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Electrónica Digital y Microprogramable Introducción al uso de herramientas CAD Página 1 PRÁCTICA 4: Introducción a las herramientas CAD. Uso del programa Orcad release 9.2 Dept. Electrónica IES JAROSO Ciclo Medio Electrónica: 1º Equipos Electrónicos de Consumo. Trimestre: 3. Fecha inicio: 21 / 04 / 2010 Fecha entrega: 23 / 04 / 2010 Duración: 4 h Nombre….....................Apellidos................................................Grupo............................. Objetivos: Conocer el uso de las herramientas CAD (computer assistant design). Usar la herramienta de esquema y de simulación con un circuito sencillo. Conocer el diseño jerarquico. Procedimiento Tomar notas de las explicaciones realizadas en clase. Capturar y analizar un oscilador 555. Realizar el montaje real del circuito simulado, entendiendo la importancia de las herramientas de simulación para el diseño de circuitos. Enunciado: Capturar, simular el funcionamiento de un oscilador 555 a partir de su circuito interno, y realizar el montaje real para verificar su funcionamiento. Introducción teórica Como sabéis el circuito comercial 555 es una circuito oscilador, capaz de generar una señal cuadrada con una frecuencia de oscilación configurable usando dos resistencias y un condensador externo, a continuación os muestro lo necesario para poder realizar la práctica con éxito. CIRCUITERIA EXTERNA

Tutorial introduccion herramientas CAD. diseño jerarquico

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PRÁCTICA 4: Introducción a las herramientas CAD.

Uso del programa Orcad release 9.2 Dept. Electrónica IES JAROSO

Ciclo Medio Electrónica: 1º Equipos Electrónicos de Consumo. Trimestre: 3.

Fecha inicio: 21 / 04 / 2010 Fecha entrega: 23 / 04 / 2010 Duración: 4 h

Nombre….....................Apellidos................................................Grupo.............................

Objetivos: Conocer el uso de las herramientas CAD (computer assistant design). Usar la herramienta de esquema y de simulación con un circuito sencillo. Conocer el diseño jerarquico.

Procedimiento Tomar notas de las explicaciones realizadas en clase. Capturar y analizar un oscilador 555. Realizar el montaje real del circuito simulado, entendiendo la

importancia de las herramientas de simulación para el diseño de circuitos.

Enunciado: Capturar, simular el funcionamiento de un oscilador 555 a partir de su circuito interno, y realizar el montaje real para verificar su funcionamiento.

Introducción teórica Como sabéis el circuito comercial 555 es una circuito oscilador, capaz de generar una señal cuadrada con una frecuencia de oscilación configurable usando dos resistencias y un condensador externo, a continuación os muestro lo necesario para poder realizar la práctica con éxito.

CIRCUITERIA EXTERNA

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Y como calcular los valores de Ra, Rb y C, en función de la frecuencia a la cual queréis que oscile.

ASTABLE WAVEFORM

CÁLCULOS

Procedimiento.

1. Crearemos un proyecto nuevo exactamente de la misma forma que creamos el

proyecto en la práctica 2, pero utilizando como nombre de proyecto: osc555 (recordar que debéis ubicar el proyecto dentro de una carpeta con el mismo nombre)

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Recordar que en la siguiente ventana que aparece elegir la opción ‘Create a blank project’.

2. Obtendremos la siguiente pantalla en la que maximizaremos la zona de trabajo, una vez allí, pincharemos sobre el icono ‘project managemente’

Obtendremos la siguiente ventana, en la que tenemos las distintas carpetas y archivos que componen nuestro proyecto.

Como hemos dicho, el circuito interno del 555 lo meteremos dentro de una caja, de manera que desde nuestro proyecto lo que veremos es una caja con terminales, luego dentro de esa caja habrá otro esquema que si contendrá el circuito 555 para que esa caja con esas patas tengan alguna función.

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En la siguiente imagen, nos centraremos en la carpeta que nos interesa que es la carpeta ‘./osc555.dns, pulsaremos sobre el símbolo + que le precede, nos aparecerán dos carpetas, SCHEMATIC1 y design cache. La primera contiene la zona de trabajo principal, a la cual podemos acceder pulsando sobre el símbolo + que le precede, apareciendo un archivo llamado page1 que es nuestra zona de trabajo principal, si pulsamos doble clic sobre este saltaremos a esta, para volver, dirigiros a el icono ‘project management’.

Como hemos dicho antes para este proyecto vamos a necesitar dos zonas de trabajo independientes, una zona para tener la caja que contiene al 555, y otra que contendrá el circuito interno real del 555. De manera que debemos crear una nueva zona de trabajo. Para hacer esto nos ponemos sobre la carpeta ‘./osc555.dns’, pulsamos botón derecho y elegimos la opción ‘New Schematic’

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Aparecerá una ventana que nos solicitará especificar el nombre del nuevo esquema, al que llamaremos CINT555.

Las carpetas deben quedar de la siguiente forma:

A continuación nos situaremos sobre la nueva carpeta, pulsamos botón derecho y elegimos ‘New page’

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Nos solicitará nombre para la nueva pagina (zona de trabajo), dejamos la que aparece por defecto ‘PAGE1’:

Las carpetas y a archivos del proyecto quedarán de la siguiente manera, listo para comenzar a capturar los circuitos:

REALIZACIÓN DE LA CAJA 555

Al tipo de diseño que vamos a realizar se le conoce como diseño jerarquico o TOP-DOWN, consiste en primer ver el diseño simplemente analizando que entradas y salidas tiene el sistema, de lo que se obtiene una caja con terminales (las entradas y las salidas), una vez hecho esto se entra en la caja, y se plantea uno que hace el dispositivo, eso a su vez puede dar lugar a mas cajas, y así sucesivamente iremos concretando el problema hasta llegar a una caja que sepas diseñar. En nuestro diseño solo tenemos dos niveles de jerarquía, en uno sabemos las entradas y salidas que tiene el 555 (por ejemplo, sabemos que necesita, la entrada de control de la tensión del condensador (Vc->1), el terminal de descarga del condensador (Des->2), las alimentaciones (vcc->3 y gnd->4), y por último la salida (Out->5), es decir necesitamos una caja con 5 terminales, como veis no es exactamente un 555, ya que un 555 tiene mas terminales debido que se puede configurar para mas funciones que un oscilador, pero nosotros como solo lo vamos a usar como oscilador, vamos hacer nuestro propio diseño del 555 adaptado a nuestras necesidades.

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Pues vamos a crear nuestra caja, la caja debe estar en el nivel mas alto de jerarquía, es el nivel en el que vemos el diseño de la forma mas abstracta posible, es decir, solo hemos pensado en las entradas y salidas que debe tener, sin pensar en como es el circuito que va a conseguir el funcionamiento, este lo hemos sustituido por una caja.

1. Lo primero que haremos será ir a la zona de trabajo de la carpeta SCHEMATIC1

2. Lo siguientes será pulsar sobre el icono de la barra lateral derecha de iconos

‘Place hierarchical block’ . Nos aparecerá la siguiente ventana:

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En esta ventana debemos rellenar los valores que aparecen en la figura de arriba. El valor Reference, será el nombre que tenga el bloque a partir de ahora. En Impletatión Tipe, elegimos Schematic View, ya que lo que hay dentro de la

caja es un circuito físico, con componentes. En Implementatión name debemos indicar el nombre de la carpeta donde esta la

página que va a contener el circuito interno de la caja, en nuestro caso esa carpeta es CINT555.

Una vez realizadas estas especificaciones pulsamos OK ¡¡CUIDADO!!, al pulsar OK, no aparece nada en la pantalla pero nuestro curso se ha convertido en una cruz, debemos pulsar y arrastrar para indicarle el tamaño de la caja. Nos debe quedar algo así:

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3. El siguiente paso será colocarle los terminales, para conseguir esto,

seleccionamos la caja, haciendo un clic sobre la misma, de modo que toma un color rosado, y pulsamos sobre el icono , apareciéndonos la siguiente ventana de dialogo:

Colocamos el nombre del primer pin, que es el de control del voltaje del condensador Vc, y el tipo de pin que es, elegimos input, que es entrada, y pulsamos OK. Lo siguiente que haremos será colocar el pin en el sitio adecuado, conforme al esquema que realizamos anteriormente. Una vez colocado pulsamos ESC.

Ejercicio 1: Realizar la misma operación con el resto de los pines, solo debeis tener en cuenta el tipo de Pin que es, los nombres ya los sabéis, a continuación os indico nombre y tipo de pin:

Vc - > Input Des - > Input

Vcc - > Power Gnd - > Power Out - > Output

El resultado debe ser el siguiente:

CINT555

CINT555

Vc

Des

Vcc

Gnd

Out

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Esta parte ya la tenemos terminada, a falta de colocar alimentaciones, resistencias y condensadores para configurar el oscilador.

CIRCUITO INTERNO DEL 555

A continuación comenzaremos con el circuito interno del 555, para esto debemos acceder a la página que lo contendrá, esta será la PAGE1, de la carpeta CINT555 que creamos al principio, pero no será necesario que vallamos a la zona de ‘project management’ para abrir esta página, si os acordáis cuando creamos la caja, incluimos el nombre de la carpeta donde estaba la zona de trabajo del circuito interno de la caja, de manera que la caja ya sabe donde esta su circuito interno. Para acceder a esta nueva zona de trabajo, seleccionamos la caja haciendo un clic sobre esta, nos colocamos sobre la caja, pulsamos botón derecho y en el menú de opciones que aparece elegimos ‘Descend Hierachy ‘, y accederemos a la zona de trabajo del interior de la caja.

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Lo siguiente será realizar el circuito interno de un 555, el cual tenéis a continuación:

En la imagen siguiente tenéis indicadas las librerías que necesitaréis para realizar el diseño. Las referencias (Part) son: Comparadores (ua741), las resistencias (r), las Nor (7402), el transistor (bc548a)

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Por último los puertos, son los componentes que conectan los cables del circuito interno

con los pines de la caja, estos los encontrareis pulsando sobre el siguiente icono. . Los puertos están en la librería CAPSYM, si no esta cargada la cargáis en la misma ventana de dialogo.

Los dos únicos puertos que se utilizan son los que están señalados en la figura de arriba, la diferencia entre ello es el punto de conexión, uno lo tiene en la punta del puerto, y otro en la zona de atrás, fijaros en el esquemático para elegirlos correctamente. Para que todo funcione, es necesario que los nombres de los puertos coincidan exactamente con los nombres de los pines de la caja.

CONFIGURAR EL 555

Por último os falta configurar el 555 para que funcione, para ello os vais a la zona de trabajo donde esta la caja, para esto, en cualquier lugar de la zona de trabajo del circuito interno, pulsáis botón derecho y elegís la opción ‘Ascend Hierarchy’:

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Saldréis a la zona de trabajo de la caja, configurarlo de la siguiente forma:

En este caso realizar una simulación, pinchando en el icono , y le llamaréis TEST1

con Run to time = 10ms.

0

R2

1k

R3

1k

CINT555

CINT555

Vc

Des

Vcc

Gnd

Out

V15v

C1

1u

R1

1k

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Para ver las señales utilizareis, utilizares las sondas o ‘probes’ de voltaje que podéis

localizar en el icono . Localizándolas donde muestra la imagen.

Os aparecerá la siguiente pantalla en la que pulsareis ‘no’

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Y os aparecerá lo siguiente:

La zona de trabajo esta formada por tres ventanas, las dos de abajo son de información, y ahora no las necesitamos, y si nos interesa ver bien las señales, para deshabilitar estas ventanas nos dirigiremos a la barra de menú, a la opción ‘View’, y deshabilitamos las ventas que muestra la imagen: ‘Output Window’ y ‘Simulation Status Window’.

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Ahora procederemos a ordenar las señales, ya que nos aparecen todas juntas y es difícil su análisis. Lo primero que haremos es añadir, más gráficas vacías, en las que presentaremos las distintas señales, una por gráfica. De manera que añadiremos 4 gráficas más. Para añadir una gráfica, nos dirigimos a la barra de menús, opción ‘plot’, y dentro de este menú, la opción ‘Add Plot to Window’.

Con esta acción veremos que aparece una nueva gráfica en la parte superior de la zona de trabajo de simulación.

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Repetimos este proceso tres veces más hasta obtener las 5 gráficas.

Ahora procederemos a colocar cada una de las señales, en gráficas independientes, para esto seleccionamos una de las señales, en concreto vamos a selecciona Vc, para esto hacemos un clic sobre el nombre de la señal, el nombre de esta se pondrá en rojo. A continuación pulsamos la secuencia de teclas CTRL+x, con lo que cortaremos la señal. Ya tenemos la señal en el portapapeles, ahora solo falta seleccionar la gráfica libre donde queremos que se represente y volcar la señal. Para seleccionar la gráfica debemos fijarnos en la marca que aparece en una de las gráficas a la izquierda del eje Y, la marca SEL>>, esa marca indica cual es la gráfica activa, es decir, la grafica sobre la cual se pegará la señal que tenemos en el portapapeles. Podemos cambiar la gráfica seleccionada haciendo clic sobre la zona izquierda del eje Y de la gráfica que queramos seleccionar, es decir:

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En nuestro caso ya esta seleccionada la gráfica de arriba, si no esta la seleccionáis, y pulsáis la secuencia de teclas CTRL+v, quedando la ventana de la siguiente forma:

Realizar el mismo proceso con el resto de señales hasta obtener la siguiente ventana

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Ejercicio 2:

a) Configurar el 555, usando como ayuda la introducción teórica y los apuntes de clase, para que el oscilador 555 oscile con una frecuencia de 60 Hz y un Duty del 70%.

Ejercicio 3: Realizar el montaje real, y con el uso del osciloscopio verificar lo simulado.

Memoria: Entregaréis una memoria en formato Writer en la que se incluya el enunciado de este ejercicio los pasos de diseño (adjuntar todo lo necesario para que este claro el proceso de diseño, basarlo en las hojas de especificaciones), realizar la simulación del circuito, y a través de las señales, explicar el funcionamiento del circuito interno que da como resultado la señal oscilante. Respecto al montaje real, en la memoria añadiréis las señales obtenidas con el osciloscopio. En este caso solo Vc y Out. Indicando a través de estas si el dispositivo funciona correctamente. Al final de esta práctica tenéis modelos vacios de la pantalla del osciloscopio, usando el programa básico de edición de imágenes ‘paint’ dibujaréis las diferentes señales que os pido, con las justificaciones, y las adjuntareis a la memoria. Como siempre en estas prácticas, la memoria ira dentro de al carpeta del diseño, todo comprimido, y enviado a través del enlace habilitado.

RECORDAR QUE ME DEBEIS ENVIAR LA PRÁCTICA DE FORMA INDIVIDUAL.

Recursos extra: Pantalla osciloscopio vacía, usando la tecla imprimir pantalla, copiar esta gráfica, la pegáis en ‘Paint`, dibujáis la o las señales, y lo pegáis sobre la memoria.

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