GIÁO TRÌNH: Thí nghiệm CAD (Computer-Aided Design)

ol d v n Th.s NGUYỄN CHÍ NGƠN nc Thí nghiệm CAD (Computer-Aided Design) w w w v Được biên soạn khuôn khổ dự án ASVIET002CNTT ”Tăng cường hiệu đào tạo lực tự đào tạo sinh viên khoa Công nghệ Thông tin - Đại học Cần thơ” ĐẠI HỌC CẦN THƠ - 12/2003 Giáo trình thí nghiệm CAD Lời nói đầu nc ol d v n Cùng với phát triển nhanh chóng máy tính, CAD (Computer-Aided Desgin) xây dựng ngày hồn thiện ứng dụng hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật Đối với chuyên ngành Điện tử, nhiều phần mềm CAD cho phép thiết kế mạch, mô vẽ mạch in cách nhanh chóng hiệu OrCAD/Pspice, Multisim (Electronics WorkBench), MicroSim, ExpeditionPCB, … Tuy nhiên, phần mềm đóng gói ứng dụng chuyên môn hẹp Điện tử, khơng cho phép lập trình mơ hệ thống động (Dynamic systems) khác Vì vậy, chương trình đào tạo mơn CAD cho sinh viên Điện tử chun ngành Viễn thơng Tự động hóa hướng tới phần mềm Matlab Đây ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng nguồn mở, hổ trợ nhiều thư viện chức chuyên biệt từ Toán học, Kinh tế, Logic mờ, Truyền thông, Điều khiển tự động, … đến điều khiển phần cứng cho thiết bị Đồng thời, cho phép người sử dụng bổ sung công cụ tự tạo làm phong phú thêm khả phân tích, thiết kế mơ hệ thống động liên tục rời rạc, tuyến tính phi tuyến Với ưu điểm bậc mình, Matlab nhiều trường Đại học hàng đầu giới áp dụng giảng dạy Tham vọng nhiều phạm vi 30 tiết thực hành, đề cập đến vấn đề Hy vọng từ sinh viên tự nghiên cứu, học hỏi để thiết kế mơ mơ hình Hệ thống Viễn thông hay Hệ điều khiển tự động Đồng thời nắm sơ lược phần mềm mô mạch vẽ mạch in Multisim, OrCad,… Giáo trình gồm bài, tiết Sinh viên chọn để thực tập: w w w v Thao tác cửa sổ lệnh Matlab Hàm Script files Symbolic Simulink Mô hình hệ thống Viễn thơng (sinh viên chun ngành VT) Mơ hình hệ thống Điều khiển tự động (sinh viên chuyên ngành ĐKTĐ) Tạo giao diện Matlab Thiết kế - Mô vẽ mạch in (các sinh viên không chọn 5) Mặc dù cố gắng, song trình độ hạn chế người viết mà nhiều vấn đề chưa trình bày tốt chưa bố cục hợp lý Xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp sinh viên bạn đồng nghiệp TcAD, tháng 11 năm 2003 Nguyễn Chí Ngơn Địa liên hệ: Bộ mơn Viễn thơng Tự động hóa Khoa Công nghệ Thông tin, Đại học Cần thơ 01 Lý Tự Trọng, Tp Cần thơ, tỉnh Cần thơ Tel: (71) 831301 Fax: (71) 830841 Email: ncngon@ctu.edu.vn URL: http://www.cit.ctu.edu.vn/department/ac/ncngon.html © TcAD - 2003 Giáo trình thí nghiệm CAD Mục lục Lời nói đầu Mục lục BÀI 1: THAO TÁC TRONG CỬA SỔ LỆNH CỦA MATLAB I Mục tiêu n II Tham khảo .5 III Thực hành v III.1 Ma trận III.2 Vectơ .6 ol d III.3 Các đa thức III.4 Đồ họa IV Tự chọn 12 BÀI 2: HÀM VÀ SCRIPT FILES 13 nc I Mục tiêu 13 II Tham khảo 13 III Thực hành 13 w v III.1 Script files 13 III.2 Sử dụng hàm xây dựng sẵn 15 III.3 Xây dựng hàm 17 IV Tự chọn 21 BÀI 3: SYMBOLIC VÀ SIMULINK 22 w w I Mục tiêu 22 II Tham khảo 22 III Thực hành 22 III.1 Symbolic 22 III.2 Simulink .24 IV Tự chọn 30 BÀI 4: MƠ HÌNH HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 32 I Mục tiêu 32 II Tham khảo 32 III Thực hành 32 III.1 Hệ thống thông tin liên tục (Analog Communications) 34 www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn Giáo trình thí nghiệm CAD III.2 Hệ thống thơng tin rời rạc (Digital Communications) .36 IV Tự chọn 37 BÀI 5: MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 38 I Mục tiêu 38 II Tham khảo 38 III Thực hành 38 III.1 Hàm truyền phương trình trạng thái hệ thống 39 III.2 Bộ điều khiển PID 42 n III.3 Hiệu chỉnh thông số điều khiển PID 45 BÀI 6: TẠO GIAO DIỆN TRONG MATLAB v IV Tự chọn 47 49 I Mục tiêu 49 ol d II Tham khảo 49 III Thực hành 49 IV Tự chọn 55 BÀI 7: THIẾT KẾ – MÔ PHỎNG MẠCH VÀ VẼ MẠCH IN 57 nc I Mục tiêu 57 II Tham khảo 57 III Thực hành 57 w v III.1 Multisim .57 III.2 OrCAD .59 w w IV Tự chọn 64 www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn Giáo trình thí nghiệm CAD BÀI THAO TÁC TRONG CỬA SỔ LỆNH CỦA MATLAB I Mục tiêu v n Bài thí nghiệm giúp sinh viên làm quen nhanh với Matlab 6.5 thao tác đơn giản ma trận, vectơ, biểu thức toán học, lệnh đồ họa, …, thực cửa sổ lệnh (command window) Matlab II Tham khảo ol d [1] Nguyễn Hứa Duy Khang, Bài giảng môn CAD, Bộ môn Viễn thơng & Tự động hóa, khoa Cơng nghệ thơng tin, Đại học Cần thơ, 2001 [2] The Mathworks Inc., Matlab Notebook User’s Guide, 2003 nc [3] Nguyễn Hoài Sơn - Đỗ Thanh Việt - Bùi Xuân Lâm, Ứng dụng MATLAB tính tốn kỹ thuật, Tập 1, NXB ĐHQG Tp HCM, 2000 [4] Nguyễn Hữu Tình - Lê Tấn Hùng - Phạm Thị Ngọc Yến - Nguyễn Thị Lan Hương, Cơ sở Matlab & ứng dụng, NXB KH Kỹ thuật, 1999 [5] http://www.facstaff.bucknell.edu/maneval/help211/exercises.html w v [6] http://www.glue.umd.edu/~nsw/ench250/matlab.htm III Thực hành Từ cửa sổ lệnh Matlab, sinh viên thực thao tác sau: w w III.1 Ma trận Để tạo ma trận Matlab ta cần liệt phần tử ma trận cặp dấu ngoặc vuông ([…]) Các phần tử hàng phân biệt dấu phẩy (,) khoảng trắng (space) Các hàng ma trận, phân cách dấu chấm phẩy (;) Ví dụ, nhập ma trận A có hàng, cột sau: >> A=[16 13; 10 11 8; 12; 15 14 1] >> size(A) Để truy xuất đến phần tử ma trận ta dùng số phần tử tương ứng Ví dụ, phần tử hàng thứ 2, cột thứ A A(2,3) >> A(2,3) c Cho ma trận A=[2 1; 2; 9], sinh viên dùng lệnh cần thiết để: a Lấy dòng ma trận A www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn Giáo trình thí nghiệm CAD b Tạo ma trận B dịng cuối A c Tính tổng phần tử cột A (gợi ý: tính tổng phần tử cột 1: sum(A(:,1))) d Tính tổng phần tử dịng A d Cho ma trận A=[2 7; 6; 5], sinh viên giải thích kết lệnh sau: a A' b A(:,[1 4]) c A([2 3],[3 1]) n d reshape(A,2,6) v e A(:) f [A A(end,:)] g A(1:3,:) ol d h [A ; A(1:2,:)] i sum(A) j sum(A') k [ [ A ; sum(A) ] [ sum(A,2) ; sum(A(:)) ] ] nc ⎡1 − 1⎤ ⎡1 ⎤ ⎥ ⎢ e Giải hệ phương Ax=b, với: A= ⎢2 ⎥ b= ⎢⎢ ⎥⎥ Gợi ý: x=A\b ⎢⎣3 − ⎥⎦ ⎢⎣− 2⎥⎦ w v III.2 Vectơ Vectơ thực chất ma trận có kích thước (n x 1) hay (1 x n), nên ta tạo vectơ cách tạo ma trận Ngồi ra, dùng số cách sau: w w >>x=0:0.1:1 >>y=linspace(1, 10, 20) % vecto 20 phan tu cach deu tu den 10 >>z=rand(10,1) c Cho vectơ x = [3 6], giải thích kết lệnh sau: a x(3) b x(1:7) c x(1:end) d x(1:end-1) e x(6:-2:1) f x([1 1]) g sum(x) d Sinh viên tạo vectơ x có 100 phần tử, cho: www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn Giáo trình thí nghiệm CAD xn = (−1) n +1 (2n − 1) Gợi ý: Tạo vectơ n có 100 phần tử từ đến 100, dùng toán tử dấu chấm (.) để xác định x III.3 Các đa thức Các đa thức Matlab mô tả vectơ hàng với phần tử vectơ hệ số đa thức, xếp theo thứ tự số mũ giảm dần Ví dụ, đa thức m = s4-s3+4s2-5s-1 biểu diễn là: >>m=[1 -1 -1] n Để xác định giá trị đa thức, ta dùng lệnh polyval Ví dụ, xác định giá trị đa thức điểm s=2: v >>polyval(m,2) >>roots(m) ol d Để xác định nghiệm đa thức, ta dùng lệnh roots Ví dụ: c Cho phương trình x2-4x+5=0, giải phương trình theo cách, cách – tính delta theo phương pháp cổ điển, cách – dùng hàm roots, so sánh kết nc a Cách1: >>a=1; >>b=-4; >>c=5 w v >>x1=(-b+sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a) >>x2=(-b-sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a) b Cách 2: >>m=[a b c]; w w >>x=roots(m) Hãy thay đổi giá trị khác a, b c tương ứng cách giải So sánh kết nhận xét d Giải phương trình x3- 2x2+4x+5=0 Kiểm chứng kết thu hàm polyval Sinh viên có nhận xét kết kiểm chứng e Lặp lại câu d cho phương trình x7-2=0 f Sinh viên thử dùng hàm poly để tạo đa thức từ nghiệm cho trước >>help poly III.4 Đồ họa Matlab hổ trợ chế độ đồ họa mạnh, bao gồm đồ họa 2D 3D, với trục tọa độ tuyến tính phi tuyến www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn Giáo trình thí nghiệm CAD III.4.1 Đồ họa D Đồ họa 2D chủ yếu dựa lệnh plot Để giúp đỡ, ta gõ: >>help plot c Vẽ đồ thị hàm số y1=sinx.cos2x hàm số y2=sinx2 [0-2π], hệ trục tọa độ, ta thực sau: >>x=0:0.01:2*pi; >>y1=sin(x).*cos(2*x); %nhan tuong tung tung phan tu >>plot(x,y1) %hien thi luoi n >>grid on Sau thu đồ thị hàm y1, để vẽ y2 đồ thị, ta thực hiện: %giu hinh, mac nhien la hold off >>y2=sin(x.^2); %luy thua tung phan tu >>plot(x,y2,’k’) %duong ve co mau den >>axis([0 4*pi –1.25 1.25]) %dinh lai toa hien thi ol d v >>hold on Ta đặt nhãn cho trục tiêu đề cho đồ thị: >>xlabel(‘Time’) >>ylabel(‘Amplitude’) nc >>title(‘y1=sinx.cos2x and y2=sin(x^2)’) >>legend(‘sinx.cos2x’,’sinx^2’) y1=sinx.cos2x and y2=sinx sinx.cos2x sinx w v Amplitude 0.5 -0.5 w w -1 Time Hình 1.1 – Biểu diễn đồ thị hàm số hệ trục tọa độ d Matlab hổ trợ nhiều thuộc tính đồ họa, để kiểm sốt thuộc tính ta cần dùng đến thẻ đồ họa Ví dụ: >>close all >>x=[0 3]; >>y=[0 5]; >>h=plot(x,y) h thẻ đồ họa hàm plot, để thấy thuộc tính đồ hoạ, ta dùng lệnh: www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn Giáo trình thí nghiệm CAD >>set(h) Bây ta thử đặt số thuộc tính đồ họa cho h >>set(h,’Color’, ‘r’) %dat lai mau >>set(h,'LineWidth',6) %dat rong duong >>set(h,'Marker','v','MarkerSize',6) n 0 0.5 v 1.5 2.5 ol d Hình 1.2 – Thay đổi thuộc tính đường biểu diễn Dữ liệu dùng để vẽ đặt ‘XData’ ‘YData’ >> set(h,'XData',[0 1 3]) >>set(h,'YData',[0 1]) nc Từ kết này, ta nhận thấy liệu ‘XData’ ‘YData’ biến thiên theo thời gian, cửa sổ đồ họa (figure) ta thấy hình ảnh sinh động kiểu ‘animation’ w v w w 0 0.5 1.5 2.5 Hình 1.3 - Thay đổi liệu cửa sổ đồ họa e Tương tự hàm plot, sinh viên thử dùng hàm semilogx, semilogy loglog cho trường hợp trục tọa độ phi tuyến f Ngoài lệnh biểu diễn đường cong tọa độ Descartes, Matlab hổ trợ việc vẽ đồ thị hàm số hệ tọa độ cực hàm polar >>theta=0:0.05:2*pi; >>r=sin(5*theta); >>polar(theta,r) www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn Giáo trình thí nghiệm CAD 90 120 60 0.5 150 30 180 210 330 240 300 270 Hình 1.4 – Biểu diễn đồ thị hàm số hệ tọa độ cực n III.4.2 Đồ họa D v Matlab cung cấp nhiều hàm vẽ đồ thị 3D, chẳng hạn: plot3 - dùng để vẽ đường không gian chiều; mesh surf - dùng để vẽ vật thể 3D (gõ help mesh help surf để biết thêm hàm 3D có liên quan) >>t=0:pi/50:10*pi; >>x=sin(t); >>y=cos(t); nc >>z=t; ol d c Vẽ đồ thị 3D hàm plot3: >>subplot(121), plot3(x,y,z) %ve tren o thu nhat >>grid on w v >>subplot(122), plot3(x,y,t.^2) %ve tren o thu hai w w >> grid on 40 1000 20 500 -1 -1 1 -1 -1 Hình 1.5 – Vẽ đồ thị 3D hàm plot3 d Vẽ mặt paraboloid z=x2+y2 không gian chiều: >>close all >>t=-5:0.1:5; >> [x,y]=meshgrid(t); %dinh luoi ve >>z=x.^2+y.^2; >> subplot(2,2,1), mesh(z) www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn %ve mat luoi 3D www.vncold.vn www.vncold.vn 10 Giáo trình thí nghiệm CAD c Tạo cửa sổ figure – ‘Welcome to User Interface’s Giude’ theo cách sau: ƒ Mở Matlab Editor ƒ Nhập nội dung sau: % User Interface's Guide % % Matlab Experiments 2003 % TcAD, CIT, Cantho University n % v % Initialize whole figure namefig = 'Welcome to User Interface''s Guide'; figpos = get(0,'DefaultFigurePosition'); % lay vi tri mac nhien figpos(2)= figpos(2)-10; figpos(3)= figpos(3)+10; figpos(4)= figpos(4)+10; ol d figpos(1)= figpos(1)-10; % Tao figure fig=figure( nc 'Name', namefig, 'NumberTitle','off', w w w v 'Position',figpos); Hình 6.2 – Một giao diện đơn giản www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 50 Giáo trình thí nghiệm CAD ƒ Lưu thành file giaodien.m ƒ >>giaodien % thi hanh v (Hình 6.3) n Quan sát kết hình 6.3 (Lưu ý thuộc tính: Name, Position) ƒ >>set(fig) % xem thuộc tính figure cửa sổ lệnh ol d d Thêm vào figure axes cho phép hiển thị đồ họa: ƒ Nhập tiếp nội dung sau vào file giaodien.m nc % -% main axes axs=axes('Position',[0.05 0.4 0.65 0.55]); w w w v ƒ Lưu thi hành file (Hình 6.4) e Hiển thị dòng ‘Matlab Experiments’ bên axes: ƒ Nhập tiếp nội dung sau vào file giaodien.m % -% text txtpos=[10 50 425 50]; txt=uicontrol( 'Style','text', 'BackgroundColor',[0.8 0.8 0.8], 'ForegroundColor',[0.4 0.5 0.3], 'String','Matlab Experiments', www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 51 Giáo trình thí nghiệm CAD 'Position',txtpos, 'Fontname','Courier', 'FontWeight','Bold', 'FontSize',26); ol d v n ƒ Lưu thi hành file (Hình 6.5) f Tạo frame có shadow bên phải figure để đặt nút chức năng: Nhập tiếp nội dung sau vào file giaodien.m nc ƒ % -% Console frames w v p1=0.755; p2=0.05; p3=0.2; p4=0.90; frm1pos = [p1 p2 p3 p4]; frm2pos = [p1-0.005 p2+0.005 p3 p4]; % shadow frame w w frm1=uicontrol( 'Style','frame', 'Units','normalized', 'Position',frm1pos, 'ForegroundColor',[0.4 0.4 0.4], 'BackgroundColor',[0.4 0.4 0.4]); % main frame frm2=uicontrol( 'Style','frame', 'Units','normalized', 'Position',frm2pos, 'ForegroundColor',[0.7 0.7 0.7], www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 52 Giáo trình thí nghiệm CAD 'BackgroundColor',[0.65 0.65 0.65]); ol d v n ƒ Lưu thi hành file (Hình 6.6) nc g Tạo nút ‘Close’ có chức đóng cửa sổ figure hành: ƒ Nhập tiếp nội dung sau vào file giaodien.m % w v % Close button closeHndl=uicontrol( 'Style','pushbutton', 'Units','normalized', 'Position',[p1+0.01 p2+0.05 p3-0.025 0.05], w w 'String','Close', 'Foregroundcolor','b', 'Fontsize',9, 'Callback','close'); ƒ Lưu thi hành file Vấn đề quan trọng nút chức thi hành công việc tương ứng người sử dụng thao tác Thuộc tính ‘CallBack’ cho phép: thi hành lệnh Matlab dạng chuỗi (bao gồm lệnh gọi hàm, script file, biểu thức toán, …) Sinh viên thử thay lệnh close lệnh khác, chẳng hạn demos quan sát đáp ứng www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 53 Giáo trình thí nghiệm CAD h Tạo nút Sphere để vẽ hình cầu 3D: ƒ Nhập tiếp nội dung sau vào file giaodien.m % -% Sphere button sph=uicontrol( 'Style','pushbutton', 'Units','normalized', 'String','Sphere', v 'Foregroundcolor','b', n 'Position',[p1+0.01 p4-0.05 p3-0.025 0.05], 'Fontsize',9, ol d 'Callback',['[x,y,z]=sphere(35);', 'surfl(x,y,z);', 'axis equal']); w w w v nc ƒ Lưu thi hành file (Hình 6.7) i Tạo nút Picture để hiển thị ảnh màu: ƒ Nhập tiếp nội dung sau vào file giaodien.m % -% Picture button pic=uicontrol( 'Style','pushbutton', 'Units','normalized', 'Position',[p1+0.01 p4-0.125 p3-0.025 0.05], 'String','Picture', 'Foregroundcolor','b', 'Fontsize',9, 'Callback',['imshow(imread(''flowers.tif''))']); www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 54 Giáo trình thí nghiệm CAD Lưu thi hành file .v n ƒ ol d (Hình 6.8) Sinh viên lưu ý cách biểu diễn nhiều lệnh dạng chuỗi cho ‘CallBack’ Trong trường hợp có nhiều lệnh phục vụ chức này, ta nên đưa chúng vào script file hàm khác Ngoài ra, ta tạo giao diện dạng hàm (function) thuộc tính ‘CallBack’ cho phép gọi hàm viết file w w w v nc j Sinh viên tạo thêm nút ‘About’ cho người sử dụng ấn nút mở cửa sổ nằm hình 6.9 (Hình 6.9) IV Tự chọn Sinh viên xem số file tạo giao diện demo toolbox Matlab chẳng hạn: graf3d.m \toolbox\matlab\demos, để tham khảo cách xây dựng giao diện theo dạng hàm Với cách này, thuộc tính ‘CallBack’ ‘uicontrol’ cho phép gọi trực tiếp hàm mà hàm xây dựng file giao diện (nghĩa không cần tạo file *.m khác phục vụ cho ‘CallBack’) www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 55 Giáo trình thí nghiệm CAD w w w v nc ol d v n Thử sửa lại giao diện thí nghiệm theo dạng www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 56 Giáo trình thí nghiệm CAD BÀI THIẾT KẾ – MÔ PHỎNG MẠCH VÀ VẼ MẠCH IN I Mục tiêu v n Giúp sinh viên bước đầu làm quen với phần mềm sau: Multisim V6.20 (Electronics WorkBench) dùng để mô mạch tương tự mạch số; OrCAD Release dùng để vẽ Schematic, mô vẽ mạch in (PCB) ol d II Tham khảo [1] OrCAD® Inc., User’s Guide - Capture, 1998 [2] OrCAD® Inc., User’s Guide - Layout, 1998 [3] http://www.electronicsworkbench.com/tutorial/ III Thực hành nc [4] http://www.rit.edu/~labeee/ w v Mặc dù Multisim OrCAD/Pspice phần mềm lớn với nhiều tính áp dụng mạnh phức tạp, sinh viên chuyên ngành Điện tử hoàn tồn tự nghiên cứu Do đó, thí nghiệm khơng bắt buộc tất sinh viên (đặc biệt sinh viên Tin học, có) w w Trong trường hợp sinh viên khơng chọn thí nghiệm chọn Control System Toolbox (đối với sinh viên ĐKTĐ) Communications Toolbox (đối với sinh viên Viễn Thông) Image Processing Toolbox (đối với sinh viên Tin học) MATLAB để khảo sát Bài thí nghiệm tương đối dài, sinh viên cần xếp thời gian hợp lý để thực công việc sau: III.1 Multisim Trong phần này, làm quen với Multisim 6.20 (hiện có Multisim 2001 hoàn thiện hơn), Version Electronics WorkBench 5.x, cho phép sử dụng kết hợp thư viện linh kiện Analog Digital với nhiều công cụ thân thiện, hổ trợ tuyệt vời cho việc mô mạch điện tử c Khởi động Multisim: www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 57 Giáo trình thí nghiệm CAD ƒ Chạy file Multisim.exe từ Start menu Windows ƒ Nhấp vào biểu tượng Desktop d Sinh viên nhấp chuột vào thư viện linh kiện Multisim Menu bên trái cửa sổ để có nhìn tổng qt linh kiện chức ƒ Khi muốn đặt linh kiện vào không gian thiết kế, cần nhấp chuột vào linh kiện đó, chọn thơng số phù hợp đặt vào vị trí mong muốn w v nc ol d v n ƒ Để tạo kết nối điểm, cần nhấp chuột vào điểm thứ kéo đến điểm thứ hai nhấp chuột lần Hình 7.1 – Giao diện MultiSIM w w e Sinh viên vẽ mô mạch điện sau: Hình 7.2 – Một mạch điện điển hình www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 58 Giáo trình thí nghiệm CAD ƒ Dùng Osilsoscope quan sát dạng tín hiệu chân 2-6 chân LM555 ƒ Hãy ước lượng tần số giao động chu kỳ thao tác mạch Kinh nghiệm: Đôi lúc Multisim đưa bảng thông báo lỗi trình mơ hay hiệu chỉnh thơng số linh kiện Trường hợp đó, ta gở bỏ khối Osilloscope, hiệu chỉnh mô vài lần gắn Osilloscope trở lại để quan sát dạng tín hiệu Ngồi ra, mạch có sử dụng IC số (74xxx, 40xxx, …) ta phải có nguồn Vcc=5V hình vẽ n III.2 OrCAD ol d v Các chức OrCad gồm: Vẽ sơ đồ mạch (OrCAD Capture), mô mạch (OrCAD Pspice) vẽ mạch in (OrCAD Layout) Tuy nhiên, phần thí nghiệm không đề cập đến OrCAD Pspice (đây chức mạnh OrCAD phiên 9.0 trở lên, đề nghị sinh viên tự nghiên cứu) III.2.1 Vẽ sơ đồ mạch (Schematic) c Khởi động OrCAD Capture cách sau: nc ƒ Chọn Capture CIS từ Start Menu Window ƒ Nhấp vào biểu tượng desktop Để tạo Project cho việc vẽ sơ đồ mạch ta thực hiện: w v ƒ Chọn File → New Project… nhấp vào icon Menu bar ƒ Khi hộp thoại ‘New Project’ xuất hiện: Chọn ‘Schematic’ đặt tên project menu ‘Name’ (giả sử BaiTN7) Có thể chọn thư mục lưu project menu ‘Location’ w w Môi trường vẽ mạch xuất ta nhấp đúp vào ‘PAGE1’ (hình 7.3) Từ ta đặt linh kiện vào kết nối để sơ đồ mong muốn www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 59 .v n Giáo trình thí nghiệm CAD ol d Hình 7.3 – Môi trường vẽ mạch điện OrCAD nc Sử dụng Menu tắt sau: (Hình 7.4) w w w v d Sinh viên vẽ sơ đồ mạch hình sau Trong thư viện linh kiện sử dụng sau: ƒ Discrete: R, Capacitor Pol, Capacitor Non-Pol, Resistor Var, Photo PNP Speaker ƒ Opamp: TL082 ƒ Amplifier: LM386 Lưu Schematic vừa vẽ với tên BaiTN7 -9V +9V +9V +9V R3 10K 1K Q1 + - U2 LM386 C3 C4 C5 1 C2 + 1 + U1A TL082 + R2 - C1 R1 220 220 uF LS1 +9V SPEAKER TcAD VR 10K 8 (Hình 7.5) www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 60 Giáo trình thí nghiệm CAD III.2.2 Tạo Netlist Sau lưu sơ đồ vừa vẽ, để tạo Netlist phục vụ cho việc vẽ mạch in ta thực sau: v n ƒ Đóng cửa sổ ‘Schematic1:Page1’, quay Project Management ‘BaiTN7’ (Hình 7.6) ol d ƒ Chọn Tools – Annotate… để đánh số thứ tự cho linh kiện ƒ Chọn Tool – Create Netlist… để tạo Netlist ƒ Khi cửa sổ ‘Create Netlist’ xuất hiện, ta chọn layout Tab (file liệu netlist BaiTN7.MNL), OK nc Nếu đảm bảo có file BaiTN7.MNL thư mục hành thoát khỏi OrCAD Capture để chuẩn bị cho việc vẽ mạch in w v Lưu ý: Trong phần không đề cập đến chức Kiểm tra mạch OrCAD số chức hổ trợ khác III.2.3 Vẽ mạch in (Printed Circuit Board-PCB) c Khởi động OrCAD Layout cách sau: ƒ Chọn Layout Plus Start Menu Window w w ƒ Nhấp vào biểu tượng desktop ƒ Chọn File → New để tạo PCB layout Sau thao tác này, cửa sổ ‘Load Template File’ xuất hiện, ta cần đặt đường dẫn đến file DEFAULT.tch OrCAD/Layout_plus/DATA Sau thực nạp file Netlist vừa tạo bước III.3.2 (ví dụ: BaiTN7.MNL) d Đặt footprint cho linh kiện: Nếu q trình vẽ Schematic ta khơng chọn footprint cho linh kiện đặt vào bước OrCAD yêu cầu chọn kiểu chân cho linh kiện theo menu sau: www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 61 .v n Giáo trình thí nghiệm CAD (Hình 7.7) Linh kiện Footprint Thư viện Jumper600 JUMPER CPCYL1/D.200/LS.100/.031 TM_CAP_P Photo NPN TO92 TO TL082, LM386 DIP.100/8/W.300/LS.100/.425 DIP100T VR VRES1 VRES Speaker CYL/D.150/LS.100/.31 TM_CYLND w v C nc R ol d Nhấp vào menu ‘Link existing footprint to component …’, chọn lựa kiểu chân phù hợp cho loại linh kiện Ở bước này, kiểu chân linh kiện cần chọn kích thước (có thể phải tạo footprint mới) Đối với thí nghiệm này, sinh viên tham khảo bảng sau: w w e Sắp xếp linh kiện: Quan sát menu bar, chọn chức thích hợp xếp linh kiện board mạch Ở bước này, cần thiết ta đưa vào thêm linh kiện mới, chẳng hạn lỗ (hold) để bắt ốc cho board mạch www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 62 .v n Giáo trình thí nghiệm CAD (Hình 7.8) ol d f Đặt kích thước đường mạch khai báo số lớp: w v nc ƒ Chọn Options → Global Spacing … để đặt khoảng cách Track, Via Pad: (Hình 7.9) w w ƒ Chọn Options → Jumper Settings …, OK View SpreadSheet → Layer để báo số lớp vẽ Trong thí nghiệm này, ta vẽ board mạch lớp, nên có TOP BOTTOM Routing (Hình 7.10) ƒ Chọn View SpreadSheet → Nets để đặt kích thước đường mạch: www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 63 Giáo trình thí nghiệm CAD (Hình 7.11) w v nc ol d v n g Vẽ mạch: OrCAD hổ trợ nhiều nhiều chiến lược vẽ mạch Để khai thác tốt chiến lược địi hỏi phải có số kinh nghiệm định Thông thường, người ta hay vẽ đường Nguồn – Mass với tụ lọc nguồn thích hợp trước, sau thực vẽ tự động phần cuối kết nối phần vừa vẽ Nên nhớ rằng, chế độ vẽ tự động giúp giảm thời gian, khơng có phần mềm vẽ mạch tự động tốt tư người (Hình 7.12) Một số thông số cần lưu ý (áp dụng cho sinh viên vẽ thuê gia công mạch Luận văn tốt nghiệp số sở Tp HCM): w w ƒ Đường kính tối thiểu lỗ chân cắm via xuyên mạch: 55 mils (1000 mils=1 inches) Các lỗ chân linh kiện nên đặt thành hình oval ƒ Độ rộng tối thiểu đường mạch (track width): 15 mils (hiện Tp HCM số cơng ty thực mạch với độ rộng đường mils) ƒ Khoảng cách Track to Track nên >15 mils ƒ Để vẽ xuyên qua chân IC, phải đặt khoảng cách Track to Pad thích hợp, nên 12 ÷ 15 mils IV TỰ chỌn c Tự thiết kế mô mạch điện tử Multsim d Vẽ mạch in cho mạch vừa thiết kế OrCAD www.vncold.vn © TcAD - 2003 www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn 64