Проектування електричних принципових схем у програмі "OrCAD Capture"

Мета: отримати навички роботи в "OrCAD Capture" з проектування електричних принципових схем і підготовки документації.

5.1 Теоретичні відомості

Розміщення символів компонентів

Бібліотеки програми "Capture" містять символи компонентів, джерел "живлення" і "землі" і розміщуються на схемі за командою "Place/Part", що буде активізована також натисканням на піктограму меню інструментів. У діалоговому вікні цієї команди (рис. 5.1, а) в списку "Libraries" необхідно вибрати ім'я однієї або декількох бібліотек, вміст яких відображено на панелі "Part" (для вибору декількох бібліотек необхідно натиснути і утримувати клавішу "Ctrl". Після цього на панелі "Part" необхідно вибрати ім'я компонента, символ якого потрібно розмістити на схемі (якщо обрано кілька бібліотек, то після імені кожного компонента міститься символ "/" і ім'я бібліотеки).

У розділі "Graphic" вибирається нормальне (Normal) або еквівалентне зображення логічних компонентів у стилі "DeMorgan" (Convert). У розділі "Packaging" потрібно вказати номер секції компонента, після чого у вікні, що розташоване нижче, буде виведено зображення обраної секції компонента із вказанням номерів цоколювання виводів (на рядку "Parts per Pkg" указана загальна кількість секцій компонента). При натисканні на кнопку "Add Library" буде відкрито діалогове вікно для додання бібліотек у список "Libraries". Натискання на кнопку "Remove Library" видаляє обрану бібліотеку із списку. Кнопка "Part Search" призначена для пошуку конкретного компонента в бібліотеках зі списку "Libraries". Після натискання на кнопку "ОК" символ обраного компонента буде перенесено на схему. Рухом курсора компонент необхідно перемістити в потрібне місце схеми і зафіксувати натисканням лівої кнопки миші. Натискання правої кнопки миші відкриває висхідне меню (рис. 5.1, б), у якому дубльовано виклик команд основного меню. Завершення розміщення на схемі символа обраного компонента буде проведено після вибору команди "End Mode" або натискання на клавішу "Esc".

                                            а)                                                                      б)
Рисунок 5.1 – Діалогове вікно команди "Place part" (а) і висхідне меню (б)

При виборі команди "Edit Properties", буде виведено діалогове вікно "Edit Part" – редагування параметрів поточного символу (рис. 5.2, а). "Part Reference" – позиційне позначення компонента, що необхідно поставити вручну, якщо на закладці Miscellaneous" команди "Options/Preferences" необраний параметр "Automatically reference placed parts" – автоматичне присвоєння позиційних позначень розташованих на схемі компонентів.

На панелі "PCB Footprint" вибрати або скорегувати ім'я корпусу компонента, вибір на панелі "Power Pins Visible" указує на необхідність відображення на схемі виводів "землі" і живлення.

На панелі "Primitive" вибрати тип компонента: "Yes" – елементарний (примітивний) компонент, "No" – компонент, що має ієрархічну структуру, За замовчуванням (відповідно до настроювання конфігурації на закладці "Hierarchy" команди "Options/Design Template". На панелі "Packaging" вказати загальну кількість однотипних секцій компонента і ім'я (номер) поточної секції.

Після натискання на панелі "User Properties" буде відкрито діалогове вікно перегляду і редагування параметрів компонента (рис. 5.2, б). У графі "Name" потрібно вказати ім'я параметра, у графі "Value" – його значення, у графі "Attributes" – характеристики (атрибути) його відображення на

схемі "R" – тільки для читання, "V" – видимі на схемі, цю ознаку необхідно задати на панелі "Display", див. нижче).

а)                                                                                                    б)

в)
Рисунок 5.2 – Діалогові вікна редагування параметрів компонента, розташовуваного на схемі (а), редагування властивостей (б), видимості їх на схемі (в)

Після вибору параметра його ім'я буде виведено в нижній частині вікна, а в розташованій поруч панелі необхідно ввести його значення (після натискання на клавішу "Enter" введене значення буде відображено в графі "Value" — у такий спосіб вводяться необхідні для моделювання за допомогою "PSpice" значення параметрів компонентів; їх можна ввести і пізніше, за командою "Edit/Properties" після створення схеми.

Натискання на панель "Display" відкриває діалогове вікно ( рис. 5.2 в) для задання видимості на схемі обраного параметра:

1. "Do Not Display" – нічого не відображати на схемі;

2. "Value Only" – відображати тільки значення параметра;

3. "Name and Value" – відображати ім'я, значення параметра;

4. "Name Only – відображати тільки ім'я параметра;

5. "Both if Value Exists" – відображати ім'я, значення параметра, якщо його значення існує.

Після розміщення компонентів на схемі можна переглянути параметри одного або декількох компонентів. При подвійному натисканні курсором миші на компоненті, буде показано електронну таблицю "Property Editor", у якій наведено параметри (властивості) обраних компонентів (рис. 5.3, а). Дозволено виділення одного або декілька об'єктів при натисненні правої кнопки і виконанні команди "Edit Properties". Активізувати таблицю можна також за допомогою гарячої клавіші "Ctrl+E".

Рисунок 5.3 – Електронна таблиця "Property Editor" з параметрами обраних компонентів

Таблиця містить сім вкладок за числом типів об'єктів: "Parts", "Schematic Nets", "Pins", "Title Blocks", "Globals", "Ports" і "Aliases". Для кожного об'єкта схеми виділено один рядок, а в стовпцях записано його властивості. Отже, на перетині рядка і стовпця необхідно вказати значення властивості об'єкта. Оскільки дана таблиця дозволяє не тільки переглядати властивості об'єкта, але і проводити їх редакцію, то її часто називають редактором властивостей.

Для редагування властивостей об'єкта треба виділити відповідну клітинку рядка і натиснути на ній ЛКМ.

Для візуалізації будь-якої властивості в клітинці рядка, необхідно натиснути на кнопку "Display", у діалоговому вікні "Display Property" вибрати формат виводу "Value Only" (або "Name and Value" і натиснути кнопку ОК. Після закриття таблиці "Property Editor" дану властивість буде візуалізовано на схемі. На рис. 5.4 наведено приклад виведення на схему всіх властивостей інвертора "U3A", отриманий у результаті виділення в

таблиці всього рядка "Schematic:Page:U3" (рядку з порожніми властивостями зі списку були вилучені).

Рисунок 5.4 – Приклад зображення на схемі всіх властивостей обраного компонента схеми

Розміщення електричних зв'язків

Зв'язки розміщуються за командою "Place/Wire", натисканням комбінації клавіш "Shift"+"W" або натисканням на кнопку панелі інструментів. Для початку введення зв'язку необхідно натиснути ЛКМ, після чого курсор змінює свою форму на хрестик. Кожен злам зв'язку буде зафіксовано після натискання ЛКМ. Таким чином, можна зробити ортогональні злами під кутами, кратними 90°. Проведення зв'язку під довільним кутом буде дозволено при одночасно натиснутій клавіші "Shift". Введення поточного зв'язку буде завершено, якщо його кінець збігається з виводом компонента або будь-якою точкою іншого зв'язку. Для примусового завершення введення зв'язку необхідно виконати подвійне натискання ЛКМ. Режим введення зв'язків буде завершено натисканням клавіші "Esc" або вибором команди "End Wire" у висхідному меню, що буде відкрито натисканням ПКМ.

Якщо зв'язки починаються або закінчуються в будь-якій точці сегмента іншого зв'язку або на виводі компонента, між ними є електричне з'єднання. Ознакою приєднання зв'язку до виводу є зміна його форми –

квадратика на його кінці. Сегменти зв'язків, що перетинаються не з'єднуються один з одним. Їх з'єднання можна виконувати двома методами:

- при прокладанні зв'язку, що перетинається, потрібно зупинитися в точці з'єднання і двічі натиснути лівою кнопкою миші – у результаті точка з'єднання буде позначена спеціальною точкою "junction";

- для з'єднання провідників, що перетинаються, курсор необхідно установити в точку перетину і натиснути комбінацію клавіш "Shift"+"J" або кнопку на панелі інструментів; для скасування електричного з'єднання необхідно поверх точки з'єднання розмістити іншу таку ж точку.

Для перевірки з'єднань якого-небудь зв'язку треба виділити в ній будь-який сегмент, натиснути праву кнопку миші і вибрати із висхідного меню команду "Select Entire Net". Весь зв'язок буде виділений з сегментами, що йому належать.

Якщо при розміщенні компонентів на схемі один або кілька виводів перетинаються, між ними є електричне з'єднання, і якщо потім ці компоненти розсунути, автоматично буде прокладено зв'язок. Якщо при переміщенні компонента або фрагмента зв'язку буде закорочено ряд зв'язків, то виводиться повідомлення з попередженням про те, що зв'язки закорочено. Для скасування цього переміщення необхідно натиснути на кнопку "ОК" і виконати команду "Edit/Undo Move". Для відриву сегмента від зв'язку потрібно натиснути клавішу "Alt". Після натиснення на клавішу "Alt" проводиться переміщення зв'язків без врахування його електричних з'єднань.

На схемі зв'язки зображуються лініями стандартної ширини 0,2 мм при масштабі 1:1 (змінити цю ширину не можна). Лініями такої ж товщини зображуються лінії контурів символів компонентів і їх виводи.

Присвоєння зв'язкам імен

При розміщенні зв'язків їм автоматично буде присвоєно системні користувацькі імена, наприклад "N01049, які неможливо змінити (це системні імена). Однак у списки з'єднань заносяться так звані псевдоніми "Alias" або користувацькі імена зв'язків, які для обраного зв'язку визначаються за командою "Place/Net Alias", що буде активізовано при натисканні комбінації клавіш "Shift"+"N" або натисканні на кнопку панелі інструментів.

У діалоговій панелі, що відкрилася, "Place Net Alias" (рис. 5.5) треба ввести ім'я (у поле "Alias". В панелі можна змінити орієнтацію імені, його кольори, шрифт, розмір і накреслення. Натиснувши "OK", помістити прикріплений до курсору миші габаритний прямокутник, що визначає розміри імені, поруч із необхідним зв'язком.

Рисунок 5.5 – Діалогова панель для задання імен

Системні імена за замовчуванням не видимі, тоді як імена користувача завжди видимі і "прив'язані" до зв'язку. Кожен зв'язок може мати кілька псевдонімів, з яких у таблиці "Properties" потрібно вибрати перший псевдонім, що і буде використано при складанні списку з'єднань.

Зв'язки, що мають однакові імена схемний редактор поєднує в один.

Розміщення ліній групового зв'язку (шин).

Лінії групового зв'язку (шину) буде проведено за командою "Place/Bus" "Shift+B" або при натисканні на кнопку панелі інструментів. На схемі вони зображуються більш широкими лініями, порівняно з електричними зв'язками (рис. 5.6). Кінці окремих зв'язків, нахилені під кутом 45°, проводяться за командою "Place/Bus Entry" "Shift+B" або при натисканні на кнопку за такими же правилами, що і окремі зв'язки.

При цьому зручно копіювати сегменти провідників, перетаскуючи їх натиснувши клавішу "Ctrl" і зберігаючи вихідний об'єкт незмінним. Призначення імен (псевдоніми) шинам і вхідним у їх склад зв'язкам виконується за командою "Place/Net Alias", причому при установленні імен окремих провідників їх номера, що пропонуються в діалоговому вікні команди, автоматично збільшуються на одиницю, наприклад, "ADDR1", "ADDR2", "ADDR3", "ADDR4".

Ім'я шини, що складена, необхідно записати у форматі: "ADDR" [1..4] (після першої цифри необхідно проставити дві точки). На схемі шини зображуються лініями стандартної ширини 0,8 мм (при масштабі 1:1).

Рисунок 5.6 – Лінія групового зв'язку (шина)

Розміщення символів "землі", джерел "живлення" і відсутності з'єднань

За командами "Place/Ground" і "Place/Power" або натискання на кнопки панелі інструментів, відкриваються діалогові вікна, шо зображені на рис. 5.7. Таке вікно схоже на діалогове вікно введення компонентів (див. рис. 5.1, а). Перелік символів "землі" і джерел живлення, розміщених у бібліотеках "CAPSYM.OLB" і "SOURCE.OLB", наведено у табл. 1.3. Причому ці символи можуть бути розміщені на схемі тільки за допомогою команд "Place/Ground" і "Place/Power". Обидві ці команди еквівалентні.

При цьому символи живлення мають видимі атрибути їхніх імен, які можна змінювати на панелі "Name", наприклад, можна вказати ім'я плюс 5V (за замовчуванням це ім'я, відображується на схемі і повинно збігатися з ім'ям символу). Імена "Name" не мають принципового значення, вони наносяться лише для більшої наочності схеми.

Символи "землі" і "живлення" під'єднують до вузла з ім'ям 0 або до виводів компонентів, до яких вони повинні бути приєднані (щоб переконатися в цьому, досить переглянути файли списків з'єднань *.net або завдань на моделювання *.cir). Тому при моделюванні за допомогою програми "PSpice" символи джерел живлення під'єднувати не можна, можна використати лише будь-які символи "землі". Крім символа "землі" 0 у бібліотеку "SOURCE.OLB" поміщені також символи постійних сигналів логічні "1" і "0". Для створення власних символів "землі" і "живлення" потрібно використати команда "Design/New Symbol" з меню менеджера команд.

За командою "Place/No connect" або натисканням на кнопку панелі інструментів наносяться символи відсутності з'єднань "No-connect"

"NC", які на схемі відображаються у вигляді символів "X", приєднаних до виводів компонентів. Символи "NC" не можуть бути вилучені натисканням на клавішу "Delete", для їх видалення потрібно поверх символа "NC" розмістити ще один такий же символ. Виводи, позначені такими символами, не включаються у звіти повідомлень про помилки і у списки з'єднань.

Рисунок 5.7 – Діалогове вікно для уведення символів живлення і "землі"

Установлення позиційних позначень компонентів

Позиційні позначення компонентів "Part Reference" і номера секцій "Designator" указуються вручну при установленні компонентів або при редагуванні їх параметрів. В автоматичному режимі позиційні позначення компонентів і упаковані секції компонентів у корпуси проставляються на схемі за командою "Tools/Annotate" менеджера проектів або натисканням на кнопку . У діалоговому вікні цієї команди є такі поля:

а) "Scope" (задати області):

1) "Update entire design" – обновити позиційні позначення всього проекту;

2) "Update selection" – обновити позиційні позначення обраної частини проекту.

б) Action" (дії):

1) "Incremental reference update" – обновити позиційні позначення компонентів, у яких замість номера проставлений знак питання "?", номера компонентів збільшуються на одиницю;

2) "Unconditional reference update" – відновлення позиційних позначень і пакувальної інформації всіх компонентів;

3) "Reset part reference to "?" – заміна номерів компонентів на "?";

4) "Add Intersheet Reference" – додання посилань на інші сторінки;

5) "Delete Intersheet Reference" – видалення посилань на інші сторінки;

6) "Mode" (режим відновлення):

7) "Update Occurrences" — відновлення індивідуальних параметрів всіх зразків компонента;

8) "Update Instances" "Preferred" — відновлення загальних параметрів компонента і всіх посилань на нього (цей режим кращий при роботі із ПЛІС і "PSpice" проектами);

9) "Physical Packaging" (пакування компонента у відповідність із зазначеними властивостями).

в) "Combined property string" — рядок властивостей:

1) "Reset reference numbers to begin at 1 in each page" – починати з "1" нумерацію позиційних позначень однотипних компонентів на кожній сторінці;

2) "Do not change the page number" – не змінювати номер сторінки.

За командою "Annotate" прилеглі символи секцій багатосекційних компонентів упаковуються в корпуси і проставляються позиційні позначення компонентів у напрямку вліво, вправо і зверху вниз. Крім того,

символам компонентів можуть бути поставлені у відповідність певні корпуси, що задовольняють ряд характеристик, зазначених у рядку властивостей "Combined property string".

Увага! Для запобігання помилок обов'язково проставте прапорець "Unconditional reference update" – відновлення позиційних позначень і пакувальної інформації всіх компонентів.

Розміщення символів з'єднувачів сторінок

За командою "Place/Off-Page Connector" або при натисканні на кнопку панелі інструментів буде відкрито діалогове вікно для нанесення на схему символів з'єднувачів сторінок. У штатній бібліотеці САРSYM.OLB є два символи з'єднувачів сторінок: "<<L" і ">>R". На панелі "Name" діалогового вікна вводяться імена з'єднувачів сторінок, які автоматично присвоюються іменам, що приєднують до них зв'язки. Зв'язки, що розташовані на одній або різних сторінках схеми з однаковими іменами вважаються з'єднаними.

На рис. 5.8 зображені фрагменти однієї схеми, що розташована на різних сторінках. Нову сторінку проекту можна створити, натиснувши піктограму на головній панелі інструментів.

Рисунок 5.8 – Використання з'єднувачів сторінок

Ієрархічні блоки

Будь-який фрагмент схеми можна оформити у вигляді ієрархічного блоку, символ якого являє собою прямокутник, і потім помістити його на схемі, що дозволяє зменшити її розміри. Інше застосування ієрархічних блоків – подання з їх допомогою фрагментів схем, що повторюються: різних фільтрів, підсилювачів, випрямлячів, суматорів і под.

У силу відносної складності створення і використання в проектах ієрархічних блоків розглянемо даний процес у вигляді послідовності кроків для відкритого проекту.

а)                                                                                             б)
Рисунок 5.9 – Діалогові вікна створення ієрархічного блоку (а) і нанесення його виводів (б)

1. Зробити активним вікно "SCHEMATIC1:PAGE1. У цьому вікні створимо ієрархічний блок півсуматора, з метою наступного використання його в схем.

1. Виконати команду "Place/Hierarchical Block" або натиснути на кнопку панелі інструментів. На екрані з'явиться діалогова панель із однойменною назвою (рис. 5.9, а).

2. Задати у вікні "Reference" позиційне позначення блоку, наприклад HS.

3. У вікні "Implementation Type" (спосіб реалізації ієрархічного блоку) конкретизувати тип – "Schematic View".

4. У вікні "Implementation name" вказати ім'я.

5. Нижнє вікно "Path and filename" залишити порожнім. У цьому випадку за замовчуванням схема заміщення блоку буде розміщена в каталозі поточного проекту, тобто усередині проекту.

6. У розділі "Primitive" поставимо тип "No" або зберегти задане за замовчуванням значення "Default". Установлення можна перевірити, набравши команду "Options/Design Template" і вибравши закладку "Hierarchy".

7. Після закриття вікна необхідно виконати команду "Place Hierarchical Pin" або натиснути на кнопку і курсором нарисувати ієрархічний блок. Його розміри визначаються числом вхідних або вихідних контактів.

8. Виконати команду "Place Hierarchical Pin", що приведе до появи одноіменного діалогового вікна рис. 5.9, б) у якому розмістити усередині контуру ієрархічного блоку контакти (вхідні контакти блоку розміщуються з лівого краю, вихідні – з правого). Введемо імена Ai, Bi, Ci, Si і Ci+1 і тип виводів "Input", "Output". Щоб команда "Place Hierarchical Pin" (кнопка ) була доступна для виконання, необхідно кожний раз виділяти ієрархічний блок.

9. Підвести до ієрархічних контактів зв'язки (команда "Place/Wire" або кнопка на панелі інструментів) і задати для них користувацькі імена – аліаси (команда "Place/Net Alias" або кнопка ). Провідники можуть мати ті ж імена, що і контакти, або відрізнятися від них. Після всіх виконаних дій схема повинна виглядати так, як показано на рис. 5.10, а.

Рисунок 5.10 – Ієрархічний блок (а), схема заміщення в проекті (б)

10.Виділити блок і натиснути на ньому правою кнопкою миші. У меню, що з'явилося, активізуємо команду "Descend Hierarchy" (понизити рівень). Редактор відкриє нову схемну сторінку "PAGE1" (рис. 5.10, б). Папка з ім'ям у вигляді окремого файлу не існує, що забезпечує незалежність проекту від зовнішнього середовища. На сторінці будуть автоматично створені порти, що відповідають вхідним і вихідним контактам ієрархічного блоку.

11.Активізувати вікно "SCHEMATIC1:PAGE1, щоб нарисувати в ньому схему однорозрядного суматора на основі використання ієрархічного блоку півсуматора. "Тиражувати" блок можна за допомогою команд "Copy" і "Paste" з меню "Edit". У результаті вийде схема, зображена на рис. 5.11.

12.Переконатися, що кожному ієрархічному блоку відповідає своя схема заміщення. Для цього, виділивши відповідний блок (наприклад, "HS_1"), виконаєте команду "View/Descend Hierarchy", що приведе до появи вікна "PAGE1". Виконання команди "View/Ascend Hierarchy" (підвищити рівень ієрархії) повертає вас у вихідне вікно зі схемою однорозрядного суматора. Зазначена вище пара команд "Descend/Ascend Hierarchy", дозволить надалі робити автоматичний перехід з одного аркуша схеми на інший.

У менеджері проекту в папці виділити зображення позначки "PAGE1" і двічі натиснути на ньому ЛКМ. На екрані з'явиться діалогове вікно "Select Occurrence" з запитанням, що уточнює зв'язок між схемою заміщення і позиційним позначенням ієрархічного блоку (див. рис. 5.12)

При виконанні процедур п. 15 зміна позиційного позначення ієрархічного блоку не позначена на позиційних позначеннях компонентів схеми заміщення.

Рисунок 5.11 – Схема однорозрядного суматора

Потрібно проставити позиційні позначення компонентів "Part Reference" і секцій "Designator" у корпуси для всього проекту. Зручніше за все це зробити в автоматичному режимі за командою "Tools/Annotate" з опцією "Unconditional reference update" – відновлення позиційних позначень і пакувальної інформації всіх компонентів.

Рисунок 5.12 – Виклик схеми заміщення ієрархічного блоку

5.2 Порядок виконання роботи

1. Створити проект для введення схеми електричної принципової. Для створення проекту необхідно вибрати пункт меню "File/New/Project" або натиснути на кнопку із піктограмою . У результаті натиснення буде виведено вікно для вибору типу проекту (див. рис. 5.13 а) і типу моделювання (див. рис. 5.13 б).

а)                                                                     б)
Рисунок 5.13 – Вибір типу проекту (а) і типу моделювання (б)

У результаті натискання на кнопку "Далее" необхідно вибрати файли бібліотек (*.OLB і *.VHD) для подальшої роботи, як показано на рис. 5.14.

Рисунок 5.14 – Вибір бібліотек проекту

13.Ввести схему електричну принципову використовуючи елементи вказаних бібліотек. Для введення елементів треба вибрати пункт меню "Place\Part" (див. рис. 5.15), вводу зв'язків "Place\Wire" і інші або відповідні кнопки з піктограмами. Результуюча схема подана на рис. 5.16.

Рисунок 5.15 – Вікно вибору елементів

Рисунок 5.16 – Схема електрична принципова

5.3 Зміст звіту

1. Мета та цілі роботи.

2. Схема електрична принципова (схема повинна містити з'єднання окремих елементів за допомогою окремих зв'язків, шин, а також ієрархічні блоки і декілька сторінок, зв'язаних між собою).

3. До схеми необхідно додати специфікацію виконану відповідно до ДСТУ.

4. Висновки.

5.4 Контрольні запитання

1. Для чого використовується редактор "OrCAD Capture"?

2. Як створити новий проект?

3. Як створити ієрархічний блок і що він собою являє?

4. Як створити багатосторінковий проект (визначити зв'язок між сторінками)?

5. Як провести шину групового зв'язку?

6. Як змінити нумерацію компонентів на схемі?