Giải tích mạch trên máy tính

GIẢI TÍCH MẠCH TRÊN MÁY TÍNH
GV: Trương Ngọc nh


Thi: Thi trên giấy
Thời gian: 60ph

Trình bày các thao tác thực hiện trên máy.

* Nội dung:
- Giải tích mạch: (Mạch ñiện 1,2; Điện tử cơ bản 1,2; Kỹ
thuật số; Vi xử lý 1)
Tương tự, số, Số + ñiều khiển
bằng chương trình (VXL).
- Trên máy tính: Phần mềm có sẵn.
Phần mềm:
1. ORCAD – PSPICE (9.2)
2. PROTEUS – ISIS (7.0 > ; .4 SP3)
3. MULTISIM (Electronic Workbench 5.12) – 8
1,2,3
Tương tự (1), số (2)
2
Vi xử lý, vi ñiều khiển
Thi (1,2)

•

VẼ SƠ
NGUYÊN LÝ (Sơ ñồ nguyên có s n trên
giấy do ta thiết kế sơ bộ).

•

PH N TÍCH MẠCH
Quan sát ñược kết quả
Hiệu chỉnh thiết kế theo yêu c u.


B I 1:
NGUYÊN LÝ
ORC D – VẼ SƠ
CÓ H TR PH N TÍCH (PSPICE)
I.
II.

VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:
PHÂN TÍCH MẠCH:

I.
VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:
- Yêu cầu: Vẽ mạch ñiện sau và tính toán các giá trị dòng và áp trên
các nhánh và nút.
R1
1k
R2

R6

R3

R4

220

330
R5
3.5K

2K

100
R7
R8

680

5K
V1

12Vdc

* Trình tự các thao tác:
1.
Tạo file sơ ñồ nguyên lý có hỗ trợ phân tích
(PSPICE).
Analog or Mixed A/D (Chọn chế ñộ)
2.
Lấy linh kiện – có hỗ trợ phân tích (chọn các thư viện
trong thư mục PSPICE).
Place Part
Phím tắt: “P” hay “Shift + P”

Biểu tượng:
Một số thư viện cơ bản:
(1)
LOG: R, C, L …
(2) SOURCE: (NGUỒN TÍN HIỆU)
a. VDC: Nguồn 1 chiều.


3.

b. V :
ồ xoay chiều.
c.
VSIN: Nguồn tín hiệu sin.
Sắp xếp linh kiện.
Di chuyển (Drag & Grop – Kéo và thả).

4.

+ Công cụ là: Select Xoay – Rotate – “R”.
Nối dây.

5.

ire – “ ”
Chọn chân linh kiện này và chân linh kiện kia dùng
chuột trái.
Đặt thông số cho linh kiện.
R3

Nguyên tắc cơ bản: Cần gì thì chọn ñó
Double click chuột trái.

220

* Một số nguyên tắc:
- m,M:
mili
- k,K:
kilo
- Meg:
Mega
- u,U:
micro - µ
- p:
pico
- n:
nano
Ứng với từng linh kiện thì ta có ñơn vị chuẩn
mà không cần ghi ra.
VD:
R (Ω-ohm)
100
100 ohm
C (F – Farad)
10u
10uF
6.

Chọn chế ñộ phân tích (nhập thông số phân tích nếu

có)
Trong VD tính toán dòng áp ta chọn chế ñộ phân tích
BI
POINT.
Chọn “New Simulation Profile”

Trong tr ng h p c n o d ng són c a c c
nối trong mạch th ta l m theo 2 bước sau:

iểm


7.

(1)

Ch n ñiểm ño

(2)

.
Thực hiện chọn chế ñộ và nhập thông
số phân tích
Cho chạy phân tích.

Thực hiện phân tích.

Chọn Run PSPICE
8.

Dùng các que ño

.

Quan sát kết quả phân tích.
Chế ñộ BI
POINT
Xem kết quả ở trang vẽ sơ ñồ
nguyên lý.

Còn các chế ñộ khác quan sát ở cửa sổ dưới dạng ñồ thị.
•

TRONG BẤT CỨ MẠCH ĐIỆN PHÂN TÍCH NÀO THÌ CHƯƠNG
TRÌNH PSPICE LUÔN YÊU CẦU PHẢI CÓ MASS CỦA TÍN HIỆU.

GROUND

“G”

0/SOURCE


Ví dụ: Khảo sát mạch khuếch ñại ghép trực tiếp. (Trang 15)
Mạch nguyên lý ñã có và thông số cho s n.
1. Phân cực cho transistor làm việc chế ñộ khuếch ñại.
- nối B-E phân cực thuận
- nối B-C phân cực nghịch
Phân tích Bias Point.
* Một số lưu ý khi vẽ mạch:

Tụ ñiện: C
nalog.
Nguồn sin: VSIN
Source.
Transistor: Q2SC1815
Jbipolar.
Tụ ñiện có cực tính: C_…
nalog.
* Tìm kiếm linh kiện (chưa biết tên chính xác hoặc ñã biết):
Chọn Place Part (cửa sổ chọn linh kiện)
Part Search (Tìm kiếm linh kiện)
TH1: Nhập tên linh kiện chính xác
Begin Search
có kết quả ngay.
VD: Transistor 2SC1815
Tên chính xác theo phần mềm
Q2SC1815.
TH2: Nhập tên linh kiện và phối hợp với dấu “*” ñể tìm kiếm
các linh kiện liên quan.
VD: 2SC1815
Tên thường sử dụng là: C1815.
Thêm dấu “*”:
*C1815: Tìm tất cả linh kiện có chứa chuỗi ký tự C1815 ở
phía sau.
*C1815*: Tìm tất cả linh kiện có chứa chuỗi ký tự C1815
ở giữa.

2. Thay ñổi nguồn ñiện cung cấp cho mạch khuếch ñại ñể xác
ñịnh ở ñiện áp nào thì mạch bắt ñầu làm việc (có nghĩa là mạch
bắt ñầu khuếch ñại).

Thay ñổi hàng loạt các giá trị của nguồn VDC ñể tìm ra giá trị này. Từ 0V
20V
Phân tích DC Sweep.
Để biết mạch bắt ñầu khuếch ñại
Đo ñiện áp tại chân B và chân C c a transistor.


(1)
(2)

Ch n ch ñộ
Đặt ñầu dò.
Khi ñặt ñầu dò ta nên ñặt ñầu dò ngay chân linh
kiện mà ta cần ño ñể kết quả hiển thị ñúng tên chân
linh kiện.
Điện áp VC > VB

Để quan sát giá trị chính xác trên ñồ thị ta dùng công cụ Toggle

Cursor

.

Quan sát bảng tọa ñộ tại dòng 1 theo nguyên tắc tọa ñộ (x,y).

3. Tìm ra vùng tần số mà mạch hoạt ñộng tốt nhất.
Thay ñổi tần số ở ngõ vào và ño tín hiệu ngõ ra (biên ñộ).
Tần số: 10 Hz
1 Mega Hz
Ngõ ra

Giá trị ñiện áp ño trên ñiện trở tải.
Chọn chế ñộ phân tích là:
AC Sweep
Nguồn tín hiệu cung cấp cho mạch là dạng VAC.
Biên tần.
Pha tần (góc pha của tín hiệu ngõ ra so với tín hiệu ngõ vào khi thay
ñổi tần số
sớm và trễ pha.
2 cách ño.
1. Đặt que ño góc pha.
2. Thêm ñồ thị vào hệ tọa ñộ.
Để xác ñịnh chính xác tên của tín hiệu ta ñặt tên cho ñường tín hiệu
ñó.
Công cụ : Net Alias
N1.


4. Đo và hiển thị dạng sóng ngõ ra
ra sin).
chưa (vào sin

Kiểm tra tín hiệu có chuẩn

Cho mạch hoạt ñộng bình thường theo thời gian cố ñịnh
hiệu ngõ ra.
Cung cấp tín hiệu cho mạch hoạt ñộng
5. Đo dạng sóng ngõ ra

Đo tín

Nguồn tín hiệu VSIN.

ng với một số giá trị c a ñiện tr tải.

VD: 5k và 10k
Chọn chế ñộ phân tích Time Domain.
Kết hợp thêm thông số phân tích Parametric Sweep.
* Qui trình:
1.
Thế giá trị linh kiện bằng 1 biến số. Có dạng: {tên biến}.
2.
Khai báo thông số cho biến mới ñặt.
3.
Chọn chế ñộ phân tích và nhập thông số theo yêu cầu.
4.
Đặt ñầu dò (que ño) vào ñiểm cần ño.
5.
Thực hiện phân tích.
* Parametric Sweep:
Start Value: PM sẽ vẽ (phân tích) 1 ñường ñồ thị ứng với giá trị này.
Cộng Start Value + Increment
Vẽ 1 ñường ñồ thị theo giá trị sau
khi cộng.
Nếu giá trị sau khi cộng > End Value thì dừng lại.
* Chú thích cho ñồ thị:
Menu Plot
Label
5.0V
R_Tai = 5k

R_Tai = 10k

0V

-5.0V
0s

0.5ms
V(NGO_RA)

1.0ms

1.5ms

2.0ms
Time

2.5ms

3.0ms

3.5ms

4.0ms


6. Kiểm tra tính ổn ñịnh c a mạch khi nhiệt ñộ thay ñổi.
0 ñộ
30 ñộ
100 ñộ

Chế ñộ phân tích Time Domain.
Thêm 1 thông số phân tích Temperature.


* M t số qui trình vẽ mạch
1. Lấy linh kiện.
- Menu Library

ph n mềm ISIS.

Pick Device…

- Hoặc chọn biểu tượng Component Mode
Sau ñó 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 ñể xem kết quả tìm kiếm.
Giảm số lượng kết quả bằng cách chọn thêm cột phân loại
(Category).
VD: Mô phỏng 1 mạch ñếm BCD (0-9) dùng IC 74LS90 và IC tạo xung
555.

- Một số linh kiện:
1. 555 – “555” – Analog IC (Phân loại – Category)
2. Điện trở - “RES…” – Resistors
3. Tụ ñiện – “CAP…” – Capacitors
4. IC ñếm 74LS90 – “74LS90”

5. Led 7 ñoạn ñã giải mã – “7seg” + “BCD” –
Optoelectronics (các linh kiện phát quang).
2. Sắp xếp linh kiện.
- Di chuyển -

- Select Mode

Chọn linh kiện

Drag & Drop.
- Xoay

Rotate… , Mirror…

3. Nối dây.
- Di chuyển chuột ñến chân linh kiện thì phần mềm sẽ chuyển sang
chế ñộ 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 ñổi 2 dòng ñầu tiên
của hộp thoại – Component Reference (D.1) và dòng 2 là giá trị
c a linh kiện.
- Các dạng giá trị tương tự như Orcad.

5. Thực hiện mô ph ng mạch.

RUN

STEP

P USE

STOP


* M t số công cụ hỗ trợ phân tích:
- Phân loại: SIMUL TOR PRIMITIVES
Các công cụ hỗ trợ mô phỏng:
- CLOCK: Tạo nguồn cung clock.
…
- Phân loại: DEBUGGING TOOLS
Tạo ra mức logic “0”, “1”.
Công cụ: LOGICST TE.
Đo mức logic.
Công cụ: LOGICPROBE.

* VI ĐIỀU KHIỂN:
1. Vẽ sơ ñồ nguyên lý (phần cứng).
2. Phần mềm.
- Menu Source
(1) Nhập, tạo file chương trình.
Add/Remove Source file…

* Chương trình viết cho vi ñiều khiển có thể dùng bất cứ phần mềm nào

Sao cho kết quả cuối cùng là file mã .HEX
Khi ñưa chương trình vào cho Vi ñiều khiển ta chọn mục Program
Files
và chọn file .HEX vừa tạo.
* KHI THIẾT KẾ M CH VI ĐIỀU KHIỂN T NÊN LƯU FILE SƠ ĐỒ
NGUYÊN LÝ V CHƯƠNG TRÌNH TRONG CÙNG 1 THƯ MỤC.


* Gợi ý tham khảo tài liệu datasheet:
1. Tên (chức n ng) của IC.
VD:
LS
– Decade Counter
Bộ ñếm 10 (số trạng thái)
2. Mô tả ngắn gọn linh kiện. Description
- 4 bit (ñếm nhị phân)
- 0000
1111 (16 trạng thái).
- Đếm 10 trạng thái: 0000
1001 (0- IC ñếm chia làm 2 ph n.
- Divide-by-two: Mạch chia 2 (2 trạng thái)
2 trạng thái 0,1
Mạch chia tương ñương 1 mạch ñếm 1 bit.
- Divice-by-five: Mạch chia 5 (5 trạng thái)
000 – 100 (0-4) (chỉ cần 3 bit)
Tương ñương mạch ñếm 3 bit.
- HIGH-to-L
cạnh xuống

74LS90 sẽ có 2 bộ ñếm ñộc lập:

- 1 bộ ñếm 2 - 1 bit (2 trạng thái)
- 1 bộ ñếm 5 – 3 bit (5 trạng thái)
Ta có thể nối 2 mạch ñếm 2 và ñếm lại với nhau thành bộ ñếm 10
(0000 – 1001), 10 trạng thái, hay còn gọi là bộ ñếm BCD (0-9).
Nối lại bằng cách ngõ ra bộ ñếm 2 nối với ngõ vào chân cấp xung
clock (CP – Clock Pulse) của bộ ñếm 5.
* Một số thông số kỹ thuật cần quan tâm:
- Điệp áp cung cấp.
- Công suất tiêu thụ.
- T n số làm việc.
Điện áp và công suất

Thiết kế bộ nguồn.

3. Sơ ñồ chân (Logic Symbol) và tên chân (Pin Name).
4. Bảng trạng thái, bảng sự thật, bảng chế ñộ.
- State Table, Truth Table, Mode Table, Functions Table (bảng ch c
năng).
Quan hệ c a các ngõ vào ra.


* M T S T KHÓ
ĐIỀU KHIỂN:

CHO

LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH VI

1. Led ñơn.
- Từ khóa: “LED”

- Phân loại: Optoelectronics (tất cả các linh kiện phát quang)
- Led ñơn dùng ñể phân tích có khả n ng thay ñổi trạng thái
nimated… (linh kiện c khả năng chuyển ñộng, thay ñổi trạng th )
- Ph n c c cho led ( iện trở ph n cực, ñiện trở hạn d ng).
(Vngõ ra c❬a IC - Vled)/Iled
(4,6V – 1,6V)/10m
300 ohm
- Chọn
hoặc 330.
Rhd

2. Led ñoạn.
- Từ khóa: seg”
- Phân loại: Optoelectronics
- Phân loại led: node chung và Cathode chung
Common Anode – Common Cathode
- Led ñã giải mã và led chưa giải mã.
Led ñã giải mã thì chỉ có 4 ngõ vào ứng với 4 bit nhị phân (led
dùng mã BCD).

Cách kết nối:

0001 – số 1
1000 – số 8
3 2 1 0
2 2 2 2
Led chưa giải mã (có 7 ngõ vào ứng với 7 ñoạn a,b,c,d,e,f,g) +
Chân chung (Anode hay Cathode).

Anode

Cathode

* Led ñoạn có hỗ trợ phương pháp quét.
Phần thông số của led:
- Trigger Time: (thời gian kích – sáng tắt – khả n ng ñáp ứng
của led).
VD: Trigger time = 1ms


ñiều khiển led chớp tắt 1000 lần/1s.
Phân cực cho led.

3. Led ma trận – “Matrix” + “Led”
Xác ñịnh chân c a led bằng cách dùng nguyên tắc ño
theo ñồng hồ VOM. (Power + Ground)
4. LCD – “LCD” + “Alphanumeric” - ASCII
5. Nút nhấn, công tắc, bàn phím.
- Nút nhấn: Button
- Công tắc: Switch hoặc “S -SPST”
- Bàn phím: Keypad
6. Động cơ bước – “Stepper” + “Motor”
. ADC và cảm biến:
- ADC: ADC
- Cảm biến: “Sensor”
- Cảm biến nhiệt ñộ: “LM35”
(
gi tr ng ra của cảm biến thường là ñiện áp, dòng
ñiện, ñiện trở nên những trường hợp không có cảm biến thì ta
dùng biến trở ñể tạo ra giá trịñiện áp hay ñiện trở tương ñương

với cảm biến ñó)

* Ví dụ:
- Ta sẽ thay thế ñiện trở trong mạch tạo xung dùng IC 555
bằng 1 biến trở.
- Biến trở này có khả năng thay ñổi giá trị khi mạch ñang
hoạt ñộng (có khả năng tương tác – interacvite).
Biến trở: Varistor hoặc Potentiometer (POT).
Quan sát hình vẽ c a linh ki n, v i thông tin:
VSM… (V: Virtual)
Linh ki n có dòng chữ này thì trực quan và tương tác ñược.
Bất c linh kiện nào, trong hình vẽ có thông tin:
Linh kiện này không h tr phân tích.
“NO Simulator…..”