Hướng dẫn sử dụng phần mềm CircuitMaker - 2

CircuitMaker là một phần mềm thân thiện, dễ sử dụng để mô phỏng mạch. Đặc biệt là mô phỏng mạch số. Những người bắt đầu tìm hiểu thế giới số cũng như các chuyên gia trong lĩnh vực này đều

CircuitMaker là một phần mềm thân thiện, dễ sử dụng để mô phỏng mạch Đặc biệt là mô phỏng mạch số Những người bắt đầu tìm hiểu thế giới số cũng như các chuyên gia trong lĩnh vực này đều tìm thấy các công cụ hữu ích trong phần mềm CircuitMaker

Từ ý nghĩa đó, tài liệu này được biên soạn nhằm cung cấp cho những người mới bắt đầu những kiến thức căn bản nhất để có thể nhanh chóng làm chủ được phần mềm CircuitMaker Tài liệu được biên soạn gồm ba phần: phần đầu, GIỚI THIỆU sẽ giới thiệu một số khái niệm căn bản, các phím nóng…; phần thứ hai, VẼ

VÀ CHỈNH SỮA MẠCH NGUYÊN LÝ sẽ hướng dẫn cách vẽ mạch nguyên lý trong CircuitMaker; phần thứ ba, MÔ PHỎNG MẠCH SỐ sẽ hướng dẫn cách thực hiện mô phỏng mạch nguyên lý đã vẽ

Để giúp tài liệu tốt hơn mong nhận được các ý kiến đóng góp từ các bạn đọc Mọi ý kiến đóng góp về nội dung, hình thức trình bày, bố cục… của tài liệu xin vui lòng gửi qua e-mail:

Trần Hoàng Hà: hoangha@dit.hcmut.edu.vn

Bùi Văn Hiếu: bvhieu@dit.hcmut.edu.vn

Mở Đầu

Phần này cung cấp những kiến thức cơ bản về CircuitMaker như: môi trường làm việc , quy trình sử dụng… Đây là những kiến thức cơ bản để có thể thiết kế mạch cũng như là mô phỏng mạch trên môi trường CircuitMaker

CircuitMaker là gì

CircuitMaker là một chương trình cho phép người dùng nhanh chóng lắp ráp thử nghiệm và mô phỏng các mạch số ở mức logic cũng như các mạch tương

tự Đồng thời cũng hỗ trợ việc xuất ra file netlist để vẽ mạch in Trong phần hướng dẫn sử dụng này tập trung vào việc lắp ráp và mô phỏng mạch số

Môi trường làm việc CircuitMaker

Môi trường CircuitMaker bao gồm Title Bar, Menu Bar, Toolbar, Status Bar, Panel, Schematic Window và Analysis Window như hình 1.1

Hình 1.1: Môi trường làm việc của CircuitMaker

Ngoài những menu căn bản như Title Bar, Menu Bar, Status Bar các thành phần còn lại có ý nghĩa như sau

Panel: gồm ba tab, Browse, Search, Digital dùng để tìm kiếm các thiết bị phục vụ cho việc ráp mạch và mô phỏng, thiết lập các thông số cho mô phỏng số

Schematic Window: cửa sổ soạn thảo, trên đó ta sẽ thực hiện vẽ mạch Analysis Window: cửa sổ hiển thị các kết quả đo đạc như áp, dòng, dạng sóng … Hai cửa sổ Schematic và Window có thể có hoặc không tùy theo ta thay đổi, cụ thể sẽ trình bày trong phần mô phỏng mạch số

Sau khi đã đặt các linh kiện đúng vị trí, tiếp theo nối chúng lại bằng dây dẫn Mạch sau khi đã nối dây cho phép mô phỏng, kiểm tra bằng các công cụ mô phỏng của CircuitMaker

Các file của CircuitMaker

CircuitMaker gồm nhiều file sử dụng cho các mục đích riêng với các phần đuôi như sau

.CKT Mạch nguyên lý .DAT File dữ liệu (phím nóng; đặc tả kỹ thuật của các thiết bị) .MOD File lưu trữ chế độ hoạt động

.LIB Thư viện các thiết bị

.SUB File các mạch con .SDF Dạng sóng mô tả file setup

Quy trình sử dụng CircuitMaker

Việc sử dụng CircuitMaker có thể chia làm sáu bước như sau

1 Chọn các thiết bị cần thiết (điện trở, tụ, IC …) và đưa lên bản vẽ

2 Sắp xếp các thiết bị này cho hợp lý

3 Thiết lập các thông số của thiết bị (độ trễ, nội dung ROM…)

4 Xóa hoặc thêm các thiết bị tùy theo yêu cầu

5 Nối dây

6 Mô phỏng và kiểm tra mạch đã vẽ

Toolbar của CircuitMaker

Có thể thực hiện các chức năng của CircuitMaker bằng các nút nhấn trên thanh Toolbar nằm phía trên của vùng làm việc Toolbar gồm có các thành phần như hình 1.2

Hình 1.2: Tool bar của CircuitMaker

Chức năng của các công cụ này được giới thiệu ở bảng 1 Chức năng chi tiết

sẽ được trình bày ở các phần sau

Panel Bật tắt cửa sổ panel Rotate Xoay thiết bị

New Tạo bản vẽ mới Mirror Lật thiết bị

Open Mở bản vẽ đã lưu Traxmaker Tạo netlist và chạy traxmaker

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

Fit to window Hiện toàn bộ bản vẽ

trên cửa sổ

Bảng 1: Chức năng của Toolbar

Phím nóng (hotkeys)

CircuitMaker cung cấp các phím nóng được liệt kê trong bảng 2 Đồng thời cũng cho phép người dùng định nghĩa tối đa sáu mươi hai phím nóng để lấy các thiết bị thường sử dụng, chi tiết sẽ được trình bày ở phần Vẽ và chỉnh sửa mạch nguyên lý

Ctrl+A Chọn tất cả F3 Hiển thị tỉ 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 phân tích

Ctrl+L Hiển thị thông số bản vẽ F9 Mô phỏng số một 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 F1 Trợ giúp Shift+Insert Di chuyển một nhóm thiết bị F2 Thay đổi tỉ lệ hiển thị

Bảng 2: Các phím nóng của CircuitMaker

Vẽ và chỉnh sửa mạch nguyên lý

CircuitMaker cung cấp nhiều công cụ mạnh mẽ cho phép vẽ và chỉnh sửa mạch nguyên lý nhanh chóng và dễ dàng Phần này sẽ cung cấp kiến thức về các công cụ vẽ và chỉnh sửa mạch nguyên lý

Tìm và đặt các thiết bị

CircuitMaker cung cấp thư viện hàng ngàn các thiết bị (có thể tham khảo hướng dẫn sử dụng các thiết bị để có thêm thông tin) Ta có thể lấy các thiết bị bằng cách dùng tab Browse hay tab Search trong cửa sổ Panel hay sử dụng phím tắt

Tab Browse

Ta có thể lựa chon các thiết bị thông qua tab browse Các thiết bị được chia theo dạng cây phân cấp Để tìm một thiết bị cân thực hiện các bước sau:

1 Chọn tab Browse trong panel

2 Lưa chọn các thiêt bị bằng cách chọn theo cây phân lớp (có thể chọn theo tên, theo chức năng…)

3 Nhấn đúp chuột để chọn thiết bị đưa vào vùng vẽ Thiết bị sẽ theo con trỏ chuột cho đến khi nào nhấn chuột trái Trong khi đang kéo thiết bị bạn có thể quay (nhấn phím R) hay lật ngược (nhấn phím M) thiết bị

Tab Search

Tab này cho phép ta tìm kiếm các thiết bị thỏa điều kiện tìm kiếm của ta Điều kiện này là tên thiết bị hoặc phần mô tả chức năng thiết bị có chứa các kí tự ta tìm kiếm Có thể dùng các kí tự đại diện như * Ví dụ tìm kiếm 74* là tìm tất cả IC

họ 74

Hình 2.1: Tab Browse và Tab Search

Thiết lập phím nóng

Ngoài ra ta cũng có thể chọn thiết bị trực tiếp bằng phím nóng Để gán phím nóng cho một thiết bị ta thực hiện các bước sau:

1 Chọn tab Browse trong Panel, sau đó tìm thiết bị mà ta muốn gán phím nóng cho nó

2 Nhấn vào nút Hotkey, hộp thoại quản lý các phím nóng sẽ xuất hiện, tất

cả các phím nóng xếp theo thứ tự alphabet cùng với các thiết bị tượng ứng được gán với nó

3 Tìm phím tắt nào mà ta muốn gán cho thiết bị đang chọn và chọn Assign

Thay đổi phím nóng

Để thay đổi phím nóng ta làm những bước như sau:

1 Thực hiện các bước 1 và 2 như trên

2 Gán một thiết bị mới Hay gán rỗng (ở trên đầu của các thiết bị) như là phím nóng

Hình 2.2: Hộp thoại quản lý phím nóng

Đặt thiết bị vào trong bản vẽ

Sau khi đã tìm thấy thiết bị, ta có thể đặt chúng vào trong bản vẽ Để đặt một thiết bị ta làm theo các bước sau

1 Lựa chọn thiết bị bằng các phương pháp đã nêu ở trên

2 Nhấn phím r hay nhấn chuột phải để quay thiết bị đến vị tri mong muốn

3 Nhấn phím m để lât ngược thiết bị

4 Nhấn chuột trái để đặt thiết bị vào trong bản vẽ Hay nhấn bất kỳ phím nào (trừ m và r) để đặt thiết bị vào bản vẽ

Các công cụ vẽ và chỉnh sửa

Phần này giới thiệu tính năng của các phần tử trên thanh Toolbar để bạn có thể đặt và nối dây các thiết bị với nhau

Hình 2.3: Các công cụ vẽ và chỉnh sữa

Arrow Tool

Công cụ mũi tên cho phép lựa chọn và di chuyển các thành phần của sơ đồ,

có thể kích công tắc… Ngoài ra còn có thể nhấn đúp chuột lên một thiết bị để thực hiện một số thao tác như thay đổi thông số thiết bị…

Wire Tool

Sử dụng công cụ vẽ dây (wire tool) ta có thể vẽ dây nối các thiết bị Có thể

vẽ Bus bằng cách nhấn và giữ phím Shift khi bắt đầu vẽ Có thể vẽ dây không liền nét bằng cách nhấn giữ phím Alt khi bắt đầu vẽ Dây không liên nét giống như dây dẫn thông thường nhưng nếu nó không được nối với bất kỳ thiết bị nào thì đường dây sẽ không hiện diện trong mạch netlist

Text Tool

Sử dụng công cụ text để có thể đặt các đoạn văn bản vào trong bản vẽ

Delete Tool

Sử dụng công cụ xóa ta có thể xóa các thành phần (dây dẫn, thiết bị…) trên

sơ đồ nguyên lý Chọn delete tool sau đó nhấn vào thành phần nào mà bạn muốn xóa Bạn cũng có thể xóa bằng cách chọn thành phần muốn xóa bằng công cụ mũi tên rồi bấm phím Delete trên bàn phím

Zoom Tool

Sử dụng Zoom tool bạn có thể phóng to thu nhỏ bản vẽ (zoom in và zoom out)

Rotate Button

Sử dụng Rotate Button để quay thiết bị ngược chiều kim đồng hồ

Ngoài ra ta còn có thể quay các thiết bị sau khi đã chọn chúng trong thư viện bằng cách nhấn phím r

Mirror Button

Sử dụng nút nhấn Mirror để quay các thiết bị theo chiều thẳng đứng góc

1800 (giốn như ta lật trang sách) Ta cũng có thể quay các thiết bị bằng cách nhấn phím m khi chọn thiết bị từ thư viện

Ta có thể hiển thị lưới để sắp xếp các linh kiện trong khung vẽ dễ dàng hơn

Để chọn hiển thị lưới ta làm như sau Vào menu Options|Schematic, trong tab General ta chọn Visible Size là khoảng cách ô lưới, Snap To là các thiết bị sẽ đặt ngay lưới, Print là khi in ra có in lưới hay không

Hình 2.4: Chỉnh hiển thị lưới

Nối dây cho mạch

Để mô phỏng hoặc để tạo nestlist vẽ mạch in thì các thành phần của mạch phải được nối với nhau bằng dây dẫn CircuitMaker cung cấp cho ta các phương thức tự động nối dây, nối dây bằng tay và nối dây nhanh

Nối dây tự động

Để nối dây tự động ta làm như sau: (hình 7a)

1 Chọn công cụ vẽ dây (Wire Tool) trên Toolbar

2 Đưa tool đến nơi ta cần nối dây(chân của một thiết bị hay là dây dẫn)

3 Nhấn và giữ nút trái chuột

4 Kéo đến nơi mà ta cần nối dây đến

5 Dây dẫn sẽ tự động được sinh ra giữa hai điểm Chế độ vẽ dây tự động chỉ vẽ dây dẫn giữa hai điểm là một dây dẫn hay là chân của một linh kiện

Nối dây bằng tay

Nối dây bằng tay cho phép vẽ dây dẫn trong bản vẽ chính xác như mong muốn Thực hiện như sau: (hình 7b)

1 Chọn công cụ vẽ dây (Wire Tool) trên Toolbar

2 Đưa tool đến nơi ta cần nối dây(chân của một thiết bị hay là dây dẫn)

3 Nhấn và nhả chuột trái

4 Con trỏ vẽ dây tự động được thay bằng con trỏ vẽ dây bằng tay Nhấn chuột trái một lần để có thể đổi chiều dây, nhấn hai lần để kết thúc

Chú ý: Muốn vẽ một dây bus ta sử dụng phương pháp vẽ bằng tay

Nối dây nhanh

Một trong những cách đơn giản để nối dây là sử dụng tính năng vẽ dây nhanh Chức năng này cho phép ta đặt thiết bị chưa được nối dây vào một dây dẫn hoặc một chân chưa nối của một thiết bị khác và dây nối sẽ được tự động vẽ Thực hiện như sau: (hình 7c)

1 Chọn một thiết bị trong thư viện hay là một thiết bị đã có săn trong bản

vẽ

2 Di chuyển thiết bị sao cho chân chưa nối của thiết bị cham vào một dây dẫn hay là một chân của một thiết bị khác

Hình 2.5: Nối dây cho hai thiết bị

Dây BUS

Dây bus là một loại dây nối đặc biệt bao gồm nhiều dây nối riêng biệt Mỗi dây nối có một tên riêng và bus cũng có tên riêng Bus được nhận diện dễ dàng vì

nó được vẽ đậm hơn các dây còn lại Để vẽ Bus ta làm như sau:

1 Nhấn giữ phím Shift trước khi vẽ dây nối

2 Vẽ dây dẫn sử dụng phương pháp như phương pháp vẽ dây dẫn bằng tay

đã đề cập ở trên

3 Sau khi vẽ xong sẽ có hộp thoại yêu cầu đặt tên cho bus

Hình 2.6: Đặt tên cho BUS

Nối dây dẫn tới bus

Để nối dây dẫn tới bus ta làm như sau:

1 Chọn công cụ nối dây

2 Nối dây từ vị trí muốn nối tới bus

3 Đặt tên cho dây dẫn

Hình 2.7: Đặt tên cho dây dẫn nối tới BUS

Nối các dây dẫn trên Bus với nhau

Nếu ta đặt tên cho hai dây dẫn nối đến bus cùng một tên và nối đến cùng một đường bus (hoặc nối đến hai bus khác nhau nhưng cùng một tên), hai dây dẫn trên sẽ tự động nối với nhau

Tên của node và sự kết nối

CircuitMaker sử dụng tên cho các node trên mạch Tên của node sử dụng

để xác định các sóng khi mô phỏng hay phân biệt các dây dẫn khi vẽ mạch in Ngoài ra node còn được dùng để nối dây dẫn, hai đoạn dây dẫn được đặc cùng tên node sẽ nối với nhau Có nhiều cách để đặt tên cho node: ngầm định, các thiết bị đặc biệt, nhãn

Tên node ngầm định, tên của node được sinh ra tự động khi dây dẫn được nối vào một thiết bị Ví dụ, node name U2_6 có tên như vậy vì được nối vào chân

số 6 của thiết bị U2 Dây dẫn trên có thể nối với các thiết bị khác, tên node của nó được xác định bởi thiết bị được đặt lên bản vẽ trước nhất trong các thiết bị nối với

nó Một số thiết bị có độ ưu tiên cao hơn (VCC, GND…) thì khi nối với nó thì tên node sẽ là tên của thiết bị đó

Sử dụng các thiết bị kết nối đặc biệt, đó là các thiết bị Input (Connectors| Active| Input), Output (Connectors| Active| Output) và Terminal (Connectors| Active| Terminal), các thiết bị trên cho phép ta gán nhãn cho các node Khi đặt một trong các thiết bị trên vào mạch thì phải gán nhãn cho thiết bị nói trên Và khi nối với một node (dây dẫn) thì tên node sẽ là tên của thiết bị đó Các thiết bị này có độ

ưu tiên về tên của node cao hơn các thiết bị khác kể cả nguồn điện

Hình 2.8: Thiết bị output

Nhãn (label), một Node Label có thể được gán cho dây dẫn để tạo thành tên của một node Đặt Node label như sau:

1 Chọn Edit > Place Node Label

2 Kéo hình vuông của Node Label cho đến khi nào góc trái của nó chạm vào dây dẫn Nhấn nút trái chuột

3 Nhấn tên của node và nhấn OK

Hình 2.9: Gán node label

Để xem tất cả tên của các node trong bản vẽ ta thực hiện các bước sau Chọn Options > Schematic (hay nhấn F5.)

Cho phép Show Node Names checkbox Nhấn OK Tên của các node sẽ xuất hiện trên các dây dẫn của bản vẽ

Thông số của các thiết bị

Ta có thể chỉnh thông số của thiết bị như: các thông tin liên quan đến bản

vẽ, mô phỏng, netlist và các thông số khác một cách dễ dàng Ở trong mục này, chỉ giới thiệu những thông số có liên quan đến việc vẽ mạch và sử dụng trong các mạch số Để có thể điều chỉnh các thông số ta nhấn dup chuột vào thiết bị hoặc nhấn chuột phải và chọn Device Properties

Hình 2.10: Hộp thoại thay đổi thông số thiết bị

Các thuộc tính của thiết bị:

1 Device: tên của thiết bị được lưu trong thư viện

2 Label-Value: nhãn của thiết bị

3 Designation: dùng để phân biệt các thiết bị trong bản vẽ, như U1, U2…

4 Description: thông tin thêm, chỉ có ý nghĩa tham khảo trong bản vẽ, không ảnh hưởng mô phỏng

Lưu ý: bốn thuộc tính trên có thể cho hiển thỉ hay không bằng cách chọn hay không tùy chọn Visible tương ứng

5 Package: cách đóng gói của thiết bị ( DIP, TO…), có ý nghĩa khi vẽ mạch in

6 Auto Designation Prefix: tiền tố tự động thêm vào phần Designation mỗi khi tạo thiết bị mới

7 Spice Prefix Character, Parameters, Spice Data: có ý nghĩa khi chạy Spice, ở đây ta không cần quan tâm

8 Bus Data: mô tả chân nào của thiết bị sẽ nối với nguồn, đất

9 Exclude From PCB: không đưa vào netlist, thường dùng cho các thiết bị chỉ phục vụ mô phỏng(tạo xung…)

10 Analog, digital: cho biết thiết bị có thể mô phỏng ở chế độ nào

11 Pin: nhấn vào sẽ hiện số thứ tự chân của thiết bị

Thay đổi dữ liệu RAM/ ROM:

Đôi khi trong mạch có thiết bị là RAM hoặc ROM Khi thay đổi dữ liệu của PROM thì dữ liệu này sẽ được lưu chung khi ta lưu bản vẽ, còn đối với RAM ta có thể xem, thay đổi dữ liệu để kiểm tra, gỡ lỗi nhưng sẽ không được lưu với bản vẽ

Để thay đổi dữ liệu của RAM/ROM ta làm như sau

1 Nhấp chuột phải vào thiết bị rồi chọn Edit PROM/RAM để hiện hộp thoại thay đổi dữ liệu

2 Thay đổi như ý muốn rồi bấm OK lưu lại