Simulation de circuits électroniques avec LTSpiceIV

Je ne ferai pas une grande révélation en disant que je travaille sur une horloge à tubes Nixie, plusieurs de mes derniers articles étant consacrés de près ou de loin à ces tubes. J’ai commencé à prototyper le dernier bloc, celui qui pilote les tubes et choisit les chiffres à afficher. Un tube Nixie possède 9 filaments, un par chiffre. Il faut donc être capable d’allumer à tour de rôle chaque filament, ce qui revient à compter de 0 et 9. Il existe un composant adapté pour cela : le CD4017, un decade counter. Il suffit d’avoir un CD4017 par tube et de les cascader pour que le débordement de l’un incrémente le compteur du digit suivant.

Le prototypage d’un tel montage n’est pas exactement évident. La preuve en image :

ltspice prototype

À droite, un premier montage génère la base de temps, un signal carré de fréquence 1 Hz. À gauche, le second montage contrôle les 2 digits des secondes avec 2 CD4017, des LED pour observer l’état des sortie, un bouton pour forcer l’incrémentation des dizaines, un autre bouton pour faire faire un reset. J’ai vidé mon stock de LED, presque vidé mon stock de jumper wires, et je n’ai que le contrôle des secondes. Je ne suis pas prêt de prototyper les minutes et les heures…

La bonne solution est de simuler le montage. J’avais entendu parlé de LTSpiceIV il y a quelques mois. Il est gratuit et je me suis dit que ça pourrait être une bonne alternative à OrCAD de Cadence, que j’ai beaucoup utilisé lors de mes études à l’INSA mais qui coûte cher*. C’était donc l’occasion de tester LTSpice !

*: en fait, j’ai remarqué en écrivant cet article qu’il existe une version lite gratuite d’OrCAD.

LTSpiceIV

LTSpiceIV est un logiciel gratuit de simulation de circuits électroniques. Il est fourni par Linear Technologies et il repose sur SPICE. Il est disponible sous Windows et est peut être utilisé sous Linux grâce à Wine. Il existe aussi une version pour OS X, celle que j’utilise. Elle ne semble pas être au niveau de la version Windows d’un point de vue interface graphique. La barre d’outils étant absente, il faut passer soit par le menu contextuel avec un clic-droit, soit par des raccourcis clavier, notamment des F1, F2… Ces touches sont associées par défaut à des actions du systèmes, donc il faut faire fn + Fi. Pas pratique mais on s’y fait.

linear technology logo

Bibliothèque de la série CD4000

Une installation standard de LTSpice propose une bibliothèque de composants importante mais elle ne contient pas les circuits intégrés de la série CD4000. Il est en revanche facile de les récupérer sur internet via le groupe Yahoo dédié à LTSpice. Il suffit de vous inscrire puis de parcourir les fichiers proposés. Vous y trouverez beaucoup beaucoup de choses et, notamment, vous y trouverez une bibliothèque avec les composants de la série CD4000 dans Files > Lib > Digital CD4000. Il suffit de télécharger CD4000_v.lib et CD4000.zip. Le zip contient de nombreux fichiers *.asy, des symboles pour LTSpice.

Simulation

LTSpice stocke le schéma à simuler dans un fichier *.asc. Une solution simple pour utiliser des composants de la bibliothèque CD4000 est d’extraire du zip les fichiers *.asy qui nous intéresse et les mettre dans le même dossier que le fichier *.asc. Il faut aussi placer le fichier CD4000_v.lib dans ce dossier. Enfin, on rajoute une directive d’inclusion dans le schéma : .include cd4000_v.lib. Quand on ajoute un composant à son schéma, on peut choisir soit le dossier standard des symboles soit le dossier courant pour accéder aux fichiers *asy placés à côté de son fichier *.asc.

Mon objectif pour commencer était de simuler le contrôle des chiffres des secondes et j’ai donc réalisé le montage suivant (cliquez pour agrandir) :


ltspice schema

Il contient les 2 CD4017 (un par digit des secondes), une source continue pour l’alimentation, une source pulse pour simuler le signal carré de base de temps normalement fourni par un autre montage, une seconde source pulse pour simuler un appui sur un bouton poussoir qui reset les compteurs au tout début de la simulation, et enfin un peu de logique de contrôle. Les diodes servent à faire des OU logiques entre les sources de reset des CD4017.

En haut à gauche, on retrouve la direction d’inclusion ainsi que la commande pour la simulation. Il s’agit ici d’une transient analysis, qui va réaliser une simulation en temps. On simule 130 secondes de fonctionnement et on regarde ce qu’il se passe. Je trouve un peu dommage que la commande d’analyse soit « en dur » dans le schéma car cela oblige à éditer le schéma quand on souhaite changer les paramètres mais je n’ai pas vraiment regardé la documentation du machin. Pour lancer la simulation, il suffit de cliquer sur le bouton Run. Une nouvelle fenêtre s’ouvre, ça calcule et on peut y ajouter des « mesures », ce qui consiste en fait à tracer des courbes grâce aux valeurs calculées. Voici un exemple d’affichage de différents signaux pour vérifier mon montage fonctionne comme souhaité (à nouveau, cliquez pour avoir la version grand format) :


ltspice simulation

Au revoir les fils et les LED, bonjour la simplicité !

Sources

Les fichiers sont partagés dans mon dépôt Git Nixie, dans le dossier LTSpice Simulation. J’ai depuis rajouté la simulation des minutes et je vais m’attaquer à celle heures. Si vous souhaitez récupérer la version montrée ici, allez dans les releases de Github et récupérer la release 1.2.

Liens utiles

Le wiki non-offciel de LTSpice : http://ltwiki.org/

Le groupe Yahoo! dédié à LTSpice : https://groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/info

Le livre « Le simulateur LTspice IV – 2e éd », par Gilles Brocard : https://books.google.fr/books?id=J48zQHKnyioC

Les raccourcis claviers pour la version Mac : http://cds.linear.com/docs/en/software-and-simulation/LTspiceShortcutsForMacOSX.pdf

La page des logiciels de Linear Technology, avec les liens vers la doc, le blog, les installateurs, etc. : http://www.linear.com/designtools/software/

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