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PRATICA

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TEORIA

RISORSE

SPECIALE

Prima parte n° 244 - Ottobre 2005

Editor di ISIS - Piazzamento e collegamento dei componenti Seconda parte n° 245 - Novembre 2005

ISIS - Creazione dei componenti ed editing avanzamento Terza parte n° 246 - Dicembre 2005

Usare PROTEUS:

ARES - Tecniche di base per il piazzamento e lo sbroglio di PCB

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griglia usando il comando Griglia nel menu Visualizza, oppure premendo “G”, o ancora, cliccando sull’icona Griglia nella barra strumenti. La griglia è un utilissimo strumento che permette di allineare perfettamente i componenti e i vari collegamenti. Al di sotto della finestra Anteprima trovate l’Object Selector per mezzo del quale è possibile selezionare componenti, simboli e altri oggetti dalla libreria di parti.

SIS è il modulo di PROTEUS per la stesura degli schemi elettrici. In questo tutorial vedremo come utilizzarlo al meglio illustrando le funzioni principali. Ovviamente si presuppone che il pacchetto PROTEUS sia stato installato correttamente e che ISIS sia avviato dal menu Start di Windows. Il file progetto a cui fa riferimento questo articolo è ISISTUT.DSN che si trova nella cartella SAMPLES/TUTORIAL nel percorso di installazione di PROTEUS. La vostra avventura con PROTEUS inizia da qui…

TECNICHE BASE PER IL DISEGNO DI UNO SCHEMA Il circuito che andremo a disegnare è contenuto nel file ISISTUT.DSN nella cartella samples e pur apparendo complicato in prima battuta, esso è composto di alcune sezioni simili (le quattro sezioni filtro per la precisione) e ciò offrirà lo spunto per provare alcune funzioni dell’Editor per la copia di interi blocchi di circuito. La prima cosa da fare è prelevare dalla libreria di parti i componenti che necessitano. Il procedimento è spiegato in dettaglio di seguito.

UN RAPIDO SGUARDO ALL’EDITOR DI ISIS L’ampia area di disegno nella finestra di ISIS è chiamata area di Editing - in tale area saranno posizionati e collegati i componenti o le parti. L’area più piccola in alto a destra è chiamata Anteprima. Normalmente l’Anteprima visualizza, come il nome stesso suggerisce, un’anteprima dell’intero disegno - il riquadro blu mostra i contorni del foglio di disegno, mentre il riquadro verde indica l’area del foglio visualizzato attualmente nell’area di Editing. Tuttavia, quando ISIS è nella modalità di selezione componente tramite Object Selector, l’Anteprima visualizza l’anteprima del componente stesso, come vedremo più avanti. Nell’area di Editing è possibile visualizzare una

Prelevare i Componenti Cliccate sul pulsante P in alto a sinistra del Object Selector come mostrato in figura 1. Ciò causa l’apertura della finestra di dialogo Sfoglia Librerie. Potete anche aprire la suddetta finestra di dialogo tramite l’icona sfoglia librerie oppure mediante la sequenza di tasti appropriata (per default il tasto è “P”, anche se questo può essere ridefinito tramite il comando Imposta mappatura tastiera nel menu Sistema). Il passo successivo è quello di trovare il componente desiderato nelle librerie. La ricerca del componente può esseFigura 1 Il pulsante Sfoglia Librerie re effettuata in


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Figura 2 Finestra di Dialogo Sfoglia librerie

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Finalmente, prelevate il componente “741” cliccando due volte sulla corrispondente riga della lista dei risultati. Il nome della parte apparirà nel Object Selector. Abbiamo selezionato il “741” per il nostro circuito, ora abbiamo bisogno di alcuni resistori. Nella fattispecie, abbiamo necessità dei valori 1k, 10k, 12k, 15k, 56k, 68k e 100k. Ciò ci permette di familiarizzare con i vari meccanismi di ricerca accessibili mediante la finestra di dialogo Sfoglia librerie. Una tecnica utilissima per trovare una parte in libreria è la ricerca mediante una chiave di ricerca coerente con la parte stessa. Provate a cambiare il testo della chiave in “12k resistor”. Dovreste vedere una lista di risultati

che contengono i termini della ricerca che avete effettuato. Per i nostri scopi il componente “MINRES12K” sarà più che sufficiente selezionatelo dalla libreria allo stesso modo visto in precedenza. Potremmo usare a questo punto lo stesso procedimento per i rimanenti resistori, tuttavia cercheremo di scoprire altre tecniche per la ricerca dei componenti disponibili. E’ ragionevole pensare che la stessa logica e convenzione sia comune a tutte le parti in libreria. Infatti, se usiamo la chiave di ricerca “MINRES1” noi non facciamo altro che filtrare il risultato in modo tale da ottenere tutti i resistori MINRES che iniziano per 1 e quindi poter prelevare con facilità i valori da 1k, 10k, 15k e 100k. Un altro metodo più generico è quello di cercare la parte desiderata attraverso il sistema di indici di categoria. Ciò è utile quando elencando la lista delle parti disponibili non siete sicuri del nome della parte o della sua descrizione. Provate quindi a cancellare il testo dal campo Parole chiave e selezionate la Categoria “Resistors”. Scorrendo i risultati verso il basso dovreste vedere la serie di resistori MINRES. Selezionate e prelevate i valori da 56k e 68k all’interno del vostro circuito nel modo ormai consueto ed infine chiudete la finestra di dialogo. Val la pena di notare come si possa ricorrere a queste tecniche in tandem. Ad esempio, potreste aver introdotto “1k” nel campo di descrizione e poi aver selezionata la categoria Resistors per rifinire i risultati così ottenuti. La descrizione fornita (per completezza) dei vari metodi di ricerca di un componente non deve spaventare; troverete velocemente il meccanismo a voi più consono ed il prelievo dei componenti dalla libreria per i vostri circuiti diventerà un problema di secondaria importanza. Ora che abbiamo prelevato i nostri componen-

Pratica

molti modi. Nel caso il nome della parte stessa sia conosciuto è generalmente consigliabile iniziare da questo. Provate quindi ad inserire “741” nel campo di ricerca Parole chiave. Troverete naturalmente molte parti in cui è contenuta la stringa “741”, sia nel nome che nella descrizione, tuttavia è possibile restringere il campo di ricerca selezionando la categoria “Operational Amplifiers”, così come mostrato in figura 2:

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ti, sposteremo l’attenzione su come posizionarli nel nostro circuito.

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Piazzamento dei Componenti nel Circuito Abbiamo ora la necessità di posizionare i componenti prelevati all’interno dell’area di disegno - l’area di Editing. La sezione più semplice da cui iniziare è il circuito di buffer in alto a sinistra del circuito che stiamo considerando. Tale sezione è riprodotta in più dettaglio in figura 3. Selezionate con il mouse “741” nella “Object Selector”. Dovreste notare che l’anteprima del componente è visualizzata nella finestra di Anteprima. Ora spostate il puntatore del mouse al centro dell’area di Editing. Premete e tenete premuto il pulsante sinistro del mouse. Dovrebbe apparire sotto il puntatore il contorno di un op-amp che potete trascinare muovendo il mouse. Quando rilasciate il pulsante, la parte sarà posizionata e ridisegnata completamente. Posizionate l’opamp al centro dell’area di Editing. Selezionate ora la parte MINRES1K e piazzate un resistore esattamente sopra l’op-amp, come nella sezione ingrandita mostrata in figura 3. Cliccate con il pulsante sinistro sull’icona Ruota senso anti-orario (figura 4); notate che l’anteprima nella finestra Anteprima mostra il resistore ruotato di 90°. Infine, piazzate allo stesso modo il secondo resistore (verticale), R2.

Figura 3 Una vista dettagliata della sezione iniziale del circuito da disegnare

In ISIS, gli oggetti già piazzati da editare successivamente sono evidenziati per questo scopo. Per comprenderne il significato, provate a puntare con il mouse l’op-amp e cliccate con il tasto destro del mouse. Ciò evidenzia l’oggetto, che viene Figura 4 L’icona Ruota con il senso disegnato in risalto di rotazione anti-orario selezionato rispetto a quelli non evidenziati. Ora, tenendo ancora il puntatore del mouse sull’oggetto, premete e tenete premuto il pulsante sinistro del mouse ed infine spostate l’oggetto dove desiderato. Questo è uno dei modi per spostare gli oggetti. Rilasciate il pulsante sinistro e premete sull’op-amp quello destro. Cliccando il pulsante destro su un oggetto evidenziato si avrà come effetto quello di cancellarlo. Selezionate Annulla dal menu Modifica (o premete “Ctrl-Z”) per riottenere l’oggetto cancellato. Ora, evidenziate ancora una volta l’opamp, cliccate sulle icone Ruota, sia per la rotazione oraria che anti-oraria e notate gli effetti sull’op-amp stesso. L’angolo di rotazione dell’ultimo oggetto evidenziato può essere cambiato anche in questo modo; l’icona Specchia può ugualmente essere utilizzata per ruotare l’ultimo oggetto evidenziato. Forti della pratica acquisita, dovreste essere in grado ora di spostare i tre componenti fin qui posizionati sino a trovarne il piazzamento ottimale così come da disegno. Una volta terminato il posizionamento delle parti evidenziate, spostate il puntatore del mouse in un area libera da componenti dell’area di Editing e cliccate il tasto destro del mouse. Ciò avrà l’effetto di riportare i componenti al loro stato normale non evidenziato. Collegamento dei Componenti in un Circuito Passiamo ora a collegare i componenti piazzati. ISIS ha un sistema intelligente per il cablaggio dei collegamenti chiamato Wire


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tato osservandone l’anteprima, e posizionatelo esattamente sopra il pin 7 del 741. Editate il terminale (click destro per evidenziarlo e quindi click sinistro per Figura 5 L’icona Terminali è selezionata e l’Object editarlo), digitare Selector indica i terminali “+12V” nel campo disponibili Stringa ed infine premere ok. Collegate il terminale al pin “7” dell’op-amp e provate a ripetere il procedimento per l’alimentazione negativa usando un altro terminale Power (ruotato stavolta di 180°), etichettato con “-12V” ed infine collegato al pin 4 dell’op-amp. Ora, posizionate il terminale Ground, assicurandovi che la sua anteprima sia correttamente orientata, e posizionatelo esattamente sotto R1. Selezionate il terminale Default dalla lista e posizionate due terminali come da schema, etichettandoli come “DAC1” e “DAC2”. Infine collegate il terminale di massa al pin inferiore di R2 e i due terminali Default ai vertici dei collegamenti che entrano nell’op-amp. ISIS posizionerà le giunzioni quando necessario automaticamente, verificando che tre collegamenti si incontrano in questi punti.

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ETICHETTE Avrete notato che tutte le parti posizionate finora sullo schema hanno un numero di riferimento unico ed un valore. Il riferimento unico è impostato da una caratteristica di ISIS chiamata Annotazione in tempo reale che può essere trovata nel Menu Strumenti e che risulta abilitata per default. Quando abilitata, essa annota i componenti così come questi vengono posizionati nello schema, risparmiando tempo e sforzo nel farlo manualmente. E’ possibile controllare sia la posizione che la visibilità di tali etichette - potete cambiarne i valori, spostarne la posizione o nasconderle se reputate non sia necessario visualizzarle. La discussione che segue spiega in dettaglio come manipolare le etichette di un particolare componente.

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Auto Router (WAR). Ciò significa che non occorre, come in altri CAD, ricorrere ad una modalità di “wiring” tutto ciò che dovete fare è puntare con il mouse su un pin da collegare e premere il pulsante sinistro. Provate a puntare al terminale in alto di R2 e cliccate il pulsante sinistro. ISIS comprende che state puntando ad un pin di un componente e quindi deduce che volete collegarlo. ISIS visualizza allora una retta che inizia dal pin e finisce al puntatore del mouse. Puntate ora al terminale invertente dell’op-amp e cliccate ancora una volta con il pulsante sinistro. ISIS considera l’ultimo pin come quello finale del collegamento ed invoca Wire Auto Router (WAR) per deciderne il percorso più appropriato. Fate la stessa cosa per ciascun terminale di R1 seguendo lo schema elettrico. Provate inoltre ad evidenziare un componente per poi spostarlo, osservando come WAR riposiziona i collegamenti in accordo alla nuova posizione dei componenti stessi. Se non siete soddisfatti del percorso che WAR ha scelto per il collegamento, potete anche editarlo manualmente. Per farlo, evidenziate il collegamento (il concetto è simile ad ogni oggetto evidenziato di ISIS, quindi puntate il collegamento e cliccate il pulsante destro del mouse) provando poi a trascinarlo inizialmente dagli angoli e quindi dalla posizione mediana. Se volete collegare manualmente (evitando WAR), potete semplicemente cliccare con il pulsante sinistro sul primo pin e ancora per ciascun punto, lungo il percorso, in cui volete un vertice, e infine terminare cliccando sul secondo pin da collegare. Dopo un po’ di pratica, avrete la netta sensazione di quando WAR può essere usato utilmente e quando, viceversa, è più utile evitarlo. Per completare la prima sezione del circuito, dovrete ancora piazzare e collegare alcuni terminali. Nello specifico, abbiamo bisogno di due terminali generici, una massa e un terminale di alimentazione. Selezionate l’icona terminali l’Object Selector dovrebbe mostrare l’elenco dei terminali disponibili come indicato in figura 5. Ora posizioneremo e cableremo l’alimentazione dell’Op-amp. Selezionate il terminale Power, assicurandovi che esso sia correttamente orien-


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Editor di ISIS: piazzamento e collegamento dei componenti

Editare le Etichette dei Componenti Se ingrandite uno dei resistori posizionati sullo schema, noterete che ISIS lo ha etichettato con un riferimento di parte unico (es. “R1”) ed anche con un Valore (es.”1k”). Potete editare entrambi i valori e la visibilità di tali campi tramite la finestra di dialogo Modifica Componente. A tale scopo selezionate l’icona Modifica e cliccate con il pulsante sinistro su uno dei resistori. Appare una finestra di dialogo mediante la quale potete editare sia il numero di riferimento parte che, come in questo caso, il valore di resistenza. Di maggior interesse sono comunque le opzioni sulla visibilità. Può essere utile, specialmente in schemi ad alta densità di componenti, nascondere alcuni dettagli a lato dei componenti stessi - il compromesso è che dovrete poi editare le parti per vederne sia il riferimento che il valore. Spostamento di Etichette Oltre alla possibilità di nascondere le etichette delle parti, potete anche spostarle all’occorrenza. Ciò può accadere quando una connessione deve posizionarsi laddove è ubicata una etichetta. Noi proveremo tale eventualità con le etichette “U1” e “741”, spostandole in accordo allo schema di riferimento. Il modo più semplice per spostare le etichette dell’op-amp è quello di modificare il cosiddetto valore di snap. Muovendo il puntatore del mouse nell’area di Editing, avrete notato che le co-ordinate variano in passi discreti - 100 millesimi di pollice per default. Questo effetto è chiamato snap. Grazie allo snap potete posizionare i componenti ed altri oggetti in corrispondenza della griglia. La risoluzione dello snap può essere scelta con i comandi Passo nel Menu Visualizza, o direttamente tramite tastiera. Premete quindi tasto F2 per aumentare la risoluzione dello snap e della griglia a 50th (il default è 100th) e quindi evidenziate l’op-amp. Ora posizionate il puntatore sull’etichetta “U1” e con il pulsante sinistro sempre premuto, trascinatela nella sua corretta posizione sotto l’opamp. Fate poi lo stesso con l’etichetta “741”. Quando avete terminato, riportate lo snap a 100th premendo F3.

Anche se il Real Time Snap di ISIS è in grado di localizzare pin e collegamenti posti non esattamente sulla griglia, lavorare in modo coerente con lo stesso valore di snap e griglia aiuta a tenere ordinati e puliti gli schemi. EDIT DI INTERE SEZIONI CIRCUITALI Avrete notato che la sezione di circuito che avete disegnato finora è localizzata al centro dello schermo, mentre essa dovrebbe essere nell’angolo in alto a sinistra. Per spostare la sezione in quel punto occorre evidenziare tutti gli oggetti che avete posizionato tracciando intorno ad essi un rettangolo di selezione: a tale scopo puntare il primo vertice del rettangolo in alto a sinistra di tutti gli oggetti da spostare; premere e tenere premuto il pulsante destro del mouse e trascinare il puntatore fino al secondo vertice in basso a destra degli oggetti da selezionare. L’area selezionata è mostrata con un rettangolo color ciano (notate che il click destro iniziale riporta oggetti eventualmente già evidenziati al loro stato normale) e alla fine dell’operazione solamente quegli oggetti all’interno del rettangolo saranno evidenziati. Ora cliccate con il pulsante sinistro sulla icona Sposta Blocco come mostrato in figura 6. Appare un rettangolo blu che circonda le parti evidenziate che è possibile spostare in tutte le direzioni. Spostatelo verso l’angolo in alto a sinistra del foglio. Il bordo del foglio appare in blu scuro, quindi potete riposizionare la sezione in modo tale che rimanga tutta nell’angolo in alto a sinistra del disegno. Cliccando il pulsante sinistro si effettua lo spostamento o, viceversa cliccando il pulsante destro del mouse, si termina l’operazione in corso. Potreste aver notato che durante l’operazione di spostamento l’area di Editing scorre automaticamente se ciò occorre. Nel caso vogliate lo scorrimento in altri casi (quando, cioè, non siete in modalità di posizionamento o spoFigura 6 Le icone Modifica Blocchi stamento), potete con il comando Sposta Blocco selezionato sempre usare la


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Editor di ISIS: piazzamento e collegamento dei componenti

modalità Shift Pan (ovvero tendo premuto il tasto SHIFT e sbattendo il puntatore sui bordi dell’aera di editing).

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RISORSE

LA PRATICA RENDE PERFETTI Ora che avete acquisito i rudimenti, potete migliorare disegnando la sezione circuitale incentrata sull’op-amp U2:A e riportata in figura 7. Iniziate selezionando dalla libreria di parti il condensatore e il TL074 usando i metodi discussi in precedenza. Per aiutarvi, diremo che usiamo dei condensatori ceramici nello schema, quindi cercate nella libreria un “ceramic 220pF capacitor”. Usate le varie tecniche di editing che avete imparato fino ad ora in modo che tutti i componenti siano posizionati nel modo corretto. Una volta terminata la sezione del filtro in modo soddisfacente, evidenziate l’intera sezione usando il procedimento noto e la funzione Copia Blocco per farne una seconda copia che posizionerete a destra. Notate che nel circuito di riferimento le due sezioni sono identiche ad eccezione di alcuni resistori. Selezionate quindi “MINRES12k” dall’Object Selector e spostate il puntatore del mouse sul resistore da sostituire di 15k, posto nella sezione di destra appena copiata. Premete il pulsante sinistro del mouse dentro il corpo del resistore esistente allineandone i pin - ciò sostituirà la MINRES15k esistente con la MINRES12k selezionata, mantenendo i collegamenti già in essere. Potete fare la stessa cosa sostituendo il resistore da 100k con uno da 10k. Ripetete tale procedimento con le due sezioni di filtro rimanenti poste in basso nel circuito di

riferimento (rammentate di selezionare dalla libreria parti un “1n5 Ceramic Capacitor”) in modo da avere quattro filtri in totale, corrispondenti, cioè, al circuito di riferimento usato nel presente tutorial. Come in precedenza, allo scopo di conformarvi al circuito di riferimento, dovrete sostituire nelle nuove sezioni appena copiate i resistori aventi valore diverso. Completati e posizionati i quattro filtri, ultimate i collegamenti tra loro e posizionate sullo schema un deviatore SW-SPDT (SW1). ANNOTARE UNO SCHEMA ISIS fornisce quattro possibili modi per annotare (denominare) componenti: ●

Figura 7 La prima sezione del filtro del circuito del tutorial

Annotazione Manuale - È il metodo che avete già usato per etichettare il primo op-amp e il resistore. Qualsiasi oggetto può essere editato sia selezionando l’icona Modifica cliccandovi sopra con il pulsante sinistro del mouse, che cliccando prima con il tasto destro (evidenzia) e poi con quello sinistro nella modalità standard di posizionamento. Qualunque modo voi scegliate, apparirà una finestra di dialogo che userete per introdurre le relative proprietà come Riferimento parte, Valore e così via. Strumento Assegnazione proprietà (PAT) Questa opzione permette di generare etichette per qualsiasi oggetto di ISIS e consente anche di generare sequenze di etichette sia nel foglio di lavoro attuale che in tutti i fogli del progetto. Annotazione Automatica - permette di annotare automaticamente il circuito più complesso, in un attimo. L’opzione considera naturalmente anche quelle parti a sezione multipla come ad esempio la porta TTL NAND 7400, annotando le varie porte in modo opportuno. Annotation Real Time - Tale caratteristica, quando abilitata, annoterà i componenti in tempo reale nello stesso momento in cui questi sono posizionati nello schema, ovviando alla necessità di farlo manualmente in seguito. Comunque, come per l’Annotazione Automatica, tale procedimento non è affatto interattivo, e quindi, non offre all’utente alcun controllo. Se desiderato, la caratteristica di Annotazione Real Time può essere disabi-


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litata, oppure riabilitata con il comando Annotazione in tempo reale nel Menu Strumenti (CTRL+ N per default). Durante l’uso pratico, si usa normalmente l’opzione Annotazione Real Time abilitata da default (come abbiamo fatto in questo tutorial), ed in secondo momento si può usare il comando Annotazione Automatica oppure lo Strumento Assegnazione proprietà per cambiare l’annotazione delle parti per ragioni estetiche di disegno. L’annotazione manuale è normalmente usata solo nel caso di parti aventi sezioni eterogenee multiple (come ad esempio un relay e due contatti) dove avete necessità di indicare esplicitamente ad ISIS quale contatto appartiene a quel determinato relay.

estremamente potente che eliminerà gran parte delle difficoltà durante l’editing degli schemi. Annotazione Automatica ISIS fornisce l’opzione di annotazione automatica che deciderà per voi i riferimenti unici di parte dei componenti nel vostro schema. Esso può essere usato per annotare tutti i componenti o solo quelli che non lo sono ancora quelli, cioè, con un “?” nel campo riferimento. Lo strumento di Annotazione Automatica ha due modalità operative: Incrementale: ha effetto su quei componenti (progetto o foglio attuale) che non sono stati ancora annotati. Totale: Tutti i componenti (progetto o foglio attuale). Tutti i componenti, eccetto quelli aventi sezioni eterogenee multiple saranno annotati. Poiché non abbiamo parti di questo tipo nel nostro schema useremo lo strumento Annotazione Automatica in modalità Totale. Per far ciò, chiamiamo il comando Annotazioni nel Menu Strumenti, selezioniamo l’opzione Totale, e finalmente clicchiamo su OK. Lo schema sarà ridisegnato e rifletterà le modifiche appena effettuate.

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NEL PROSSIMO NUMERO Nel prossimo numero ci occuperemo della creazione di nuovi dispositivi, della definizione dei loro terminali, e dell’associazione ad uno o più contenitori (package) da usare nella realizzazione del circuito stampato. Nei numeri successivi vedremo come realizzare un PCB utilizzando gli strumenti di piazzamento e sbroglio automatici, come estrarre i file gerber e vedremo come simulare un circuito utilizzando il VSM di Proteus.

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Strumento di Assegnazione Proprietà (PAT) Supponiamo di voler annotare alcuni resistori da R5 in avanti usando il comando PAT. Avremo quindi bisogno di generare una sequenza che inizia da R5 in poi (R5, R6, R7, ecc.). Selezioniamo allora l’opzione Strumento Assegnazione proprietà nel Menu Strumenti. Nel campo Stringa, digitare REF=R, quindi spostiamo il cursore sul campo successivo Valore e digitiamo il valore 5. Assicuriamoci che l’opzione Al Click sia selezionata ed infine clicchiamo sul pulsante OK oppure premiamo ENTER. Ogni volta che PAT assegna una stringa all’oggetto da annotare, il carattere cancelletto (“#”) nel campo Stringa sarà sostituito dall’attuale valore digitato nel campo Valore e successivamente questo sarà automaticamente incrementato. Ciò è mostrato nella figura 8. ISIS imposta automaticamente la modalità Modifica in modo che possiate annotare la parte cliccando semplicemente con il pulsante sinistro del mouse su di essa. Puntate ad esempio su R7 e premete il pulsante sinistro del mouse. PAT annota il resistore in R5 e la parte è ridisegnata. Fate lo stesso con il vecchio resistore denominato ancora R5 e notate come il campo Valore del PAT si incrementa and annota il resistore in R6. Potete ora annotare i resistori rimanenti. Provate questo strumento fintanto che non vi è chiara la modalità di funzionamento - anche se un po’ macchinoso all’inizio, PAT è uno strumento

Figura 8 Lo Strumento di Assegnazione Proprietà impostato per riannotare i resistori che iniziano da R5


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SPECIALE

Seconda parte n° 245 - Novembre 2005

ISIS - Creazione dei componenti ed editing avanzato Terza parte n° 246 - Dicembre 2005

ARES - Tecniche di base per il piazzamento e lo sbroglio di PCB

Usare PROTEUS:

Quarta parte n° 247 - Gennaio 2005

La simulazione con VSM

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Pratica

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nizia da qui il viaggio alla scoperta di ARES, lo strumento di PROTEUS per lo sbroglio dei circuiti stampati. In questa prima parte vedremo le tecniche di base per il piazzamento e lo sbroglio e alcune tecniche fondamentali per la correzione dei blocchi. Tutte le figure si riferiscono alla versione demo o alla versione completa del programma, se utilizzate la versione lite è possibile che alcune funzioni non siano disponibili. Assumeremo che abbiate installato Proteus nel vostro PC ed eseguito ARES dal menu Start. UN’ANTEPRIMA DELL’EDITOR In ARES i menu sono attivati puntando al nome del menu stesso; le varie opzioni sono selezionate cliccando il tasto sinistro del mouse (d’ora in avanti “click sinistro”) sull’opzione richiesta. Alcune opzioni possono essere attivate utilizzando i tasti associati ad esse; questi sono visualizzati a destra dell’opzione stessa. Le opzioni che abilitano o disabilitano alcune caratteristiche del programma, mostrano lo stato abilitato di quella caratteristica con un segno di spunta o con una icona in bassorilievo. L’ampia zona sullo schermo è chiamata Area di Editing che agisce come una finestra con veduta parziale dell’intero layout. Potete quindi

ritoccare la scala a cui tale veduta è visualizzata usando le opzioni di Zoom nel menu Visualizza, oppure con la funzione tasto associata (per default F6 per ingrandire ed F7 per rimpicciolire): in tal caso la posizione del mouse è considerata il nuovo centro dell’area di Editing. In alternativa, si può utilizzare la rotellina del mouse per ingrandire o rimpicciolire il disegno attorno l’attuale posizione del puntatore. Potete anche far scorrere il disegno in aree adiacenti tenendo premuto il tasto SHIFT e facendo sbattere il puntatore del mouse contro le pareti dell’area di Editing. La griglia di riferimento sull’area di Editing può essere accesa o spenta usando sia il comando Griglia, che tramite la sequenza tasti (per default è “G”). La spaziatura della griglia riflette normalmente il valore di snap, eccetto quando il disegno è ingrandito. In tal caso la spaziatura è un multiplo del valore di snap. La piccola area in alto a sinistra è chiamata finestra di Anteprima. Questa può essere utilizzata anche per vedere l’intero layout. Potete velocemente spostare l’area di lavoro su una sezione desiderata dell’area di Editing puntando approssimativamente nella posizione corrispondente, nella finestra di Anteprima, eseguendo poi un click sinistro. Il rettangolo verde indica la sezione di area attualmente visualizzata nell’area di Editing. Esattamente sotto l’area di Editing c’è il selettore di Layout che determina quale piano del disegno è selezionato correntemente oppure consente di selezionarne uno diverso. Il piano attuale si applica sia agli oggetti piazzati che a quelli del PCB. Si possono scegliere quali piani devono essere visualizzati tramite l’uso del comando Livelli del menu Visualizza. Sempre nella parte inferiore dello schermo si possono vedere le coordinate che informano sulla posizione del puntatore in tempo reale,


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di Maurizio Del Corso

m.delcorso@farelettronica.com

quando applicabile. Tali coordinate non si riferiscono all’esatta posizione del puntatore, ma a quella dello snap a cui il puntatore è agganciato. Alla luce di ciò, ne consegue che due sono le cose che hanno effetto sulle coordinate: ●

Varie viste del semplice esempio di prova

TECNICHE DI BASE PER IL PIAZZAMENTO E SBROGLIO Anteprima Prima di introdurre il concetto di Netlist vogliamo prima fornirvi quei rudimenti necessari per il piazzamento e lo sbroglio di una scheda usando un semplicissimo esempio di scheda campione. La scheda è visualizzata in figura 1. Scelta del contenitore Il modo più diretto di costruire un rozzo disegno di una scheda è quello di impostare ARES

FARE ELETTRONICA - DICEMBRE 2005

Figura 1

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L’attuale dimensione di snap selezionata. L’opzione è disponibile nel menu Visualizza ed anche tramite la sequenza di tasti (per default i tasti F1, F2, F3 ed F4). Potete ridefinire i valori di snap tramite il comando Imposta Griglia nel menu Sistema o ridefinire la configurazione della tastiera con il comando Imposta mappatura tastiera del medesimo menu. Snap in tempo reale (RTS). Quando tale funzione è abilitata, il cursore si aggancia sui pads o sulle tracce anche quando queste non erano state piazzate con la corrente impostazione di snap. RTS aggancia sempre i pads e i via e può essere disattivata o attivata all’occorrenza usandoli comando Snap in Tempo reale nel menu Strumenti oppure tramite la sequenza di tasti associata (per default è CTRL+”S”).

ARES può essere predisposto per visualizzare una X nella posizione in cui il puntatore è agganciato tramite il comando X-Cursor. (la sequenza di default è “X”). Le coordinate possono essere “imperial” o metriche, impostabili tramite il comando Metrico (default “M”). Potete anche impostare delle false origini usando il comando Origine (default “O”) nel qual caso il colore delle coordinate visualizzate in basso a destra cambia da nero a Magenta.


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PRATICA Terza parte

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RISORSE

SPECIALE

ARES: Tecniche di base per il piazzamento e lo sbroglio di PCB

Figura 4 Object Selector con la parte CAP20 elencata.

Pratica

110 Figura 2 Finestra Library Pick pronta per la scelta del contenitore

FARE ELETTRONICA - DICEMBRE 2005

Figura 3 Finestra Library Pick con il termine di ricerca e CAP20 nei risultati

nella modalità Package. In questa modalità potete prelevare i simboli dei contenitori dei componenti direttamente dalla libreria e piazzarli nell’area di lavoro. Nel nostro semplice esempio sono usati tre contenitori: ● CAP20 ● DIL08 ● RES40 che potete iniziare a prelevare dalla libreria dei contenitori di ARES. Quindi, fate un click sini-

stro sull’icona Package. In seguito, eseguite un click sinistro sul pulsante “P” in alto a sinistra del Object Selector. Apparirà la finestra di dialogo Library Pick come mostrato in figura 2. Tale finestra di dialogo è un potente strumento con il quale è possibile cercare una determinata parte in modi differenti. Probabilmente il modo più semplice (e forse più utile) è semplicemente quello di digitare una parola che descrive la parte che stavate cercando. Ciò, in modo del tutto simile al motore di ricerca Google™ su Internet, ricerca una parte nella libreria sulla base della descrizione da voi fornita. Provate ora con il condensatore, digitando il termine di ricerca “200th pitch radial capacitor” nel campo Parole chiave. Dovreste vedere che la parte CAP20 è elencata nei risultati della ricerca come mostrato nella figura 3. Fate doppio click sulla parte CAP20 per prelevarla nel Object Selector così come mostrato nella figura 4. Potreste naturalmente ripetere il suddetto procedimento per i rimanenti contenitori, tuttavia è istruttivo usare qui gli altri metodi differenti


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di ricerca. Al di sotto della casella di testo Parole chiave, sul lato sinistro della finestra di dialogo trovate una quantità di filtri di ricerca che possono essere impiegati indipendentemente per raffinare la ricerca. Tali filtri sono particolarmente utili per elencare le librerie quando non siete del tutto sicuri del termine di ricerca più adatto per la parte desiderata. Provate tele eventualità con la parte DIL08, cancellando tutto il testo dalla casella Parole chiave e poi selezionando la categoria Integrated Circuits, il tipo Through Hole e la sotto categoria Dual Inline (figura 5). Facendo doppio click sul risultato DIL08 preleverà, come di consuetudine, la parte per essere usata nel disegno.

Piazzamento delle parti I tre nomi dei contenitori dovrebbero ora apparire nel Object Selector come mostrato

in figura 6. L’ultima parte prelevata viene evidenziata. Inizieremo a piazzare la parte DIL08 sul disegno. Assicuratevi che questa parte sia selezionata eseguendo un click sinistro su essa nel Object Selector. Sarà mostrata un’anteprima della parte nella finestra di Anteprima con l’orientamento attuale. Prima del piazzamento, potete usare le icone rotation (mostrate in figura 7) per ruotare la parte nel desiderato angolo di orientamento. Figura 7 Le icone rotation di ARES Per piazzare la parte puntate in qualche punto centrale del disegno nell’area di Editing e premete (e mantenete premuto) il pulsante sinistro del mouse: in quel punto apparirà il contorno di un IC a 8 pin, colorato di verde. Potete trascinarlo con il mouse e posizionarlo approssimativamente al centro dello schermo e quindi rilasciare il pulsante. Ora selezionate il contenitore RES40 e piazzate due di queste parti, a distanza di 0.1" (2 quadratini di griglia) esattamente sopra l’integrato ad 8 pin. In modo simile, piazzate il condensatore esattamente sotto il pin 1. A meno che non siate già degli esperti, le parti

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Infine, useremo una combinazione dei suddetti procedimenti per trovare e prelevare la parte RES40. Scegliete Discrete Components come categoria e digitate RES40 nella casella Parole chiave. In tale situazione il termine è ricercato solo in quelle parti che attengono al sottoinsieme filtrato dal campo categoria e tipo. Selezionate la parte nel modo consueto e chiudete la finestra di dialogo.

Figura 6 Object Selector con i contenitori richiesti selezionati

Pratica

Figura 5 Dialogo Library Pick con i filtri impostati e i relativi risultati


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PRATICA Terza parte

Pratica

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TEORIA

SPECIALE

ARES: Tecniche di base per il piazzamento e lo sbroglio di PCB

potrebbero non essere correttamente posizionate, il che ci consente di dare uno sguardo ai procedimenti per spostarle. Puntate sul contorno di un componente (o ai suoi pin), e fate un click destro per evidenziale la parte. Ora, sempre tenendo il puntatore sulla parte e tenendo premuto il pulsante sinistro, trascinate il puntatore. Questo è uno dei modi per spostare un oggetto. Potete anche cancellare un oggetto evidenziato cliccandovi sopra con il pulsante destro. Tramite il menu Modifica (o come tasto pre-configurato CTRL+Z) è possibile sempre annullare l’operazione. Tutti gli oggetti evidenziati possono essere posti nella modalità normale puntando in una zona libera da oggetti quindi effettuando un click destro. Sbroglio La modalità di sbroglio si inizia cliccando con il pulsante sinistro sull’icona Piste. Object Selector cambierà aspetto per visualizzare un elenco di stili di Traccia o piste (la scelta di default è la larghezza T20 per una pista di 20 millesimi di pollice). Le Piste sono piazzate con un click sinistro per

Figura 8 Il cursore del mouse sopra una piazzola prima della terminazione di una pista

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RISORSE

Figura 9 La finestra Modifica Componente con un esempio di Part ID e Valore digitati per un resistore

ciascun punto lungo l’intero percorso desiderato, cliccando il pulsante destro quando terminato. Ora provate a sbrogliate la scheda manualmente, così come mostrato precedentemente in figura 1. Assicuratevi di iniziare e terminare una pista su una piazzola. Il cursore del mouse si trasforma in una piccola “x” quando il mouse è direttamente sopra una piazzola ad indicare che è possibile iniziare o terminare una pista (figura 8). Altri punti di cui tenere conto durante la modalità di sbroglio sono: ●

Fare un doppio click in uno stesso punto, determina il piazzamento di una via e cambia il piano di layout come definito nel comando Imposta coppie di livelli nel menu Sistema. I vari tipi di via possono essere visualizzati cliccando sull’icona Via. Durante lo sbroglio, è possibile cambiare il piano di layer premendo i tasti PGUP e PGDN. Inoltre CTRL-PGUP seleziona il piano superiore mentre CTRL-PGDN sceglie quello inferiore. Tenendo il tasto CTRL premuto mentre si sbroglia manualmente una pista permette di piazzare segmenti di piste curve. Il verso e l’ampiezza di curvatura dell’arco (orizzontale\verticale o viceversa) è determinato nel modo più naturale immaginabile da come allontanate il mouse da dei punti fissi. Nella progressione delle operazioni è meglio tenere premuto il tasto CTRL, quindi spostare il mouse, poi fare il click sinistro ed infine rilasciare il tasto CTRL.

Annotazione Quando sono piazzati i componenti nella modalità Package, essi non hanno alcuna informazione associata (più avanti vedremo come i componenti sono annotati automaticamente usando la Netlist). Per annotare i componenti, scegliete l’icona “Modifica componenti” quindi eseguite un click sinistro su ciascun componente a rotazione. Per ciascun componente cliccato appare una finestra che dispone di campi sia per l’ID della parte che per il suo valore (figura 9). Potreste trovare più semplice l’uso della tastie-


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ra durante l’annotazione: i tasti cursore sposteranno il puntatore di una unità di griglia e il tasto ENTER si comporterà come il click sinistro del mouse o come il pulsante OK nella finestra di dialogo. Inoltre il tasto TAB farà spostare di un campo quando editiamo nella finestra di dialogo.

Bordo della Scheda ARES possiede uno speciale piano, il piano EDGE, che serve ad identificare il bordo della scheda. Tale oggetto, costituito da elementi grafici 2D, è piazzato sul piano EDGE ed apparirà nei piani di costruzione della scheda su ciascun altro piano. Nel caso specifico, il bordo della scheda è un semplice rettangolo. Per piazzare un bordo rettangolare: 1. Premete l’icona Box. 2. Selezionate EDGE dal selettore di piano Selezione Livelli. 3. Puntate laddove volete l’angolo superiore sinistro del vostro bordo, premete il pulsan-

113 Pratica

In alternativa, può essere usato il comando Generazione automatica Nomi per generare delle sequenze numeriche per annotare componenti. Sia l’etichetta ID che il valore possono essere spostati evidenziando il componente che le contiene quindi puntando specificatamente su ID o valore ed infine trascinandole usando il pulsante sinistro del mouse. Tenete ben presente che possono essere selezionate differenti griglie di snap sia tramite il menu Visualizza che con la sequenza di tasti associata (per default queste sono F1, F2, F3 e F4 ma le associazioni dei tasti ai comandi possono essere

configurate tramite il comando Imposta mappatura tastiera nel menu Sistema). La dimensione di default di queste etichette può essere determinata usando il comando Imposta Modello nel menu Sistema.

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PRATICA Terza parte

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TEORIA

Pratica FARE ELETTRONICA - DICEMBRE 2005

Sono pienamente supportati i bordi di forma irregolare e curva; questi sono formati da serie di linee ed archi oppure selezionando l’icona Percorso grafico e disegnando una forma chiusa. Quando avete concluso di sperimentare i comandi con il presente esercizio, salvatelo se volete e iniziate il prossimo esercizio usando il comando Nuovo Layout nel menu file. TECNICHE DI CORREZIONE DEI BLOCCHI Abbiamo già visto che un oggetto può essere evidenziato puntandovi sopra il mouse e facendo un click destro e che, una volta evidenziato, può essere trascinato (pulsante sinistro) o cancellato (pulsante destro). C’è però anche un altro modo per evidenziare oggetti. Se, puntando in una zona libera da oggetti, tenete premuto il pulsante destro ed in queste condizioni trascinate il mouse, dovreste vedere un rettangolo verde apparire sullo schermo.Quando rilasciate il pulsante, ciascun oggetto racchiuso nel rettangolo sarà evidenziato. Caricate il file “PPSU.LYT” dalla directory Samples della vostra installazione di Proteus (posta nella sotto-cartella Tutorials) e provate a trascinare un rettangolo di selezione attorno tutta la scheda. Quando avete evidenziato gli oggetti entrano in gioco le icone Copia, Sposta, Ruota ed Elimina. Provatene gli effetti, tenendo conto che: ●

SPECIALE

ARES: Tecniche di base per il piazzamento e lo sbroglio di PCB

te sinistro del mouse e trascinatelo fino a racchiudere le parti nel disegno. 4. Se avete necessità di ridimensionare il bordo, evidenziatelo puntandovi il mouse e quindi fate un click destro ed infine, usando il pulsante sinistro del mouse, trascinate le maniglie di dimensionamento per la grandezza desiderata.

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RISORSE

Il tipo di oggetti che può essere evidenziato può essere cambiato attraverso il comando Filtro Selezione (per default associato con CTRL+X). Ciò permette anche di scegliere su quale piano gi oggetti saranno evidenziati. Potete ripristinare un’operazione eseguendo il comando Annulla (default associato con “CTRL +Z”).

Quando eseguite la rotazione di un intero blocco, vi sarà richiesto di fissare un origine attorno al quale avverrà la rotazione\riflessione.

Provate a completare lo sbroglio di qualche pista ed evidenziando uno o due componenti, provate a spostarli. Ricordate che per editare un componente dovete prima selezionare l’icona Package oppure l’icona Modifica componenti, per spostare un componente dovete prima selezionare l’icona Package e per piazzare le piste dove selezionare prima l’icona Piste. TECNICHE DI CORREZIONE DELLO SBROGLIO Una delle maggiori caratteristiche di ARES è la potente capacità di editare lo sbroglio. Diversamente da molti programmi per il disegno di PCB, l’editing dello sbroglio in ARES si basa sulla topologia attuale piuttosto che dipendere da come sono state configurate le sezioni delle piste. Inoltre, le modifiche possono essere eseguite in ogni parte dello sbroglio e non solo sulle sezioni tra nodi. Piazzamento dei Via In quasi tutte le circostanze i via (piazzole di comunicazione tra diversi livelli) vengono piazzati automaticamente. Selezionate l’icona Piste e piazzate un segmento di pista con un click sinistro su due punti. Ora eseguite un click sinistro sopra il secondo punto per la seconda volta e quindi sul terzo ed infine un click destro per terminare la pista. Cliccando (sinistro) due volte su uno stesso punto fa sì che ARES piazzi un via e cambi il corrente piano in modo tale che il prossimo segmento di pista sia sbrogliato sul piano rame. Contemporaneamente un via viene piazzato nel punto in cui il percorso commuta il piano. Il comando Imposta coppie di livelli nel menu Sistema determina quale piano viene cambiato. È possibile definire coppie, triplette di piani, o qualsiasi altra combinazione necessaria. Potete anche cambiare il piano manualmente mentre sbrogliate la pista usando i tasti PGDN e PGUP, ma in questo caso il via non viene piazzato.


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Il tipo di via utilizzato può essere scelto dal Object Selector selezionando l’icona Via e scegliendo uno dei vari stili di via disponibili. In questa modalità potete anche piazzare, sostituire, evidenziare, spostare e cancellare vias. Il pulsante sinistro e destro del mouse opererà esattamente come per l’editing dei componenti. Per schede a piani multipli, potete selezionare via comunicanti, ciechi o interni (sepolti) tramite l’uso dell’icona Via e quindi cambiando il piano con Selezione Layer. Cambiare la larghezza di pista Se avete bisogno di cambiare la larghezza di una sezione della pista potete seguire due diversi approcci:

Selezionate semplicemente lo stile di pista richiesto e piazzare la nuova pista sulla vecchia. Evidenziare la pista con il pulsante destro del mouse quindi cliccando una seconda volta ed infine selezionando dal menu contestuale il richiesto stile di pista.

Rammentate che per cambiare la larghezza di pista in modo globale, potete sempre editare lo stile di pista appropriato selezionandolo e quindi premendo il pulsante “E” nel Object Selector (figura 10). Notare che questo cambia la larghezza di tutte le piste aventi lo stile di pista editato.

Evidenziare una pista Per riposizionare, cancellare o copiare una

Come per qualsiasi altro oggetto da editare, puntando in una zona vuota e premendo quindi il pulsante destro, tutte le piste evidenziate ritorneranno nella modalità normale. Vi suggeriamo di acquisire confidenza nel selezionare ed evidenziare le piste di uno sbroglio prima di proseguire - è importante, anche se per niente difficoltoso, avere una buona pratica sul funzionamento di tali caratteristiche. Con una sezione di pista evidenziata, potete trascinarne qualsiasi segmento puntando ad un punto e trascinandolo con il pulsante sinistro del mouse.

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Restringimento automatico della pista (Auto Necking) Il motivo principale nel restringere una pista è quello di farla passare tra due piazzole od altri ostacoli senza violare le regole di progetto. La modalità di auto restringimento di ARES esegue automaticamente questa operazione. La funzione è controllata dal comando Imposta Regole predefinite nel menu Sistema. La finestra di dialogo vi permette di digitare lo spazio tra piazzole, piazzola-pista, tra le piste ed inoltre lo stile di restringimento automatico. Il valore di default è T10 (10 millesimi di pista).

ARES evidenzierà le piste solo sull’attuale piano selezionato con il comando Selezione Livelli, quindi selezionate il piano desiderato come attuale. La barra spazio o il pulsante centrale del mouse (se ne è dotato) causerà la selezione del prossimo piano nella sequenza definita con il comando Imposta coppie di livelli. In alternativa, potete spostarvi su e giù con i tasti PGUP and PGDN. Se cliccate su un via, oppure su un punto di giunzione di diverse piste, tutte le piste che fanno capo a quel punto vengono evidenziate. Se cliccate con il pulsante destro del mouse su una pista e la trascinate mentre tenete il pulsante premuto, potete selezionare una sotto-sezione di quella pista.

115 Pratica

sezione di pista vi è necessario evidenziarla (cosa comune a qualsiasi manipolazione di oggetti in ARES). Generalmente l’evidenziazione avviene cliccando con il pulsante destro sull’oggetto, ma in questo caso vi sono alcune sottigliezze che vale la pena analizzare:


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PRATICA Terza parte

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TEORIA

RISORSE

ARES: Tecniche di base per il piazzamento e lo sbroglio di PCB

Figura 11 Figura 10 L’icona modalità Piste e il pulsante Modifica Stile (E)

Cancellazione di una pista evidenziata Ci sono due modi per cancellare una pista: ●

Pratica

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L’icona Elimina Blocco cancellerà tutti gli oggetti evidenziati sul disegno. Durante l’editing dello sbroglio tali oggetti sono tipicamente le piste che avete evidenziato, quindi questo è un modo rapido per cancellare piste. Potete anche evidenziare una sezione singola di pista interconnessa usando il menu di contesto.

Menu di contesto Se su una pista evidenziata eseguite un click destro, apparirà un menu a scomparsa (figura 11) con le seguenti opzioni: ● ●

Elimina, Copia e Sposta. Modifica il piano (Livello Pista) e stile di pista (Stile pista). Modifica lo stile del via (Stile via)

Il comando Copia fornisce un modo per costruire piste appaiate come per i bus di memoria. Potete fare quante copie volete cliccando il pulsante sinistro ripetutamente. Fate un Click destro per terminare. FARE ELETTRONICA - DICEMBRE 2005

SPECIALE

Riposizionamento dello sbroglio Infine, c’è anche un altro modo per modificare il percorso di una pista. Evidenziata la pista, potete alterarne il percorso posizionando semplicemente una nuova sezione di pista (nel modo usuale) che inizia e finisce su quella vecchia. ARES calcola automaticamente quale sezione è cortocircuitata e la rimuove. Notare anche che i vias che si rendono ridondanti (vias

Menu di Contesto per piste evidenziate

secondari) saranno rimossi, insieme con le sezioni cortocircuitate. Durante il processo di sbroglio, troverete tali funzioni estremamente utili per spostare piste che ne bloccano altre.

Verifica della Connettività Anche se non strettamente connessa con le opzioni di editing dello sbroglio, la verifica della connettività risulta molto utile verso la fine del processo di sbroglio per controllare quali sono le piste connesse e (più importante) quelle non collegate (ad esempio, potreste voler sapere se un segnale di clock è stato connesso a tutti gli integrati che lo richiedono). Per vedere in opera tale caratteristica, selezionate l’icona Evidenziazione Connettività. Cliccando con il pulsante sinistro del mouse su una piazzola di un componente con una pista connessa, vedrete che tutto ciò che è connesso con quella piazzola si illumina. Tutti questi oggetti evidenziati rimarranno illuminati anche durante uno zoom o lo scorrimento, fino a che non eseguite il comando Ridisegna (default “R”). Nella modalità di verifica della connettività, cliccando su una net presente nell’elenco e premendo il pulsante “T” del selettore, la net corrispondente e tutti gli oggetti ad essa collegata si illumineranno. Cliccando l’icona Elimina ciò cancellerà le piste o i vias illuminati e ciò consentirà di cancellare tutte o parte delle nets. CONCLUSIONI A questo punto avete le nozioni necessarie per poter iniziare a lavorare con ARES. Dedicheremo la prossima puntata allo sbroglio (automatico e manuale) di PCB mediante l’uso di una netlist, quindi la possibilità di interagire con ISIS oltre a mostrare come creare componenti personalizzati da inserire nelle proprie librerie. Vi ricordiamo che per tutte le vostre perplessità, idee e commenti potete usare il forum dedicato a PROTEUS sul sito www.farelettronica.com


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PRATICA

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TEORIA

RISORSE

SPECIALE

Prima parte n° 244 - Ottobre 2005

Editor di ISIS - Piazzamento e collegamento dei componenti Seconda parte n° 245 - Novembre 2005

ISIS - Creazione dei componenti ed editing avanzato

Usare PROTEUS:

Terza parte n° 246 - Dicembre 2005

ARES - Tecniche di base per il piazzamento e lo sbroglio di PCB

N

FARE ELETTRONICA - NOVEMBRE 2005

Pratica

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el numero precedente è stato illustrato come creare uno schema elettrico utilizzando le librerie dei componenti incluse nel pacchetto Proteus. Ma che fare se il componente non esiste? La soluzione a questo problema è illustrata nell’articolo di questo mese e, oltre a descrivere come associare il nuovo componente al relativo package, verranno illustrate anche le tecniche di esportazione e stampa.

CREAZIONE DI NUOVI COMPONENTI In ISIS i nuovi componenti sono creati direttamente insieme al disegno e non esiste un ambiente separato per la creazione o l’editing di dispositivi. Il nuovo componente viene creato piazzando una serie di elementi grafici 2D e i pin, numerando i pin stessi, evidenziando il tutto e, alla fine, richiamando il comando Crea Dispositivo. Troverete molto utile poter creare nuovi componenti nello stesso ambiente, avendo la possibilità di verificare esattamente come il componente apparirà, stabilendo con buona approssimazione quanto grande esso necessita di essere, quanti e quali pin devono essere piazzati su un lato, quali sull’altro e così via. Come esercizio, andremo a costruire un componente, il 7110, il cui aspetto sarà quello di figura 1. Tale componente è utilizzato nel file isistut.dsn che trovate nella cartella Samples/tutorial.

Disegno di un Nuovo Componente La prima cosa da fare è localizzare una zona libera del disegno dove il nuovo componente sarà creato - per posizionare l’area di Editing su un’area di disegno libera cliccate con il pulsante sinistro del mouse nella sezione in basso a destra nella finestra di Anteprima.

Figura 1

Figura 2 Box Icon

Iniziate disegnando il contorno del nuovo componente. Selezionate l’icona Box (figura 2). Vedrete che l’Object Selector a sinistra visualizza una lista di Stili grafici (figura 3). Uno stile grafico determina le proprietà dell’elemento grafico da disegnare in termini di 7110 Digital Attenuator finito colore, spessore, tipo di riempimento, colore di riempimento, ecc. Ciascuno stile è un differente insieme di attributi e definisce come le differenti parti appaiono nello schema.

Dal momento che state disegnando i contorni di un componente, selezionate lo stile grafico COMPONENT. Posizionate, poi, il puntatore mouse nell’area di Editing, premete e tenete premuto il pulsante sinistro del mouse e trascinate un rettangolo. Non preoccupatevi in questa fase della grandezza, potrete sempre cambiarla successivamente. Noterete che avendo scelto uno stile grafico COMPONENT, il rettangolo appare con gli stessi attributi di colore, riempimento, ecc. degli altri


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ISIS: creazione dei componenti ed editing avanzato

di Maurizio Del Corso m.delcorso@farelettronica.com

Figura 4 Object Selector e Pin disponibili

componenti sul disegno. La prossima operazione sarà quella di piazzare i pin sul nuovo componente. Selezionate quindi l’icona Pin di Dispositivo. L’Object Selector elenca i tipi disponibili di pin (potete anche creare vostri pin personalizzati). Selezionate il pin Default (figura 4); la finestra di Anteprima fornisce un’anteprima del pin con il nome NAME ed un numero, 99, mentre la base del pin è indicata con un marcatore Origine e la parte terminale con un “crocicchio” (il “crocicchio” rappresenta la parte terminale su cui sarà cablato il collegamento) come mostrato in figura 4.

FARE ELETTRONICA - NOVEMBRE 2005

Usate le icone Ruota e Specchia per orientare l’anteprima affinché la base del pin sia posta a destra e quindi cliccate con il pulsante sinistro del mouse sul lato a sinistra del rettangolo in modo che la base del pin si posizioni esattamente dove volete essa appaia. Piazzate i pin per VIN, D0÷D5, S1÷S3 e DGND. Potete anche usare il tasto della tastiera DOWN per muovere il puntatore di un’unità di griglia e anche il tasto ENTER come sostituto del tasto sinistro del mouse (spesso è più veloce usare questi tasti invece del mouse). Ora cliccate sull’icona Specchia e quindi piazzate i pin sulla destra: RFB, IOUT e AGND. Per finire, Figura 5 Anteprima del pin piazzate due pin, uno

A questo punto, potete riposizionare i pin oppure ridimensionare il rettangolo in modo opportuno. Per spostare un pin, evidenziatelo con il pulsante destro del mouse e quindi trascinatelo nella nuova posizione tenendo premuto il pulsante sinistro del mouse; per cambiarne l’orientamento, usare le icone Ruota e Specchia. Per ridimensionare il rettangolo, evidenziatelo prima premendo il pulsante destro del mouse e, quindi, cliccando e tenendo premuto il pulsante sinistro su una delle otto maniglie di trascinamento (quei piccoli riquadri neri posti ai vertici e sulle mediane dei lati del rettangolo). Trascinate la maniglia fino alla nuova posizione. Se avete cambiato la larghezza del componente, dovrete spostare anche i pin. Evidenziateli tutti trascinando un rettangolo attorno ad essi (con il pulsante destro del mouse) in modo che usando il comando Sposta questo li riposizioni tutti. Quando avrete ultimato di ridimensionare il rettangolo e posizionato i pin dovrete annotarli con il loro nome e numero e dovrete assegnare loro una tipologia. La tipologia del pin (input, power, pull-up, ecc.) è usata dallo strumento Electrical Rules Check allo scopo di garantire che solo pin della corretta tipologia siano collegati tra loro. Assegneremo prima i nomi, la tipologia e la visibilità dei pin. Dobbiamo evidenziare ciascun pin con il pulsante destro e quindi editarlo cliccando il pulsante sinistro del mouse; il pin

109 Pratica

Figura 3 L’Object Selector visualizza gli Stili Grafici

in alto e l’altro in basso in corrispondenza dei contorni del rettangolo, cambiandone l’angolo di rotazione con le icone Ruota e Specchia prima del piazzamento stesso in modo che essi puntino al di fuori del rettangolo del componente; questi pin saranno quelli di alimentazione VDD e VBB ed eventualmente saranno nascosti (questo è il motivo per cui non sono visibili sullo schema di riferimento).


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TEORIA

RISORSE

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ISIS: creazione dei componenti ed editing avanzato

dovrebbe ora apparire come in figura 7. La fase successiva è quella di numerare i terminali dei pin. Potete sempre aggiungere la numerazione manualmente Digitate il nome del pin nel Figura 6 Finestra di dialogo Crea Dispositivo nella colonna “A”, ma spesso campo Nome. Lasciate è più facile (e più sicuro) vuoto il campo Number in quanto lo assegneremo poi con lo strumento farlo in modo interattivo. Cliccate con il mouse nelle colonna “A” a lato del terminale “AGND”, Strumento di assegnazione proprietà. Scegliete una tipologia opportuna per il pin - come mostrato in figura 7. Output per il pin IOUT, Power per VDD, VBB, AGND e DGND, e Input per i rimanenti. Indicate i pin che devono essere nascosti deselezionando l’opzione Draw body - i pin VDD e VBB sono entrambi pin standard di alimentazione e pertanto possono essere nascosti. I pin AGND e DGND non sono standard e quindi richiedono di essere visibili in modo che possano essere collegati in modo opportuno agli altri componenti nel disegno che li usano. Premete il pulsante OK quando terminato.

visualizza la finestra di dialogo Modifica Pin. Editare ciascun pin di seguito come indicato: ●

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Ciò che abbiamo fatto sinora è quello di mettere insieme una serie di elementi grafici che costituiscono le parti del componente desiderato. La fase finale sarà quella di usare il comando Crea Dispositivo che le trasformerà nella parte di libreria ISIS. Salvare il componente in libreria Evidenziate tutti i pin e i contorni del componente - il metodo più semplice è trascinare con il pulsante destro del mouse un’area attorno le parti da evidenziare. Selezionate ora il comando Crea Dispositivo dal Menu Libreria; dovreste vedere la finestra di dialogo Crea Dispositivo (figura 6). Digitate nel campo Name il nome 7110 e la lettera U nel campo Prefisso, come indicato in figura 6. Succ.> quindi Selezionate i pulsanti Aggiungi/Modifica per aggiungere il tipo di contenitore (packaging). Selezionate il pulsante Aggiungi in alto della finestra di dialogo. Nel nostro caso vogliamo aggiungere un DIL16 dalla libreria PACKAGE. Trovata l’impronta (footprint) nell’elenco, per aggiungerla al componente da salvare cliccateci due volte sopra. La finestra di dialogo

Figura 7 Strumento Packaging con DIL16 pronto per l’assegnazione dei pins

Il pin “AGND” è il numero 2 - cliccate sulla piazzola (pad) “2” sull’anteprima dell’impronta come mostrato in figura 8. Dovreste vedere la piazzola evidenziarsi e il numero del terminale “2” sarà assegnato a “AGND” mentre il cursore si sposterà automaticamente sul terminale “D0”. Potete cliccare con il Figura 8 Assegnazione interattiva mouse sulle opportutramite lo strumento Packaging ne piazzole (8 per

Figura 9 Strumento Packaging dopo la numerazione dei pin


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PRATICA Seconda parte

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TEORIA

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ISIS: creazione dei componenti ed editing avanzato

D0, 7 per D1, eccetera) sull’anteprima dell’impronta del contenitore, prendendo a riferimento il componente 7110 visto precedentemente. Ciò assegnerà la numerazione dei pin al componente - quando avrete terminato, il tutto dovrebbe apparire come mostrato in figura 9. Ora tutte le piazzole dovrebbero essere evidenziate (a meno di errori) e non vi resta che cliccare il pulsante Assegna Package e quindi premere sul pulsante OK per ritornare alla maschera principale di Crea Dispositivo. Dovreste ancora una volta vedere l’anteprima del contenitore scelto. Premete ora sul pulsante Succ.> fino a che viene visualizzata la maschera Selezione Libreria, mostrata in figura 10. A questo punto, specificate una categoria e una sottocategoria per la parte creata. Suggeriamo “Analog ICs” e “Miscellaneous”, come mostrato sopra. Potete anche digitare una descrizione della parte e scegliere la libreria dove questa sarà salvata, anche se tipicamente l’unica libreria non protetta da scrittura è quella utente (USERDVC). Un tocco finale… Ora che il componente 7110 è stato definito, potete piazzarlo e collegarlo normalmente. Potete ora annotare le parti rimanenti della sezione circuitale appena disegnata - per annotare le nuove parti nello schema senza disturbare quelle esistenti usate Annotazione Automatica in modalità incrementale. Dovreste ora piazzare il bordo del foglio ed il cartiglio del disegno. Selezionate quindi l’icona Box, riducete il disegno fintanto che vedete l’intero contorno del foglio (blu scuro) e disegnateci sopra il bordo. Questa operazione deve essere fatta in quanto il contorno del

Figura 10 Maschera di assegnazione della categoria e della libreria

foglio in blu scuro serve solo da riferimento e non viene stampato su carta. Se volete la stampa del bordo dovete piazzarne uno nel disegno. Il cartiglio (header block) merita di essere discusso in maggior dettaglio. Esso è, in effetti, simile a qualsiasi altro simbolo che potreste usare, ad esempio, per il logo della vostra azienda. Viene comunque fornito un cartiglio di default HEADER, ma potreste ridefinirlo per i vostri scopi. Per piazzare il cartiglio, selezionate l’icona Simbolo e quindi cliccate sul pulsate P del Object Selector per visualizzare la finestra di dialogo Selezione Libreria Simboli. Prelevare simboli dalla libreria è simile all’operazione che avete già effettuato quando avete prelevato una parte dalla libreria dei componenti, eccetto che non esiste alcun sistema di categorie per i simboli. Selezionate l’oggetto HEADER dalla libreria SYSTEM e chiudete la finestra di dialogo. Puntate ora nella zona in basso del disegno dove desiderate porre il cartiglio, premete sul pulsate sinistro del mouse e trascinatelo in posizione. Alcuni campi del cartiglio sono riempiti automaticamente; altri come Design Title, Sheet Title, Author e Revision richiedono che l’utente digiti altre informazioni usando i comandi Modifica Proprietà Progetto e Modifica Proprietà Foglio nel Menu Progetto. Notate che il campo Nome Pagina nella finestra di dialogo Modifica Proprietà Foglio si differenzia dal campo Titolo Pagina - Nome Pagina è un breve identificatore che etichetta ciascuna pagina di un progetto gerarchico. Il campo Titolo Pagina è una descrizione completa del circuito di quel foglio ed è questa ad apparire nel cartiglio. Ingrandite il foglio per vedere gli effetti delle modifiche. SALVATAGGIO, STAMPA E PLOTTING Potete salvare il vostro lavoro in qualsiasi momento tramite il comando Salva del Menu File, (non potete se state usando la versione Demo, mentre invece è consentito nella versione Lite) ed ora è arrivato il momento di farlo! L’opzione Salva con nome permette di


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Figura 11

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Finestra di dialogo Stampa configurata in modo da centrare il disegno sulla pagina

Cliccare sull’icona Simbolo quindi cliccare nuovamente sul pulsante P nell’angolo a sinistra del Symbols Object Selector. Questa operazione farà apparire la finestra di dialogo Selezione Librerie. Cliccate due volte su OPAMP nella libreria System e chiudete la finestra di dialogo usando il pulsante “Riduci a Icona” di Windows sulla destra della barra Titolo. Posizionate il mouse in una zona libera dell’area di Editing e usate il pulsante sinistro del mouse per piazzare l’op-amp. Il componente apparirà con lo stile grafico COMPONENT in quanto è stato creato in questo modo.

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Ora dovete piazzare i pin attorno il simbolo del componente. Tale procedimento è lo stesso che avete già usato in precedenza per creare l’attenuatore 7110: ●

Selezionate Pin di dispositivo per ottenere la lista dei pin disponibili e selezionate il tipo di Default. Usate le icone Ruota e Specchia per orientare ciascun pin prima di piazzarlo sul disegno. Quando tutti i pin sono correttamente posizionati, editate ciascun pin evidenziandolo in sequenza, prima con il pulsante destro del mouse e quindi cliccandovi sopra con il pulsante sinistro. Usate la finestra di dialogo Modifica Pin per annotarlo con la corretta tipologia e nome. Il nome è necessario in quanto faremo riferimento a questo quando useremo lo Strumento Packaging, tuttavia scegliamo di non visualizzare il nome del

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ALTRE INFORMAZIONI SULLA CREAZIONE DI DISPOSITIVI Come costruire una parte a Sezioni Multiple Definiremo ora un’opportuna libreria per la parte TL074 quadruplo op-amp. Questa parte è costituita da quattro sezioni separate in un singolo contenitore, pertanto vi insegneremo come creare componenti a sezione multipla utilizzando lo Strumento Packaging.

Pratica

salvare il file con un nome differente da quello originale. Per stampare lo schema, selezionate all’inizio il dispositivo di stampa corretto usando il comando Imposta Stampante nel Menu File. Ciò attiva la finestra di dialogo standard di Windows per la scelta e la configurazione dei dispositivi di stampa disponibili. I dettagli sono quindi dipendenti dalla particolare versione di Windows e dalla vostra stampante per tutti i dettagli consultate la documentazione di Windows e della vostra stampante. Una volta selezionata la stampante, chiudere la finestra di dialogo e, per stampare il vostro schema, selezionate l’opzione Stampa dal Menu File. Vi sono parecchie opzioni in questa finestra di dialogo, ma per i nostri scopi centreremo solo lo schema sulla pagina ed infine la stamperemo. Cliccate sull’anteprima di stampa Anteprima di stampa e selezionate l’opzione Allinea uscita al centro così come mostrato nella figura 11. Se state usando la versione demo, potete stampare uno dei disegni forniti non modificati. Usate il comando Apri nel menu File per caricare tali disegni tra quelli già forniti.

La figura 12 mostra il nuovo op-amp prima che questo sia inserito nella libreria. L’op-amp è costituito da elementi grafici 2D, 5 Figura 12 Un elemento del TL074 pin e un marcatore Quadruplo op-amp prima della sua origine. Vedremo costruzione due modi per costruire questa parte. L’approccio più semplice è utilizzare il simbolo predefinito OPAMP. Procedere quindi in questo modo:


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PRATICA Seconda parte

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TEORIA

Pratica FARE ELETTRONICA - NOVEMBRE 2005

I pin di alimentazione sono denominati V+ e V- ed hanno la tipologia elettrica Power. Se cercate di piazzare tali pin sui lati obliqui del simbolo dell’op-amp, vi accorgerete che il terminale non è in linea con la griglia e, viceversa se cercate di allineare alla griglia il terminale del pin (marcato con un “crocicchio”) la base del pin non tocca il lato obliquo. In tal caso, allineate il terminale del pin alla griglia ed estendetene la base fino al simbolo dell’op-amp usando una linea con l’icona Linea Grafica 2D ed aumentando la risoluzione di snap. I pin d’ingresso sono denominati +IP e -IP e la tipologia corretta è Input. Il pin di output ha per nome OP, mentre la sua tipologia è Output. La fase finale sarà quella di posizionare il marcatore Origine. Selezionare l’icona Marcatore per visualizzare in Object Selector un elenco disponibile di simboli. Selezionate il marcatore Origin e piazzatelo al centro del simbolo grafico dell’op-amp. Il marcatore Origin è visualizzato come un piccolo rettangolo con una croce ed indica ad ISIS il riferimento del componente rispetto al puntatore del mouse quando la parte sarà trascinata o posizionata nel disegno. Abbiamo completato la marcatura del componente. Evidenziate tutti i vari elementi grafici - il simbolo dell’op-amp, i pin ed il marcatore Origin - trascinando un rettangolo di selezione con il pulsante destro del mouse, e quindi usate il comando Crea Dispositivo nel Menu Libreria. Procedete come segue:

Usare lo strumento packaging Lo strumento Packaging fornisce l’ambiente grafico in cui assegnare ad una parte shematica uno o più impronte PCB. Viene creata una tabella di pin numerata e denominata in modo differente per ciascuna impronta PCB in quanto ogni contenitore può avere un differente numero di pin, anche per la stessa parte schematica. Con lo strumento di Packaging aperto creiamo l’impronta da assegnare al componente: ●

Digitate il nome nel campo Nome dispositivo, es. TL074 e il prefisso “U” Cliccate sul pulsante Succ.> per visualizzare la pagina Packaging e cliccate Aggiungi/Modifica per aprire lo strumento packaging.

Cliccare il pulsante Aggiungi. Ciò aprirà l’elenco della libreria di ARES. Selezionate la libreria PACKAGE, e cliccate due volte sulla parte DIL14.

Quindi effettuate le seguenti modifiche: ●

Cambiate il numero di elementi da 1 a 4. Ciò perché il componente ha quattro sezioni op-amp all’interno di un contenitore DIL14. Definire i pin V+ e V- come pin comuni. Ciò significa che i quattro elementi hanno in comune due pin di alimentazione che voi potrete collegare solo ad una sezione o a tutte. Tali collegamenti saranno considerati interconnessi. Cliccate l’opzione “Consento lo scambio tra porte nel layout”. Questa opzione specifica che gli elementi sono identici e che pertanto possono essere scambiati durante lo sbroglio del PCB in ARES.

Dovreste vedere una finestra simile a quella riportata in figura 13. Assegnate ora la numerazione dei pin. Per aiutarvi, la figura 14 mostra la numerazione dell’op-amps che stiamo costruendo: Procedete come segue: ● ●

SPECIALE

ISIS: creazione dei componenti ed editing avanzato

pin sul componente (l’uso dei pin è implicito per l’op-amp scelto). Quindi assicuriamoci che l’opzione Mostra Nome non sia selezionata. Non vi è alcuna necessità di digitare la numerazione dei pin, in quanto la definiremo usando lo Strumento Packaging.

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RISORSE

Cliccate sulla colonna “A” per il pin +IP. Cliccate sia sulla piazzola “3” dell’anteprima del contenitore oppure digitate “3” con la tastiera e quindi premete TAB. In entrambi i modi, il pin “3” sarà evidenziato sull’anteprima per mostrare che è stato assegnato. Il cursore si sposterà automaticamente sulla riga -IP. Ora ripetete il procedimento per gli altri


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TEORIA

Infine, cliccate sul pulsate Assegna Packages per ritornare alla finestra di dialogo Crea Dispositivo, e salvate la parte nella libreria USERDVC, esattamente come avete fatto per il componente 7110.

Pratica

Come derivare componenti simili Avendo costruito un TL074 potete quasi istantaneamente definire modelli derivati come TL064 e TL084. Piazzate semplicemente un TL074, evidenziatelo e chiamate il comando Crea Dispositivo; cambiate il nome in TL064 (o qualsiasi altro) e salvatelo. Non poteva essere più semplice! Se avete bisogno di aggiungere altri particolari al TL074 - come ad esempio più simboli grafici, potete semplicemente aggiungerli sopra il TL074 e chiamare il comando Crea Dispositivo. In alternativa, se il TL074 era sostanzialmente corretto ma richiedeva di essere ritoccato prima di adattarsi al nuovo componente derivato potete scomporlo nei suoi elementi grafici, evidenziandolo prima e poi selezionando il comando Scomponi dal Menu Libreria, editando o aggiungendo i particolari richiesti e quindi marcando il nuovo dispositivo. Sostituzione di componenti in un disegno Potete ora sostituire i quattro filtri op-amps

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SPECIALE

ISIS: creazione dei componenti ed editing avanzato

pin, fino a che tutti sono stati assegnati, cosa che l’anteprima indicherà evidenziando tutte le piazzole corrispondenti. Naturalmente controllate di non aver dimenticato qualche pin.

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RISORSE

Figura 13 Lo strumento Packaging pronto per l’assegnazione dei pin

con le parti appropriate TL074. Per sostituire i componenti con un tipo simile, prelevate il nuovo dispositivo, assicuratevi che il mouse sia dentro il componente da sostituire, cliccate e tenete premuto il pulsante sinistro del mouse ed infine trascinate il nuovo componente in modo da far combaciare i pin del nuovo con quello vecchio. ISIS trasferirà i collegamenti dal vecchio componente a quello nuovo, mantenendo intatte le altre informazioni (es. Il suo riferimento, ecc.). Simboli e libreria di simboli Evidenziate le tre linee che formano la squadretta attorno gli ingressi del 7110. Chiamate quindi Crea Simbolo dal Menu Libreria, digitate TEST come nome del simbolo e premete ENTER. Selezionate ora l’icona Simbolo. Vedrete apparire nell’Object Selector la parte TEST. Prelevate tale parte, provando a piazzarla sul vostro disegno. L’uso di questi simboli è abbastanza comune come OPAMP, che è comune a molti componenti, ma anche per i logo, emblemi ecc. Il blocco HEADER usato per il cartiglio fa un uso speciale dei simboli. Il simbolo di default è stato creato da linee 2D, da un rettangolo ed altre speciali primitive di testo che sono automaticamente sostituite dal testo associato ad esse. Ad esempio, un oggetto testo con la stringa: @DTITLE visualizzerà il titolo del disegno una volta che questo è stato digitato nella finestra di dialogo del comando Modifica Proprietà Progetto. GENERAZIONE DI RAPPORTI Ora che il disegno è stato completato, potete generare i rapporti disponibili come la Netlist, l’elenco dei Materiali o Bill of Materials (BOM) oppure lanciare l’Electrical Rules

Figura 14 I quattro elementi del nostro TL074


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COS’ALTRO VI ATTENDE Dal prossimo numero inizieremo ad occuparci di ARES, quindi di come realizzare un circuito stampato. Per il momento vi suggeriamo di fare un po’ di pratica con ISIS esplorando anche le altre funzionalità del programma. Vi ricordiamo che sul sito di Fare Elettronica è disponibile il Forum dedicato a Proteus, utile per scambiare idee e suggerimenti. L’appuntamento è in edicola il prossimo mese.

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PROGETTI DI GRANDI DIMENSIONI In questa ultima sezione prenderemo in esame un progetto preesistente - EPE.DSN. Questo progetto è un emulatore e programmatore di EPROM a microprocessore, ed è gestito con una tecnica schematica detta gerarchia a fogli multipli. Come tale, esso rappresenta un buon esempio di relativa complessità circuitale che potete ottenere facilmente dal vostro sistema ISIS. Il progetto EPE è strutturato in 3 fogli principali in formato A3 (Processor, Emulator e PSU). Sono usati alcuni sotto-schemi per rappresentare i banchi di Emulazione RAM (4 banchi per 32k di emulazione) e 6 sezioni di alimentazione (PPSU) che sono necessarie per coprire il range della serie EPROM 27. Caricate in ISIS il progetto usando il comando Apri nel Menu File, e selezionate EPE.DSN dall’elenco. Troverete il file in questione sotto “Samples\Schematic & PCB Design” nella cartella di installazione del vostro Proteus. In alternativa, potete visionare i disegni forniti chiamando il file di guida SAMPLES nel Menu Giuda. Il primo foglio è la CPU - dateci uso sguardo

usando sia lo scorrimento che le opzioni di zoom. Per vedere altri fogli usate il comando Vai alla pagina nel Menu Progetto. Scegliete la seconda voce dall’elenco e dopo un istante sarà visualizzato il foglio Emulator Control. Ridimensionate il foglio in modo da vederlo interamente. I 4 rettangoli blu sono i sotto-circuiti. Il testo sopra ciascun sotto-circuito è l’identificatore ID (simile al riferimento delle parti) ed il testo in basso è il nome del circuito. Potete usare lo zoom anche nei sotto-circuiti: ponete il puntatore del mouse su uno dei sotto-circuiti ed usate la sequenza di tasti assegnata (per default è CTRL+C). ISIS passa velocemente dal foglio Emulator Control al foglio banco RAM. Date uno sguardo al circuito, in particolare prendete nota della numerazione dei componenti. Per uscire da un sotto-circuito usate la sequenza assegnata (per default è CTRL+X). Entrate in un altro sotto-circuito del banco RAM e verificate la numerazione dei componenti con quello precedente - sebbene il circuito sia lo stesso (se modificate qualcosa in un sotto-circuito, la modifica si riflette negli altri) ciascun componente ha una diversa numerazione; questa è la caratteristica dello strumento di Annotazione globale progetto al lavoro. Ora che conoscete come gestire i vari fogli in un progetto gerarchico potete esplorare il resto del progetto EPE. Tale progetto rappresenta un buon esempio di circuiti analogici, digitali e a microprocessore, il che dimostra quanto ISIS sia ben adatto nelle varie tipologie di schemi elettrici.

Pratica

Check (ERC). Ciascun rapporto è generato chiamando il comando corrispondente nel Menu Strumenti. I risultati del rapporto sono visualizzati in una finestra di testo dalla quale possono essere salvati in un file selezionando il pulsante “Salva con nome” oppure copiati nella clipboard per l’uso in altri programmi con il pulsante “Copia negli appunti”; il pulsante “Chiudi” permette di chiudere la finestra di testo e di ritornare nell’editor di disegni. Notare che l’ultimo rapporto non viene perduto chiudendo la finestra di testo - per rivederla è sufficiente selezionare ancora il comando Visualizzatore Testi nel Menu Sistema. I servizi offerti dal rapporto Bill of Materials dovrebbero essere auto esplicativi, tuttavia è possibile ottenere una serie di servizi ulteriori. Il rapporto Electrical Rules Check conterrà una serie di errori poiché il circuito presentato nel presente tutorial non è un progetto completo.


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Terza parte: Aprile 2007 Programmiamo il Cubloc utilizzando il Basic Quarta parte: Maggio 2007 Approfondiamo il Ladder Logic (I) Quinta parte: Giugno 2007 Approfondiamo il Ladder Logic (II) Sesta parte: Luglio/Agosto 2007 Approfondiamo il Ladder Logic (III)

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Il PLC per tutti

Dopo una breve presentazione del linguaggio Ladder Logic, da questo mese iniziamo l’approfondimento di questo interessante linguaggio, in particolare ci occuperemo dei PRATICA

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diagrammi di livello.

Qualche puntata addietro abbiamo avuto il piacere di conoscere il linguaggio grafico Ladder Logic. Un linguaggio, definito anche “a contatti” con il quale si disegna il proprio circuito applicativo invece di scrivere righe di codice. Ma il suo funzionamento è in realtà molto più “profondo” di quello che inizialmente sembra. Esistono infatti tecniche e procedure che permettono di ottenere prestazioni molto evolute, limitando comunque il proprio lavoro di sviluppo al minimo. Procediamo assieme quindi, focalizzando soprattutto la parte pratica e didattica, che è poi il metodo migliore per imparare.

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Comprendiamo i Diagrammi di Livello Per conoscere bene la funzione dei Relay (vedi puntata precedente sul Ladder Logic) è opportuno esaminare i “Diagrammi di Livello” che producono gli stessi. Tali diagrammi forniscono chiaramente l’andamento del segnale logico in entrata e in uscita in modo da evidenziarne il comportamento durante l’intero utilizzo. Con un esempio chiariamo meglio il concetto. Riproponiamo l’esempio del precedente articolo che prevedeva l’accensione di un Led (o lampada) premendo semplicemente un pulsante. In questo esempio, semplice ma significativo, esistono due unità: la porta di uscita, alla quale è collegata la lampadina e la porta di ingresso, alla quale è collegato il pulsante. È evidente che il simbolo del pulsante può assumere solamente due possibili valori (0 o 1 cioè Vero o Falso). Gli

Figura 1 Schema elettrico con un ingresso e un’uscita

stessi valori saranno assunti dalla lampada, che seguirà esattamente lo stato dell’ingresso. La figura 2 riporta il sorgente in Ladder Logic della procedura. Ebbene, esaminiamo adesso i diagrammi di funzionamento dei Relay, in modo da comprendere bene il loro funzionamento “logico”. Come si può vedere in figura 3, vi sono due tracce che forniscono, nel tempo, lo stato logico dei due relay (pulsante e lampada). Ebbene, se il pulsante si trova nello stato logico Vero, anche la lampada si troverà nel medesimo stato. E così pure se lo stato logico del pulsante è Falso.

Secondo esempio: pulsante negato Naturalmente è richiesta la completa lettura dei precedenti articoli per la perfetta comprensione

Figura 2 Il sorgente Ladder con un ingresso e un’uscita


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Approfondiamo il Ladder Logic: i diagrammi di livello degli esempi. Sfogliate pertanto attentamente i contenuti e compenetratevi bene nella problematica. Occorre infatti padroneggiare con i simboli del Ladder e comprendere come essi interagiscano tra loro, per formare un intero circuito logico.

di Giovanni Di Maria

41 PRATICA

Analisi Iniziamo dunque con i nuovi esempi proposti questo mese. Un pulsante “invertito” illumina una lampada se esso non è premuto. Se invece è pigiato spegne la lampada. Abbiamo a che fare con una linea “invertita” o “negata” che ribalta lo stato logico di un dispositivo. In figura 4 vediamo come assemblare i rung del sorgente Ladder. Lo schema elettrico è lo stesso del precedente esempio (figura 1). Per i due programmi finora visti occorre, come sempre, digitare un minimo di listato Basic per predisporre correttamente l’ambiente di lavoro. Const Device = CB280

Figura 3 Il Diagramma di Livello del relay LOAD

Usepin 0,Out,lampada Usepin 1,In,pulsante Set Ladder On Do Loop

Guardiamo il sorgente raffigurato in figura 4. È lo stesso del precedente. Cambia solamente il simbolo del Relay Pulsante che è caratterizzato da una linea inclinata al centro. Esso riveste la funzione di un pulsante normalmente chiuso, che fornisce corrente se non è premuto. La figura 6 mostra il relativo Diagramma di livello. Figura 4 Il sorgente Ladder con un ingresso invertito e un’uscita

Figura 6 Il Diagramma di Livello del relay LOADN

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Figura 5 Il sorgente Ladder con un ingresso, una linea invertita e un’uscita

Altra soluzione Se non si vogliono usare i contatti negati (normalmente chiusi) è possibile adottare un’altra configu-


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razione. Basta infatti invertire lo stato della linea, negando la stessa attraverso un altro simbolo, come visibile nel sorgente Ladder di figura 5. Questo simbolo prende il nome di Not e serve, appunto, per ribaltare lo stato logico di una linea. Il simbolo utilizzato per il pulsante è stavolta nor-

PRATICA

44 Figura 7 Schema elettrico per il terzo esempio

malmente aperto. Il funzionamento del circuito e lo schema sono i medesimi.

Terzo esempio: un pulsante e tre diversi utilizzatori Procediamo a grandi passi per comprendere sempre di più la filosofia del linguaggio Ladder. La sua semplicità è davvero disarmante e, come ha scritto tempo fa il Direttore nel suo editoriale, anche i principianti possono creare i propri prototipi, senza scrivere una sola linea di programma. Quest’altro esempio prevede la presenza di un pulsante che, quando premuto, deve azionare tre carichi differenti collegati ad altrettante porte del Cubloc. Naturalmente i carichi saranno simulati sulla Study Board da semplici diodi Led. Nota importante: quando si progettano circuiti che prevedono l’utilizzo di molte porte, è consigliabile controllare sul manuale la funzione svolta da ciascun pin, in quanto non tutti rivestono contemporaneamente l’attività di ingresso o uscita. Schema elettrico Lo schema elettrico, raffigurato in figura 7, è molto semplice. Il pulsante P0 è collegato alla porta P1 del modulo, facente capo al pin 6 che lavora solo in input. I diodi led L0, L1 e L2 sono collegati rispettivamente alle porte P0, P2 e P3, configurate invece come uscita (Out).

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Figura 8 Il sorgente Ladder del terzo esempio

Il sorgente Basic e Ladder Come al solito è necessario inizializzare le porte in Basic e fornire le direttive necessarie. Le poche righe di programma sono le seguenti e predispongono le porte a funzionare secondo le esigenze del programmatore. Const Device = CB280 Usepin 1,In,pulsante Usepin 0,Out,carico1 Usepin 2,Out,carico2 Usepin 3,Out,carico3 Set Ladder On Do

Figura 9 Schema elettrico per il quarto esempio

Loop


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Il sorgente Ladder prevede invece l’utilizzo di quattro Rung, così come in illustrato in figura 8. Da notare come l’ingresso sia rappresentato, per tre volte, dallo stesso pulsante. Utilizzo Il programma appena creato consente in pratica di portare a “livello alto” lo stato delle porte P0, P2 e P3, semplicemente premendo un pulsante.

Figura 10 Il sorgente Ladder CORRETTO del quarto esempio

Soluzione alternativa Niente da dire, il Ladder Logic è sbalorditivo. Lo stesso prototipo può essere “disegnato” in altri modi ad esempio utilizziamo solamente un pulsante, collegato alle rispettive uscite (utilizzatori). In questa maniera si semplifica il circuito utilizzando un numero minore di simboli.

Quarto esempio: pulsanti combinati

45 PRATICA

Figura 11 Tavole della verità degli operatori logici AND, OR, XOR

Proseguiamo assieme nel cammino e vedrete che, pian piano, il Ladder Logic risulterà sempre più semplice e chiaro. Ma soprattutto consentirà la creazione di prototipi in pochissimo tempo. L’importante è assimilare i concetti gradatamente e con cognizione di causa. In questa sezione esploriamo un caso pratico. Si ha l’esigenza di realizzare un dispositivo dotato di tre pulsanti e tre lampadine. Il funzionamento del prototipo deve prevedere le seguenti tre casistiche: • Se l’utente preme SOLO il pulsante 1, si accende la lampada 1. • Se l’utente preme CONTEMPORANEAMENTE il pulsante 1 ed il pulsante 2, si accende la lampada 2. • Se l’utente preme CONTEMPORANEAMENTE il pulsante 1, il pulsante 2 ed il pulsante 3, si accende la lampada 3. • Nessun evento accade se si premono altre combinazioni di tasti. Sembra apparentemente un problema di facile risoluzione, ma in esso si nascondono alcune insidie.

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Figura 12 12: Implementazione in Ladder delle funzioni AND, OR e XOR

Schema elettrico Lo schema è naturalmente un tantino più complesso del precedente, in quanto prevede l’utilizzo di tre ingressi (pulsanti) e tre uscite (diodi led). In particolare il pulsante P0 è collegato alla porta P0 del Cubloc, il pulsante P1 alla porta P1 ed il pulsante P2 alla porta P2 (configurate tutte in ingresso). Il led L0 è collegato alla porta P3, il led L1 alla porta P4 ed il led L2 alla porta P5 (configurate tutte in uscita). Lo schema è quello di figura 9.


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Sorgente Basic Occorre, come al solito, trascrivere nell’apposito editor, il sorgente in Basic per configurare in modo appropriato l’ambiente operativo e le funzioni svolte dalle porte utilizzate. Const Device = CB280 Usepin 0,In,puls1 Usepin 1,In,puls2 Usepin 2,In,puls3

L’approccio corretto è allora il seguente: • Se l’utente preme SOLO il pulsante 1 (e gli altri due pulsanti NON sono premuti), si accende la lampada 1. • Se l’utente preme CONTEMPORANEAMENTE il pulsante 1 ed il pulsante 2 (ed il pulsante 3 NON è premuto), si accende la lampada 2. • Se l’utente preme CONTEMPORANEAMENTE il pulsante 1, il pulsante 2 ed il pulsante 3, si accende la lampada 3. • Nessun evento accade se si premono altre combinazioni di tasti. il sorgente è quello di figura 10.

Usepin 3,Out,carico1 Usepin 4,Out,carico2 Usepin 5,Out,carico3 Set Ladder On Do

Come si nota dunque sono stati utilizzati anche i simboli che rappresentano i pulsanti normalmente chiusi. Questi hanno il compito di fornire un livello logico vero se la relativa porta fornisce un livello logico falso.

Loop

PRATICA

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Sorgente Ladder All’inizio della stesura del programma, istintivamente si è portati a creare 3 rung attivi, ognuno dei quali preveda esclusivamente lo stato dei tasti premuti solamente. Procedendo in questa maniera si incorre in un errore logico, in quanto il Ladder processa contemporaneamente i rung, non escludendoli mutuamente. Il programmatore potrebbe intraprendere dunque un approccio di questo tipo: se si preme il primo tasto si illumina il primo led, se si premono i primi due tasti si illumina il secondo led, se si premono tutti i tre tasti si illumina il terzo led. Apparentemente il discorso logico è corretto, ma se si esamina più approfonditamente si nota che la seconda clausola implica la prima e che la terza clausola implica la prima e la seconda. E’ pur vero infatti che se vengono premuti i primi due tasti, si illumina il secondo led, ma si illumina anche il primo led poiché anche il primo tasto è pigiato.

Esecuzione Premendo i pulsanti come indicato sopra, i led si illumineranno correttamente. Ricordate che l’analisi del software è la fase più critica ma importante di qualsiasi sviluppo.

AND, OR, XOR Per concludere la puntata vediamo come implementare, in Ladder, le tre configurazioni logiche più importanti: la AND, la OR e la XOR. Riportiamo alla memoria le relative tabelle della verità, dotate di due ingressi e un’uscita, in figura 11. Nella figura 12 sono riportate le configurazioni dei tre operatori logici, codificate nel linguaggio Ladder Logic. Con la funzione AND la lampada si accenderà solamente se entrambi i pulsanti saranno premuti. Con la funzione OR la lampada si accenderà se indifferentemente uno dei due pulsanti, o entrambi, saranno premuti. Con la funzione XOR la lampada si accenderà se un pulsante, e uno solo, sarà premuto.

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Conclusioni Il Ladder è un linguaggio potente e semplice nello stesso tempo. Cominciate a fare i primi esperimenti con quanto studiato ed apportate alcune varianti personalizzate, senza però procedere troppo velocemente sul programma. Nelle prossime puntate saranno trattate funzioni ben più complicate. A presto.

Figura 13 La Study Board in funzione

Codice MIP 263040 www.farelettronica.com/mip


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