El documento describe cómo simular y analizar gráficamente un circuito con un osciloscopio y un marco gráfico en Proteus, incluyendo cómo añadir componentes al circuito, editarlos, agregar sondas para el análisis gráfico, y simular y visualizar las formas de onda resultantes en el marco gráfico.

1. MÓDULO II: ISIS de PROTEUS Ing. Raniellys Villarroel IUPSM Apliquemos instrumentos de medición…

2. Módulo II: análisis gráfico Estudio de la simulación con análisis gráfico

3. Circuito a montar Vamos a diseñar este circuito...

4. Osciloscopio ...donde apreciaremos el osciloscopio.

5. Abrir un diseño Abre el ejemplo del capítulo I. Para ello, la opción más rápida es pulsar la tecla “L”, cuando estés en la pantalla de trabajo de PROTEUS. A este ejemplo le añadiremos los dispositivos que faltan para conseguir el segundo circuito: el 4093, el conmutador SW1, la ajustable RV1, los diodos, el condensador, el terminal de positivo de alimentación y el osciloscopio .

6. El 4093 El 4093 se encuentra en: Nos aseguramos que es simulable

7. Condensador El condensador se encuentra en: Nos aseguramos que es simulable

8. Diodo El diodo lo encontramos en: Nos aseguramos que es simulable

9. Conmutador El conmutador lo encontramos en: Nos aseguramos que es simulable

10. Potenciómetro simulable El potenciómetro lo encontramos en: Nos aseguramos que es simulable

11. Potenciómetro no simulable El potenciómetro lo encontramos en: … que no es simulable Atención a este potenciómetro…

12. Ventana de dispositivos Al añadir componentes nuevos a la ventana de dispositivos del ejemplo 1, la ventana quedará así:

13. Montando el circuito Selecciona todo el circuito del ejemplo 1 y borralo. Monta el segundo ejemplo hasta que quede así:

14. Terminal Power El terminal lo extraemos... Aspecto de Power en la ventana de vista completa

15. Añadiendo Power Al insertar el terminal Power , el circuito queda así:

16. Edición de terminal Edita el terminal y ajustar la orientación y el tamaño como en la figura. Ajustad tamaño Desmarcad la casilla Escribid nombre y ajustad orientación

17. Edición del 4093 Vamos a editar el chip 4093: clic secundario y clic principal. Aparece la ventana

18. Edición del 4093 Explicación de la ventana de edición. Ocultamos la referencia Mostramos el valor Aquí escribimos espacio

19. Edición del 4093 Explicación de la ventana de edición. Si pinchamos aquí se despliega la ventana de tensiones Y en ella elegimos una tensión de alimentación de 5V, de las tres disponibles por defecto

20. Edición del 4093 Si pinchamos en el botón Hidden Pins se mostrarán las patillas de alimentación. Pinchando aquí Podríamos cambiar el nombre asignado a las patillas de alimentación. Dejaremos los nombres por defecto.

21. Edición del 4093 Podemos elegir encapsulado DIL14 o SO14. Como en nuestro caso no nos importa el PCB dejaremos el formato DIL. Pinchando aquí Podemos elegir el encapsulado

22. El osciloscopio El osciloscopio se encuentra en el grupo de instrumentos. Para extraerlo, pincha En la ventana de vista completa se muestra el aspecto del osciloscopio reducido.

23. Circuito completo El circuito completo queda así:

24. Simulación En este ejemplo estamos ante un caso de simulación perfectamente compartida entre digital y analógico, con resultados espectaculares por lo estético y lo preciso. Pon a “1” el conmutador y arrancad la simulación.

25. Aspecto del osciloscopio Al arrancar la simulación, el osciloscopio se amplía.

26. Mandos del osciloscopio Para girar los mandos, pinchamos en la raya y arrastramos circularmente Pulsad los botones para la función deseada Indicadores numéricos para mayor precisión

27. Cierre del Osciloscopio Si en plena simulación VSM cierras el osciloscopio pinchando sobre el botón de cierre de ventana de Windows…

28. Reactivación del Osciloscopio … al arrancar una nueva simulación el osciloscopio no se magnificará, lo que nos impedirá su manipulación. Para verlo de nuevo aumentado hay que pinchar, en el menú Debug , sobre VSM Oscilloscope , tal como se muestra en la próxima diapositiva.

29. Reactivación del Osciloscopio

30. Análisis del circuito Prueba, en plena simulación, a mover el potenciómetro, ayudándote de los botones rojos laterales que acompañan a este componente. Observa la respuesta inmediata en el osciloscopio. Es la realidad misma. Estamos ante la simulación animada, que al principio definimos como VSM.

31. Análisis del circuito Para la simulación. Pon el conmutador de entrada a “0”. Arranca la simulación. El circuito no oscila. Al poner aquí un “0” Aquí habrá un “1” fijo y no oscilará.

32. Análisis del circuito … ¿qué diríais que debe ocurrir si estando en simulación cambiamos el conmutador? PROTEUS no desprecia ni lo que despreciamos nosotros. Probadlo: arrancad la simulación y cambiáis de estado el conmutador. Se os habrá bloqueado el software de simulación y tendréis que salir con Ctrl + Alt + Del . Por cierto, salvad ahora, cuando os lo pida, si es que aún no habéis cogido tan buena costumbre.

33. Análisis del circuito Pero, ¿por qué se ha bloqueado?... … Porque ha tenido en cuenta algo en lo que nosotros no hemos reparado: que al cambiar de estado el conmutador hay un momento en que la entrada no es ni “1” ni “0”. Y esto provocaría un transitorio en la respuesta, que la convertiría momentáneamente en errónea. ¡ESTO LO TIENE EN CUENTA PROTEUS!

34. Análisis del circuito ¿Cómo solucionaríamos este problema? Polarizando con una resistencia para que la entrada nunca quede flotante. La resistencia la podréis conectar a VCC o a GND; lo importante es que no quede flotante la entrada con el cambio del conmutador.

35. Análisis del circuito Añade a tu esquema la resistencia de la figura y prueba. ¡SOLUCIONADO!

36. Circuito definitivo Así nos quedará el circuito final.

37. Borrar dispositivos de su ventana Si te fijas, la lista de componentes de la ventana de dispositivos no corresponde con los utilizados en este circuito (cosa lógica porque hemos realizado el ejemplo 2 partiendo del ejemplo 1). Ventana de dispositivos al terminar el diseño. Muchos componentes no se encuentran en este circuito.

38. Borrar dispositivos de su ventana Abriremos el menú Edit y seleccionamos la opción Tidy .

39. Borrar dispositivos de su ventana Nos aparecerá la ventana que nos avisa del borrado de todos los componentes que no estén insertados en el esquema. Aceptalo.

40. Borrar dispositivos de su ventana La nueva ventana de dispositivos presenta el contenido real del diseño. Esta referencia es la del encapsulado del 4093, que es idéntica al 4011.

41. Aclaraciones importantes Observa que algunos elementos llevan la leyenda “Analog Primitive” , en la ventana de previsualización, y otros “Shematic Model”. Los modelos “Analog Primitive” se utilizan en las simulaciones de PROSPICE y en las animaciones VSM; los otros se utilizan en las animaciones VSM.

42. Análisis gráfico Otra de las ventajas de PROTEUS es que podemos alternar el análisis gráfico de PROSPICE con el análisis animado VSM. Para realizar el análisis gráfico debemos recurrir a colocar puntas de prueba (o sondas) en aquellos nodos del circuito que deseamos observar.

43. Tipos de sondas Para extraer la sonda de tensión pincharemos el icono Esta sonda se puede utilizar tanto para simulación analógica como digital. La sonda de corriente solamente sirve para simulación analógica.

44. Sonda sin unir Una sonda sin conectar llevará una interrogación.

45. Referencia de sonda Cuando la sonda se conecta a un punto, automáticamente toma el nombre del nodo o patilla del componente al que se conectó. En la figura se ha conectado a la patilla 2 de C1.

46. Referencia de sonda En la sonda de salida la referencia tomada es la patilla 2 de R2.

47. Adaptación para sondas Es posible que haya que mover algún elemento circuital para que nos permita colocar la sonda. El software necesita ciertas separaciones para ver la correcta conexión.

48. Cambiar referencia de sonda Para cambiar el nombre de la sonda hay editarla. Emergerá la ventana de la figura, donde procederemos al cambio del nombre. Escribid aquí el nombre de la sonda

49. Cambiar referencia de sonda Cambiemos los nombres y llamemos Ven a la sonda C1(2) y Vsal a R2(2).

50. Icono de análisis gráfico Para colocar una ventana de análisis gráfico habrá que seleccionar, antes, este tipo de análisis. Cosa que haremos pinchando el icono que se muestra.

51. Ventana de análisis gráfico Al seleccionar el icono de análisis gráfico emerge una ventana en la que seleccionaremos ANALOGUE (análisis analógico).

52. Generación de Marco gráfico Ahora pincharemos y arrastraremos, con botón principal, sobre el área libre de trabajo para dibujar un rectángulo de un tamaño medio. El tamaño no importa porque se podrá modificar posteriormente. Al arrastrar tenemos el rectángulo que se ve en la figura.

53. Aspecto reducido de marco gráfico Al soltar el ratón el rectángulo quedará así: Este marco se puede editar, mover y borrar como si fuese un componente.

54. Circuito con marco gráfico Pinchalo con secundario y llevalo a la posición que desees. Yo lo voy a colocar como se aprecia en la figura.

55. Inserción de sondas en marco Para llevar las sondas de tensión al marco de análisis gráfico bastará con resaltarlas (pinchándolas con secundario) y arrastrarlas dentro del marco. Se marca, se pincha y se arrastra al marco Una vez arrastrada dentro del marco, se suelta y queda insertada

56. Color de sondas en marco Así quedarán después de la operación: La primera inserción queda en verde (por defecto) La segunda inserción queda en rojo (por defecto)

57. Mover referencias dentro de marco Podemos cambiar la posición de las referencias Ven y Vsal dentro del marco. Inicialmente están así Clic secundario y se resalta en blanco Se pincha y se arrastra a la posición deseada Al desmarcar la referencia, quedará con el color normal por defecto Dejadlas como al principio

58. Magnificación del marco Si pinchamos en el borde superior verde del marco gráfico, éste aumenta de tamaño, pudiendo, con el botón adecuado de Windows, llevarlo a ventana completa. Pinchad aquí para magnificar

59. Marco magnificado

60. Tiempos del eje X Observa que el eje de abscisas parte del valor “0.00” y finaliza en “1.00”. Esto indica que nos va a calcular la gráfica desde 0 segundos hasta 1 segundo.

61. Efectos de los tiempos Lógicamente, si hay demasiados ciclos en un segundo (como es nuestro ejemplo), ocurrirán dos cosas: Que tardará un poco la CPU en terminar la simulación (efecto que se apreciará en la barra de estado). Que la gráfica dentro del marco se mostrará como una mancha. Cierra la magnificación, si es que está así, y deja el marco con el tamaño normal en el esquema.

62. Progreso de simulación gráfica La simulación gráfica arranca con pulsar la barra espaciadora . En la barra de estado se observa el progreso.

63. Resultado de simulación gráfica Y el resultado es este.

64. Problemas de visualización Obviamente, algo hemos de cambiar, porque en la imagen no se observa nada. Y el problema es el enunciado anteriormente: hay demasiados ciclos entre inicio y final de simulación. Vamos a programar unas características de simulación más lógicas.

65. Edición de marco gráfico Pincha con secundario en el marco gráfico. Tomará el aspecto de la figura.

66. Ventana de edición Pincha con botón principal sobre el marco resaltado: aparecerá la ventana de edición que se muestra en la figura. Tipo de análisis Tiempo de inicio Tiempo de parada (final) Etiqueta para el eje de ordenadas (si se desea) Etiqueta para el eje de abscisas (si se desea)

67. Tiempo de parada Cambia el tiempo de parada a 10 ms y acepta.

68. Nueva simulación gráfica Nuevo aspecto del marco gráfico. En el eje X se aprecia el tiempo de parada.

69. Ajuste del tiempo de parada Todavía sigue siendo grande el final para una buena imagen detallada. Cambiad a 3 ms el tiempo de parada.

70. Marco magnificado Amplia el marco (pinchando con principal sobre la franja verde del rótulo del marco).

71. Herramientas de marco magnificado Este marco posee su propia barra de herramientas, que está ubicada en la esquina inferior izquierda. Los iconos que aparecen, cuyas funciones están duplicadas en la barra de menús, tienen el siguiente significado.

72. Iconos de herramientas Abrir la ventana de edición del marco. Ctrl + E realiza la misma función. Añadir manualmente sondas a la gráfica. Iniciar una nueva simulación. Desplazamiento a izquierda o derecha por el eje de tiempos.

73. Iconos de herramientas Ampliar o reducir vista de gráfica manteniendo el centro. Vista completa de gráfica. Vista de área seleccionada en la gráfica. Ver el fichero “log” de la gráfica actual.

74. Iconos de herramientas Algunos de estos iconos no los emplearemos; es más, conviene no acostumbrarse a ellos. Un ejemplo de esto lo tenemos en el de Nueva Simulación : es mucho más práctico pulsar la barra espaciadora . Vamos a explicar los iconos que pueden ser útiles en el proceso.

75. Iconos de edición Al pulsar Ctrl +E , o pinchar sobre se abre la ventana ya conocida de edición.

76. Iconos de fichero LOG En esta ventana tenemos que activar la casilla “ Log netlist(s): ” para poder ver el fichero “ log ” que produce la simulación. Este fichero se puede ver con el icono , o pulsando Ctrl + V .

77. Etiquetar ejes gráficos Magnifica el marco y pulsad Ctrl + E para editarlo. Hemos ajustado el tiempo final a 3 ms Escribimos la etiqueta del eje Y Escribimos la etiqueta del eje X Aceptamos Y volvemos a simular para que se fijen los cambios BARRA ESPACIADORA

78. Resultado de simulación El resultado.

79. Concordancia de colores Observa que si cambias de posición las variables visualizadas (Ven y Vsal), las letras cambian de color pero también lo hacen las gráficas. Pruébalo; pon arriba la que esté abajo. (Recuerda: hay que seleccionar la variable y luego arrastrarla a la posición deseada.)

80. Añadir sondas manualmente Ya hemos estudiado la forma de añadir rápidamente sondas al marco. Manualmente también podemos hacerlo mediante el icono . Al pincharlo aparece la ventana

81. Añadir sondas manualmente Si pinchamos en la flecha de la ventana Probe P1: se desplegará el listado de sondas del esquema. Basta con seleccionar la deseada y pinchar OK. (En nuestro caso ya tenemos las dos que aparecen.)

82. Desplazar por el eje horizontal Mediante los iconos podemos desplazarnos en cualquiera de los dos sentidos del eje horizontal. Aunque se puede conseguir el mismo efecto pulsando y manteniendo la tecla Shift y “golpeando” con el cursor los laterales del marco hacia donde queremos desplazarnos.

83. Cursores de medición En el marco magnificado podemos sacar cursores que nos faciliten la lectura de la gráfica. Para sacar un cursor se pincha dentro del marco con el botón principal. De esta manera aparecerá un primer cursor que será del mismo color que la primera de las variables, o sea, verde.

84. Marco con primer cursor Se ha pinchado aquí y ha aparecido el primer cursor Primer cursor

85. Medidas de cursor En el cursor de la figura anterior podemos observar una cruz en el corte del cursor con la gráfica verde (Ven). Si leemos la marca en el eje vertical provocada por el punto de corte, podremos ver la tensión Ven en ese punto. Voltios de la Ven en el punto que marca el cursor gráfico Punto de corte del cursor gráfico

86. Medidas de cursor Pero aún tenemos una mayor precisión de lectura si miramos el extremo derecho de la barra de estado (debajo del eje horizontal). Y si miramos la misma barra pero en el lado izquierdo, lo que tenemos es el tiempo que va desde el origen hasta la marca del cursor. Voltios medidos en la posición del cursor gráfico Cursor gráfico Tiempo medido en la posición del cursor gráfico

87. Desplazar el cursor Podemos desplazar el cursor si lo pinchamos y arrastramos. Veras que la cruz se mueve donde se cortan cursor y variable visualizada. Observa cómo varían con el movimiento la marca sobre el eje vertical y los valores de la barra de estado. Pero ¡ATENCIÓN!: el cursor se asignará a una variable o a otra dependiendo de la zona donde lo pinchemos para arrastrarlo. Él siempre se asigna a la gráfica que tiene más cerca cuando lo pinchamos

88. Segundo cursor Para extraer un segundo cursor hay que hacer la misma operación que con el primero pero pulsando previamente, sin soltar, la tecla Ctrl . Este segundo cursor será rojo y se desplazará igual que el primero, pero siempre hay que pulsar la tecla para operar con él. Prueba a dejarlos como en la gráfica siguiente y leer los valores de la barra.

89. Aspecto con ambos cursores

90. Lecturas de ambos cursores En la barra de estado se obtendrán los valores de voltios y tiempos siguientes: También tenemos las diferencias. Para obtenerlas, PROTEUS calcula Valor verde – Valor rojo.

91. Ocultar cursores Para ocultar un cursor bastará arrastrarlo al lado izquierdo del gráfico

92. Características SPICE En la ventana de edición de marco gráfico, pinchando en el botón Spice Options aparecen las características SPICE que emplea PROTEUS para simulación. Pinchamos aquí para leer las características SPICE

93. Características SPICE Los valores por defecto que inserta PROTEUS son válidos para la inmensa mayoría de aplicaciones.

94. Más análisis de PROTEUS PROTEUS presenta un completísimo abanico de análisis gráficos, que se dan en la figura. Poco a poco, y con ejemplos apropiados, se irán viendo todos.

95. Zum en marco gráfico Para realizar una ampliación de la gráfica obtenida podemos pinchar el icono del marco gráfico Este zum mantendrá el centro de la gráfica. Para reducir, hay que pinchar sobre

96. Zum en marco gráfico Para volver a vista completa hay que pinchar sobre el icono Para ampliar una zona de la gráfica hay que pinchar sobre el icono y cerrar la zona a ampliar con el cursor que nos aparece.

97. FINAL En el próximo capítulo se estudian los generadores de PROTEUS