Giáo trình Vẽ mạch điện tử (Nghề Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Trình độ Cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ NGHỀ CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành theo Quyết định số: 630/QĐ-CĐN ngày 05 tháng năm 2022 Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang) An Giang, Năm 2022 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Hiện thị trường có nhiều phần mềm thiết kế vẽ mạch điện tử ORCAD, PROTEUS, EAGLE, ALTIUM … Mỗi phần mềm cung cấp sẳn ký hiệu linh kiện footprint riêng Trong ALTIUM phần mềm có nhiều ưu điểm như: Giao diện thiết kế, quản lý chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, dây tự động theo thuật toán tối ưu, hệ thống thư viện linh kiện phong phú, chi tiết hoàn chỉnh bao gồm tất linh kiện nhúng, số, tương tự, mơ mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực không gian chiều, … Do chúng tơi sử dụng Altium làm phần mềm thiết kế vẽ mạch điện tử giáo trình Nội dung giáo trình chia làm phần: - Hướng dẫn cài đặt Altium Designer 16 - Vẽ mạch nguyên lý (Schematic Design) - Vẽ mạch in (PCB Design) - Vẽ thiết kế thư viện nguyên lý (Schematic Library) thư viện chân linh kiện (PCB Library) Trong trình biên soạn, cố gắng khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý sai sót để giáo trình ngày hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn An Giang, ngày 02 tháng năm 2020 Tác giả Đỗ Tùng Sang MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Bài Cài đặt phần mềm Altium Designer I Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer II Các bước cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer Bài Vẽ mạch điện nguyên lý I Giao diện II Tạo Project thiết kế mạch 10 III Mạch nguyên lý 11 Giới thiệu chung 11 Thiết lập trang vẽ 12 Các đối tượng SCH Editor (Schematic Editor) 13 Các Panel thường sử dụng môi trường SCH Editor 35 Các chức công cụ hỗ trợ 38 IV Thực hành vẽ mạch nguyên lý 41 Bài Vẽ mạch in 51 I Giao diện 51 II Qui trình vẽ mạch in 51 Tạo vẽ PCB 51 Cập nhật (Update) từ vẽ nguyên lý sang vẽ mạch in 53 Sắp xếp linh kiện 54 Đặt luật chạy mạch (Rule) 58 Đi đường mạch 68 III In ấn 73 IV Thực hành vẽ mạch in 75 Bài Tạo thư viện Altium Designer 76 I Tạo thư viện nguyên lý 76 II Tạo thư viện chân linh kiện 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ Mã mô đun: MĐ16 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Vẽ mạch điện tử mơ đun thuộc nhóm mơn học sở, bố trí giảng dạy sau mơn học Linh kiện điện tử, Mạch tương tư, Mạch xung, Kỹ thuật điện, Mạch số, … - Tính chất: Vẽ mạch điện tử mơ đun bắt buộc chương trình đào tạo nghề Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Vẽ mạch điện tử mô đun hỗ trợ sinh viên thiết kế thi công mạch điện tử dùng cho mô đun/môn học khác chương trình học Mục tiêu mơ đun: - Về kiến thức: + Sinh viên trình bày quy trình vẽ lưu trữ bãn vẽ mạch điện tử; + Sinh viên trình bày giải thích bước thực vẽ sơ đồ nguyên lý vẽ mạch in; kiện + Sinh viên trình bày bước tạo thư viên nguyên lý chân linh - Về kỹ năng: + Sinh viên có khả cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử thiết kế mạch in; + Sinh viên có khả vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện tử yêu cầu kỹ thuật; + Sinh viên có khả thiết kế mạch in yêu cầu kỹ thuật; + Sinh viên có khả tạo thư viên nguyên lý chân linh kiện; - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc cơng việc; + Hình thành tính cẩn thận xác logic khoa học Bài CÀI ĐẶT PHẦN MỀM ALTIUM DESIGNER Giới thiệu: Altium phần mềm vẽ mạch điện tử sử dụng phổ biến Việc cài đặt sử dụng phần mềm đơn giản Tuy nhiên trình cài đặt cần ý yêu cầu cấu hình máy tính phiên cài đặt để sử dụng tốt tối đa tính chương trình Mục tiêu: Sau học học này, người học có khả năng: - Trình bày xác qui trình cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer; - Thực cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử; - Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác an tồn Nội dung chính: I Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer Altium Designer phần mềm thiết kế tích hợp phát triển Altium Limited – Canada Nó bao gồm tất cơng cụ cần thiết cho thiết kế điện tử hồn thiện, ví dụ công cụ thiết kế vẽ nguyên lý, vẽ mạch in, mơ mạch điện, phân tích tín hiệu, mơi trường lập trình VHDL, mơi trường thiết kế phát triển hệ thống nhúng FPGA, Các phiên trước Altium Designer gồm có: DXP2002, DXP2004, Summer 08, Winter 09, Summer10, Altium Designer 19 Giáo trình viết dựa phiên Altium Designer 16 đề cập tới vấn đề: - Vẽ mạch nguyên lý (Schematic Design) - Vẽ mạch in (PCB Design) - Vẽ thiết kế thư viện nguyên lý (Schematic Library) - Vẽ thiết kế thư viện chân linh kiện (PCB Library) II Các bước cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer * Bước 1: Chạy AltiumDesigner16Setup.exe Hình 1.1 File cài đặt Altium * Bước 2: Nhấn Next Hình 1.2 Màn hình chào cài đặt * Bước 3: Chọn ngơn ngữ mục Select language > Tích vào I accept the agreement > Next Hình 1.3 Chọn ngơn ngữ * Bước 4: Chọn công cụ mà bạn muốn cài > Next Hình 1.4 Tùy chọn công cụ Bước 5: Chọn thư mục cài > Next Hình 1.5 Chọn thư mục cài đặt * Bước 6: Nhấn Next Hình 1.6 Màn hình xác nhận bắt đầu trình cài đặt * Bước 7: Đợi cho q trình cài đặt Altium Designer 16.0.5 hồn tất Hình 1.7 Quá trình cài đặt Altium Designer Sau q trình cài đặt hồn tất > Bỏ chọn Run Altium Designer > Finish Hình 1.8 Kết thúc cài đặt III Thực hành cài đặt phần mềm Người học tiến hành cài đặt phần mềm Altium Designer 16 theo hướng dẫn Bài VẼ MẠCH ĐIỆN NGUYÊN LÝ Giới thiệu: Phần mềm Altium hỗ trợ việc vẽ sơ đồ nguyên lý nhanh chóng có độ thẩm mỹ cao Khi thực thao tác vẽ cần kết hợp sử dụng phím tắt giúp rút ngắn thời gian đáng kể thực cho thấy chuyên nghiệp người sử dụng Khi bắt đầu người học nên làm quen với vị trí thư mục chứa ký hiệu linh kiện thường dùng luyện tập nhiều để thục thao tác vẽ Mục tiêu: Sau học học này, người học có khả năng: - Trình bày qui trình vẽ lưu trữ vẽ mạch điện tử; - Vẽ lưu trữ vẽ mạch điện tử; - Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác an tồn Nội dung chính: I Giao diện Hình 2.1 Cửa sổ khởi động chương trình * Bước 2: Kiểm tra, chỉnh sửa chạy mạch Hình 3.33 Bảng thơng báo trạng thái chế độ đường mạch tự động - Vùng 1: Thông báo có xung đột luật hay khơng Nếu màu xanh luật đặt đúng, khơng có xung đột - Vùng 2: Điều chỉnh hướng đường mạch - Vùng 3: Sửa lại luật có thông báo xung đột từ vùng - Vùng 4: Các chế độ chạy tự động mặc định - Vùng 5: Tiến hành chạy tự động tất điều kiện thỏa mãn * Bước 3: Chờ mạch chạy hồn thiện, theo dõi thơng báo panel Messages 69 Hình 3.34 Thơng báo trạng thái mạch tự động panel Messages - Routing finished : Đã dây xong - Contentions: Số đoạn có đường đè lên (chập mạch) : - Failed to complete connections: Số đường không mạch (đứt mạch): * Bước 4: Chọn chuột vào đường mạch, chỉnh lại đường mạch cho đẹp b) Đi đường mạch thủ công * Bước 1: Chọn lớp Bottom Layer - Cách 1: Chọn vào thẻ Bottom Layer công cụ Manage Layer Sets Hình 3.35 Chọn lớp Bottom Layer công cụ Layer Manager 70 - Cách 2: Nhấn tổ hợp phím Ctrl Shift cuộn chuột - Cách 3: Nhấn phím dấu (*) bên bàn phím số * Bước 2: Làm tối lớp không cần thiết, tránh rối mắt trình đường mạch Nhấn vào biều tượng DXP > Preferences …(phím tắt T P) Hình 3.36 Vào chức thiết lập hệ thống Vào PCB Editor > Board Insight Display Tích chọn vào lựa chọn vùng hình 3.37 Nhấn OK để hồn thành Hình 3.37 Điều chỉnh thơng số Board Insight Display Trong môi trường vẽ mạch in (PCB), ta nhấn Shift S để làm tối lớp không cần thiết Có thể nhấn Shift S nhiều lần để làm tối mong muốn Có mức tối: - Mức 1: Không tối - Mức 2: Tối xám - Mức 3: Tối đen - Mức 4: Tối hoàn toàn * Bước 3: Gọi chức đường mạch thủ công - Cách 1: Vào menu Place > Interactive Routing (phím tắt P T) 71 Hình 3.38 Chức mạch thủ công menu Place - Cách 2: Chọn vào biểu tượng Interactively Route Connections công cụ Writing Hình 3.39 Chức mạch tự động công cụ Writing * Bước 4: Đưa chuột vào chân linh kiện bắt đầu đường mạch theo đường nối có sẵn (đường có màu trắng, mảnh) Hình 3.40 Đi đường mạch theo đường nối có sẵn 72 Lưu ý: Khi đường mạch nối, sáng lên Khi muốn kiểm tra mối nối đó, ta giữ Ctrl nhấn chuột trái, mối nối sáng lên Muốn tất đường sáng trở lại, ta nhấn phím Shift C nút Clear góc cuối bên phải hình làm việc Nháy kép chuột trái để chốt đường mạch vị trí Muốn hủy lệnh vẽ thực thi, ta nhấn chuột phải phím ESC bàn phím III In ấn * Bước 1: Chọn File > Page setup (hoặc nhấn F + U) hình 3.41: Hình 3.41 Vào Page Setup * Bước 2: Ở hộp thoại Composite Properties, chọn tỷ lệ scale 1.00 (100%), tiếp tục chọn Advanced Hình 4.32 Thiết lập trang in tỷ lệ 73 * Bước 3: Ở cửa sổ PCB Printout Properties xóa lớp khơng cần in cách chọn, click phải chọn Delete Sau chọn tiếp Preferences Hình 3.43 Xóa lớp khơng cần in * Bước 4: Ở cửa sổ PCB Print Preferences, chọn màu đen cho lớp in hình 3.44 Hình 3.44 Chọn màu cho lớp in 74 * Bước 5: Chọn File – Print, chọn máy in ảo tạo file pdf hình 3.45 Hình 3.45 Chọn máy in ảo pdf Ngồi ra, ta dùng cơng cụ Smart PDF menu File để tạo in pdf IV Thực hành vẽ mạch in Hãy tiến hành vẽ mạch in cho sơ đồ mạch nguyên lý Bài theo trình tự bước phần III 75 Bài TẠO THƯ VIỆN TRONG ALTIUM DESIGNER Giới thiệu: Trong vài tình vẽ mạch, số ký hiệu footprint linh kiện khơng có sẳn Khi ta phải tạo ký kiệu footprint Tuy nhiên trình thiết kế cần tra cứu kỹ datatsheet linh kiện nhằm thực với thông số kỹ thuật nhà sản xuất Mục tiêu: Sau học học này, người học có khả năng: - Trình bày qui trình tạo thư viện nguyên lý chân linh kiện; - Tạo thư viện nguyên lý chân linh kiện; - Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác an tồn Nội dung chính: I Tạo thư viện ngun lý Vào File > New > Project > Integrated Library: tạo project thư viện để biên dịch gộp thư viện nguyên lý mạch in thành file thư viện Hình 4.1 Tạo thư viện tích hợp 76 Thêm vào project thư viện nguyên lý: Thao tác giống với nguyên lý PCB Hình 4.2 Thêm thư viện nguyên lý vào project File thư viện nguyên lý add vào có tên mặc định Schlib1.SchLib cần save lại trước làm việc Lúc xuất thêm tab có tên SCH Library bên phải Để tạo linh kiện ấn nút Add cửa số yêu cầu đặt tên cho linh kiện Hình 4.3 Tạo linh kiện Ấn Ok hình nơi để vẽ linh kiện Tiến hành tạo nguyên lý thư viện IC LM555 có chân chức sau: Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý IC LM555 77 Ấn Place > Pin để lấy chân linh kiện Hoặc ấn P P Chân linh kiện có kiểu: Hình 4.5 Lấy chân linh kiện Ấn phím tab click đúp vào chân linh kiện cửa sổ thông tin chân linh kiện Hình 4.6 Cửa sổ thơng tin chân linh kiện - Display Name: Tên hiển thị 78 - Designator: Số thứ tự chân - Electrical type: Kiểu chức chân Power, passive - Length: Độ dài chân Thực tương tự với chần lại Vẽ đường viền cho linh kiện khung vuông, đường cong menu Place: Hình 4.7 Vẽ đường viền cho linh kiện Đến hoàn thành việc tạo thư viện nguyên lý cho IC LM555 Ta tiến tục tạo linh kiện khác cách add thêm tab SCH Library Những linh kiện nằm bên thư viện nguyên lý ban đầu II Tạo thư viện chân linh kiện Để lắp ráp linh kiện lên board mạch linh kiện vẽ board phải có kích thước với thực tế Thư viện chân cho LM555 có dạng chân DIP8, tham khảo datasheet linh kiện DIP8 kiểu chân có chân cắm Chia làm hai hàng cách 300mil 600ml, chân hàng cách 100mil Ngồi cịn nhiêu chuẩn chân khác SOP, SOT, TQFP, Trước hết ta cần thêm vào project thư viện thư viện mạch in sau: Hình 4.8 Thêm thư viện mạch in vào project 79 Thư viện PCB tạo có tên mặc định PcbLib1.PcbLib, cần đổi tên save lại để sử dụng sau Xuất thêm tab có tên PCB Library, nơi quản lý footprint linh kiện chứa bên file PcbLib1.PcbLib Click phải chuột chọn New Bank Compoment để tạo footprint bên thư viện Footprint mặc định tạo tên có tên PCBCOMPOMENT_0 Click đúp vào để đổi tên theo thiết kế yêu cầu Hình 4.9 Tạo footprint Giao diện thiết kế để tạo footprint có dạng hình 4.10 gồm lưới gốc tọa độ Ơ lưới thay đổi kích thước cách ấn phím G lựa chọn kích thước đơn vị phù hợp Hình 4.10 Lưới vẽ footprint 80 Để tạo DIP8 ( foodprint LM555) nên chuyển Gird 100mil Lấy chân linh kiện vào Place > Pad phím tắt P P Chân linh kiện số đặt vào gốc tọa độ Sau click đúp vào pad để thay đổi thơng số nó: Hình 4.11 Chân linh kiện (footprint) Hình 4.12 Thuộc tính chân linh kiện 81 Location: có tọa độ x, y góc xoay Có thể thay đổi vị trí đặt pad cách nhập tọa độ mạch Hole Infomation: kích thước kiểu lỗ khoan để cắm chân linh kiện qua Size and shape: kiểu dáng kích thước phần ngồi Cần lưu ý mục Properties có Designator đánh số từ đến vô Số tương ứng với Designator pin linh kiện thư viện nguyên lý Hình 4.13 Sự tương ứng Designator footprint ký kiệu nguyên lý linh kiện Sử dụng công cụ vẽ đường thẳng, đường cong menu Place để hoàn thiện lại linh kiện Sau có thư viện nguyên lý thư viện mạch in cần add footprint cho nguyên lý Để add cần trở với giao diện tạo thư viện nguyên lý bảng hình có tab editor Hình 4.14 Vị trí tab Editor Ấn vào nút Add Footprint chọn đến footprint thư viện mạch in tạo Lưu lại để sử dụng thiết kế 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn Altium Designer, Đại học Công nghiệp Hà Nội, 2008 Altium DXP Tutorial, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2004 Altium điện tử, Đại học Công nghiệp Hà Nội, 2015 83 ... Linh kiện điện tử, Mạch tương tư, Mạch xung, Kỹ thuật điện, Mạch số, … - Tính chất: Vẽ mạch điện tử mơ đun bắt buộc chương trình đào tạo nghề Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa - Ý nghĩa... khả cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử thiết kế mạch in; + Sinh viên có khả vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện tử yêu cầu kỹ thuật; + Sinh viên có khả thiết kế mạch in yêu cầu kỹ thuật; + Sinh viên có... mềm thiết kế vẽ mạch điện tử giáo trình Nội dung giáo trình chia làm phần: - Hướng dẫn cài đặt Altium Designer 16 - Vẽ mạch nguyên lý (Schematic Design) - Vẽ mạch in (PCB Design) - Vẽ thiết kế