схем средствами среды сквозного проектирования PROTEUS

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Конструирование и технология производства приборов и аппаратов»

Гренков В.Л. Кафедра «Биомедицинские приборы и компьютерные технологии», 2011г

Лабораторная работа № 1.

Практика составления электрических принципиальных

схем средствами среды сквозного проектирования PROTEUS

1.1. Цель работы.

Изучение интерфейса графического редактора ISIS программной среды PROTEUS. Прио­бре­тение навыков работы по созданию электрических схем с использованием библиотек типовых моделей компонентов.

1.2. Содержание работы и методика её выполнения.

Работа заключается в освоении методики построения электрической принципи­аль­ной схемы в редакторе ISIS по произвольному эскизу и известным данным о состав­ля­ющих элементах схемы и их параметрах.

Функции меню, назначение и принципы пользования инструментами редактора в целом теоретически изложены в материалах практических занятий. Приёмы их исполь­зования должны быть освоены предварительно в процессе подготовки к данной лабора­торной работе. Общую методику работы в редакторе ISIS можно проследить на конкрет­ном примере.

ЗАДАЧА.

Построить в редакторе ISIS принципиальную электрическую схему электронного узла по эскизу, представленному на рис.1.1, и подготовить файл для последующего конс­т­ру­и­рования печатного узла для этой схемы. Это простейшая схема дифференциального усилителя на микросхеме К140УД7 (операционном усилителе серии К140).

РЕШЕНИЕ.

1.2.1. Открыть редактор ISIS (запуск файла isis.exe из папки BIN пакета PROTEUS) и выбрать меню FILE / NEW DESIGN – создать новый проект (или, что в данном случае то же самое – новую электрическую схему). В открывшемся окне выбрать DEFAULT и < OK>.

1.2.2. Выбрать инструмент «стрелка» на левой панели инструментов, инстру­мент редактирования объектов. (Перед сменой инструментов, а часто и текущих объектов, следует, как правило, переклю­чаться на этот инструмент как на нейтральный). Далее выбрать кнопку «Р» (одна из двух соседних кнопок «Р» и «L», где «Р» - это «Выбор устройства» (Pick Devices), а «L» - (Devices Library Manager). В открывшемся списке групп объектов выбрать двойным щелчком мыши группу «Operational Amplifiers» - операционные усилители, после чего открывается список группы, где следует выбрать тип «741» - зарубежный аналог усили­теля К140УД701.

Рис. 1.1. Эскиз схемы дифференциального усилителя.

При этом схематическое изображение выбранного элемента и его конструктив (изображение корпуса элемента) появятся в правой части окна редактора, а после под­твер­ждения < OK> наименование элемента появится в списке элементов создаваемой схемы, под кнопками «Р» и «L», а его изображение – выше, в поле редактирования, в ком­пактном прямоугольном окне. При щелчке по имени элемента в списке курсор прини­мает вид белого карандаша, после чего выбранный элемент фиксируется двойным щелчком в требуемом месте 1-го рабочего листа. Надпись Root sheet1 внизу листа в строке состояния идентифицирует текущий лист. (Во всех списках элементов создаваемой схемы этот лист именуется как Root Sheet10, такова специфика данного редактора).

1.2.3. Для удобства работы следует увеличить масштаб отображения элементов схемы с помощью инструмента увеличения. После выделе­ния элементов (заклю­че­ния в контур при выбранном инструменте «стрелка») их можно перемещать мышью, а также удалять. Удаление элемента из списка возможно только после предварительного удаления его изображения в рабочем окне, причем это удобно делать через контекст­ное меню наименования элемента (в списке, под кнопками «Р» и «L»), выбрав п. Delete.

* При необходимости можно перемещать сразу всю рабочую область, пользуясь окном редактирования. Для отмены большинства действий удобно пользоваться комби­на­цией клавиш Ctrl Z, а для прекращение выполняемых операций – клавишей Esc.

1.2.4. Добавить в создаваемую схему остальные элементы способом, аналогичным использованному для элемента 741.

1.2.4.1. Поочередно выбрать резисторы из группы элементов Resistors, соответственно, элементы MINRES1K, MINRES1K, MINRES100K, MINRES100K, фиксируя их изображе­ния на рабочем листе в соответствии с эскизом рис.1. По умолча­нию действует функция автоматической нумерации элементов, поэтому элементам будут присвоены номера в порядке добавления элементов в схему. Им будут присвоены обозна­чения R1, R2, R3, R4.

* Все выбранные резисторы имеют номинальную мощность рассеяния 0, 6 Вт. В реальной схеме имело бы смысл выбрать резисторы меньшей мощности, однако их нет в наличии в базе данных данной версии и комплектации программного пакета PROTEUS. Подобные ограничения имеют отношение к выбору всех компонентов схемы. Отечественные элемен­ты, естественно, отсутствуют в базе данных, поэтому приходится пользоваться зарубеж­ными аналогами. (Возможность редактирования базы данных име­ется, однако средства для этого завуалированы в данной версии PROTEUS, они легко доступны только в версии 6.3. и более ранних версиях).

1.2.4.2. Выбрать из группы Capacitors конденсатор DISC100N16V и зафиксировать на рабочем листе как С1.

1.2.4.3. Отредактировать размещение всех элементов схемы. Для лучшего размещения элементов на схеме удобно пользоваться инстру­мен­тами отражения X-Mirror (по горизон­тали), Y-Mirror (по вертикали) и вращения Rotate ClockWise (по часовой стрел­ке) и Rotate Anti-clockWise (против часовой стрелки). Эти инструменты имеются на левой панели ин­с­т­ру­ментов, но удобнее выполнять эти действия с элементами на схеме через их контекст­ные меню (одноименные пункты меню).

Для лучшего позиционирования элементов рекомендуется установить сетку на рабо­чий лист через меню VIEW /SNAP/ GRID и VIEW /SNAP 0.1 in. Считается, что мини­мальный шаг сетки, определяющий шаг перемещения любых фрагментов изобра­жений на схеме, соответствует выбору сетки SNAP 10 th (0, 01 дюйма). Возможны шаги SNAP 50 th (0, 05 дюйма), SNAP 0.1 in (0, 1 дюйма) и SNAP 0.5 in (0, 5 дюйма). Реально в данной версии установка конкретного шага зависит от масштаба изображения (например, если изображе­ние слишком мало, не удастся установить шаг менее 0, 05дюйма).

1.2.4.4. Подкорректировать обозначения элементов схемы, пользуясь п. Edit Properties их контекстных меню. В открывающихся окнах Edit component можно изменять обозна­чения элементов, их тип, номинальные значения параметров, а также разрешать или за­пре­щать показ тех или иных текстовых пояснений, устанавливая флажки Hide all (cкрыть все) либо Show all (показывать все) для соответствующих позиций.

Следует следить за тем, чтобы нумерация в обозначениях элементов схемы соот­вет­ство­вала требованиям ГОСТ (наращивалась в направлении сверху вниз и далее - слева направо).

1.2.4.5. Добавить в схеме входные и выходные клеммы и обозначить первые две клеммы in1и in2, а вторые – out1 и out2. Для этого выбирается инструмент «Клеммы» на левой панели инструментов. Под кнопками«Р» и «L» появится список типов клемм, где для входных клемм выбирается тип INPUT, а для выходных – тип OUTPUT. Обозначения для клемм можно ввести в окне п. Edit Properties контекстного меню каждой клеммы, в разделе Label окна, в строке String.

1.2.4.6. Добавить в схеме клеммы питания для источников напряжения +12 В и -12 В, а также клемму земли и зафиксировать их на рабочем листе в соответствии с рис.1.1. Исполь­зовать тот же инструмент «Клеммы», что и выше, только для клемм питания сле­дует выбрать тип POWER, а для клеммы земли – тип GROUND. После фиксации клемм, при необходимости, следует развернуть в соответствии с ГОСТ, а также устано­вить на место в соответствии с рис.1.

1.2.4.7. Заполнить вспомогательную строку < TEXT> для компонента 741 (микросхе­мы усилителя) текстом «УСИЛИТЕЛЬ», а для остальных компонентов схемы сделать эти строки невидимыми. Сделать их невидимыми можно, предварительно выделив созданную схему, выбрав п. Set Design Defaults в меню TEMPLATE и сняв в открывшемся окне фла­жок «Show hidden text». При этом надпись «УСИЛИТЕЛЬ» сохранится на схеме.

1.2.4.8. Подготовить полученный рисунок для выполнения соединений в схеме со­глас­но рис.1.1. Для этого еще раз подкорректировать размещение всех компонентов и над­писей на схеме, проследив за тем, чтобы все было в соответствии с ГОСТ. Также жела­тельно, чтобы входные, выходные клеммы и клеммы питания были состыкованы с выво­да­ми соот­ветствующих элементов схемы.

* Если для перемещения каких-либо компонентов схемы и ли меток не удается их локальное выделение левой кнопкой мыши, следует пользоваться п. Drag Object в кон­тек­ст­ном меню соответствующего компонента.

1.2.5. Выполнить все необходимые соединения в схеме согласно рис.1.1.

* Выполнение соединений невоможно, если рабочее поле листа не заполнено сеткой.

Для выполне­ния каждого соединения (проведения одной соединительной линии) следует предварительно выбрать инструмент «Стрелка» (это следует делать при каждой смене инструментов и, как правило, при смене объектов). Далее щелкают мышью по ис­ход­ной точке желаемого соединения – проводят линию соединения и, наконец, щелка­ют мышью повторно в конечной точке соединения, завершая эту операцию. Если не уда­ется провести провод от одной точки к другой оптимальным образом, следует двойным щелчком мыши по ходу проводимой линии создавать точки как промежуточные контак­ты и от них вести провод дальше, к месту назначения.

* Если эти точки в схеме не нужны, редактор затем сам их удалит.

1.2.6. Проверить каталог всех элементов полученной схемы, а в нем – наличие и правильность всех соединений электрической схемы узла, вызвав «Проводник проекта», через п. Design Explorer основного меню DESIGN, либо пользуясь одноименным инстру­ментом верхней панели инструментов, лежащим в ее крайней правой (4-й) секции.

Полезно также воспользоваться дополнительным средством проверки в меню TOOLS, Electrical Rule Check. Оно дублируется инструментом верхней панели инструментов View Electrical Report.

1.2.7. Устранив ошибки, если они есть, и добившись приемлемого вида созда­ва­е­мой электрической принципиальной схемы, следует её сохранить для последующего кон­стру­иро­вания уже в редакторе ARES, в который в дальнейшем экспортируются все необ­хо­ди­мые данные о полученной схеме (это предмет следующей лабораторной работы №2).

Для этого выбирают меню FILE/ Save Design As... Рекомендуется сохранить проект в папке, которую следует создать специально для проектов, назвав ее, например, Trening и поместив в корневую папку пакета (пусть последняя названа PROTEUS_7-2).

1.2.8. При необходимости можно распечатать полученный результат на принтере, воспользовавшись меню FILE/ Print, но размер напечатанного рисунка будет маловат. Поэтому для печати удобнее воспользоваться другими средствами, например, самое простое – воспользоваться известным средством Print Screen с последующей отправкой изображения в редактор Paint и преобразованием в формат *.bmp. Далее можно распеча­тать схему крупным планом, открыв полученный файл *.bmp, например, в стандартной программе FSViewer, откуда послать на принтер через контекстное меню рисунка.

1.3. Задание к выполнению работы.

1.3.1. Домашняя подготовка.

1.3.1. 1. Установить Proteus 7.2 на домашнем компьютере в соответствии с инструкцией.

1.3.1.2. Ознакомиться с меню и инструментами редактора ISIS пакета Proteus 7.2.

1.3.1.3. Проверить действие отдельных рабочих функций редактора ISIS на примере рабо­тами с простейшим шаблонами из папки Samples редактора, руководствуясь лекционным материалом и материалом практических занятий по данной дисциплине.

1.3.1.4. Распечатать или вручную перерисовать электрическую схему, представленную на рис.1. данного описания и опробовать приемы ее создания в редакторе.

1.3.2. Аудиторное задание.

1.3.2. 1. Запустить редактор ISIS пакета Proteus 7.2 и проверить его исходные настройки. При необходимости установить настройки, используемые в примере раздела 2 настоящего описания.

1.3.2.2. Построить в редакторе ISIS электрическую принципиальную схему электронного узла по эскизу для варианта, выданного преподавателем.

1.3.2.2.1. Разместить схемные элементы электрорадиоэлементов ЭРЭ электрической схемы в рабочем окне редактора.

1.3.2.2.2. Уточнить и установить требуемые типы ЭРЭ. Для активных ЭРЭ выбрать зарубеж­ные аналоги отечественных компонентов. Если прямых аналогов нет, выбрать ЭРЭ наибо­лее близкие по свойствам.

1.3.2.2.3. Выполнить все схемные соединения, используя подходящие инструменты.

1.3.2.2.4. Дополнить ЭРЭ полученной электрической схемы необходимыми обозна­чениями, номиналами и поясняющими надписями.

1.3.2.2.5. Ввести цепи питания на электрической схеме.

1.3.2. 2.6. Оптимизировать внешний вид схемы и сохранить готовый проект в папке C: \ PROTEUS_7-2\Trening как файл Schema1.dsn и предъявить результат преподавателю.

1.3.2.3. Оформить отчет по работе, где отразить тему работы, задание, полученные резуль­таты в виде распечатки схемы, созданной в редакторе.

1.3.2.4. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

1.4. Контрольные вопросы

1.4.1. Пояснить порядок выбора ЭРЭ и их размещения на рабочем листе редактора ISIS.

1.4.2. Пояснить методику выполнения соединений в схеме, указать иcпользуемые инструмен­ты и особенности работы с ними.

1.4.3. Объяснить назначение инструментов верхней панели инструментов редактора ISIS и способы работы с ними.

1.4.4. Объяснить назначение инструментов левой боковой панели инструментов редак­то­ра ISIS и способы работы с ними.

1.4.5. Пояснить методику редактирования надписей к электрическим схемам.

1.4.6. Пояснить назначение разделов основного меню редактора ISIS, используемых только для построения электрических схем (не затрагивающих функции симуляции их работы).

1.4.7. Перечислите известные типы резисторов, параметры, их характеризующие, обозна­чения по ГОСТ. Дайте понятие ряда номиналов.

1.4.8. Перечислите известные типы конденсаторов, параметры, их характеризующие, обозна­­чения по ГОСТ. Характерные значения номиналов.

1.4.9. Перечислите известные типы диодов, признаки их классификации, параметры, их характери­зующие, обозна­­чения по ГОСТ.

1.4.10. Перечислите известные типы транзисторов, признаки их классификации, парамет­ры, их характеризующие, обозна­­чения по ГОСТ.

1.4.11. Приведите примеры обозначения микросхем разных типов, классификационные характерис­тики цифровых, аналоговых и программируемых микросхем.

1.4.12. Поясните, как подключать питание в электрических схемах, обозначение пита­ю­щих линий. Дайте понятие и пример ряда для питающих напряжений источников питания.

* По завершении лабо­ра­торного практикума студент обязан в индивидуальном порядке защитить все лаборатор­ные работы, вошедшие в практикум. За­щи­та заключается в проверке самостоятельности выполнения заданий и в подтверждении студентом доста­точного уровня пра­ктического и теоретического усвоения материала по тематике работ.

Литература

1. Материалы сайта KAZUS.RU по электронным компонентам и программным пакетам систем автоматического проектирования.

2. Материалы по ЕСКД из электронной библиотеки кафедры.

3. Справочники по полупроводниковым элементам из электронной библиотеки кафедры.

4. В.А. Валетов. Технология приборостроения. Учебное пособие, - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008.

5. Бородин С.М. Общие вопросы проектирования радиоэлектронных средств: учебное пособие.- Ульяновск: УлГТУ, 2007

6. https:// www.labcenter electronics.com