhỏ bản vẽ
Ctrl + R Xoay thiết bị Delete Xóa thành phần đang chọn
Ctrl + S Lưu bản vẽ Home Vị trí trung tâm là vị trí con trỏ
Ctrl + V Paste Arrow Keys Di chuyển thiết bị đang chọn
Ctrl + Z Phục hồi lại thao tác Shitft + Insert Di chuyển một nhóm thiết bị
F1 Trợ giúp F2 Thay đổi tỷ lệ hiển thị c Một số thao tác định vị phím nóng
Một cách khác để lấy linh kiện từ thƣ viện là dùng phím nóng Để gán phím nóng cho một linh kiện thực hiện các bước sau:
- Chọn tab Browse trong Panel, sau đó tìm và nhấp chọn linh kiện mong muốn gán phím nóng
Nhấn vào nút Hotkey để mở hộp thoại quản lý phím nóng, nơi hiển thị tất cả các phím nóng được sắp xếp theo thứ tự chữ cái, kèm theo các linh kiện tương ứng đã được gán.
- Lựa chọn và nhấn phím tắt muốn gán cho linh kiện đang chọn và chọn Assign
Hình 1 11: Minh họa thiết lập phím nóng cho cổng logic
Hình 1.11 minh họa cách gán phím nóng cho cổng logic AND 2 đầu vào Để thực hiện, đầu tiên chọn Browse, sau đó chọn linh kiện và nhấn nút Hotkey Tiếp theo, nhấn phím “a” để gán cho cổng AND 2 đầu vào và nhấn Assign để hoàn tất Khi cần sử dụng linh kiện này, chỉ cần nhấn phím “a” Để thay đổi phím nóng đã gán, thực hiện lại bước 1 và 2, và ở bước 3, chọn phím mới gán cho linh kiện, lưu ý rằng phím nóng mới phải khác với phím đã gán trước đó.
Để gỡ bỏ phím nóng đã thiết lập cho linh kiện, bạn cần thực hiện ba bước như trong phần thiết lập phím nóng Sau khi cửa sổ Device HotKey Assignments đóng lại, hãy chọn lại Hotkey và nhấn "none" ở đầu danh sách Cuối cùng, đặt linh kiện vào trong bản vẽ.
Sau khi đã tìm thấy linh kiện, có thể đặt chúng vào trong bản vẽ Để đặt một linh kiện thực hiện theo các bước sau:
- Lựa chọn linh kiện bằng các phương pháp đã nêu ở trên
- Nhắp đúp vào tên linh kiện ở Tab Browse hoặc nhấn nút Place để đặt linh kiện vào bản vẽ
Hình 1 12: Minh họa đặt linh kiện vào bản vẽ
Sau khi thêm linh kiện vào bản vẽ, bạn có thể thực hiện các thao tác như xoay, lật ngược hoặc di chuyển linh kiện theo yêu cầu của mạch điện cụ thể Bên cạnh đó, bạn cũng có thể di chuyển, sao chép, xóa và xoay linh kiện một cách linh hoạt.
Để di chuyển linh kiện đến vị trí mong muốn, bạn có thể thực hiện theo hai cách Cách đầu tiên là trỏ vào linh kiện, nhấn và giữ chuột trái, sau đó kéo rê đến vị trí cần thiết và nhả chuột.
+ Cách 2: nhắp chọn linh kiện sau đó sử dụng tổ hợp 4 phím mũi tên
Sử dụng công cụ xóa, bạn có thể loại bỏ các thành phần như dây dẫn và linh kiện trên bản vẽ Để thực hiện, hãy chọn công cụ Delete Tool và nhấn vào thành phần cần xóa Ngoài ra, bạn cũng có thể chọn thành phần bằng công cụ mũi tên và nhấn phím Delete trên bàn phím để xóa nhanh chóng.
MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN TỬ DÙNG CIRCUIT MAKER 26
Chức năng mô phỏng mạch điện tử của Circuit Maker
Một trong những tính năng nổi bật của phần mềm Circuit Maker là khả năng mô phỏng mạch điện, cho phép người dùng thử nghiệm và điều chỉnh thiết kế trước khi đầu tư vào việc sản xuất mạch thực tế Circuit Maker cung cấp hai chế độ mô phỏng khác nhau: mô phỏng mạch tương tự (Analog) và mô phỏng mạch số (Digital), mang lại sự linh hoạt và kiểm soát tốt hơn cho người dùng Mỗi chế độ có những ưu điểm riêng, tùy thuộc vào loại mô phỏng cần thiết Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về chức năng mô phỏng trong mạch số.
2.1.1 Thanh công cụ mô phỏng Circuit Maker Đây là các công cụ phục vụ cho việc mô phỏng số:
Hình 2 1: Thanh công cụ mô phỏng số
Sử dụng công cụ Probe Tool để kiểm tra giá trị của dây dẫn hoặc nút trong mạch, đồng thời có thể thay đổi trạng thái của dây nối Để xem trạng thái, chỉ cần rê công cụ lên dây hoặc chân thiết bị mong muốn Công cụ sẽ hiển thị một trong bốn ký hiệu: H, L, P, hoặc không có ký hiệu, tương ứng với các mức 0, 1, xung, không xác định hoặc ba trạng thái khác nhau.
Để thay đổi trạng thái dây nối, hãy kéo đến dây nối và nhấn chuột trái; giá trị 1 sẽ chuyển thành 0 và ngược lại Để gán giá trị cho ba trạng thái, bạn cần nhấn giữ phím Shift và nhấn chuột trái.
Nếu dây nối với một ngõ xuất của thiết bị nào đó thì sau khi đổi nó sẽ chuyển ngay giá trị của ngõ xuất đó
Khởi động lại quá trình mô phỏng Reset Digital Simulation cũng có thể đƣợc chọn từ trình đơn hoặc bằng cách nhấn Ctrl + Q
Tính năng Trace cho phép bật hoặc tắt hiển thị giá trị logic của các dây dẫn bằng các màu sắc khác nhau: màu đỏ biểu thị mức 1, màu xanh dương cho mức 0, và màu xanh lá thể hiện trạng thái không xác định hoặc ba trạng thái.
Chú ý: Việc chọn quá nhiều màu biểu thị hoạt động của mạch điện sẽ làm chậm tốc độ mô phỏng
Cũng có thể đƣợc chọn từ trình đơn hoặc phím F10 Nhấn Run để khởi động chế độ mô phỏng
Quá trình mô phỏng được thực hiện từng bước một Khi bạn nhấn vào công cụ, mô phỏng sẽ thực hiện một bước và tạm dừng Nhấn thêm lần nữa để tiếp tục thực hiện bước tiếp theo.
Chọn một trong bốn cách xem các cửa sổ
- View Schematic: Chỉ cửa sổ vẽ mạch
- View Waveforms: Chỉ cửa sổ dạng sóng
- Split Schematic/View Horizontally: Cửa sổ vẽ mạch bên trên, cửa sổ dáng sóng bên dưới
- Split Schematic/View Vertically: Cửa sổ vẽ mạch bên trái, cửa sổ dáng sóng bên phải
Sử dụng thiết bị Instruments /Digital /SCOPE nối với một nút của mạch thì Circuit Maker sẽ vẽ dạng sóng cho nút đó trong cửa sổ dạng sóng
Vào thanh thực đơn chọn Simulation Ta sẽ thấy các trình đơn mô phỏng
Hình 2 2: Trình đơn mô phỏng
- Anolog Mode: Chế độ mô phỏng mạch tương tự
- Digital Mode: Chế độ mô phỏng mạch số
- Analyses Setup (hay nhấn F8): Thiết lập các giá trị mô phỏng
- Check Pin Connections: Kiểm tra các kết nối dây dẫn vào linh kiện
- Reset (hay nhấn Ctrl + Q): Khởi động lại quá trình mô phỏng
- Step (hay nhấn F9): Chế độ mô phỏng từng bước
- Run (hay nhấn F10): Khởi động chế độ mô phỏng bình thường
- Trace (hay nhấn F11): có tính năng quan sát hoạt động của mạch Dùng trong mô phỏng mạch điện tử số
- Active Probe: Các hoạt động thăm dò khác
2.1.3 Một số thiết bị mô phỏng a) Máy phát xung (Pulse)
Hình 2 3: Máy phát xung (Pulse)
- Ta lấy thiết bị ra vùng làm việc bằng cách vào tab Browse chọn
Digital/Instruments/Pulse hoạc vào tab Search gõ Pulse
Pulse là máy phát xung số, cung cấp tín hiệu liên tục với giá trị thấp Nó cho phép thiết lập định dạng xung, thời gian cao, thấp và chế độ kích khởi cho từng Pulse trong mạch Bên cạnh đó, bộ dữ liệu tuần tự (Data Sequencer) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và điều phối các tín hiệu này.
Hình 2 4: Bộ dữ liệu tuần tự (Data Sequencer)
- Ta chọn tab Browse và làm theo trình đơn Digital/Instruments/Data Seq hoặc ta chọn tab Search, gõ Data Seq để đƣa thiết bị ra vùng làm việc
Bộ dữ liệu tuần tự hoạt động như một máy phát dữ liệu hoặc máy phát từ, cho phép người dùng thiết lập tối đa 1024 từ 8 bit và xuất ra các từ này theo một trình tự đã được định nghĩa Ngoài ra, nó còn liên quan đến việc tạo ra các dạng sóng số.
Hình 2 5: Các dạng sóng số (Digital Waveforms)
- Ta chọn tab Browse, và làm theo trình đơn Instruments/Digital/SCOPE hoặc vào tab Search, gõ SCOPE để lấy thiết bị trong thƣ viện ra vùng làm việc
Các trạng thái của các nút trong mạch thiết kế có thể được vẽ đồ thị nhiều lần trong quá trình mô phỏng Để xem các dạng sóng định thời gian cho bất kỳ nút nào, cần phải kết nối Scope với từng nút để hiển thị thông tin.
Phạm vi bước (Step Size) trong mô phỏng số có thể được đo bằng Ticks hoặc chu kỳ (Cycles), trong đó một chu kỳ luôn tương đương với 10 Ticks Ticks là đơn vị nhỏ nhất của sự trì hoãn trong quá trình mô phỏng, và cần một Ticks để thực hiện một bước mô phỏng đơn cho tất cả các thiết bị.
X Magnification có thể điều chỉnh để thay đổi kích thước hình ảnh dạng sóng trong cửa sổ Waveforms số Mặc định, mức phóng đại được thiết lập ở giá trị 8; giảm giá trị sẽ thu nhỏ hình ảnh, trong khi tăng giá trị sẽ phóng to hình ảnh.
Tốc độ: Người thiết kế có khả năng điều chỉnh quá trình mô phỏng nhanh hoặc chậm Nếu thiết lập vùng này ở mức thấp hơn, quá trình mô phỏng sẽ diễn ra chậm hơn.
Do đó, người thiết kế có thể thấy được những thay đổi hiển thị (LED 7 đoạn)
Một phương pháp khác làm chậm quá trình mô phỏng là chạy trong chế độ từng bước đơn hoặc thiết lập các điểm ngắt
- Các tùy chọn ngắt (Break Point) Đƣợc sử dụng cùng với cửa sổ dạng sóng (Waveform) để thiết lập các điểm ngắt
+ Khi xác lập là Level – And, thì tất cả các điều kiện ngắt phải đƣợc nhìn thấy qua, trước khi quá trình mô phỏng ngưng lại
+ Khi xác lập là Level – Or, nếu một trong số các điều kiện ngắt bất kỳ đƣợc thấy qua, quá trình mô phỏng sẽ ngừng lại
+ Khi xác lập là Edge – And, quá trình mô phỏng sẽ ngƣng lại khi bên thích hợp xuất hiện trên tất cả các dạng sóng xác định
+ Khi xác lập là Edge – Or, quá trình mô phỏng sẽ ngƣng lại nếu một sự chuyển tiếp đến bất kỳ điều kiện xác định nào xuất hiện
2.1.4 Quy trình mô phỏng mạch số
Tùy theo mục đích sử dụng mà ta có thể chia ra gồm các bước khác nhau Nhƣng tổng quát nhất thì quy trình mô phỏng mạch số gồm:
- Bước 1: Vẽ và hoàn thành mạch điện nguyên lý
Step 2: Verify the wire connections by selecting Simulation/Check Pin Connections from the menu bar When the message "All pins are connected" appears, it indicates that all devices and wires are properly connected.
- Bước 3: Kích hoạt chế độ mô phỏng Digital, bằng cách chọn Simulation/Digital
- Bước 4: Chạy mô phỏng ta nhấn vào nút Run Digital Simu – lation Cách khác vào Simulation chọn Run (hoặc nhấn F10)
Bước 5: Khi cửa sổ phân tích xuất hiện (nếu có dạng sóng), sử dụng đầu dò tín hiệu Probe Tool để đo dạng sóng hoặc điện áp, dòng điện tại vị trí cần thiết Đối với các mạch số, Probe Tool có thể được sử dụng để xác định trạng thái như bật hoặc tắt đèn bằng cách kích hoạt công tắc.
- Bước 6: Muốn dừng chế độ mô phỏng, ta bấm vào nút Pause, cách khác vào Simulation chọn Pause hoặc F10.
Ví dụ minh họa mô phỏng mạch số cụ thể
2.2.1 Mạch đếm lên – xuống tự động
- Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch ở hình 2.6 bằng cách sử dụng: + 04 Cổng NAND 2 đầu vào [Digital Basics/Gates/2-In NAND]
+ 01 Điện trở [General/Resistors/Resistor]
+ 01 Công tắc [Digital/Power/Logic Switch]
+ 01 Đèn báo [Digital Animated/Displays/Logic Display]
+ 01 Máy phát xung [Digital/Instruments/Pulser]
Hình 2 6: Mạch đếm lên – xuống tự động
+ Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị bằng cách vào Simulation/Check Pin Connections Xuất hiện thông báo:
+ Đặt công tắc S (chân PL) ở mức logic 0 Nhấn
Run Digital Simulation trên thanh công cụ hoặc phím F10 để khởi động chế độ mô phỏng Digital Model
+ Nhấn nút Run Digital Simulation trên thanh công cụ hoặc nhấn phím F10 để chạy mô phỏng
- Bước 3: Dừng quá trình mô phỏng và kết luận
Khi đèn LED L1 sáng hoặc tắt, tín hiệu đầu ra thứ nhất sẽ tương ứng với trạng thái của đèn LED đầu tiên Nhấn công tắc lên mức 1 sẽ khiến đèn L1 chuyển từ sáng sang không sáng, làm cho các đèn ở đầu ra luân phiên thay đổi trạng thái sáng theo thứ tự lên xuống Khi công tắc trở về mức 0, trạng thái đầu vào và đầu ra sẽ trở lại như ban đầu, chỉ có đèn LED của tín hiệu thứ nhất sáng.
2.2.2 Mạch đếm lên dùng IC 74193 (74LS193)
- Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch ở hình 2.7 bằng cách sử dụng: + 01 IC 74ls193.
+ 03 Công tắc [Digital/Power/Logic Switch]
+ 01 Đèn báo [Digital Animated/Displays/Logic Display].
+ 01 Máy tạo xung [Digital/Instruments/Pulser].
+ 01 Màn hiển thị [Digital Animated/Displays/Hex Display].
Hình 2 7: Mạch đếm lên dùng IC 74193 (74LS193)
+ Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị bằng cách vào Simulation/Check Pin Connections Xuất hiện thông báo:
Để đưa các chân vào trạng thái logic (S1 ở mức 0; S2, S3 ở mức 1), bạn cần nhấn vào nút "Run Digital Simulation" trên thanh công cụ hoặc sử dụng phím F10 để khởi động chế độ mô phỏng Digital Model.
Khi chuyển đổi mức logic của công tắc S1 (chân MR) lên 1, LED 7 đoạn sẽ trở về số 0 Sau đó, khi chuyển S1 về 0, LED 7 đoạn sẽ hiển thị giá trị tăng dần từ 0 Tương tự, khi thực hiện thao tác với công tắc S2 (chân PL), LED 7 đoạn cũng sẽ biểu thị số 0 khi S2 ở mức 0, và khi chuyển S2 về 1, LED 7 đoạn sẽ hiển thị giá trị tăng dần từ 0.
Khi thực hiện thao tác với công tắc S3 (chân CPD), khác với chân MR và PL, LED 7 đoạn sẽ giữ nguyên giá trị khi S3 ở vị trí 0 Khi chuyển S3 về vị trí 1, giá trị của LED 7 đoạn sẽ giảm xuống 1 đơn vị trước khi tăng dần trở lại.
- Bước 3: Dừng quá trình mô phỏng và kết luận
Với mạch đếm dùng IC 74193 thì mạch đếm lên khi chân MR ở vị trí 0; PL,
CPD ở vị trí 1 Từ đây, ta cũng có thể thiết kế mạch đếm xuống dùng IC 74193, dựa vào bảng chọn mode của IC này
MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ SỐ CỤ THỂ
Mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn
- Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch ở hình 3.1 bằng cách sử dụng: + 04 Công tắc [Digital/Power/Logic Switch]
+ 01 Màn hiển thị LED 7 đoạn [Digital Animated/Displays/CA 7-Seg]
Hình 3 1: Mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn
- Bước 2: Vào Simulation/Digital Mode
- Bước 3: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị bằng cách vào
- Bước 4: Nhấn nút Run Digital Simulation trên thanh công cụ hoặc nhấn F10 để khởi động chế độ mô phỏng
Bước 5: Thay đổi công tắc Logic Switch để điều chỉnh trạng thái ở 4 ngõ vào, sau đó quan sát kết quả trên LED 7 đoạn ở ngõ ra và lập bảng trạng thái tương ứng.
Bảng 3 1: Kết quả mô phỏng BCD sang LED 7 đoạn
NGÕ VÀO HIỂN THỊ LED
- Bước 6: Nhấn Stop (hoặc F10) để dừng quá trình mô phỏng
- Bước 7: Nhận xét kết quả thu được:
Mỗi một trạng thái của ngõ vào thì có một trạng thái của ngõ ra tương ứng Chúng đƣợc thể hiện trên LED 7 đoạn
+ Các tổ hợp: 0000; 0001; 0010; 0011; 0100; 0101; 0110; 0111; 1000; 1001 thì LED 7 đoạn sẽ hiển thị lần lƣợt là 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9
Khi chuyển đổi các tổ hợp nhị phân 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, và 1111 sang hệ thập phân (10) và hệ thập lục phân (16), ta nhận được các giá trị lần lượt là 10, 11, 12, 13, 14, 15 và A, B, C, D, E, F Tuy nhiên, do LED 7 đoạn chỉ là LED đơn, nó không thể hiển thị được các ký tự này và sẽ chuyển đổi thành các ký tự đặc biệt.
Mạch giải mã dùng IC 74138 (74LS138)
Mục đích: khảo sát hoạt động của mạch giải mã từ 3 sang 8 bằng cách sử dụng
IC 74138, các thiết bị chuyển mạch logic (Logic Switch) và các đèn LED hiển thị mức logic (Logic Display)
- Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch ở hình 3.2 bằng cách sử dụng: + 03 Công tắc [Digital/Power/Logic Switch]
+ 11 Đèn báo [Digital Animated/Displays/Logic Display]
Hình 3 2: Mạch giải mã dùng IC 74138 (74LS138)
- Bước 2: Vào Simulation/Digital Mode
- Bước 3: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị bằng cách vào
- Bước 4: Nhấn nút Run Digital Simulation trên thanh công cụ hoặc nhấn F10 để khởi động chế độ mô phỏng
Bước 5: Thay đổi lần lượt các công tắc SA, SB, SC để điều chỉnh trạng thái logic ở ba đầu vào, đồng thời theo dõi sự biến đổi trạng thái của các đèn LED ở đầu ra.
- Bước 6: Lập bảng trạng thái cho mạch điện với quy ước: đèn sáng – mức logic
Bảng 3 2: Bảng trạng thái mạch giải mã từ 3 sang 8 ĐẦU VÀO ĐẦU RA
- Bước 7: Nhấn Stop (hoặc F10) để dừng quá trình mô phỏng
Bước 8: Nhận xét kết quả mô phỏng cho thấy mỗi trạng thái của ba đầu vào tương ứng với một trạng thái đầu ra Các trạng thái này được biểu diễn qua đèn LED, ví dụ khi đầu vào có giá trị S A S B S C = 100 (tương đương 4 trong hệ thập phân), thì đèn LED L 4 sẽ tắt.
Mạch đếm BCD 74168 (74LS168)
Mục đích của bài khảo sát là nghiên cứu hoạt động của LED 7 đoạn (Hex Display) và cách sử dụng nó như một thiết bị chỉ báo Mạch đếm BCD (Binary Coded Decimal) sử dụng vi mạch 74LS168 để điều khiển LED 7 đoạn một cách hiệu quả.
- Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch ở hình 3.3 bằng cách sử dụng:
+ 01 Máy tạo xung [Digital/Instruments/Pulser]
+ 02 Dạng sóng số [Instruments/ Digital/SCOPE]
+ 05 Công tắc [Digital/Power/Logic Switch]
+ 01 LED 7 đoạn (Hex Display)[ Displays/Digital/ Hex Display]
Hình 3 3: Mạch đếm BCD 74168 (74LS168)
- Bước 2: Vào Simulation/Digital Mode
- Bước 3: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị bằng cách vào
- Bước 4: Nhấn nút Run Digital Simulation trên thanh công cụ hoặc nhấn F10 để khởi động chế độ mô phỏng
- Bước 5: Để công tắc S ở vị trí “0” Sau đó lần lượt thay đổi các công tắc V 3 ÷
V 0 để thay đổi trạng thái logic ở các chân Q 3 ÷ Q 0 của IC 74LS168 Đồng thời quan sát giá trị thập phân LED 7 đoạn hiển thị
Hình 3 4: Giá trị thập phân LED 7 đoạn hiển thị
Bước 6: Tạo bảng trạng thái cho mạch điện dựa trên các trạng thái của các công tắc từ V3 đến V0, với giá trị số thập phân hiển thị từ 0 đến 9.
Bảng 3 3: Bảng trạng thái mạch hiển thị LED 7 đoạn
Bước 7: Nhận xét kết quả mô phỏng cho thấy, đối với các tổ hợp còn lại, LED 7 đoạn sẽ hiển thị các ký tự A, B, C… Đây là các giá trị cơ sở của hệ đếm 16.
Bảng 3 4: Bảng giá trị cơ sở của hệ đếm 16
Tổ hợp trạng thái Hiển thị Giá trị thập phân tương ứng
Mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào
Mục đích: khảo sát nguyên lý hoạt động của mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit và thiết kế mạch này dùng hàm NAND 2 đầu vào
- Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch ở hình 3.5 bằng cách sử dụng: + 07 cổng NAND 2 đầu vào [Digital by Number/40xx/4011]
+ 03 đèn báo [Digital Animated/Displays/Logic Display]
+ 02 Công tắc [Digital/Power/Logic Switch]
Hình 3 5: Mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào
- Bước 2: Vào Simulation/Digital Mode
- Bước 3: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị bằng cách vào
- Bước 4: Nhấn nút Run Digital Simulation trên thanh công cụ hoặc nhấn F10 để khởi động chế độ mô phỏng
Bước 5: Di chuyển chuột đến các Logic Switch và thay đổi mức logic của chúng Quan sát sự thay đổi trạng thái tương ứng của các đèn LED ở đầu ra để hiểu rõ hơn về tác động của từng mức logic.
- Bước 6: Lập bảng trạng thái cho mạch điện với quy ước: đèn sáng – mức logic
Bảng 3 5: Bảng trạng thái mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit ĐẦU VÀO ĐẦU RA
- Bước 7: Nhận xét kết quả mô phỏng:
Bảng trạng thái của mạch điện đã mô phỏng thu đƣợc trùng với lý thuyết Ta xét các trường hợp:
+ A = B (đầu ra A = B có giá trị logic 1 – đèn sáng) khi cả hai đầu vào có cùng mức lo gic (A = B = 0 hoặc A = B = 1)
+ A < B (đầu ra A < B có giá trị logic 1 – đèn sáng) khi đầu vào A có mức logic nhỏ hơn đầu vào B (A = 0, B = 1)
+ A > B (đầu ra A >B có giá trị logic 1 – đèn sáng) khi đầu vào A có mức logic lớn hơn đầu vào B (A = 1, B = 0)
Hình 3 6: Trạng thái đầu ra của mạch khi đầu vào A = B
Hình 3 7: Trạng thái đầu ra của mạch khi đầu vào A < B
Hình 3 8: Trạng thái đầu ra của mạch khi đầu vào A > B
Mục đích: nâng cao việc ghép nối mạch thông qua việc ghép 3 IC với nhau để tạo thành một mạch đếm phức tạp gồm có IC 7490, 7447 và 7475
- Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch ở hình 3.9 bằng cách sử dụng: + 01 Máy tạo xung [Digital/Instruments/Pulser]
+ 01 Đèn báo [Digital Animated/Displays/Logic Display]
+ 01 Công tắc [Digital/Power/Logic Switch]
+ 01 Màn hiển thị LED 7 đoạn [Digital Animated/Displays/CA 7-Seg]
Hình 3 9: Mạch đếm thập phân 1 chữ số
- Bước 2: Vào Simulation/Digital Mode
- Bước 3: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị bằng cách vào
Để bắt đầu mô phỏng, thiết lập công tắc S = 1 và nhấn nút "Run Digital Simulation" trên thanh công cụ hoặc nhấn F10 Khi LED L1 tắt, tín hiệu đầu ra của LED 7 đoạn sẽ thay đổi, tăng dần từ 0 đến 9.
- Bước 5: Thay đổi mức logic của công tắc S về 0, đèn LED L1 vẫn đếm xung vào còn LED 7 đoạn giữ nguyên giá trị vừa thể hiện
Khi công tắc S được chuyển về mức logic 1, đèn LED L1 tiếp tục đếm xung đầu vào, trong khi đèn LED 7 đoạn hiển thị giá trị đầu vào Giá trị này được tính bằng cách cộng giá trị cũ với số lần tắt của đèn L1 kể từ khi công tắc S chuyển từ 0 sang 1.
Hình 3 10: Mạch khi thay đổi mức logic của công tắc S về 0
- Bước 6: Dừng mô phỏng và mở rộng cho trường hợp đếm 2 chữ số như ở hình 3.11
Bước 7: Để bắt đầu mô phỏng, hãy đặt công tắc S = S1 = 1 và nhấn nút "Run Digital Simulation" trên thanh công cụ Mạch đếm đầu tiên sẽ tiếp tục hoạt động như trước, trong khi mạch đếm thứ hai sẽ phụ thuộc vào kết quả của mạch đầu Khi mạch đầu đếm đủ 1 vòng từ 0 đến 9, LED 7 đoạn của mạch thứ hai sẽ hiển thị và tăng giá trị lên 1 đơn vị.
Khi chuyển S 1 = 0, LED 7 đoạn của mạch thứ hai giữ nguyên giá trị hiện tại Ngược lại, khi chuyển S 1 = 1, LED 7 đoạn sẽ hiển thị giá trị bằng giá trị cũ cộng với số lượt mà mạch đầu đã đếm được từ 0 đến 9.
Hình 3 11: Mạch đếm thập phân 2 chữ số
Qua quá trình làm luận văn, tôi đã nắm đƣợc những nét khái quát về phần mềm
Circuit Maker là một ứng dụng hữu ích cho việc vẽ và mô phỏng mạch điện tử, giúp người dùng dễ dàng thực hiện các thí nghiệm với độ chính xác cao Việc sử dụng phần mềm này một cách hợp lý sẽ mang lại hiệu quả cao trong học tập cũng như trong nghiên cứu và công việc sau này.
Sau thời gian nghiên cứu, chúng tôi thu đƣợc những kết quả sau:
- Đã tìm hiểu tổng quan, cũng nhƣ hiểu đƣợc phần mềm Circuit Maker
Phần mềm Circuit Maker là công cụ hữu ích để vẽ và mô phỏng các mạch điện tử, bao gồm nhiều loại mạch khác nhau như mạch so sánh độ lớn 1 bit, mạch đếm lên – xuống tự động, mạch đếm lên sử dụng IC 74193 (74LS193), mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn, mạch giải mã sử dụng IC 74138 (74LS138), và mạch đếm BCD.
74168 (74LS168), Mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào, Bộ đếm thập phân
Nếu có điều kiện tiếp tục nghiên cứu, thì chúng ta có thể mô phỏng hoạt động của một số mạch phức tạp hơn.