Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Giáo trình Thiết kế mạch điện tử giúp cho hoc sinh nắm bắt được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các mạch điện, các thông số và phạm vi ứng dụng của mạch điện trong kỹ thuật. Mời các bạn cùng tham khảo!
ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TẠ VĂN BẰNG (Chủ biên) TRỊNH THỊ HẠNH – TRƯƠNG VĂN HỢI GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Trung cấp (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa điện tử Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Cơ điện tử Đây môn học kỹ thuật chuyên môn nghề tự chọn chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: “Mạch điện tử công nghiệp ” tác giả Nguyễn Tấn Phước – NXB tổng hợp tp.HCM năm 2003 Tài liệu “Giáo trình kĩ thuật mạch điện tử ” tác giả Đặng Văn Chuyết – NXB giáo dục ,Hà Nội 2003 Mặc dù nhóm biên soạn có nhiều cố gắng khơng tránh thiếu sót Rất mong đồng nghiệp độc giả góp ý kiến để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Chủ biên: Tạ Văn Bằng MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Bài Cài đặt phần Orcad 9.2 Proteus 7.2 1.1 Orcad 9.2 1.2 Proteus 7.2 30 Bài 35 ISIS Profesional 35 2.1 Tạo thiết kế 35 2.2 Mở đề án thiết kế 38 2.3 Các lệnh menu lệnh 39 2.4 Tạo mạch tích hợp 40 Bài 44 ARES Propessional 44 3.1.Vẽ mạch in 44 3.2 Cải thiện mạch in 47 Bài 49 OrCad Capture 9.2 49 4.1 Tạo thiết kế 49 4.2 Mở thiết kế 52 4.3 Các lệnh menu lệnh 57 4.4 Thiết kế chân cắm 63 Bài 79 OrCad Layout 9.2 79 5.1 Vẽ mạch in 79 5.2 Cải thiện mạch in 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Thiết kế mạch điện tử Mã số mô đun: MĐ 32 Thời gian mô đun: 30 (LT: giờ; TH: 21 giờ; KT: giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun: * Vị trí mơ đun: Mơ đun bố trí dạy từ đầu khóa học, trước học mô đun chuyên môn * Tính chất mơ đun: Là mơ đun bắt buộc * Ý nghĩa mô đun: mô đun giúp cho hoc sinh nắm bắt cấu tạo, nguyên lý làm việc mạch điện, thông số phạm vi ứng dụng mạch điện kỹ thuật * Vai trò mô đun: mô đun sở kỹ thuật II Mục tiêu mô đun: Sau học xong mơ đun học viên có lực * Về kiến thức: - Hiểu phương pháp thiết kế mạch - Biết lựa chọn linh kiện thư viện để vẽ mạch điện * Về kỹ năng: - Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện theo yêu cầu kỹ thuật - Thiết kế sơ đồ mạch in theo sơ đồ nguyên lý - Mô mạch điện nâng cao * Về thái độ: - Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập thực công việc III Nội dung mô đun Nội dung tổng quát phân bố thời gian: Thời gian TT Tên mô đun Lý thuyết Thực hành/thực tập/thí nghiệm/bài tập/thảo luận 12 9 Tổng số Bài : Cài đặt Orcad 9.2 Proteus 7.2 Kiểm tra Orcad 9.2 1.1.1.Khái niệm phần mềm 1.1.2.Cài đặt phần mềm 1.1.3.Nâng cấp phần mềm Proteus 7.2 1.2.1.Cài đặt phần mềm 1.2.2.Nâng cấp phần mềm Bài : ISIS Professional 2.1.Tạo file thiết kế 2.1.1.Yêu cầu thiết kế 2.1.2.Thiết lập nguyên lý mạch 2.2.Mở đề án thiết kế 2.2.1.Các bước đề án thiết kế mạch 2.2.2.Thực đề án thiết kế mạch 2.3.Các lệnh menu lệnh 2.4.Tạo mạch tích hợp Bài 3: ARES Professional 3.1.Vẽ mạch in 3.1.1.Khởi động phần mềm 3.1.2.Vẽ mạch máy 3.1.3.Lưu xuất liệu 3.2.Cải thiện mạch in Bài :Orcad capture 9.2 1 1 30 21 4.1.Tạo thiết 4.1.1.Yêu cầu thiết kế 4.1.2.Thiết lập nguyên lý mạch 4.2.Mở thiết kế 4.2.1.Các bước đề án thiết kế mạch 4.2.2.Thực đề án thiết kế mạch 4.3.Các lệnh menu lệnh 4.4.Thiết kế chân cắm Bài :Orcad layout 9.2 5.1.Vẽ mạch in 5.1.1.Khởi động phần mềm 5.1.2.Vẽ mạch máy 5.2.Cải thiện mạch in Cộng Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết tính vào lý thuyết, kiểm tra thực hành tính vào thực hành Bài Cài đặt phần Orcad 9.2 Proteus 7.2 Mục tiêu: Cài đặt phần mềm thiết kế mạch máy tính Khởi động Chương trình phần mềm thiết kế mạch sau cài đặt Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác tác phong cơng nghiệp 1.1 Orcad 9.2 1.1.1.Khái niệm phần mềm Phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad tập đồn Cadence® chuyên viên đánh giá phần mềm thiết kế mạch mạnh Orcad có mặt hỗ trợ cho kỹ thuật viên thiết kế mạch từ sớm Từ Orcad phiên 3.2 chạy DOS phiên 4.0 có cập nhật đáng kể Tiếp phiên 7.0 chạy Window làm say mê người thiết kế mạch in chuyên nghiệp, sau có phiên 9.0, 9.2, 10.5 phiên 15.7 Orcad phần mềm chuyên dụng mạnh với giao diện thân thiện, cách sử dụng đơn giản Bạn vẽ mạch nguyên lý với Orcad Capture, chạy mô với Pspice, đặc biệt chức vẽ mạch in mạnh với Orcad layout, với thư viện linh kiện khổng lồ hầu hết nhà sản xuất linh kiện điên tử cung cấp cho Orcad Có lẽ chúng ta không cần phải bàn tới sức mạnh mà phải quan tâm tới việc khai thác sử dụng Orcad hiệu việc thiết kế mạch Với mục đích hướng dẫn sử dụng giúp bạn thuận lợi việc thiết kế mạch, chúng xây dựng nên tài liệu “Thiết kế mạch máy tính dùng phần mềm Orcad 9.2” Trong học, bạn thấy tiện lợi kết Chương trình Orcad 9.2 người thiết kế Giáo trình biên soạn theo cách hướng dẫn bước, dù bạn người bắt đầu hay nhà thiết kế mạch in kỳ cựu giáo trình điều giúp bạn làm quen với công việc vô phức tạp, lý thú thời gian thật ngắn Chúng nghĩ tài liệu kết hợp với thực hành giúp cho bạn thực hiệu nhanh chóng việc thiết kế mạch sử dụng phần mềm Orcad Các mạch điện giáo trình mang tính tham khảo minh hoạ để bạn làm quen với thao tác lấy gọi linh kiện thư viện đồ sộ Orcad mà người bắt đầu học khó lấy nhanh Các mạch in thiết kế giáo trình chưa phải tối ưu, mang tính ví dụ Ngay việc bố trí, xếp linh kiện, bạn phải tuân thủ theo nguyên lý thiết kế mạch in tối thiểu như: Các Transistor công suất nên bố trí gần biên mạch in để tiện việc lắp ráp sửa chữa sau này, tụ chống nhiễu nguồn cần bố trí cho gần nguồn cấp vào chân vi mạch v.v Orcad dù có mạnh công cụ hỗ trợ thiết kế mạch mà Muốn nhà thiết kế mạch in chuyên nghiệp bạn cần phải có kiến thức chuyên mơn thiết kế mạch in hồn chỉnh đưa vào sản xuất 1.1.2 Cài đặt phần mềm - Từ thư mục chứa phần mềm Orcad, nhấp đúp vào Chương trình tự động chạy Trên hình ta thấy bảng thơng báo Setup xuất (hình 1.1) để chuẩn bị cho việc cài đặt Hình 1.1 Cài đặt phần mềm - Chương trình tự động chạy 100% cửa sổ Warning (hình 1.2) xuất hiện, nhấn nút OK để qua trang Hình 1.2 Cửa sổ warning Chương trình cài đặt yêu cầu tắt tất Chương trình diệt virus, sau ấn vào OK Bảng Welcome (hình 1.3) xuất hiện, nhấn next để tiếp tục cài đặt Hình 1.3 bảng welcome - Chương trình bảng License Agreement (hình 1.4) thơng báo đăng ký quyền nhấn Yes để tiếp tục trình cài đặt Hình 1.4 Bảng License Agreement - Chọn Next để tiếp tục cài đặt (hình 1.5) Hình 1.5 chọn licensing tiêu chuẩn - Chọn Next (hình 2.6) - Sau ta nhấn vào Layer Type, ta thấy tồn cột Layer Type chọn, nhấn giữ phím CTRL nhấp chuột vào chữ Routing hàng TOP để bỏ chọn, sau nhấp phải chuột vào vùng bơi đen, chọn thẻ Propeties (Hình 5.50) Hình 5.50 - Bảng Edit Layer ra, nhấp chọn vào ô Unused Routing để không sử dụng lớp giữ lại lớp Top Nhấn Ok để thoát nhấp vào nút Close hộp thoại Layers để kết thúc việc chọn lớp mạch in (Hình 5.51) Hình 5.51 112 c Chọn lớp mạch in cho board lớp - Củng tương tự chọn lớp mạch in cho board lớp ta nhấn giữ phím CTRL nhấp chuột vào chữ Routing hàng TOP hàng BOTTOM để bỏ chọn, sau tiếp tục thao tác phần (Hình 3.52) Hình 5.52 5.2.3 Vẽ đường mạch in a Thiết lập khoảng cách đường mạch - Để thiết lập luật khoảng cách cho pads, tracks vias Bạn chọn Spreedsheet từ Toolbar Chọn Strategy >> Route Spacing (Hình 5.53) 113 Hình 5.53 thiết lập đường mạch in - Ở bạn điều chỉnh thơng số cho phù hợp Cần chú ý đơn vị đo mà bạn thiết lập Để tránh tượng đường dây dính vào khoảng cách gần, ta nên chọn khoảng cách dây từ 0.5 đến 1mm - Sau nhấn chọn OK (Hình 5.54) Hình 5.54 khoảng cách mạch in b Thiết lập độ rộng đường mạch in - Thiết lập độ rộng đường mạch in để điều chỉnh độ rộng nets mạch khác tùy theo chức chúng Ví dụ như: đường nguồn, mass phải lớn nguồn tín hiệu, hay đường ứng với mạch cơng suất 114 bề rộng phải lớn bình thường… Muốn điều chỉnh thông số bao gồm bước sau: Vào Spreedsheet → Nets Bôi đen tất sau nhấp vào Properties (Hình 5.55) Hình 5.55 Hộp thoại Edit Net (Hình 5.56), ta điền kích thước thích hợp vào, sau nhấn OK Hình 5.56 115 c Vẽ đường mạch in - Layout hỗ trợ chức vẽ tự động vẽ tay Thông thường nên kết hợp chức này, vẽ tự động đơi có đường mạch phức tạp, lúc ta nên điều chỉnh lại tay Vẽ tự động: vào Auto >> Auto Route >> Board, Layout tự động vẽ mạch (Hình 5.57) Để hủy bỏ đường mạch in, ta vào Auto >> Unroute >> Board Hình 5.57 Layout Vẽ tay: Chọn Edit Segment Mode Kích vào dây muốn vẽ, lúc dây gắn với trỏ, rê chuột để tạo đường mạch, kích trái chuột để cố định đường mạch - Để đổi hướng đường mạch: kích vào cuối đoạn dây, sau đổi theo hướng mà bạn muốn vẽ Sau vẽ xong, nhấn ESC để kết thúc Nhấp F5 để refresh mạch - Sau cho chạy tự động , bạn sau (Hình 5.58): Hình 5.58 layout chạy dây mạch 116 - Ta thấy còn đường mạch in chưa hoàn thành, sau ta nhấn OK chuyển qua chế độ vẽ tay để tìm đường cho dây (Hình 5.59) Hình 5.59 layout dây mạch chế độ tay - Nếu không còn đường cho dây, ta dùng Jumper để nối lại Bằng cách từ đầu dây ta vẽ đoạn ngắn sau nhấn chuột phải chọn Add Via Đầu còn lại tương tự (Hình 5.60) 117 Hình 5.60 nối đầu linh kiện d Thay đổi kích thước đường mạch - Thơng thường đường nguồn đường cơng suất ln có kích thước lớn đường tín hiệu Do ta phải thay đổi lại kích thước đường mạch - Ta nhấp chọn chế độ vẽ mạch tay, sau nhấp chọn vào đường dây cần thay đổi sau nhấn phím W nhấp trái chuột chọn Change Width Hộp thoại Track Width xuất (Hình 5.61), nhập kích thước phù hợp vào nhấn OK 118 Hình 5.61 thay đổi kích thước layout 5.2.4 Vẽ đường biên đặt tên a Vẽ đường biên Board Outline đường bao cho tất linh kiện đường mạch mạch in Để vẽ bạn tiến hành sau: Click chuột vào Obstacle Tool, sau click vào góc mà bạn muốn vẽ Outline, chuột chuyển thành dấu cộng nhỏ, click phải, chọn Properties hộp thoại sau (Hình 5.62) Hình 5.62 kích thước biên 119 - Bạn chọn hình Sau chọn OK Click vào góc khung mà bạn vẽ, sau nhấn ESC (Hình 5.63) Hình 5.63 b Đặt tên - Chọn Text Tool từ công cụ Click phải vào hình chọn New Hộp thoại Text Edit (Hình 5.64), khung Text String gõ nội dung cần chèn Lưu ý: bạn làm mạch in thủ cơng click chọn Mirrored để ủi không bị ngược 120 Hình 5.64 text layout c Phủ đồng cho mạch in Mục đích vấn đề để chống nhiễu cho mạch điện Cách làm sau: Chọn Obstacle Tool Vẽ khung bao sau nhấp chuột vào khung mạch, chuột co thành dấu cộng nhỏ click phải, chọn Property Màn hình xuất hộp thoại Edit Obstacle (Hình 5.65) Hình 5.65 layout phủ đồng - Trong khung Obstacle Type chọn: Copper Pour 121 - Trong khung Obstacle Layer chọn lớp cần phủ Copper Pour: TOP hay BOTTOM - Trong khung Net Attachment chọn GND POWER, tùy theo bạn muốn phủ theo GND hay POWER Nhấn OK (Hình 5.66) Hình 5.66 layout phủ đồng Như ta hoàn thành việc thiết kế mạch in, muốn in làm mạch board đồng, ta tắt tất màu chừa lại màu xanh, để lại màu khác gây nên ngắn mạch CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Bài tập 3: Thiết kế máy tính mạch in sau: 122 TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Gợi ý: Thơng thường có cách để tạo mạch in máy tính phần mềm Orcad 9.2: Cách 1: vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện capture sau xuất layout để chỉnh sửa tạo mạch in cho mạch điện Cách 2: vẽ trực tiếp sơ đồ mạch điện layout, sau chỉnh sửa để hoàn thiện mạch in Ở chúng ta sử dụng cách 1: Để tạo mạch in máy tính layout sau có file capture mạch điện, ta có bước sau: Đầu tiên ta phải khởi động chương trình Orcad Layout Bước 1: Tạo File thiết kế Từ cửa sổ Orcad Layout, nhấn vào File menu chọn New cửa sổ Load Template File yêu cầu chúng ta nhập File DEFAULT.TCH Chúng ta vào thư mục cài đặt Orcad để lấy Hộp thoại Load Netlist Source, tìm file *.MNL Bước 2: Liên kết Footprint Tìm footprint thư viện 123 Sau tìm Footprint tất linh kiện ta hoàn thành việc tạo board thiết kế Bước 3: Chỉnh sửa chân linh kiện Chọn Footprint linh kiện cần thay đổi board mạch vừa tạo, sau nhấn chuột phải chọn Properties Tuy nhiên, footprint có Select Footprint khơng phù hợp chúng ta phải tạo footprint cho phù hợp kích thước linh kiện Tạo chân linh kiện: ta tự tạo linh kiện cách nhấn vào vào menu File chọn Library manager Dựa vào Datasheet biết khoảng cách chân để xác định vị trí cho chân còn lại kích thước linh kiện Bước 4: Thiết lập đơn vị đo hiển thị, đo kích thước board mạch Đây đơn vị thể độ rộng đường mạch in board mạch Mục đích vấn đề giúp cho người thiết kế quản lý kích thước nets board mạch kích thước board outline Đo kích thước board mạch Bước 5: Thiết kế sơ đồ bố trí linh kiện Tắt DRC Ẩn đường dây Ẩn chữ Sắp xếp linh kiện: chúng ta nên xếp linh kiện theo sơ đồ nguyên lý để thuận tiện quan sát dây Mạch điện nên xếp theo cụm nguồn, tính hiệu, ic, khối ngõ Bước 6: Chọn lớp vẽ đường mạch in Chọn lớp mạch in Vẽ đường mạch in: thiết lập khoảng cách đường mạch, thiết lập độ rộng đường mạch in, vẽ đường mạch in, thay đổi kích thước đường mạch Bước 7: Vẽ đường biên, đặt tên phủ đồng cho mạch in ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH: * Vật liệu: - Sơ đồ mạch điện phóng to - Giáo trình, tài liệu học tập 124 * Dụng cụ, Trang thiết bị: - Bảng, phấn bàn, ghế học tập - Các sơ đồ mạch điện mẫu, thực tế - PC, phần mềm chuyên dùng, Projector Yêu cầu đánh giá kết học tập 3: Nội dung: + Về kiến thức: - Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Các thông số phạm vi ứng dụng mạch điện kỹ thuật + Về kỹ năng: - Thiết kế sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mạch in - Kiểm tra kỹ thực hành vẽ mạch, phân tích sơ đồ mạch - Đánh giá tiêu chuẩn mạch in - Độ xác - Khả mở rộng kiến thức - Thời gian thực công việc + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ thực hành + Thái độ: Chăm chỉ, nghiêm túc, xác, cơng việc 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mạch điện tử công Nguyễn Tấn Phước - NXB Tổng hợp TP HCM, 2003 nghiệp [2] Kĩ thuật điện tử Lê Xuân Thế, Nguyễn Kim Giao - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 [3] Giáo trình kĩ thuật mạch Đặng văn Chuyết - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 điện tử [4] Điện tử cơng suất Nguyễn Bính - NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, 1996 [5] Kĩ thuật điện tử Đỗ Xuân Thụ - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 [6] Phân tích mạch tranzito Đỗ Thanh Hải, Nguyễn Xuân Mai - NXB Thống kê, Hà Nội, 2002 126 ... sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa điện tử Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ” dành riêng cho học sinh -. .. tiêu: -Thiết kế mạch điện tử - Sử dụng thành thạo lệnh phần mềm để nạp mạch vào máy tính - Nạp đúng thông số mạch chạy mô theo yêu cầu kỹ thuật - Sáng tạo trình thiết kế mạch 2.1 Tạo thiết kế Bước... sau hoàn thành 43 Bài ARES Propessional Mục tiêu: - Vẽ đúng mạch điện tử theo thiết kế - Sử dụng thành thạo lệnh phần mềm vẽ mạch điện tử - Nạp đủ thông số vào mạch theo yêu cầu kỹ thuật - Cẩn