Instituto Politécnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas
Problemario Primer Parcial
Equipo:
Aburto Mastache Sergio Eladio
Marez Aquino Aldo Omar
Profesora: Hernández Vargas Barbara Mitzy
Unidad de Aprendizaje: Simulación y diseño de PCB.
Grupo: 2MM10.
Fecha de entrega: México D.F., a 21 de noviembre de 2015.
¿Qué es PROTEUS?
Es una compilación de programas de diseño y simulación electrónica, desarrollado por Labcenter Electronics que consta de los dos programas principales: ISIS y ARES.
ISIS (Intelligent Schematic Input System)
Permite diseñar el plano eléctrico del circuito que se desea realizar con componentes muy variados, además de simular los resultados a partir de los componentes y las variables agregadas por el usuario, estos pueden ir desde el valor de una resistencia hasta la programación de un microcontrolador.
ARES (Advanced Routing and Editing Software)
Es la herramienta de enrutado, ubicación y edición de componentes, se utiliza para la fabricación de placas de circuito impreso, permitiendo editar generalmente, las capas superficial (Top Copper), y de soldadura (Bottom Copper), así como diferentes características de las pistas y los "pads", también nos permite obtener los archivos tipo gerber de nuestro diseño.
Iniciando un proyecto
Para comenzar a trabajar en proteus es necesario crear un proyecto, así después de iniciado el programa lo siguiente a seguir es:
Seleccionamos en la barra de tareas 'File' y seguido damos click en la opción de 'New Project'.
Posteriormente de seleccionar 'New Project' nos irán apareciendo una serie de ventanas.
En la primera nombraremos nuestro proyecto y asignaremos la carpeta donde lo guardaremos.
En la segunda ventana nos dirá si queremos que nos cree un esquemático, en donde diremos que sí y para comenzar usaremos el por 'DEFAULT'.
En la tercera ventana seleccionaremos que deseamos nos cree un archivo para nuestro PCB por 'DEFAULT'.
También nos aparecerá una ventana donde nos preguntara si queremos agregar una firma a nuestro proyecto, está no será necesaria para poder desarrollar nuestro proyecto así que no hay necesidad de especificar una.
Finalmente nos aparecerá una ventana donde confirmaremos las opciones anteriormente decididas y nos dará una pequeña lista de detalles del proyecto que estamos a punto de crear.
De esta manera nos quedará una pantalla de trabajo lista para que comencemos a agregar nuestros componentes para diseñar y simular nuestro circuito.
Menú Lateral
Component Mode/ Terminals Mode/ Generator Mode
Para comenzar el uso de ISIS debemos realizar el diagrama del circuito, y para esto se comienza añadiendo los componentes que utilizaremos durante la realización de este. Para esto:
Colocamos el cursor en el botón 'component mode' y damos click en la letra P.
Al hacer clic en el icono 'P' se abre una ventana llamada con el título 'Pick Devices', en esta podemos buscar los componentes, colocando su nombre en la sección de 'Keywords', es importante considerar que los nombres están en inglés y seguramente en clave, así que es recomendable no desesperarse ya que conforme uno se familiariza con el programa esto pierde significado.
Finalmente después de seleccionados todos los dispositivos a utilizar damos click en Ok y proseguimos.
Para ejemplificar el uso de componentes y otras utilidades de Proteus a continuación explicaremos la realización de un divisor de voltaje.
Siguiendo los pasos anteriores agregaremos dos resistencias 'RES' a nuestra zona de trabajo. Esto es seleccionando el componente deseado en nuestra lista de materiales y dando click donde queremos colocarlo en nuestra zona de trabajo.
Posteriormente de colocadas las resistencias procedemos a conectarlas, simplemente dando click en las terminales a unir.
La fuente y la tierra la podemos agregar dando click en 'Device Mode' y seleccionando 'Input' y 'Ground'.
Para colocar la entrada seleccionamos el botón de 'Generator Mode' y seleccionamos en este caso una señal senoidal.
Para agregar las puntas de prueba seleccionamos en el botón de 'Probe Mode' y seleccionamos el tipo de punta deseada, es importante recordar que las puntas de prueba son respecto al punto donde las colocamos con tierra.
Una vez colocado y conectados todos los componentes procedemos a realizar la simulación simplemente dando click en el botón de 'play' del lado inferior izquierdo.
Sin embargo habrá ocasiones en que los parámetros predeterminados del software para la simulación no nos parezcan los adecuados o se adecúen a nuestras necesidades, por ejemplo que la simulación vaya muy rápido, así para modificar esto basta con dar click en 'System' en el menú superior y abrir el cuadro de 'Set Animation Options' y modificar la opción de 'Frames per Second'.
Graph Mode
Otra herramienta bastante útil al momento de hacer el análisis de un circuito son las gráficas, con ISIS la realización de estas se simplifica considerablemente pues bastara con seguir los siguientes pasos para obtenerlas.
En este caso, colocaremos una gráfica análoga. Bastará con seleccionar el botón de 'Graph Mode' y elegir el tipo 'ANALOGUE'.
Ya habiendo seleccionado el tipo de gráfica que deseamos dibujamos un cuadro en el área de trabajo con el tamaño que deseamos vaya a tener nuestra gráfica.
Ahora basta con arrastrar los nombres de los componentes al interior del cuadro y cuando hayamos terminado agregarlos presionamos la barra espaciadora.
También es posible modificar el intervalo de tiempo que vemos en la gráfica modificando sus propiedades dando doble click sobre ella, e incluso es posible ampliarla repitiendo la acción anterior sobre su nombre.
Modificar propiedades de los componentes.
Algo bastante obvio al momento de utilizar un software de simulación es que el usuario necesita ingresar los valores o características de los componentes que va a trabajar, o incluso a veces simplemente presentarlos sin que estos afecten como se desenvuelve el circuito al momento de simularlo, pero que sin embargo podrían llegar a ser utilizados al momento de diseñar la placa. Para realizar por ejemplo la modificación de los valores de una resistencia y que está no sea tomada en cuenta al momento de simular bastara con:
Dar doble click sobre el componente que se desea modificar y en la nueva ventana emergente, escribir el valor deseado, en este caso, en la parte de 'Resistence' necesitado y palomear el cuadro de 'Exclude from Simulation'.
Selección de área de salida y exportación de gráficos
Habrá veces que será necesario promover nuestro proyecto con personas que no cuenten con el mismo software que nosotros, por lo que la herramienta de 'Export Graphics' resulta esencial en estos casos, para hacer uso de ella, solamente tendremos que abrir la pestaña de 'File' y picar en 'Export Graphics' y seleccionar el archivo de salida deseado, Proteus automáticamente lo convertirá en lo que le hayamos indicado.
Sin embargo haciendo esto se exportará todo lo que se encuentre en nuestra área de trabajo, por lo que si solamente quisiéramos fuera solo una parte de esta antes de realizar lo dicho anteriormente tendremos que seleccionar en el mismo menú de 'File', 'Mark Output Area' y marcar las partes deseadas a exportar en nuestra área de trabajo.
Creación de PCB (Printed Circuit Board)/ Uso de ARES
Una placa de circuito impreso es la base para sostener los dispositivos de un circuito y conectarlos entre sí.
Para la creación de esta es importante seguir una serie de pasos, los cuales se simplifica su realización considerablemente con el uso de software especializado –como ARES- a continuación explicamos estos.
Delimitación del área de trabajo (Establecer tamaño de la placa)
Para esto ya en la pestaña de ARES dentro de Proteus se debe de dar click en el botón de 'Technology' y después en 'Set Board Properties', como aquí se muestra.
Nos aparecerá una nueva ventana en donde se podrá cambiar según nuestras necesidades las medidas de nuestra área de trabajo y por lo tanto la placa (ya sea en mm o en in). Para auxiliarnos también está el botón:
Con el que podemos fácilmente ir de un sistema a otro.
Inserción y acomodo de componentes
Una vez teniendo delimitada el tamaño de la placa, proseguiremos a colocar todos los componentes a la placa. Es importante mencionar que los componentes ya están cargados automáticamente de ISIS a ARES (en este caso los componentes de una fuente de 24 volts).
Cabe mencionar que el TBLOCK-I2, está excluido de la simulación, sin embargo en nuestro PCB, será donde se conecte el transformador.
Para insertar los componentes en lo que será nuestra placa el proceso es muy similar al que se realiza en ISIS, se selecciona el botón de 'COMPONENT MODE' y se da click en la zona donde deseamos colocar el componente.
Si se quieren realizar modificaciones a estos como girarlos, moverlos etc, se debe de seleccionarlos y dar click derecho y aparecerá un menú:
Design Rule Manager
Una herramienta poderosa con la que cuenta ARES es la de 'Auto-router', sin embargo antes de hacer uso de esta se recomienda modificar sus propiedades, se debe de usar el 'Design Rule Manager', por ejemplo si queramos modificar el grosor de las pistas, seleccionamos el 'Design Rule Manager' y vamos a la pestaña de 'Net Classes'.
En esta pestaña podemos cambiar lo que "transporta" pista ('POWER' o 'SIGNAL') y en el apartado de 'Trace Style' seleccionaremos el estilo de pista, en este caso un T40.
Auto-Router
El 'Auto-router' nos permite que el programa realice el trazado de pistas automáticamente después de colocados nuestros componentes, para esto basta con presionar el botón y el ruteo comenzara a realizarse automáticamente, después de esto bastará con cerciorarnos de que las pistas fueron trazadas correctamente.
Una vez realizado el routeado habrá ocasiones donde queramos cambiar específicamente solo una pista, como cambiar su grosor o en que capa se encuentra, para esto se debe de dar click derecho en la pista deseada y después en 'Change Layer' para que cambiemos la capa o bien en 'Change Trace Style' y ahí cambiar el grosor de línea
También es posible modificar el tipo de pad en el que se colocaran nuestros componentes, para esto nos ayudamos con los botones de color morado en nuestro menú lateral derecho, seleccionamos el que nos parezca adecuado y damos click sobre el pad a modificar.
Visualización en 3D del PCB
Finalmente podemos observar una vista simulada de como quedaría armada nuestra placa, utilizando el el '3D Visualizer'.
Exportación a PDF
En este caso, para exportar nuestras pistas a PDF bastará con ir a 'Output', 'Export Graphics', 'Export PDF File'.
Inmediatamente nos aparecerá otra ventana en donde tendremos seleccionar que capas vayan en nuestro PDF, donde queremos que se guarde el archivo, entre otras opciones.
También es posible exportar a PDF nuestra vista en 3D, solo que para este caso se tendrá que hacer como si se fuera a imprimir esta y seleccionamos que se guarde como este tipo de archivo.
Personalización de la placa
Para personalizar nuestra placa ya sea al ponerle nuestro nombre, número de placa, etc. Realizamos el siguiente procedimiento:
Seleccionar el icono 'Text Mode':
Lo que causará que nos aparezca la ventana de 'Edit 2D Graphics Text':
Aquí podremos cambar el tipo, tamaño, estilo, etc.; de letra que nosotros deseemos.
Es importante estar en 'Bottom Copper', y sobre todo poner 'mirror', para que al verlo físicamente se vea correctamente la información.
Generación de Archivos Gerber
El archivo es un formato de impresión utilizado en la producción de circuitos impresos y fue creado por Gerber Systems Corporation.
Son archivos ASCII con coordenadas e instrucciones simples que nos permiten interpretar el circuito impreso a fabricar independientemente del sistema de diseño utilizado.
Las diferentes formas que aparecen en un circuito (círculos, rectángulos, ovalados, etc.) y el diámetro correspondiente se identifican con el nombre de "Dcodes" (D10, D15).Cada Dcode tiene asignadas una o varias coordenadas.
Proteus nos permite realizar de una manera excesivamente sencilla este tipo de archivos, basta con ir a nuestro menú superior, seleccionar 'Output' y posteriormente 'Generate Gerber/Excellon Files', a continuación nos abrirá una ventana donde le daremos el nombre a los archivos que se crearán, el directorio donde se guardará, el sistema que usará, las capas de las que requerimos los archivos, si queremos la reflexión normal o espejo, el sistema de unidades, el tipo de formato Gerber, entre otras cosas. Bastará en ajustar los parámetros a como mejor se acomoden y presionaremos 'OK'.
Uso de ISOCAM
ISOCAM es un software que nos permite generar el código que necesitamos cuando manufacturemos nuestro PCB por medio de la técnica de CNC, para generar este realizaremos lo siguiente.
Una vez abierto nuestro software iremos a 'File' y seleccionaremos 'Load files', (también se podría apretar directamente la tecla F3).
Esto abrirá un cuadro de dialogo donde seleccionaremos que archivos son los que deseamos usar.
Después de seleccionado nos aparecerá un cuadro de dialogo donde nos dice en que capa se usará cada archivo y si queremos podemos modificar esto, presionamos 'OK'.
Una vez hecho esto nos aparecerá otro cuadro donde se harán las últimas modificaciones como unidades y el formato de los números, finalmente, damos click en 'OK' y nos aparecerá por fin nuestros trazos en pantalla
Una vez teniendo esto generaremos el código de maquinado, una vez más vamos a 'File' y en esta ocasión a 'Create milling data'.
Modificamos los parámetros de maquinado según nuestras necesidades y procedemos a crear nuestro código.
Finalmente nos preguntará si queremos hacer un chequeo donde preferentemente diremos que si, y por fin tendremos nuestro archivo para maquinar nuestro PCB.
Referencias:
https://learn.sparkfun.com/tutorials/pcb-basics
