nghiên cứu sử dụng phần mềm proteus

Ngày nay người ta đã phát triển nhiều phần mềmchuyên được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay là MATLAB- SIMULINKđược dùng để mô phỏng các hệ thống động học.. Sau đó nó được viết bằng ngôn n

LỜI NÓI ĐẦU

Mô phỏng mô hình hóa là một lĩnh vực rất phổ biến hiện nay, đặc biệt nó rất quan trọng với việc

điều khiển các hệ thống kĩ thuật bởi vì điểu khiển chính là quá trình thu nhận thông tin từ hệthống Nhận dạng hệ thống theo mô hình nào đó rồi đưa ra quyết định thích hợp để điều khiển hệthống Ngày nay nhờ vào sự phát triển của công nghệ thông tin và máy tính điện tử mà phươngpháp mô phỏng mô hình hóa đã được ứng dụng vào nhiều ngành KH – KT khác nhau Nhờ cócác phương pháp mô hình hóa mô phỏng người ta có thể phân tích và nghiên cứu các hệ thốngphức tạp, xác định các đặc tính, hành vi hoạt động của các hệ thống Các kết quả mô phỏng dùng

để thiết kế, chế tạo cũng như chế độ vận hành của hệ thống Nhờ có phương pháp này người ta cóthể đưa ra nhiều ý tưởng khác nhau và đưa ra phương án tối ưu

Ngày nay có nhiều phần mềm mô phỏng rất phổ biến như Matlab-Simulink, Proteus, PSIM,PSPICE, SIGMA vv Do có chút hiểu biết về Matlab – Simulink hơn nên em đã chọn đề tài làTìm hiểu về phần mềm mô phỏng Matlab – Simulink Nhưng sự hiểu biết không được sâu cùngvới thời gian tìm hiểu có hạn nên đồ án có gì sai sót mong thầy và các bạn góp ý

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiệnNông Văn Trung

hệ thống thiết kế trước khi thực nghiệm trên thiết bị thực, là công

cụ hữu hiệu với chi phí thấp cho nghiên cứu, dễ sử dụng, dễ thayđổi phương án Có nhiều phương pháp để mô phỏng và mô hìnhhóa Phương pháp mô phỏng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vựckhác nhau Ngày nay người ta đã phát triển nhiều phần mềmchuyên được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay là MATLAB- SIMULINKđược dùng để mô phỏng các hệ thống động học Phần mềm nàycung cấp cho các kĩ sư, các cán bộ kĩ thuật công cụ tính toánmạnh, một phương tiện mô phỏng, phân tích và tổng hợp các hệthống động học

MATLAB (Matrix Laboratory) là một môi trường tính toán trên ma

trận rất mạnh Matlab được tích hợp một số Toolbox, đól à thư việncủa các hàm hỗ trợ cho Matlab giải các ứng dụng riên biệt như: hệthống điều khiển, xử lí tín hiệu, tối ưu hóa, nhận dạng, điều khiểnbền vững vv

SIMULINK (trước đây gọi là SIMULAB) là môi trường mô phỏng

dựa trên nền Matlab và các Toolbox hệ thống điềuk hiển (ControlSystem) và xử lí tín hiệu (Signal Processing) Vì vậy Simulink đượccoi là phần mở rộng của Matlab được dùng để mô phỏng hệ thốngđộng học Simulink cho phép lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc chonên rất thuận tiện trong việc mô phỏng và khảo sát các hệ thốngđiều khiển tự động

2. Sự hình thành và phát triển

Matlab là viết tắt từ "MATrix LABoratory", được Cleve Moler phát minh vào cuối thập niên 1970, và sau đó là chủ nhiệm khoa máy tính tại Đại học New Mexico

MATLAB, nguyên sơ được viết bởi ngôn ngữ Fortran, cho

đến 1980 nó vẫn chỉ là một bộ phận được dùng nội bộ của Đại học Stanford

Năm 1983, Jack Little, một người đã học ở MIT và Stanford, đã viếtlại MATLAB bằng ngôn ngữ C và nó được xây dựng thêm các thư viện phục vụ cho thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống hộp công

cụ (tool box), mô phỏng Jack xây dựng MATLAB trở thành mô

hình ngôn ngữ lập trình trên cơ sở ma trận (matrix-based

programming language).

Steve Bangert là người đã viết trình thông dịch cho MATLAB Côngviệc này kéo dài gần 1½ năm Sau này, Jack Little kết hợp với Moler

và Steve Bangert quyết định đưa MATLAB thành dự án thương mại

- công ty The MathWorks ra đời thời gian này - năm 1984

Phiên bản đầu tiên MATLAB 1.0 ra dời năm 1984 viết bằng C

cho MS-DOS PC được phát hành đầu tiên tại IEEE Conference on Design and Control (Hội nghị IEEE về thiết kế và điều khiển) tại LasVegas, Nevada Ban đầu Matlab được phát triển để hỗ trợ sinh viên

sử dụng hai thư viện LINPACK và EISPACK dùng cho đại số tuyến tính (viết bằng Fortran) mà không cần biết lập trình Fortran

Năm 1986, MATLAB 2 ra đời trong đó hỗ trợ UNIX

Năm 1987, MATLAB 3 phát hành

Năm 1990 Simulink 1.0 được phát hành gói chung với MATLAB.

Năm 1992 MATLAB 4 thêm vào hỗ trợ 2-D và 3-D đồ họa màu và các ma trận truy tìm Năm này cũng cho phát hành

phiên bản MATLAB Student Edition (MATLAB ấn bản cho học sinh).

Năm 1993 MATLAB cho MS Windows ra đời Đồng thời công ty này

có trang web là www.mathworks.com

Năm 1995 MATLAB cho Linux ra đời Trình dịch MATLAB có khả năng chuyển dịch từ ngôn ngữ MATLAB sang ngôn ngữ C cũng được phát hành trong dịp này

Năm 1996 MATLAB 5 bao gồm thêm các kiểu dữ liệu, hình ảnh

hóa, bộ truy sửa lỗi (debugger), và bộ tạo dựng GUI.

Năm 2000 MATLAB 6 cho đổi mới môi trường làm việc MATLAB, thay thế LINPACK và EISPACK bằng LAPACK và BLAS.[1]

Năm 2002 MATLAB 6.5 phát hành đã cải thiện tốc độ tính toán, sử

dụng phương pháp dịch JIT (Just in Time) và tái hỗ trợ MAC.

Năm 2004 MATLAB 7 phát hành, có khả năng chính xác đơn và kiểu nguyên, hỗ trợ hàm lồng nhau, công cụ vẽ điểm, và có môi trường phân tích số liệu tương tác

Đến tháng 12, 2008, phiên bản 7.7 được phát hành với SP3 cải thiện Simulink cùng với hơn 75 sản phẩm khác

Năm 2009 cho ra đời 2 phiên bản 7.8 (R2009a) và 7.9 (R2009b).Năm 2010 phiên bản 7.10 (R2010a) cũng đã được phát hành.Matlab được dùng rộng rãi trong giáo dục, phổ biến nhất là giải các bài toán số trị (cả đại số tuyến tính lẫn giải tích) trong nhiều lĩnh vực kĩ thuật

• Phân tích, khảo sát và hiển thị số liệu

• Đồ họa khoa học và kỹ thuật

• Phát triển ứng dụng với các giao diện đồ họa

Đầu tiên MATLAB được viết bằng FORTRAN để cung cấp truy cập dễdàng tới phần mềm ma trận được phát triển bởi các dự án LINPACK vàEISPACK Sau đó nó được viết bằng ngôn ngữ C trên cơ sở các thư việnnêu trên và phát triển thêm nhiều lĩnh vực của tính toán khoa học vàcác ứng dụng kỹ thuật

Phần mềm MATLAB còn được trang bị thêm các ToolBox – các góichương trình (thư viện) cho các lĩnh vực ứng dụng rất đa dạng như xử lýtín hiệu, nhận dạng hệ thống, xử lý ảnh, mạng nơ ron, logic mờ, tối ưuhóa, phương trình đạo hàm riêng Đây là các tập hợp mã nguồn viếtbằng chính MATLAB dựa theo các thuật toán mới, hữu hiệu mà ngườidùng có thể chỉnh sửa hoặc bổ sung thêm các hàm mới

Khả năng lập trình của MATLAB cũng rất linh hoạt, cụ thể là trong việc tạo ra các câulệnh riêng và các hàm của riêng người sử dụng Hệ thống MATLAB bao gồm 5 phầnchính sau:

• Môi trường phát triển: Là một tập hợp các công cụ, phần lớn trong chúng là cácgiao diện đồ hoạ, giúp người dùng sử dụng các câu lệnh và các hàm củaMATLAB

• Thư viện các hàm toán học: Là một tập hợp các hàm toán học bao gồm từ các hàm

cơ bản như sin, cosin, các phép tính đại số phức đến các hàm phức tạp như tìm matrận đảo, tìm ma trận riêng, hàm Bessel và biến đổi Fourier nhanh (Fast FourierTransform - FFT)

• Ngôn ngữ lập trình: Là một ngôn ngữ bậc cao liên quan đến ma trận và mảng.Trong MATLAB có đầy đủ những đặc trưng của một ngôn ngữ lập trình bao gồmcác lệnh rẽ nhánh, các hàm, cấu trúc dữ liệu, nhập/xuất dữ liệu, và các đặc tính liênquan đến lập trình hướng đối tượng (object- oriented programming)

• Đồ hoạ: Là một tập hợp các công cụ để biểu diễn ma trận và vector bằng đồ hoạ.Bên cạnh các công cụ ở mức thấp để thể hiện dữ liệu dạng 2 chiều và 3 chiều, xử

lý hình ảnh tĩnh, ảnh động còn có các công cụ ở mức cao dùng để tạo ra các biểudiễn đồ hoạ theo ý đồ của người sử dụng cũng như tạo ra các giao diện đồ hoạngười sử dụng

2. Ưu điểm

Cho phép người dùng thiết kế phần mềm thông qua các câu lệnh, dễ dàng môđun hoádưới dạng các kịch bản và các hàm để có thể sử dụng, hoặc phát triển qua các quá trìnhthiết kế và các bài toán thiết kế khác nhau

Tốc độ xử lý nhanh trên các DSP cũng như tính linh hoạt và sự hỗ trợ đầy đủ của cácphần mềm phát triển, dùng để khởi tạo các đề án, viết chương trình nguồn, gỡ rối và tối

ưu hoá chương trình

CHƯƠNG 3 : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM

1. Giới thiệu chung

Sau khi cài đặt phần mềm, để bắt đầu làm quen và sử dụng được phần mềm thì đầu tiên ta khởi động chương trình Chương trình sau khi khởi động có giao diện như sau:

1.1 Thứ tự xếp đặt trên màn hình (Screen layout)

Trên cùng là thanh tiêu đề mang tên phần mềm Bên phải có 3 biểu

tượng để thu nhỏ, phóng to và tắt chương trình

Tiếp đến là thanh trình đơn ( The Menu Bars)chứa các trình đơn

chính tương tự như các phần mềm ứng dụng khác của Windows Cácmục trong thanh trình đơn có chức năng hỗ trợ việc thiết kế và môphỏng mạch điện

Tiếp theo nữa là các thanh công cụ ( The Toolbars) Để thay vì

mỗi lần tác động là phải vào các menu tương ứng thì phần mềm đưa racác nút công cụ đặt trên các thanh công cụ cho phép người dùng thaotác nhanh hơn Thứ tự của các thanh công cụ được xếp như sau:

Các thanh công cụ lệnh (Command Toolbars ): Được xếp trên màn

hình như sau:

Thanh chứa các lệnh File/Print:

Thanh chứ các lệnh hỗ trợ hiển thị ( Display Commands):

Thanh chứa các lệnh hỗ trợ soạn thảo (Editing Commands):

Thanh công cụ chọn lựa chế độ ( Mode Selector Toolbar):Vị trí

thanh này đặt ở bên dưới phía tay trái của màn hình hiển thị dùng để chọn lựa các chế độ trong lúc thiết kế, chúng được tác động ngẫu nhiênkhi kích chuột vào

Thanh chọn các chế độ chính (Main Mode):

Thanh chứa các thiết bị và dụng cụ (Gadgets):

Thanh hỗ trợ vẽ hình đồ họa không gian 2 chiều (2D Graphic):

Thanh công cụ hỗ trợ định hướng đối tượng (Orientation

Toolbar): Trên thanh này chứa các nút có chức năng làm xoay và lật

ngược (rotation and reflection) các đối tượng đã được lựa chọn:

Cửa số tổng quan (The overview Window):

Đây là cửa sổ hiển thị nguyên vẹn vùng nội dung bản thiết kế trong một khung lưới và có thể thay đổi tọa độ của khung lưới này bằng cách click chuột trái lên một vị trí bất kỳ trên khung này

Cửa sổ chọn thư viện (The Object Selector):

Sau khi vào thư viện linh kiện tìm và lấy ra các linh kiện theo yêu cầucủa mạch thì các kinh kiện khi đã được chọn sẽ hiển thị trong cửa sổnày ( ví dụ trong mạch cần IC74LS373, tụ điện CAP, thạch anh

CRYSTAL thì các linh kiện nayfkhi dduowchj chọn ra từ thư viện linhkiện sẽ hiển thị trong cửa sổ này như hình bên dưới) Khi các linh kiện

đã được liệt kê hết, trong quá trình mô phỏng cần lấy linh kiện nào ravùng làm việc thì ta click chuột vào linh kiện đó để lựa chọn

Bảng điều khiển mô phỏng (The Animation Control Panel)

1.2 Các thao tác cơ bản hay sử dụng

- Nháy chuột phải để chọn đối tượng ( đây là điểm khác cơ bản nhất so với các phần mềm khác)

- Nháy chuột phải liên tiếp hai lần để xóa đối tượng

- Lăn con lăn trên chuột để phóng to hay thu nhỏ vùng làm việc

- Nhấn phím P để vào thư viện của chương trình

- Bắt đầu quá trình vẽ ấn phím W

- Để chạy chương trình ấn Ctrl+F12

- Ấn F6 để phóng to vùng làm việc

- Ấn F7 để thi nhỏ vùng làm việc

- Ấn F8 để thu cả trang làm việc về khắp màn hình

- Ấn G để hiển thị lưới hoặc ẩn lưới

- Ấn phím X để đầu con trỏ chuột suất hiện dấu x, hoặc xuất hiện hai đường chỉ dài khắp màn hình

- Ấn tôt hợp phím Ctrl+Z để quay lại thao tác trước đó

Một số tùy chọn của chương trình

Set BOM Scrip

Công cụ này dùng để xuất danh sách các loại- sô lượng linh kiện đã

sử dụng trong mạch

Để thay đổi, chọn System/Set BOM Scrip

Chúng ta có add,edit,delete lại linh kiện mà ta muốn

Với công cụ này, sau khi thiết kế mạch xong ta có thể xác định một cách nhanh chóng loại và số lượng linh kiện mà ta dùng trong mach để tiện cho việc mua linh kiện lắp mạch.

Set Environment

Tùy chọn này cho phép người dùng thay đổi:

+ Số lần Undo ( Ctrl+Z)

+ Times auto save

+ Number of file on file menu,

+ vv

Set Sheet Size

Cho phép người dùng điều chỉnh kích thước sheet, có thể chọn A3, A2

Set sheet editor

Thay đổi font, size text

Set keyboard mapping

Cho phép Designer tạo các phím tắt để thực hiện các lệnh

+ Trươc hết chọn Command Group

+ Sau đó chọn lệnh muốn đặt phím tắt

+ Trong thư mụcKey for command ta gõ vào Key mà ta muốn

Set Animation Option

Cho phép hiển thị chiều của dòng điện, các mức logic, frame per

second khi

Simulation

Simulation option

Thay đổi nhiệt độ môi trường, sai số

Để lưu các thiết lập, chọn Save Preferrence

Ngoài ta còn có thể thay đổi giao diện sử dụng như màu sắc của bản

vẽ, graph

1.3 Cách lấy kinh kiện

Để lấy linh kiện, nhìn vào phía trái của chương trình và thực hiện như sau:

+ Bấm vào biểu tượng Comppnent Mode ,

+ Sau đó bấn vào chữ P hoặc nhấn phím tắt P trên Keyboad

Hoặc cũng có thể Right Click trên Editing Window và chọn Place

Khung chương trình Pick Devices hiện ra như hình:

+ 1 là ô tìm kiếm linh kiện, chỉ cần gõ từ khóa vào (không phân biệt chữ hoa và chữ thường)

+ 2 là các nhóm linh kiện liên quan đến từ khóa cần tìm

+ 3 là các nhóm con của linh kiện

+ 7 là tên nhà sản xuất

Khoanh số 4 là ký hiệu (Schematic) trên sơ đồ nguyên lý:

+ Khoanh số 5 là hình dáng trên sơ đồ mạch in (PCB):

+ 6 là kết quả tìm kiếm linh kiện:

Double Click vào linh kiện cần lấy, lập tức linh kiện sẽ được bổ sung càobàn làm việc là vùng màu trắng phía bên trái.

+

+ Cỏ thể dùng Mouse Scrool : Đặt con trỏ chuột nơi cần phóng to, thu nhỏ và xoay Scrool mouse

+ có thể dùng phím tắt mà ta thiết lập cho chương trình

-Để lấy linh kiện ra vẽ mạch, chọn linh kiện ở vùng màu trắng đã nói ởtrên

Ví dụ a chọn 741, khi đó trên khung xuất hiện Overview xuất hiệnSchematic của linh kiện đó

Sau đó đưa chuột qua vùng Editing Window, khi đó hình dạng linh kiện

ra có màu đỏ

Ta chỉ việc chọn vị trí đặt linh kiện phù hợp và Click, sau khi Click được như sau:

Move linh kiện

+ Chọn linh kiện

+ Right Click và chọn Drag Objject

Sau đó ta có thể di chuyển linh kiện sang một vị trí khác

Ta cũng có thể Copy, Move, Rotate, Delete linh kiện bằng cách chọn nhóm công cụ sau:

Wire

+ chọn công cụ Selection Mode|

+ Sau đó đưa chuột lại chân linh kiện, khi đó con trỏ chuột có dạng

một cây bút màu xanh

+ Click vào chân linh kiện để nối dây vào chân đó, sau đó đưa chuột đến chân còn lại mà ta muốn

+ Bỏ thao tác nối dây, ta Right Click

+ Delete wire bằng cách Right Click 2 lần lên dây

+ Hình dạng của dây đi qua các điểm mà ta click chuột

Wire repet

Khi cần nối dây giữa các chân của hai linh kiện gần nhau, ta có thể dùng phương pháp nối dây lặp lại

Cách làm như sau:

+ Nối hai chân bất lỳ làm mẫu

+ Double click vào các chân tiếp theo, dây sẽ được tự động được nối

Move Wire

Tương tự như Block Move

To edit a wires topology after routing:

Ta cũng có thể dùng Rotate/Mirrorlinh kiện trước khi đặt n trong

Editing Window bằng cách chọn nhóm công cụ, sự thay đổi được hiển thị trên Overview

Editing Part Labels

Có thể ẩn hoặc hiện tên, giá trị của linh kiện bằng cách

+ Roght Click/Edit Properties

+ Check/Uncheck Hidden

+Block editing

Để move/copy cả khối linh kiện ta làm như sau:

Chọn công cụ Selection tools

Kéo chuột và chọn cả khối linh kiện

Right Click và chọn Move/Copy

Design Explorer

Đây là công cụ giúp ta có cái nhìn toàn cảnh thiết kế

Chứa danh sách gồm tên, kiểu, thông số, circuit/package

Hiển thị nhữ thiếu sót của mạch

Từ đó xác định linh kiện còn thiếu sót để bổ sung

2. Các công cụ chính

+ Ground

ký hiệu trên sơ đồ

Power

Cung cấp năng lượng cho mạch, tùy theo cách đặt tên cho nguồn mà

có nguồn âm hay dương,ký hiệu: