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Circuitos Electrónicos2º Ingeniero de TelecomunicaciónManual de MicroCap V Demo

Alejandro Arias AlcarazAntonio Luque Estepa

Departamento de Ingeniería ElectrónicaEscuela Superior de Ingenieros

Universidad de Sevilla

Diciembre 2004

Apuntes de MicroCap V Demo Circuitos Electrónicos

Índice

1. Introducción ...........................................................................................

2. Entorno de trabajo ..................................................................................

3. Edición y creación ..................................................................................

4. Colocar unos impulsos de entrada ..........................................................

5. Análisis y manejo de los resultados ........................................................

6. Tutorial ....................................................................................................

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1. Introducción

MicroCap es un programa de simulación de circuitos, tanto analógicos como digitales, basado en una interfaz gráfica y que funciona bajo cualquier versión de Windows.

En el CdC la versión del programa que usaremos será la 5.0, más concretamente, una versión de demostración para uso de estudiantes.

Como versión demo que es, nuestro programa tendrá limitaciones respecto de la versión completa. En concreto deberemos tener especial atención con dos de ellas.

1. La librería de dispositivos “reales” (modelos de fabricante) está restringida a unos pocos componentes.2. El número de componentes que pueden incluirse en un circuito está limitado a 50.

Para asegurarse de que el programa encuentra todas las librerías de componentes, es necesario guardar los ficheros con los que trabajamos antes de empezar a editarlos. Esto se hace con la opción Save As del menú. El directorio donde se debe guardar el fichero es mc5demo\program\data. Esto es, el directorio donde se encuentra instalado el programa.

Para ejecutar el programa en el CdC es necesario copiar antes los ficheros al disco duro de cada ordenador. Esto se hace entrando en la carpeta MicroCap que se encuentra en el escritorio y ejecutando el programa Copiar Archivos. Una vez hecho esto, se ejecuta el icono Mc5Demo, que inicia el programa.

En estos apuntes no pretendemos explorar con profundidad extensa la complejidad de los diseños que se pueden montar en MicroCap. Simplemente nos centraremos en lo más necesario para las prácticas de la asignatura. Ésto es: solo en la parte digital del programa y con la mayoría de las funciones disponibles (no todas).

Además, al final de los apuntes, tendréis un tutorial de la realización de un ejercicio, para que podáis perder el miedo al programa y os familiaricéis con las funciones más básicas lo antes posible.

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2. Entorno de trabajo

En MicroCap trabajaremos fundamentalmente con dos interfaces (con dos tipos de pantallas): la de edición del circuito y la de los análisis.

En la primera (edición y modificación del circuito) nos encontraremos con:

En el menú superior tenemos

Opciones de ventana.

File Opciones de archivo (abrir, salvar, salvar como, nuevo, etc.)Importante el traductor a ficheros de spice y otros.

Edit Opciones de cortar, copiar, etc.

Component Aquí encontraremos todo lo necesario para construir nuestro circuito. Dentro de ese menú, interesarán realmente las partes:

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*Digital primitives: modelos estándar de los dispositivos que se utilizan (puertas, biestables, etc.). Concretamente:

-Standard Gates: para usar las puertas lógicas. Un detalle es que, al seleccionar la puerta (AND, OR, etc.), nos aparecen varios tipos (puerta + un número -AND3, OR5-), son la puerta y el número de entradas que le llegan (salidas solo hay una ;) ).

-Edge-Triggered Flip-Flops: para nosotros, biestables. Solo habrá de dos tipos –JK y D-.

-Stimulus generator: para generar los estímulos, las señales del circuito. Aquí ocurre como con las puertas, se puede elegir el numero de estímulos. Así tendremos un dispositivo que generará x señales digitales que irán a nuestro circuito. Ya explicaremos con más detalle como generar señales.

*Digital library: tiene modelos reales de dispositivos digitales, para elegirlos basta con ver su código.

Windows Para opciones de cómo ver la ventana del programa.

View Seleccionar las funciones que queremos tener a mano en las barras de herramientas.

Analysis Para seleccionar el tipo de análisis que queremos.

*Transient: transitorio.*DC: análisis en continua.*AC: análisis en alterna.

Bajo este menú principal, tendremos los botones de las diversas funciones del programa. Aquí explicaremos la mayoría de ellas, no todas, pues no todas serán usadas.

Es el botón de selección y sirve para poder escoger elementos ya colocados y modificarlos según queramos.

Con este botón podremos introducir texto escrito en nuestro archivo.

Este botón sirve para colocar cables rectos en nuestro circuito.

Este botón también sirve para colocar cables, pero en este caso en diagonal, en nuestro circuito.

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Para colocar diversas formas geométricas (círculos, rombos, etc), en nuestro circuito.

Para colocar banderas (de información) en el circuito.

Para obtener información dentro del circuito (retraso, modelo, etc;) de los componentes que tengamos.

Con esta función obtendremos información general de los componentes (del tipo: qué es una puerta de tal o cual tipo, cómo se colocan, etc;).

Para cambiar el color de los nombres de los componentes.

Para cambiar el formato de la letra.

Para cambiar el modo de visión en la pantalla de MicroCap (mosaico, cascada, ventana completa, ...).

Una calculadora.

Para acercar u alejar la imagen.

Muestra todos los nodos del circuito numerados. Es especialmente útil en los análisis.

Sirven para habilitar/deshabilitar la opción de ver los textos y los números, respectivamente, de los componentes en el circuito.

Para poder ver distintos modos de pantalla (punteada, otro tipo de puntero, etc;).

Una vez que se haga un análisis, la pantalla que nos aparece es como esta:

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Del menú superior interesan, básicamente:

Options para cambiar los botones que se desea que aparezcan en la “botonera” de abajo.

Transient para cambiar las opciones del análisis.

De la botonera, las funciones más relevantes son:

Permite agrandar una zona del análisis para verla mejor.

Permite ver los valores lógicos de las señales en cada instante (si son ‘0’ o ‘1’).

Con ésto podemos calcular el valor del análisis entre dos puntos tanto en horizontal como en vertical, respectivamente.

Se obtiene el valor del análisis en un punto de la gráfica.

Opciones de la gráfica (con recuadros, con las señales resaltadas, con cuadrículas, etc;).

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Sirven para hacer barridos en las señales, viendo con detalle los valores que van tomando en cada instante. Si lo pulsas repetidas veces van pasando: por todos los flancos, solo los flancos de subida, solo los de bajada (los tres primeros respectivamente) o se pueden manejar a voluntad.

Repetir el análisis.

3. Edición y creación

A la hora de colocar un dispositivo lógico (puerta, biestable, ...), tendremos dos opciones: colocar un dispositivo predefinido (modelo de fabricante) o colocar un modelo estándar y personalizarlo un poco. Como MicroCap tiene muy pocos modelos de fabricante (librerías) disponibles, por lo general, usaremos los dispositivos estándar.

Para colocar un dispositivo ya predefinido, basta con buscar su referencia en el menú Digital library, seleccionarlo y colocarlo.Ahora bien, si deseamos colocar un dispositivo genérico es muy posible que debamos de determinar algunos de los parámetros del dispositivo.

En el caso de las puertas lógicas, al colocarlas nos debe aparecer una ventana tal como ésta:

Donde hay solo un parámetro que no está definido y que, según el enunciado, rellenaremos. Le damos a aceptar y tendremos ya nuestro dispositivo colocado.

Prácticamente lo mismo ocurrirá con los biestables, al colocarlos nos aparece:

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Y pondremos lo que nos interese en cada momento.

NOTA 1: Normalmente el retraso será DLY_TTL (el retraso normal de los componentes TTL, que son los que usaremos).

NOTA 2: Si quisiéramos rotar el dispositivo basta con, al pulsar el botón izquierdo para colocarlo, mantenerlo pulsado mientras pulsamos el derecho para girar la pieza.

Para colocar los cables tendremos también dos opciones, los dos botones que hay.

Para colocar cables rectangulares.

Para colocar cables en diagonal.

Lo mejor es usar al principio el cable rectangular, que clarifica más el circuito.

Cuando dos cables se corten o se crucen, se simbolizará así:

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Para seleccionar un componente se usa . Una vez seleccionado podremos moverlo (en la selección, mantenemos pulsado el botón izquierdo del ratón y arrastramos el elemento) o borrarlo (pulsar Supr).

4. Colocar unos impulsos de entrada

Puesto que MicroCap es un programa de simulación, necesitaremos unos estímulos que emulen las señales eléctricas del circuito real. Nosotros colocaremos fuentes de n estímulos cuyas salidas irán a las entradas del circuito que diseñamos, según nos convenga.

Seleccionamos en:

El tipo de estimulo (Stim ) que prefiramos.Pulsamos y nos aparecerá una pantallita tal que ésta:

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Donde deberemos definir un par de elementos:

-Format: ahí pondremos la forma que tendrá nuestra señal. Tenemos, en principio, dos opciones para definirla.

1º Poniendo el exponente -n- de nuestra señal (de tipo 2n). Es decir, que si ponemos un 1, es porque será una señal binaria (21). Si ponemos 3 será una señal en octal (23), 4 para hexadecimal (24), etc ...

NOTA: hacemos notar que, si deseamos generar una señal en hexadecimal (que necesita 4 salidas de la fuente, 4 bits), no vamos a poner una fuente solo de 2. Si, en cambio, podemos jugar a, si tenemos una fuente de 16 salidas, a poner dos señales en octal (u otras combinaciones).

2º También, si fueran n señales binarias podríamos poner n unos para indicarlo.

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En este caso serían 4 entradas y cada entrada, binaria. Para identificar el bit más significativo en la fuente basta con ver el pequeño recuadro que tiene la fuente de impulsos. Ahí estará el bit más significativo.

-Command: pondremos el nombre de la entrada, que nos servirá para identificarla más tarde.

Una vez colocada nuestra fuente de impulsos, deberemos definir los valores de los impulsos que mandamos (periodo, amplitud, etc) y para ello nos iremos a la pestaña Text en la esquina inferior izquierda de la pantalla.

Allí deberemos escribir un texto como este para que nuestra señal quede totalmente definida.

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Si estuviera en octal o hexadecimal, en vez de 01, 00, etc; podríamos haber puesto el valor (2, 4, 8, A, D, ...) y daría igual. La entrada sería el valor del número, en binario. Con los valores de la izquierda, los más significativos y de la derecha, los menos significativos.

5 Análisis y manejo de resultados El único tipo de análisis que nos interesará en digital será el análisis transitorio. Para poder hacerlo nos dirigimos a:

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Y tras pulsar nos aparecerá una ventana como ésta:

Que ahora detallaremos.

Time Range: el tiempo total que queremos que dure la simulación.

Maximum Time Step: el paso de la simulación.

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Number of Points: El análisis no es más que ver la respuesta del circuito para una serie de puntos y construir con ellos la gráfica. Aquí se pueden especificar el número de puntos con que se construirá el cronograma.

Temperature: para poner la temperatura a la que se realizará la simulación. En algunos circuitos, sobre todo en los analógicos, la respuesta varía considerablemente con la temperatura. En los circuitos digitales esto no suele pasar salvo en cambios de temperatura grandes.

En las opciones de abajo.

P: el número de la gráfica en la que irá ese análisis.

X, Y expression: para colocar las variables a representar en los ejes X e Y.Normalmente el eje X será el tiempo (T) y el eje Y será un valor de tensión de algún nodo. Ésto último,lo podemos escribir de dos maneras:

d(n): veremos la tensión del nodo n.hex (m,n,l,k): veremos los valores, en hexadecimal, que se obtienen entre las 4 entradas (NOTA: las entradas deben de estar ordenadas de más a menos significativos).

X,Y Range: El valor máximo de X e Y que se verá en la gráfica, es decir, sus límites. Es aconsejable poner, en ambos casos, Auto, para que salgan unos límites según el análisis.

Una vez colocado todo, pulsamos Run y se realizará el análisis.

Donde podremos hacer varias cosas:

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Ampliar una zona determinada.

Pulsamos el botón . En los cronogramas, haremos un primer clic y, sin soltar el botón, vamos creando el recuadro que envolverá a la zona que se va a ampliar. Al soltar el botón, se ampliará la zona.

Si, con la ampliación, se nos hubiera escapado algún dato, basta pulsar el botón derecho del ratón y, sin soltarlo, mover el ratón a izquierda y derecha, así nos desplazaremos por el cronograma.

Comprobar la diferencia de tiempo entre dos valores.

Pulsamos el botón . Hacemos clicken el cronograma y aparecerá el primer límite de la medida, sin soltar el botón, vamos midiendo mientras que nos movemos por el cronograma. Al soltarlo, seleccionamos el segundo límite, quedando la medida indicada.

Para borrar una medida basta con seleccionarla, usando , y pulsar la tecla Supr.

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Comprobar la diferencia entre dos valores verticales.

El funcionamiento es análogo a la de la anterior función. Solo que esta vez el

botón será y serán medidas en vertical.

Osciloscopio.

Pulsamos y nos aparecerá, en la parte izquierda de la pantalla, lo siguiente:

Si hacemos clic sobre el cursor y, sin soltarlo, nos movemos por el cronograma, veremos como en el osciloscopio van cambiando los valores lógicos de todas las señales representadas.

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6. Tutorial

En esta parte haremos un pequeño ejercicio para que el alumno vea el uso, en la práctica, de todo lo antes referido.

Construiremos y simularemos el siguiente circuito:

¿Pasos a seguir? El primero, lógicamente, será colocar las puertas lógicas. Para ello nos dirigimos al menú:

Aquí encontraremos todas las puertas que necesitemos. Si nos equivocamos

poniendo alguna puerta basta seleccionarla usando y pulsar Supr. También recuerda que si, cuando hagas clic para colocar el dispositivo, dejas pulsado el

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botón izquierdo del ratón y pulsas el derecho, la puerta rotará y podrás ponerla como quieras.

Al colocarlas, se nos solicitará el tiempo de retraso para la puerta. Si no viene como opción, deberemos escribirlo nosotros mismo. El tiempo será DLY_TTL.

Ahora habrá que unir las puertas, se recomienda usar mejor el botón que es más fácil de manejar. Se pueden seleccionar también trozos de cables para manejarlos o borrarlos.

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Ya tenemos nuestras puertas colocadas y unidas por sus respectivos cables ¿qué toca ahora? Pues podríamos colocar los estímulos de las entradas, ¿no?

Para ello nos dirigiremos a:

Elegiremos Stim 4, ya que tendremos 4 entradas que operarán (contarán de 0 a 15) juntas. Si se nos pidiera otro tipo de señal, basta con echarle imaginación ;).

Una vez colocada, se nos pedirá definir FORMAT y COMMAND. En FORMAT tendremos dos opciones: o colocar nuestra entrada como un conjunto de 4 señales binarias o unir las 4 señales en hexadecimal. Recurriremos a la segunda opción. En COMMAND pondremos el nombre de nuestra señal, por ejemplo, entrada.

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Bien, ya tenemos nuestros dispositivos, unidos y alimentados por una fuente que manda unos impulsos desconocidos ... pero falla algo. Debemos definir nuestra entrada en la parte Text de la esquina inferior izquierda de la pantalla.Alli escribiremos el siguiente macro:

.define entrada+label=inicio1+0u 4++4u B++4u 9++4u 2++4u goto inicio1 -1 times

Con ello nuestra señal alternará los valores 4, 11, 9 y 2 cada 4 microsegundos. Recordamos:• El ++ en las líneas es para indicar que seguimos en la misma línea, aunque

vaya separado (primer +) y que hay un incremento de tiempo (segundo +).• Poner –1 en el número de veces que se ha de volver a la etiqueta hace que

el bucle se recorra indefinidamente.• El orden de los bits en un generador de impulsos es:

Bien, recapitulemos. Tenemos nuestro circuito, con sus cables, estimulado por un generador de impulsos que manda una serie de señales conocidas. Todo parece que funciona ¿no?. ¿Qué nos quedaría? Analizar el circuito.

Primero pulsamos que nos muestra, numerados, todos los nodos del circuito. Después nos vamos a:

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Y nos saldrá la ventana de las opciones, que aquí ya colocamos debidamente rellenada:

Elegimos un rango de tiempo grande con respecto al periodo de la señal (que es de 20 microsegundos). Veremos las entradas de los 4 nodos por separado (nodos 1, 3, 5 y 10) y la salida del circuito (nodo 11). Tras darle a Run, aparece nuestra pantalla de resultados.

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Otra opción podría haber sido ver los resultados de las 4 entradas en hexadecimal frente a la salida, que estará, lógicamente, en binario. Para ello debíamos haber puesto, en el cuadro de opciones de análisis:

Y nos aparecerá:

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en esa pantalla, hemos pulsado previamente el botón (osciloscopio) para ver el valor de los señales. Basta usar los cursores, que en la imagen anterior están en los extremos de los cronogramas, para ir viéndole valor de las señales en cada instante. Así comprobamos que, para las entradas dadas, el circuito da de salida el valor ‘1’ siempre (de hecho, el valor ‘0’ solo se dará cuando todas las entradas valgan ‘0’).

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Con el botón podemos ampliar alguna zona (para seleccionar pulsamos y

arrastramos, creando un cuadrado). Y con el botón podemos mirar intervalos de tiempo. Basta pulsar y arrastrar en el cronograma de la señal para que salga.

Para volver a la pantalla del circuito basta pulsar F3.

Bien pues con esto ya tenemos nuestro circuito, conectado, alimentado, y además, sabemos lo que hace pues lo hemos analizado; ¿qué más falta? En este tutorial nada más, ahora tu puedes intentar jugar un poco con lo que ya tienes a ver si descubres algo que te pueda interesar ... ¡¡¡¡ SUERTE !!!!

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