›
›

Giải tích mạch trên máy tính

pdf 50 trang vanle 2060
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giải tích mạch trên máy tính", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiai_tich_mach_tren_may_tinh.pdf

Nội dung text: Giải tích mạch trên máy tính

  1. 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 các mạch điện tử trong môn học liên quan (Mạch điện 1,2; Điện tử 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: 1. ORCAD – PSPICE (9.2) – Tương tự, số 2. PROTEUS – ISIS (7.4 SP3) hoặc (7.6 SP4) – Tương tự, Số, Vi điều khiển * MỤC ĐÍCH: VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ (Vẽ từ sơ đồ nguyên lý có sẵn do ta thiết kế sơ bộ). PHÂN TÍCH MẠCH Quan sát được kết quả Hiệu 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 1
  2. PHẦN 1: ORCAD – PSPICE SPICE là 1 mạch mô phỏng tương tự hoặc hỗn hợp giữa tương tự và số (Analog or Mixed A/D), được dùng để kiểm tra việc thiết kế mạch & dự đoán nguyên lý hoạt động của mạch. Đó là 1 phần đặc biệt quan trọng trong mạch tích hợp (IC). Ông Berkeley là người đã nghiên cứu ra SPICE đầu tiên tại phòng thí nghiệm trường đại học của California. Vì vậy mà nó có tên là Simulation Program for Integrated Circuits Emphasis. SPICE có thể thực hiện những mạch phân tích khác nhau, đây là những mạch quan trọng nhất: Phân tích mạch DC không tuyến tính: phân tích đường cong dịch chuyển DC. Phân tích chuỗi Fourier & điện áp phi tuyến: tính toán điện áp & dòng điện theo thời gian. Khi 1 tín hiệu rộng được sử dụng, phân tích chuỗi Fourier sẽ cho biết dãy quang phổ của tần số. 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 27oC. 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  Công tắc  Diode  Transistor lưỡng cực  Transistor MOS  JFET  MOSFET  Cổng số  Và những linh kiện khác Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 2
  3. BÀI 1: VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CÓ HỖ TRỢ PHÂN TÍCH (PSPICE) 1. VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: - Yêu cầu: Vẽ mạch điện sau và tính toán các giá trị dòng đi qua các nhánh và điện áp tại các nút. R1 R3 R4 1k 220 330 R2 R8 2K R5 3.5K 100 R6 R7 680 5K V1 12Vdc 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 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 3
  4. 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. Hình 1.3 3. Chọn Create a blank project (Tạo một dự án thiết kế mới hoàn toàn) OK. Hình 1.4 Bước 2: Lấy linh kiện – có hỗ trợ phân tích (chọn các thư viện trong thư mục PSPICE). * Một số thư viện cơ bản: (Ví dụ trong mạch điện trở có 2 linh kiện: điện trở và nguồn điện một chiều) (1) ANALOG: R, C, L (2) SOURCE: (NGUỒN TÍN HIỆU) a. VDC: Nguồn 1 chiều. b. VSIN: Nguồn tín hiệu sin. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 4
  5. 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 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 5
  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) - G: Giga (E9) - p: pico (E-9) - T: Tera (E12) - n: nano (E-12) - f: femto (E-15) - Ứng với từng linh kiện thì ta có đơn vị chuẩn mà không cần ghi ra. VD: R (-ohm) 100 100 ohm C (F – Farad) 10u 10uF VD: 1 tụ điện có giá trị 225 picofarad được biểu diễn: 225P, 225p, 225pF, 225pFarad, 225E-12, 0.225N - Nguyên tắc cơ bản: Cần gì thì chọn đó . Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 6
  7. 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 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 7
  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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 8
  9. 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 9
  10. - 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 HIỆU. - Chọn menu Place Ground (phím tắt “G”) Hoặc - Chọn biểu tượng 0/SOURCE. Hình 1.13 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 10
  11. R1 R3 R4 1k 220 330 R2 R8 2K R5 3.5K 100 R6 R7 680 5K V1 12Vdc 0 Hình 1.14 – Mạch sau khi thêm GND. R1 1.696mA R3 R4 1k 220 330 R2 2.544mA 2.544mA 2.544mA 848.1uA 9.744V R8 2K 10.30V R5 3.5K 120.0mA 100 R6 17.65mA R7 680 12.00V 2.400mA 5K V1 142.6mA 12Vdc 0 Hình 1.15 – Kết quả sau khi phân tích Bias Point (hiển thị điện áp và dòng) Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 11
  12. 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 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 12
  13. 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 13
  14. BÀI 2: PHÂN TÍCH MẠCH 1. CÁC CHẾ ĐỘ PHÂN TÍCH MẠCH CƠ BẢN: BIAS POINT: Tính toán tất cả thông số các mức áp DC tại các nút và dòng điện chạy qua các nhánh. Dùng xác định điều kiện phân cực DC của một mạch điện. 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: V2 12Vdc R1 R3 22k 5.6k C2 0 Q1 Q2 10uF C1 R6 10uF Q2SC1815 Q2SC1815 5K R5 V1 VOFF = 0V 0 VAMPL = 10mV 56k C3 FREQ = 1kHz R2 R4 220uF 1k 1.2k 0 0 0 0 Hình 2.1 – Mạch khuếch đại ghép trực tiếp. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 14
  15. - Các bước thực hiện vẽ mạch tương tự như bài 1. - Những linh kiện mới trong mạch: - Tụ điện: C Analog. - 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 ký tự không nhớ. VD: Transistor 2SC1815. Tên thường sử dụng là: C1815. + Lúc tìm ta thêm dấu “*”: *C1815: Tìm tất cả linh kiện có chứa chuỗi ký tự C1815 ở phía sau cùng. *C1815*: Tìm tất cả linh kiện có chứa chuỗi ký tự C1815 ở giữa. Hình 2.3 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 15
  16. 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 - nối B-C phân cực nghịch VB < VC Như vậy, VE < VB < VC Để thỏa mãn được biểu thức trên ta đo điện áp tại 3 chân E, C, B của 2 transistor Q1 và Q2 (6 điểm điện áp). Chọn phân tích BIAS POINT (tính toán thông số dòng, áp, công suất, cho toàn mạch). * Các bước thực hiện: 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 16
  17. 12.00V V2 12Vdc R1 R3 22k 5.6k 0V C2 0 2.053V 5.843V Q1 Q2 10uF C1 R6 10uF Q2SC1815 Q2SC1815 5K R5 0V V1 VOFF = 0V 1.153V 447.8mV 0 VAMPL = 10mV 56k C3 FREQ = 1kHz R2 R4 220uF 1k 1.2k 0V 0V 0V 0V 0 0 0 0 Hình 2.4 – Kết quả điện áp tại các nút. V2 452.1uA 1.099mA 12Vdc R1 R3 1.552mA 22k 5.6k C2 0 Q1 Q2 10uF C1 444.8uA 1.099mA 3.060uA R6 7.394uA 10uF Q2SC1815 Q2SC1815 5K -447.8uA R5 -1.107mA 0A 0AV1 3.060uA VOFF = 0V 0 VAMPL = 10mV 447.8uA 56k 1.104mA C3 FREQ = 1kHz R2 R4 220uF 1k 1.2k 0 0 0 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 17
  18. 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 E, C, B của 2 transistor Q1 và Q2. Theo kinh nghiệm, ta có thể chỉ cần đo 2 tín hiệu VC và VB của transitor Q2 (ngõ ra của mạch khuếch đại ghép trực tiếp này). Nguồn cung cấp VDC 0V 1V 2V 24V VC (Q2) p1 p2 p3 pn VB (Q2) m1 m2 m3 mn - Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của nguồn cung cấp VDC và điện áp VC và VB của Q2. Chọn phân tích DC Sweep (thay đổi hàng loạt giá trị nguồn cung cấp – Sweep – và đo điện áp tại các chân VC, VB). * Các bước thực hiện: 1. Vẽ hoàn chỉnh mạch nguyên lý. Trong trường hợp phân tích này cũng tương tự Bias Point nên ta không cần quan tâm đến tụ vì tụ sẽ bị hở mạch đối với tín hiệu DC. 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 18
  19. 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) Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 19
  20. 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. 15V 10V 5V (6.1380,1.6841) 0V 0V 4V 8V 12V 16V 20V 24V V(Q2:c) V(Q2:b) V _ V 1 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 biết0V đường đồ thị nào của tín hiệu nào ta quan sát góc trái dưới cùng của đồ thị. V(Q2:c) 4V Điện áp chân C của Q2 (có ký hiệu hình vuông) V(Q2:b) 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 VC > VB. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 20
  21. 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 (x,y). VD: A1 (6.1257,1.6755) Trong đó: V2 = 6.1257 V (nguồn cung cấp) VC = VB = 1.6755V + Muốn xem giá trị trên đồ thị nào ta chọn vào ký tự đại diện của0V đường đồ thị đó. 4V V(Q2:c) V(Q2:b) + Muốn xóa đường đồ thị nào ta chọn vào tên đường đồ thị đó0V rồi nhấn Delete. 4V V(Q2:c) V(Q2:b) - 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 21
  22. 2.4. Phân tích AC SWEEP: 2.4.1 Biên tần: * Yêu cầu: Xác định ở vùng tần số nào thì biên độ ngõ ra ổn định và góc lệch pha nhỏ nhất. - Nhận xét: Thay đổi tần số ở ngõ vào và đo tín hiệu ngõ ra (biên độ), hoặc góc lệch pha. - Ta chọn vùng tần số khảo sát từ 10 Hz 1 Mega Hz. - Biên độ ngõ ra Giá trị điện áp đo trên điện trở tải. - Chọn chế độ phân tích là: AC Sweep. * Các bước thực hiện: 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. V2 12Vdc R3 R1 5.6k 0 22k C2 Ngo_Ra Q1 Q2 10uF C1 R6 10uF Q2SC1815 5K R5 Q2SC1815 V1 1Vac 0 0Vdc 56k C3 R2 R4 220uF 1k 1.2k 0 0 0 0 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 22
  23. 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 23
  24. Hình 2.10 5. Chạy phân tích Chọn Run PSPICE . 6. Quan sát kết quả phân tích. - Xem kết quả ở trang đồ thị. 4.0V (66.746,3.1489) (8.8423K,3.1359) (100.000K,2.6722) 3.0V (78.453K,2.8263) 2.0V 1.0V 0V 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz V(NGO_RA) F r e q u e n c y 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 24
  25. * Nhận xét: - Trong vùng tần số 66.746 Hz đến 8.84233 KHz, biên độ ngõ ra gần như không đổi (ổn định). - Tại tần số 100 KHz, biên độ ngõ ra suy giảm 15% (3.14 V – 100%, 2,67V 85%). - Nếu cho phạm vi biên độ ổn định ±10% thì ta có vùng tần số mới có giới hạn trên là 78.453 kHz (3.14V – 100%, 90% 2,826V đưa con trỏ đến tại giá trị này biết được tần số). 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). Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 25
  26. Hình 2.12 + Trường hợp 2: Thêm tín hiệu cần đo trên trang đồ thị. Hình 2.13 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 26
  27. 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 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 27
  28. 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 – tần số của tín hiệu. V2 12Vdc R3 R1 5.6k 0 22k C2 Ngo_Ra Q1 Q2 10uF C1 R6 10uF Q2SC1815 5K R5 Q2SC1815 V1 VOFF = 0V 0 VAMPL = 10mV 56k C3 FREQ = 1kHz R2 R4 220uF 1k 1.2k 0 0 0 0 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. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 28
  29. 3. Nhập thông số phân tích: Hình 2.16 Trong đó: Run to Time: Thời gian phân tích (Tphân tích) VD: Tphân tích = 60.003 ms : Tổng thời gian phân tích là 60,003 s. Start saving data after: Thời gian bắt đầu hiển thị tín hiệu (Tcho phép) VD: Tcho phép = 60s : 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) * Nguyên tắc: Tphân tích = Tcho phép + Tcần hiển thị Trong đó: T = 1/ftín hiệu (s) VD: ftín hiệu = 1kHz T = 1ms Như vậy, để hiển thị rõ ràng trên màn hình ta chỉ cần 3-5 chu kỳ hình sin để quan sát 3-5 chu kỳ T 3-5 ms. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 29
  30. 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: Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 30
  31. - 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) * Ghi chú: - Đo biên độ đỉnh-đỉnh hay giá trị giữa 2 điểm cần đo, ta dùng bảng tọa độ để xác định. 1. Bật Toggle Cursor. 2. Di chuyển đến điểm đo đầu tiên và nhấn phím phải chuột để chọn Quan sát dòng số 2 trong bảng tọa độ. 3. Di chuyển đến điểm thứ 2 quan sát dòng số 1 trong bảng tọa độ. 4. Quan sát dòng thứ 3. Hình 2.18 – Biên độ đỉnh đỉnh – dòng số 3. Hình 2.19 – Thời gian của 1 chu kỳ T - dòng số 3. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 31
  32. 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 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 32
  33. 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 5.0V R_Tai = 5k R_Tai = 10k 0V -5.0V 0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms 3.5ms 4.0ms V(NGO_RA) T i m e * Để xem thông tin của đường đồ thị ta dùng cách sau: - Di chuyển đến đường đồ thị và nhấn chuột phải Chọn Information Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 33
  34. PHẦN 2: PROTEUS - ISIS I. VẼ MẠCH NGUYÊN LÝ: * Yêu cầu: Mô phỏng 1 mạch đếm BCD (0-9) dùng IC 74LS90 và IC tạo xung 555. 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 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 34
  35. - 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. - 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). 2. Sắp xếp linh kiện. - Di chuyển - - Select Mode Chọn linh kiện Drag & Drop. - Xoay Rotate , Mirror 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 (D.1) và dòng 2 là giá trị của linh kiện. - Các dạng giá trị tương tự như Orcad. 5. Thực hiện mô phỏng mạch. RUN STEP PAUSE STOP Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 35
  36. 6. Một số công cụ hỗ trợ phân tích mạch số: * Phân loại: SIMULATOR PRIMITIVES (Các công cụ hỗ trợ mô phỏng) - CLOCK: Tạo nguồn cung clock. Hoặc - DCLOCK: Xung clock cho mạch số : Generator Mode * Phân loại: DEBUGGING TOOLS (Công cụ gỡ rối) + Tạo ra mức logic “0”, “1”. Công cụ: LOGICSTATE. + Đo mức logic. Công cụ: LOGICPROBE. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 36
  37. 2. ĐỌC TÀI LIỆU DATASHEET: 1. Tên (chức năng) của IC. VD: 74LS90 – Decade Counter Bộ đếm 10 (số trạng thái) 2. Mô tả ngắn gọn linh kiện. Description - 4 bit (đếm nhị phân) - 0000 1111 (16 trạng thái). - Đếm 10 trạng thái: 0000 1001 (0-9) - IC đếm chia làm 2 phần. - Divide-by-two: Mạch chia 2 (2 trạng thái) 2 trạng thái 0,1 Mạch chia tương đương 1 mạch đếm 1 bit. - Divice-by-five: Mạch chia 5 (5 trạng thái) 000 – 100 (0-4) (chỉ cần 3 bit) Tương đương mạch đếm 3 bit. - HIGH-to-LOW: cạnh xuống 74LS90 sẽ có 2 bộ đếm độc lập: - 1 bộ đếm 2 - 1 bit (2 trạng thái) - 1 bộ đếm 5 – 3 bit (5 trạng thái) Ta có thể nối 2 mạch đếm 2 và đếm lại với nhau thành bộ đếm 10 (0000 – 1001), 10 trạng thái, hay còn gọi là bộ đếm BCD (0-9). Nối lại bằng cách ngõ ra bộ đếm 2 nối với ngõ vào chân cấp xung clock (CP – Clock Pulse) của bộ đếm 5. * Một số thông số kỹ thuật cần quan tâm: - Điệp áp cung cấp. - Công suất tiêu thụ. - Tần số làm việc. Điện áp và công suất Thiết kế bộ nguồn. 3. Sơ đồ chân (Logic Symbol) và tên chân (Pin Name). 4. Bảng trạng thái, bảng sự thật, bảng chế độ. - State Table, Truth Table, Mode Table, Functions Table (bảng chức năng). Quan hệ của các ngõ vào ra. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 37
  38. 3. LINH KIỆN MÔ PHỎNG: 1. Led đơn. - Từ khóa: “LED” - Phân loại: Optoelectronics (tất cả các linh kiện phát quang) - Led đơn dùng để phân tích có khả năng thay đổi trạng thái Animated (linh kiện có khả năng chuyển động, thay đổi trạng thái) - Phân cực cho led (điện trở phân cực, điện trở hạn dòng). Rhd = (Vngõ ra của IC - Vled)/Iled = (4,6V – 1,6V)/10mA = 300 ohm - Chọn 270 hoặc 330. 2. Led 7 đoạn. - Từ khóa: “7seg” - Phân loại: Optoelectronics - Phân loại led: Anode chung và Cathode chung Common Anode – Common Cathode - Led đã giải mã và led chưa giải mã. Led đã 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 23 22 21 20 Led chưa giải mã (có 7 ngõ vào ứng với 7 đoạn a,b,c,d,e,f,g) + Chân chung (Anode hay Cathode). Anode Cathode Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 38
  39. * Led 7 đoạn có hỗ trợ phương pháp quét – (7SEG MUX). Phần thông số của led: - Trigger Time: (thời gian kích – sáng tắt – khả năng đáp ứng của led). VD: Trigger time = 1ms điều khiển led chớp tắt 1000 lần/1s. Phân cực cho led. 3. Led ma trận – “Matrix” + “Led” Xác định chân của led bằng cách dùng nguyên tắc đo theo đồng hồ VOM. (Power + Ground) 4. LCD – “LCD” + “Alphanumeric” - ASCII 5. Nút nhấn, công tắc, bàn phím. - Nút nhấn: Button - Công tắc: Switch hoặc “SW-SPST” - Bàn phím: Keypad 6. Động cơ bước – “Stepper” + “Motor” 7. ADC và cảm biến: - ADC: ADC0809 - Cảm biến: “Sensor” - Cảm biến nhiệt độ: “LM35” (Các giá trị ngõ ra của cảm biến thường là điện áp, dòng điện, điện trở nên những trường hợp không có cảm biến thì ta dùng biến trở để tạo ra giá trị điện áp hay điện trở tương đương với cảm biến đó) * Ví dụ: - Ta sẽ thay thế điện trở trong mạch tạo xung dùng IC 555 bằng 1 biến trở. - Biến trở này có khả năng thay đổi giá trị khi mạch đang hoạt động (có khả năng tương tác – interacvite). Biến trở: Varistor hoặc Potentiometer (POT). Quan sát hình vẽ của linh kiện, với thông tin: VSM (V: Virtual) Linh kiện có dòng chữ này thì trực quan và tương tác được. Bất cứ linh kiện nào, trong hình vẽ có thông tin: “NO Simulator ” Linh kiện này không hỗ trợ phân tích. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 39
  40. 4. MỘT SỐ PHẦN CỨNG THAM KHẢO: R1 150k U1 8 U2 4 3 14 12 R Q CKA Q0 1 9 VCC CKB Q1 7 8 DC Q2 11 Q3 5 2 R2 CV R0(1) 3 680k R0(2) 6 R9(1) 7 * Linh kiện: R9(2) 2 6 TR TH 1. IC đếm BCD: 74LS90 GND 74LS90 2. 555: 555 (Analog ICs) 1 555 3. Điện trở: RES 4. Tụ: CAP C1 C2 5. IC đếm BCD: 74LS90 1uF 10nF 6. Led 7 đoạn đã giải mã: 7SEG BCD GREEN * Copy: - Chọn 1 linh kiện hoặc nhiều linh kiện. Phím phải chuột Block Copy (Các tên linh kiện sẽ tự động thay đổi để không bị trùng tên). * Di chuyển: Phím phải chuột Drag Object Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 40
  41. XUNG CLOCK D1 * Nhập tên và giá trị U3 R3 14 12 R7 CKA Q0 1 9 cho linh kiện: 10k CKB Q1 R4100 8 D2 Q2 LED-GREEN - Phím phải chuột 1Hz 11 Q3 R5100 2 R0(1) Edit Properties 3 D3 R0(2) R6100 LED-GREEN 6 Component R9(1) 7 CONG TAC 1 R9(2) 100 D4 Reference (Tên) LED-GREEN Component Value 74LS90 (Giá trị) LED-GREEN NUT NHAN 1 R8 10k * Linh kiện: XUNG CLOCK 1. IC đếm BCD: 74LS90 U3 14 12 2. Điện trở: RES CKA Q0 1 9 ? CKB Q1 3. Công tắc: SWITCH 1Hz 8 Q2 11 ? Q3 (Switches & Relays Switches) 2 R0(1) 0 3 ? 4. Nút nhấn: Button R0(2) 6 R9(1) * Công cụ thay thế nút nhấn, công tắc, mạch xung clock: 0 7 ? R9(2) 1. Nguồn xung clock: CLOCK (Simulator Primitives) 0 74LS90 2. Tạo tín hiệu (mức thấp “0”, mức cao “1”): LOGICSTATE 0 3. Hiển thị tín hiệu (mức thấp “0”, mức cao “1”): LOGICPROBE * Copy: - Chọn 1 linh kiện hoặc nhiều linh kiện. Phím phải chuột Block Copy (Các tên linh kiện sẽ tự động thay đổi để không bị trùng tên). * Di chuyển: Phím phải chuột Drag Object Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 41
  42. RP1 RESPACK-8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 U1 U2 D1 19 39 2 18 XTAL1 P0.0/AD0 A0 B0 38 3 17 P0.1/AD1 A1 B1 37 4 16 D2 P0.2/AD2 A2 B2 LED-GREEN 18 36 5 15 XTAL2 P0.3/AD3 A3 B3 35 6 14 P0.4/AD4 A4 B4 34 7 13 D3 P0.5/AD5 A5 B5 LED-GREEN 33 8 12 P0.6/AD6 A6 B6 9 32 9 11 RST P0.7/AD7 A7 B7 D4 LED-GREEN 21 19 P2.0/A8 CE 22 1 P2.1/A9 AB/BA 23 D5 P2.2/A10 LED-GREEN 29 24 PSEN P2.3/A11 74HC245 30 25 ALE P2.4/A12 31 26 D6 EA P2.5/A13 VCC LED-GREEN 27 P2.6/A14 28 P2.7/A15 D7 LED-GREEN 1 10 P1.0 P3.0/RXD 2 11 P1.1 P3.1/TXD 3 12 D8 P1.2 P3.2/INT0 LED-GREEN 4 13 * Linh kiện: P1.3 P3.3/INT1 5 14 P1.4 P3.4/T0 1. Vi điều khiển: AT89C51 6 15 P1.5 P3.5/T1 LED-GREEN 7 16 2. IC đệm: 74HC245 P1.6 P3.6/WR 8 17 P1.7 P3.7/RD 3. Điện trở kéo lên: RESPACK-8 AT89C51 4. Led đơn (xanh): LED-GREEN * Copy: - Chọn 1 linh kiện hoặc nhiều linh kiện. Phím phải chuột Block Copy (Các tên linh kiện sẽ tự động thay đổi để không bị trùng tên). * Di chuyển: Phím phải chuột Drag Object Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 42
  43. D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17 D18 D19 D20 D21 D22 D23 D24 D25 D26 D27 D28 D29 D30 D31 D32 LED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREEN 18 17 16 15 14 13 12 11 18 17 16 15 14 13 12 11 18 17 16 15 14 13 12 11 18 17 16 15 14 13 12 11 U2 U3 U4 U5 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 74HC245 74HC245 74HC245 74HC245 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 19 19 19 19 P37 P36 P35 P34 P33 P32 P31 P30 P27 P26 P25 P24 P23 P22 P21 P20 VCC VCC VCC VCC U1 RP1 19 39 9 XTAL1 P0.0/AD0 38 8 * Linh kiện: P0.1/AD1 37 7 P0.2/AD2 18 36 6 XTAL2 P0.3/AD3 1. Vi điều khiển: AT89C51 35 5 P0.4/AD4 34 4 P0.5/AD5 2. IC đệm: 74HC245 33 3 P0.6/AD6 9 32 2 3. Điện trở kéo lên: RESPACK-8 RST P0.7/AD7 21P20 1 P2.0/A8 22P21 4. Led đơn (xanh): LED-GREEN P2.1/A9 23P22 RESPACK-8 P2.2/A10 29 24P23 PSEN P2.3/A11 30 25P24 ALE P2.4/A12 31 26P25 EA P2.5/A13 * Công cụ: 27P26 P2.6/A14 28P27 P2.7/A15 1 10P30 P1.0 P3.0/RXD 2 11P31 P1.1 P3.1/TXD 3 12P32 - Đặt tên cho đường dây dẫn - LABLE: Chọn P1.2 P3.2/INT0 4 13P33 P1.3 P3.3/INT1 5 14P34 Chọn đường dây dẫn để nhập hoặc chọn tên. P1.4 P3.4/T0 6 15P35 P1.5 P3.5/T1 7 16P36 P1.6 P3.6/WR 8 17P37 P1.7 P3.7/RD - Chỉ cần đặt tên cho dây dẫn đầu tiên những dây dẫn AT89C51 sau muốn đặt cùng tên thì chỉ cần chọn trong danh sách (không nhập lại) Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 43
  44. D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17 D18 D19 D20 D21 D22 D23 D24 D25 D26 D27 D28 D29 D30 D31 D32 LED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREENLED-GREEN 18 17 16 15 14 13 12 11 18 17 16 15 14 13 12 11 18 17 16 15 14 13 12 11 18 17 16 15 14 13 12 11 U2 U3 U4 U5 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 74HC245 74HC245 74HC245 74HC245 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 CE AB/BA 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 19 19 19 19 P3_0 P3_1 P3_2 P3_3 P3_4 P3_5 P3_6 P3_7 P2_0 P2_1 P2_2 P2_3 P2_4 P2_5 P2_6 P2_7 P1_0 P1_1 P1_2 P1_3 P1_4 P1_5 P1_6 P1_7 P0_7 P0_6 P0_5 P0_4 P0_3 P0_2 P0_1 P0_0 VCC VCC VCC VCC RP1 RESPACK-8 * Linh kiện: 1. Vi điều khiển: AT89C51 2. IC đệm: 74HC245 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3. Điện trở kéo lên: RESPACK-8 U1 4. Led đơn (xanh): LED-GREEN 19 39 P0_0 XTAL1 P0.0/AD0 38 P0_1 P0.1/AD1 37 P0_2 P0.2/AD2 18 36 P0_3 XTAL2 P0.3/AD3 35 P0_4 * Công cụ: P0.4/AD4 34 P0_5 P0.5/AD5 33 P0_6 P0.6/AD6 9 32 P0_7 RST P0.7/AD7 21 P2_0 P2.0/A8 P0_[0 7] 22 P2_1 P2.1/A9 23 P2_2 P2.2/A10 1. - Vẽ đường BUS: 29 24 P2_3 PSEN P2.3/A11 30 25 P2_4 ALE P2.4/A12 - Vẽ đường nối từ chân linh kiện vào đường BUS: 31 26 P2_5 EA P2.5/A13 P2_[0 7] 27 P2_6 P2.6/A14 28 P2_7 P2.7/A15 P1_0 1 10 P3_0 P1.0 P3.0/RXD P1_1 2 11 P3_1 P1.1 P3.1/TXD P1_2 3 12 P3_2 P1.2 P3.2/INT0 P1_3 4 13 P3_3 P1.3 P3.3/INT1 P1_4 5 14 P3_4 P1.4 P3.4/T0 2. Đặt tên cho đường BUS và đường dẫn vừa nối - LABLE: P1_5 6 15 P3_5 P1.5 P3.5/T1 P1_6 7 16 P3_6 P1.6 P3.6/WR P3_[0 7] P1_7 8 17 P3_7 P1.7 P3.7/RD AT89C51 Chọn đường BUS hoặc đường dây dẫn để nhập hoặc P1_[0 7] chọn tên. Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 44
  45. R1 220 R2 R3220 U1 R4220 19 39 XTAL1 P0.0/AD0 R5220 U1 38 19 39 P0.1/AD1 XTAL1 P0.0/AD0 37 38 P0.2/AD2 R6220 P0.1/AD1 18 36 37 XTAL2 P0.3/AD3 P0.2/AD2 35 18 36 P0.4/AD4 R7220 XTAL2 P0.3/AD3 34 35 P0.5/AD5 P0.4/AD4 33 34 P0.6/AD6 220 P0.5/AD5 9 32 33 RST P0.7/AD7 P0.6/AD6 9 32 RST P0.7/AD7 21 P2.0/A8 U2:A 22 21 P2.1/A9 P2.0/A8 23 22 1 2 P2.2/A10 P2.1/A9 23 29 24 P2.2/A10 U2:B PSEN P2.3/A11 29 24 30 25 PSEN P2.3/A11 74HC14 ALE P2.4/A12 30 25 3 4 31 26 ALE P2.4/A12 EA P2.5/A13 31 26 27 EA P2.5/A13 U2:C P2.6/A14 27 28 P2.6/A14 74HC14 P2.7/A15 28 5 6 P2.7/A15 1 10 U2:D P1.0 P3.0/RXD 1 10 2 11 P1.0 P3.0/RXD 74HC14 P1.1 P3.1/TXD 2 11 13 12 3 12 P1.1 P3.1/TXD P1.2 P3.2/INT0 3 12 4 13 P1.2 P3.2/INT0 P1.3 P3.3/INT1 4 13 5 14 P1.3 P3.3/INT1 74HC14 P1.4 P3.4/T0 5 14 6 15 P1.4 P3.4/T0 P1.5 P3.5/T1 6 15 7 16 P1.5 P3.5/T1 P1.6 P3.6/WR 7 16 8 17 P1.6 P3.6/WR P1.7 P3.7/RD 8 17 P1.7 P3.7/RD AT89C51 AT89C51 * Linh kiện: 1. Vi điều khiển: AT89C51 2. Điện trở: RES 3. Led 7 đoạn chưa giải mã: 7SEG + ANODE + GREEN 4. Led 7 đoạn dùng phương pháp quét: 7SEG + ANODE + MPX 5. IC đệm đảo: 74HC14 Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 45
  46. LCD1 LM016L VSS VDD VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 RP2 U1 RP1 RESPACK-8 1 19 39 XTAL1 P0.0/AD0 U3 38 19 39 2 P0.1/AD1 XTAL1 P0.0/AD0 37 38 3 P0.2/AD2 P0.1/AD1 18 36 37 4 XTAL2 P0.3/AD3 +12VDC P0.2/AD2 35 18 36 5 P0.4/AD4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 34 XTAL2 P0.3/AD3 P0.5/AD5 35 6 33 P0.4/AD4 P0.6/AD6 34 7 9 32 U2 P0.5/AD5 RST P0.7/AD7 33 8 10 P0.6/AD6 COM 9 32 9 21 D0 1 18 RA_1 RST P0.7/AD7 P2.0/A8 1B 1C 22 2 17 RA_2 21 RESPACK-8 P2.1/A9 2B 2C P2.0/A8 23 3 16 RA_3 22 P2.2/A10 3B 3C P2.1/A9 29 24 4 15 RA_4 23 PSEN P2.3/A11 4B 4C P2.2/A10 30 25 5 14 29 24 ALE P2.4/A12 5B 5C PSEN P2.3/A11 31 26 6 13 30 25 EA P2.5/A13 6B 6C ALE P2.4/A12 27 7 12 RA_1 RA_2 31 26 P2.6/A14 7B 7C EA P2.5/A13 28 8 11 27 P2.7/A15 8B 8C P2.6/A14 RA_3 RA_4 28 1 10 ULN2803 P2.7/A15 P1.0 P3.0/RXD 2 11 +88.8 1 10 P1.1 P3.1/TXD P1.0 P3.0/RXD 3 12 2 11 P1.2 P3.2/INT0 P1.1 P3.1/TXD 4 13 ULN2803 3 12 P1.3 P3.3/INT1 P1.2 P3.2/INT0 5 14 4 13 P1.4 P3.4/T0 P1.3 P3.3/INT1 6 15 5 14 P1.5 P3.5/T1 P1.4 P3.4/T0 7 16 STEPPER MOTOR 6 15 P1.6 P3.6/WR P1.5 P3.5/T1 8 17 7 16 P1.7 P3.7/RD P1.6 P3.6/WR 8 17 AT89C51 P1.7 P3.7/RD AT89C51 * Linh kiện: 1. Vi điều khiển: AT89C51 2. IC đệm: ULN2803 3. Điện trở kéo lên: RESPACK-8 4. Màn hình LCD: LCD + ALPHANUMERIC (Hiển thị các ký tự theo bảng mã ASCII) 5. Động cơ bước: Stepper Motor (Đơn cực (5,6 dây) – Unipolar ; Lưỡng cực (4 dây – Bipolar) Giải tích mạch trên máy tính – Trương Ngọc Anh – ĐHSPKT Trang 46
  47. 5. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN: 1. Tạo thư mục “TAM” ở đĩa C (để phục vụ cho chương trình lập trình cho vi điều khiển). 2. Khởi động phần mềm SPKT-8051.exe 3. Nhập chương trình vào và lưu vào thư mục định trước (tùy người dùng): - Dùng phím Caps Lock (viết hoa) và phím Tab (chỉnh các dòng thẳng hàng) ___ ORG 00H TUDAU: MOV P0,#00001111b ;”0” – led tắt “1” – led sáng CALL DELAY MOV P0,#11110000b CALL DELAY JMP TUDAU ;CHUONG TRINH CON DELAY DELAY: MOV R6,#255 DEL: MOV R7,#255 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DEL RET END ___ 4. Biên dịch chương trình. - Dùng tổ hợp phím Ctrl + A hoặc biểu tượng - Phải xuất hiện 2 màn hình màu đen (mỗi màn hình có khoảng 2-3 dòng chữ). Nếu không thấy thì phải khởi động lại phần mềm. - Nếu có lỗi thì chọn vào ô để xem lỗi, còn việc chỉnh sửa thì ở cửa sổ ban đầu. - 2 lỗi thông dụng: + Syntax error: Lỗi lệnh Ưu tiên kiểm tra vế trái (lệnh). VD: MOV P0,#00H Vế trái Vế phải + Undefined Symbol: Lỗi không xác định được tên vị trí (vế phải). GV: Trương Ngọc Anh – ĐH SPKT Tp. HCM Trang 47
  48. 5. Ghi (Nạp) chương trình cho Vi điều khiển. - Quay trở lại màn hình phần mềm PROTEUS (ISIS). - Nhấp đôi chuột trái vào Vi điều khiển. - Nhấp chuột vào vị trí mũi tên (dòng Program File) Chọn thư mục lưu file chương trình đã nhập ở bước 3 Chọn file có phần mở rộng .hex (mã hex – mã máy – vì vi điều khiển chỉ hiểu các mã nhị phân 0 và 1). - Clock Frequency: Tần số làm việc cho Vi điều khiển. (Thông thường là 12MHz). 6. Cho mô phỏng chương trình đã ghi cho vi điều khiển. Run Step Pause Stop Chọn Run để mô phỏng chương trình. Ghi chú: - Kể từ lần thứ 2 ta thay đổi chương trình (bước 3 – chỉnh chương trình, bước 4 – biên dịch lại), ta không cần phải thực hiện lại bước 5 và thực hiện ngay bước 6. - Để cho dễ dàng trong việc quản lý, ta nên lưu chương trình và file mô phỏng chung 1 thư mục. GV: Trương Ngọc Anh – ĐH SPKT Tp. HCM Trang 48
  49. Bài 1: Ta có thể copy lại những nội dung giông nhau và chỉnh sửa lại (Ctrl + C: Copy và Ctrl + V: Paste – Dán) ORG 00H TUDAU: MOV P0,#00001111b ;”0” – led tắt “1” – led sáng CALL DELAY MOV P0,#11110000b CALL DELAY MOV P0,#01010101b ;”0” – led tắt “1” – led sáng CALL DELAY MOV P0,#10101010b CALL DELAY JMP TUDAU ;CHUONG TRINH CON DELAY DELAY: MOV R6,#255 DEL: MOV R7,#255 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DEL RET END ___ Bài 2: Để tận dụng những nội dung giống nhau trong những file trước ta thực hiện các bước sau: - Mở bài 1 Chọn menu File Save As Nhập tên file mới – vd: Bai 2 OK Như vậy ta sẽ tạo ra 1 file có nội dung giống bài 1 (tên file mới) nhưng bài 1 vẫn giữ nguyên. ORG 00H TUDAU: MOV P0,#0 CALL DELAY MOV R0,#8 LAP: SETB C MOV A,P0 RLC A MOV P0,A CALL DELAY DJNZ R0,LAP JMP TUDAU GV: Trương Ngọc Anh – ĐH SPKT Tp. HCM Trang 49
  50. ;CHUONG TRINH CON DELAY DELAY: MOV R6,#255 DEL: MOV R7,#255 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DEL RET END ___ Bài 3: - Thay thế lệnh RLC trong bài 2 thành lệnh RRC. ___ Bài 4: - Thay thế lệnh MOV R0,#8 trong bài 2 thành lệnh MOV R0,#4. GV: Trương Ngọc Anh – ĐH SPKT Tp. HCM Trang 50