Instituto Tecnológico de Querétaro Carrera: Ingeniería Electrónica. Manual para utilizar el OrCAD. Materia: Dibujo Electrónico. Laboratorio: Laboratorio de Dibujo y/o Electrónica. Profesor Autor: Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Av. Tecnológico S/N, Esq. M. Escobedo, Col. Centro, C. P.76000
Capítulo 1 Introducción. En la actualidad se ha requerido la utilización de la computadora para realizar diagramas electrónicos y para ello también se ha desarrollado programas amigables para éste propósito, en este caso se tomará el software OrCAD, el cual esta diseñado para ser un herramienta más, con el cual se puede realizar el Diseño Asistido por computadora (CAD), como parte del diseño se realiza la simulación de circuitos para este caso se hace uso de la Ingeniería Asistida por Computadora (CAE) y para terminar nuestro propósito es necesario llevarlo a la realidad con la ayudad de la Fabricación asistida por computadora (CAM). 1
1.1. Introducción al software. El OrCAD tiene la capacidad de realizar la ayuda por computadora en el diseño electrónico. En el siguiente diagrama a bloques se presenta la ayuda que ofrece el OrCAD. 2
Para comenzar hay que localizar el programa dando inicio OrCAD 10.5 Capture CIS. 3
En seguida entra al entorno del Capture CIS, el cual sirve para capturar el diagrama electrónico, como se muestra a continuación: 4
Barra de herramientas. Manual para utilizar el OrCAD Icono Descripción Icono Descripción Creación de un documento nuevo. Pegar del porta papeles algún elemento Abrir un documento o proyecto nuevo Deshacer restablecer Acercamiento de la Guardar un documento ventana o proyecto modificado Alejamiento de la ventana Imprimir un documento Acercamiento de una Cortar al porta papeles algún elemento Copiar al porta papeles algún elemento ayudad región Visualizar todo el documento 5
Capítulo 2 Introducción al Capture CIS. 2.1. Iniciando un proyecto. Primero hay que empezar abriendo el programa de Capture CIS de la siguiente forma. Inicio OrCAD 10.5 Capture CIS. 6
En seguida se abre el ambiente del capture CIS, se abre un nuevo proyecto con el icono o se selecciona File New Project, como se muestra a continuación. En seguida se abre una ventana para determinar el tipo de proyecto que se desea realizar, como se muestra a continuación. 7
Se cuentan con cuatro opciones: 8
Analog or Mixed A/D este tipo de proyecto es útil para realizar simulaciones de señales analógicas o digitales. PC Board Wizard es para realizar proyectos de elaboración de tarjetas electrónicas. Progarammable Logic Wizard es para realizar diseños de Dispositivos Lógicos Programables Complejos (CPLD) o Arreglos de Compuertas programables en Campos (FPGA). Schematic es para realizar un simple diagrama esquemático. En este caso se utilizara la segunda opción. Después hay que designar un el nombre del proyecto y su localización en alguna carpeta. 9
En seguida la opción Enable Project simulation, dentro de la simulación se tienen tres opciones: añadir el recurso de la simulación de señales analógicas o digitales, añadir el recurso de la simulación digital basada en VHDL y añadir la simulación digital basada en Verilog. 10
A continuación se agregan las librerías a utilizar en el proyecto, como se ilustra en la primera figura, se selecciona las librerías y se añaden, como se muestran en la segunda figura. Una vez escogidas las librerías necesarias se abre la ventana del proyecto y la del área de dibujo a realizar. 11
2.2. Entorno de trabajo. En la siguiente figura se presenta la ventana donde se tiene el entorno de trabajo en donde se insertaran los componentes de nuestro diagrama esquemático. 12
Ahora cuando se pasa a la ventana del área del dibujo aparece otra barra de herramienta, que sirve para editar el diagrama esquemático, contiene 20 opciones. Icono Descripción Herramienta para seleccionar elementos del diagrama Librería de los componentes electrónicos Alambre para la interconexión de los elementos electrónicos Herramienta para colocar una etiqueta (net alias) en le objeto seleccionado. Coloca un cableado de bus de n cables Coloca un nodo en el cruce de cables Herramienta para colocar las entradas del bus Coloca el símbolo de la alimentación, puede ser circular, flecha, barra y onda. 13
Coloca el símbolo de tierra, puede ser de alimentación, física y de campo. Este comando inserta un bloque jerárquico. Un bloque jerárquico de planos para una carpeta de esquemático, no una página de esquemático. Utilice este comando para colocar un Puerto jerárquico. Un puerto jerárquico es una conexión eléctrica que se nombra encima de una señal jerárquica de la página del esquemático. Este comando inserta una patita de jerárquica en el bloque de jerárquico. Use this command to place an off-page connector. Este icono inserta una no conexión. Este comando es para dibujar una línea, no se debe confundir con el cable. Herramienta para dibujar una poli-línea o un polígono. Comando para dibujar un rectángulo Utilice este comando para dibujar una elipse. Para dibujar un arco Para insertar un texto en el esquemático. 14
Ya conociendo la barra de herramienta se pude realizar un diagrama esquemático como el que se presenta a continuación. 15
Se inserta los componentes con el icono se puede apreciar a continuación: 16
En la sección part: se introduce el componente que se busca en este ejemplo es un transistor NPN con el número 2N2222, en el apartado Part se enlista los componentes existentes en dicha librería, para este caso la librería BJN, a un costado de las librerías se encuentra la sección Graphic que presenta dos opciones Normal y Convert se presentan dos opciones para el 2N2222, se muestra a continuación: Q2 Q1 2N2222 Normal 2N2222 Convert 17
Debajo de la de Graphic se tiene otro elemento denominado Packaging, en los casos de las compuertas digitales se encuentran varios dispositivos en un solo circuito integrado, ejemplo consideremos al circuito integrado 74LS04 que contiene 6 compuertas NOT: Cundo se selecciona a este dispositivo el capture CIS los coloca en orden ascendente, es decir, coloca la primera compuerta y en seguida la segunda y así 18
consecutivamente, en la siguiente figura se muestra un ejemplo, donde se colocan nueve compuertas en la primera aparece su referencia como U1A y la segunda como U1B y así sucesivamente hasta llegar a la compuerta 6, para después pasar al siguiente circuito integrado con la referencia U2. U1A 1 2 74LS04 U1D 9 8 74LS04 U2A 1 2 74LS04 U1B 3 4 74LS04 U1E 11 10 74LS04 U2B 3 4 74LS04 U1C 5 6 74LS04 U1F 13 12 74LS04 U2C 5 6 74LS04 19
a continuación Add Library agregar librerías que no se encuentran en la sección Libraries, para remover librerías se utiliza Remove Library, un comando muy utilizado es el Part Search ayuda a encontrar componentes cuando no se sabe en que librerías se encuentran. Sólo oprimiendo el comando Begin Search como se muestra en al siguiente ventana. 20
el comando Filter le permite restringir las búsquedas del Componente en parte de las librerías basadas por el criterio específico. si es necesario la utilización del PSpice, se puede restringir su búsqueda de Componentes en las librerías, se listarán sólo componentes con los modelos de simulación PSpice. 21
A continuación se describe la utilización del filtrado: Utilizando este control Contains Simulation Model PSpice Model Smoke information Para hacer esto Especifica que se quiere restringir la búsqueda del Componente a sólo Componente que tienen asociado a modelos de simulación PSpice o HDL. Especifica que se quiere restringir la búsqueda del Componente a sólo Componentes que tienen los modelos de PSpice relacionados. también se puede restringir la búsqueda a sólo Componentes que estan parametrizados o no parametrizados relacionados con modelos de PSpice. Especifica la restricción de la búsqueda del Componente a sólo Componentes que tienen modelos de PSpice relacionados con información de quemado (Smoke information). 22
HDL Model Contains Packaging Information Especifica la restricción de la búsqueda del Componente a sólo Componentes que están asociados a modelos de HDL. También se puede restringir la búsqueda a sólo Componentes asociado a modelos VHDL o Verilog Especifica la restricción de la búsqueda del Componente a sólo Componentes que tienen la información del empaquetamiento (footprint). En el caso de un proyecto de elaboración de tarjetas de circuito impreso (PCB), se debe considerar el empaquetamiento de cada componente, realizar una inspección de conexión, realizar una lista de componentes involucrados en diseño. Para verificar que todos los componentes tienen su empaquetamiento, se seleccionan todos los 23
componentes y se da un doble clic con lo que se abre las propiedades, para presentase la siguiente ventana, se puede observar que en la columna PCB footprint debe esta completamente llena. Se realiza entonces la lista de los componentes del diseño, se selecciona la ventana del proyecto, donde se habilita la herramienta Bill of Materials con el 24
icono, y se genera un archivo con extensión BOM, como se puede apreciar en la siguiente figura. 25
Para realizar la una inspección de conexiones se utiliza el comando Revisión de Reglas de Diseño (DRC), Use este comando para enlistar los marcadores de DRC de las páginas esquemáticas seleccionadas en la ventana del proyecto. 26
Este comando es útil al reparar su proyecto antes de crear un netlist. El netlist es un archivo que sirve para crear los datos para la creación de PCB s. Al final de realizar la comprobación de las reglas del diseño, cuando se encuentra algún error muestra la siguiente indicación. 27
Cuando se reparan los errores encontrados, se crea un archivo con extensión.drc, que presenta la siguiente información. 28
2.3. Creando un cuadro de referencia personalizado Al iniciar la utilización del Capture CIS se tiene el siguiente cuadro de referencias. Title Titulo del Dibujo Size Document Number Rev A4 Número de Dibujo A Date: Monday, June 09, 2008 Sheet 1 of 1 29
Sin embargo podemos realizar nuestro propio cuadro de referencia como el que se muestra a continuación. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO Av. Tecnológico Esq. Gral. M. Escobedo. S/N Centro Historico, Santiago de Querétaro, Qro. Ingeniería Electrónica Dibujo Electrónico Nombre del Dibujo: Titulo del Dibujo Dibujo No. Fecha: Rev Número de Dibujo Monday, June 09, 2008 A Tamaño: Hoja Act: Escala: A4 1 de 1 <Acotacion> <Esc> Nombre del Alumno: No. Control: <Nom. Alum.> <No. de Ctrl.> 30
Para instalar el cuadro de referencia se deben seguir los siguientes pasos. Se va a file New Library, como se muestra a continuación. 31
Se abre un proyecto o en este caso una librería nueva como se ve en la siguiente ventana. 32
Para realizar el cuadro se posiciona sobre Library.olb y se da clic derecho y aparece la opción New Symbol, se selecciona la opción Title Block 33
La librería se llama: CUADROREFITQ.OLB. se hace uso de las herramientas de dibujo sobre todo la de dibujar línea. Abrir el programa Capture CIS. En la barra de herramientas ir a la opción Place y seleccionar Title Block. 34
Después de haber seleccionado Title Block aparece la siguiente ventana: 35
Si no se encuentra la librería hay que añadirla con el botón Add Library, para buscar la librería CUADROREFITQ.OLB. Otra forma es la siguiente: abrir el programa Capture CIS. En la barra de herramientas ir a Option y seleccionar Design Template 36
Ventana de Design Template 37
Se selecciona en frame Symbol Library Name que abre el cuadro de dialogo Browse File. seleccionar CUADROREFITQ.OLB, y en Title Block Name TitleBlockITQ. 38
Capítulo 3 Elaboración de diagrama esquemático. 3.1. Introducción. Para poder realizar diagramas esquemáticos durante la carrera de ingeniería electrónica es necesario tener la habilidad de manejar software CAD especializado en electrónica y así interpretar los diagramas que presentan los fabricantes de instrumentación electrónica, para realizar diseños electrónicos de Ingeniería Electrónica. En el campo del dibujo técnico se ha realizado diagramas en los cuales se puede representar objetos y herramientas sobre todo, para nuestro caso la representación de circuitos electrónicos no es la excepción. Para ellos al principio se realizaba con 39
lápiz y papel. Pero apegándose a las normativas del dibujo técnico o de ingeniería. Para tal caso ahora con la innovación de los programas para la realización de diversos diagramas y dibujos también se debe tener información del esquema que se esta realizando, por medio de cuadros de referencia y las normas que ya se vieron anteriormente. 3.2. Identificación del proyecto. Para iniciar con un proyecto es necesario determinar que tipo de proyecto se ha de realizar, ya sea un amplificador de audio, un acondicionamiento de señal, o sistema completo de electrónica, es decir, un conjunto de pequeños proyectos, pero al juntarse 40
forman un proyecto total. A esto ultimo se le llama diagramas con jerarquías se utilizan comúnmente para proyectos grandes. Si nuestro desarrollo requiere de una simulación se puede realizar con el Pspice que esta integrado con el OrCAD. Recordar que los diagramas deben de estar apegados a la normalización, respecto a la elaboración de diagramas esquemáticos, en esté caso las normas IEEE std 315.1975 y ANSI Y32.2-1975. Por lo general se hace un boceto a mano, sin embargo, para darle una mejor presentación en necesario relazar el diagrama en una computadora, en este caso usaremos OrCAD para realizar nuestro 41
diagrama esquemático. Pongamos de ejemplo un diagrama esquemático extraído de alguna revista. 42
o realizado a mano. Como el que se muestra a continuación. 43
Como se puede ver en la figura anterior el diagrama tiene un aspecto desagradable e informal, para darle una mejor presentación se realizará en el OrCAD Capture CIS, Se procede entonces a elaborar el diagrama esquemático utilizando las herramientas necesarias. Obteniendo como resulta el diagrama que se muestra en la siguiente figura, se tiene una mejor presentación del diagrama electrónico. 44
P1 100 k R2 560 P2 47 k SW3 R5 10 k 1 R1 10 k SW10 Rap Len 2 2N2646 Q1 D1 1N4001 SW2 S1 R4 10 k P4 100 k R6 10 k 1 5 7 6 8 U1 CV RST 4 DSCHG OUT 3 THR VCC GND 1 LM555 R7 1 k SW5 1 2 C7 BOC 8 Ohm J1 Q2 TIP41 C8 47 uf 1 2 SW8 BT1 12 V C1 100 uf C2 22 uf R3 22 C3 220 uf 100 k P3 C4 100 nf C5 47 nf 2 SW9 C6 100 nf SW6 2 1 0,1 uf 1 2 R9 330 R13 POT R14 P7 1 k 1 2 SW7 P6 1 k R C9 47 uf C10 10 nf 8 6 T1 4 1 5 Q3 BC548 45
Como se puede observar el diagrama no se ve muy claro, pero se puede editar de tal forma que se pueda ver mejor. Haciendo zoom (aumentar o disminuir la dimensión del esquemático) con las teclas I y O para aumentar o disminuir respectivamente, también se puede con la barra de herramientas View Zoom Scale en donde se tiene varias opciones como se muestra a continuación. 46
También en la barra de herramienta se encuentran los siguientes comandos: Zoom In, Zoom Out, Zoom to Region y Zoom All. 47