Báo cáo thực tập kỹ thuật hướng dẫn sử dụng phần mềm altium designer trong thiết kế phần cứng

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO THỰC TẬP KỸ THUẬT Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium Designer thiết kế phần cứng ĐỖ TIẾN HẢI Hai.dt191811@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật điều Điều khiển Tự động hóa Chuyên ngành Tự động hóa cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: TS Hồng Đức Chính Chữ ký GVHD Bộ mơn: Viện: Tự động hóa cơng nghiệp Điện HÀ NỘI, 02/2023 ĐỀ TÀI Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium Designer thiết kế phần cứng Đây đề tài trực tiếp thực quản lý Công ty Cổ phần Sản xuất thương mại Esk Việt Nam TS.Hồng Đức Chính Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Tóm tắt nội dung báo cáo Dựa nhu cầu thực tế nay, kỹ thiết kế mạch phần cứng kỹ thiếu kỹ sư điện Kỹ mang lại hội việc làm đáng kể cho tân sinh viên yếu tố để đánh giá chuyên môn người làm Vì vậy, em xin gửi đến thầy cô bạn sinh viên hướng dẫn việc sử dụng phần mềm Altium Designer thiết kế mạch điện điện tử Đây môt phần mềm nhiều bạn sinh viên lựa chọn làm công cụ để học làm việc Trong báo cáo em dung phiên Altium Designer phiên 18.0.11 Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Đức Chính Cơng ty Cổ phần Sản xuất thương mại Esk Việt Nam tạo điều kiện cho em hoàn thành đợt thực tập lần Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ALTIUM 1.1 Altium designer gì? 1.2 Ưu điểm nhược điểm Altium so với phần mềm PCB design khác CHƯƠNG TẠO PROJECT VÀ THÊM THƯ VIỆN 2.1 Tạo project 2.2 Thêm thư viện CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 3.1 Cài đặt số thông số cho vẽ 3.2 Vẽ mạch nguyên lý 3.3 Update mạch nguyên lý sang mạch in PCB 12 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH PCB 14 4.1 Đặt luật cài đặt 14 4.2 Sắp xếp linh kiện dây 15 4.3 Xác định kích thước mạch PCB 16 4.4 Phủ đồng 19 4.5 Xuất file 20 Xuất file nguyên lý: 20 Xuất danh sách linh kiện 21 Xuất file PCB cho việc in mạch 22 Xuất file thư viện 26 CHƯƠNG TỰ TẠO THƯ VIỆN 28 5.1 Tạo thư viện SCH 28 5.2 Tạo thư viện PCB 31 5.3 Liên kết thư viện PCB thư viện SCH cho linh kiện 33 CHƯƠNG TỔNG KẾT 35 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phần mềm Altium Designer Hình 2.1 Giao diên bắt đầu Altium Hình 2.2 Tạo Project Hình 2.3 Lưu đổi tên Hình 2.4 Project hồn chỉnh với file SCH file PCB Hình 2.5 Thêm thư viện vào project Hình 2.6 Danh sách thư viện sau thêm vào Hình 3.1 Cài đặt số thông số cho file SCH Hình 3.2 Sử dụng panels properties Hình 3.3 Lấy linh kiện từ thư viện Hình 3.4 Thanh công cụ file SCH Hình 3.5 Thêm nhãn cho liên kết Hình 3.6 Một file SCH 10 Hình 3.7 File SCH chuyên nghiệp 10 Hình 3.8 Đặt tên cho linh kiện 11 Hình 3.9 Các lỗi file SCh cửa sổ Messages 11 Hình 3.10 Update linh kiện sang file PCB khơng có lỗi 12 Hình 4.1 Cài đặt giới hạn khaongr cách cho file PCB 14 Hình 4.2 Cài đặt độ rộng đường dây 15 Hình 4.3 Cài đặt độ rộng lỗ Via 15 Hình 4.4 Hình dạng PCB cắt theo đường bao 16 Hình 4.5 Bo lại mạch lớp keep-out layer 17 Hình 4.6 Bo mạch thành công 17 Hình 4.7 Danh sách lỗi 18 Hình 4.8 Cơng cụ Tenting 18 Hình 4.9 Công cụ Teardrops 19 Hình 4.10 Đặt luật cho việc phủ đồng 19 Hình 4.11 Tùy chỉnh cho việc phủ đồng 20 Hình 4.12 File PCB hồn chỉnh 20 Hình 4.13 Xuất file nguyên lý sang file PDF 21 Hình 4.14 Xuất danh sách linh kiện sang file Excel 21 Hình 4.15 Xuất file Gerber 22 Hình 4.16 Tùy chỉnh xuất file Gerber 22 Hình 4.17 Tùy chỉnh xuất file Gerber 23 Hình 4.18 Tùy chỉnh xuất file Gerber 23 Hình 4.19 Tùy chỉnh xuất file Gerber 24 Hình 4.20 File Gerber 24 Hình 4.21 Xuất file Drill 25 Hình 4.22 Tùy chỉnh xuất file NC Drill 25 Hình 4.23 file NC Drill 26 Hình 4.24 Thư mục Output 26 Hình 4.25 Tạo thư viện tích hợp cho project 27 Hình 5.1 Tạo thư viện tích hợp cá nhân 28 Hình 5.2 Thêm thư viện nguyên lý 29 Hình 5.3 Vẽ sơ đồ chân cho linh kiện 29 Hình 5.4 Đổi tên chân linh kiện 30 Hình 5.5 Vẽ hình dáng cho linh kiện 30 Hình 5.6 đổi tên cho linh kiện 31 Hình 5.7 Thêm thư viện PCB 31 Hình 5.8 Cơng cụ vẽ footprint 32 Hình 5.9 Chọn kiểu footprint cần vẽ 32 Hình 5.10 Thơng tin từ datasheet 33 Hình 5.11 Thêm thơng tin để thiết kế 33 Hình 5.12 Footprint hồn chỉnh 33 Hình 5.13 Liên kết thư viện nguyên lý với footprint 34 Hình 5.14 Thư viện tích hợp sau hoàn thành 34 CHƯƠNG GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ALTIUM 1.1 Altium designer gì? Như biết, thị trường có nhiều phần mềm thiết kế mạch điện tử như: Proteus, OrCad, Eagle, Altium Designer, Kicad,… Trong phần mềm Altium Designer dễ tiếp cận cả, giao diện đẹp mắt, cộng đồng sử dụng đông đảo điểm thu hút kỹ sư điện tử chọn để phát triển sản phẩm Hình 1.1 Phần mềm Altium Designer Altium Designer phần mềm phát triển công ty Altium Limmited có trụ sở Úc Hiện nay, Altium phần mềm vẽ mạch điện tử thiết kế PCB ưa chuộng Việt Nam với tính hữu ích sau: - Giao diện thiết kế, quản lý chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản - - lý file, quản lý phiên cho tài liệu thiết kế Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, dây tự động theo thuật tốn tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm giải pháp thiết kế chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo tham số Mở, xem in file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ thông tin linh kiện, netlist, liệu vẽ, kích thước, số lượng… Hệ thống thư viện linh kiện phong phú, chi tiết hoàn chỉnh bao gồm tất linh kiện nhúng, số, tương tự… - Đặt sửa đối tượng lớp khí, định nghĩa luật thiết kế, tùy - - chỉnh lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện PCB Mơ mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực không gian chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mơ hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho 2D 3D Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA ngược lại Từ đó, thấy Altium designer có nhiều điểm mạnh so với phần mềm khác đặt luật thiết kế, quản lý đề tài mô dễ dàng, giao diện thân thiện,… Việc thiết kế mạch điện tử phần mềm altium designer tóm tắt gồm bước sau: - Đặt yêu cầu toán Lựa chọn linh kiện Thiết kế mạch nguyên lý Lựa chọn chân linh kiện để chuyển sang mạch in Update mạch nguyên lý sang mạch in Lựa chọn kích thước mạch in xếp vị trí loại linh kiện điện trở , tụ điện, IC Đặt kích thước loại dây nối Đi dây mạch Kiểm tra toàn mạch 1.2 Ưu điểm nhược điểm Altium so với phần mềm PCB design khác Ưu điểm: - - Altium thiết kế chuyên dụng dành cho vẽ Schematic PCB nên công cụ Altium mạnh thông minh, phù hợp với đa số yêu cầu thị trường Mô 3D, Altium hỗ trợ việc sử dụng file 3D phần mềm khác để mô 3D, khiến việc thiết kế trở nên trực quan nhiều Cộng đồng lớn: Altium phần mềm đầu lĩnh vực thiết kế mạch in PCB, nên cộng đồng Altium đông đảo, thư viện đầy đủ Nhược điểm: - Phần mềm nặng, máy yếu dùng mệt Tính mơ phỏng, tính tốn yếu u cầu cấu hình máy tính (theo nhà sản xuất cho phiên 22.0.1): - Windows 10 (64-bit) Windown 11 (64-bit); Bộ xử lý Intel Core i7 tương đương; RAM 8GB (Khuyến nghị 16 GB); Dung lượng ổ cứng 10 GB; Card đồ họa (hỗ trợ DirectX 10 trở lên), chẳng hạn GeForce GTX 1060/Radeon RX 470/Intel HD 4600; Màn hình có độ phân giải hình tối thiểu 1680 × 1050 (màn hình rộng) 1600 × 1200 (4: 3); Adobe Reader (phiên XI trở lên để xem 3D PDF); Trình duyệt web cập nhật; Microsoft Office 32 bit 64 bit CHƯƠNG TẠO PROJECT VÀ THÊM THƯ VIỆN 2.1 Tạo project Khi mở phần mềm lên ta có giao diện sau: Hình 2.1 Giao diên bắt đầu Altium Để tạo project để thiết kế mạch điện tử ta chọn: file > new > Project > PCB Project Hình 2.2 Tạo Project Một file có prj xuất bên tay trái File kết nối file mạch nguyên lý file chứa mạch in PCB, mở file prj ta mở tồn file project Sau đó, ta chọn chuột phải vào project để đặt tên xác định vị trí lưu project Việc đặt tên nên đặt có ý nghĩa để tiện cho việc xem lại lưu trữ, thường có “PRJ_abc.PrjPCB” Ví dụ: PRJ_demo_V1.PrjPCB,… file > SmartPDF > Next > Chọn hình Finish Hình 4.13 Xuất file nguyên lý sang file PDF Xuất danh sách linh kiện Việc xuất danh sách linh kiện thuận tiện cho trình mua bán Ta chọn Report > Bill of Materials Trong cửa sổ ta chọn thơng tin cần thiết (tích vào mục All columns) để xuất file excel Chọn Export để xuất file chọn thư mục lưu file Hình 4.14 Xuất danh sách linh kiện sang file Excel 21 Xuất file PCB cho việc in mạch Ta cần xuất số loại file để phục vụ cho việc in mạch PCB: 4.5.3.1 Xuất Gerber file Bước 1: Chọn: File > Fabrication Outputs > Gerber Files Hình 4.15 Xuất file Gerber Bước 2: Tùy chỉnh bên mục General Hình 4.16 Tùy chỉnh xuất file Gerber 22 Bước 3: Tùy chỉnh bên mục Layers, chọn User on Hình 4.17 Tùy chỉnh xuất file Gerber Bước 4: Chỉnh bên mục Drill Grawing: tích vào mục - Plot all used drill pairs Plot all used drill pairs Hình 4.18 Tùy chỉnh xuất file Gerber 23 Bước 5: Tùy chỉnh bên mục Advance hình Hình 4.19 Tùy chỉnh xuất file Gerber Hãy lưu lại file Hình 4.20 File Gerber 24 4.5.3.2 Xuất file NC drill Bước 1: Chọn: File > Fabrication Outputs > NC Drills File Hình 4.21 Xuất file Drill Bươc 2: Tùy chỉnh hình: Hình 4.22 Tùy chỉnh xuất file NC Drill Tiếp tục OK lưu lại file 25 Hình 4.23 file NC Drill Các file sau xuất chứa thư mục Outputs projrect Ta nén lại gửi đặt mạch Hình 4.24 Thư mục Output Xuất file thư viện Việc xuất file thư viện tích hợp riêng project mục đích để thuận tiện cho việc luân chuyển dự án thành viên nhóm mà khơng sợ phải thêm thư viện riêng lẻ Các bạn chọn: Design > Make Intergrated Library Một file thư viện xuất thư mục chứa project 26 Hình 4.25 Tạo thư viện tích hợp cho project 27 CHƯƠNG TỰ TẠO THƯ VIỆN Ta tạo project để chứa linh kiện cần vẽ Chọn: File > New > Project > Intergrated Library Sau đó, bạn lưu lại đặt tên cho thư viện Hình 5.1 Tạo thư viện tích hợp cá nhân 5.1 Tạo thư viện SCH Thư viện nguyên lý chứa biểu tượng sử dụng để thiết kế vẽ mạch nguyên lý Ta phải lại sơ đồ chân linh kiện kí hiệu vẽ Trong ví dụ này, vẽ EEPROM AT24C256 dựa thong tin có datasheet IC Bước 1: Thêm file thư viện nguyên lý: Click chuột phải > Add New to Project > Schematic Library Các bạn lưu lại đổi tên 28 Hình 5.2 Thêm thư viện nguyên lý Bước 2: Tạo sơ đồ chân linh kiện: IC có chân, ta chọn biểu tượng để vẽ chân, thứ tự chân tự động tăng Dùng phím Space để xoay chiều chân Lưu ý phải xoay chân có chiều hình phía ngồi Hình 5.3 Vẽ sơ đồ chân cho linh kiện Bước 3: Đổi tên cho chân Các bạn click đúp vào chân thay đổi tên chân mục Name sau nhấn Enter 29 Hình 5.4 Đổi tên chân linh kiện Bước 4: Vẽ hình dáng cho IC Bấm phím P > Chọn hình dạng cần thiết Trong trường hợp minh chọn mục Rectangle để vẽ khối hình chữ nhật Click mục Transparent để chuyển hình vữa vẽ phía sau để tên chân lên Hình 5.5 Vẽ hình dáng cho linh kiện Bươc 5: Lưu lại component: Các bạn Click vào component phía bên trái, Properties xuất phía bên phải Các bạn thay đổi thơng tin Design Item ID: tên linh kiện Designator: kí hiệu linh kiện mạch nguyên lý Cần thêm dấu “?” phía sau để phục vụ cho việc đặt tên Ví dụ: U?; I?;… Ctrl + S để lưu lại 30 Hình 5.6 đổi tên cho linh kiện Như ta tạo thư viện nguyên lý IC, bancos thể tạo thêm nhiều linh kiện thư viện 5.2 Tạo thư viện PCB Bước 1: Tạo thư viện PCB Click chuột phải > Add New to Project > PCB Library Các bạn lưu lại đổi tên Hình 5.7 Thêm thư viện PCB 31 Bước 2: Vẽ footprint: Theo datasheet, kiểu chân IC 8-PIN SOIC Ta sử dụng công cụ Alitum để thiết kế Chọn Tool > IPC Compliant Footprint Wizard (ta chọn cơng cụ Footprint Wizard để thiết kiện cho linh kiện cắm) Hình 5.8 Cơng cụ vẽ footprint Bước 3: Chọn kiểu chân: Ở ta chọn kiểu SOIC rối chọn Next: Hình 5.9 Chọn kiểu footprint cần vẽ Bước 4: Điền thông tin dựa vào datasheet Cần phải điền thông tin thật cẩn thận xác Sau chọn Next để điền số thơng tin khác chọn Finish để kết thúc trình 32 Hình 5.10 Thơng tin từ datasheet Hình 5.11 Thêm thơng tin để thiết kế Ta kết hình Ctrl + S để lưu lại: Hình 5.12 Footprint hồn chỉnh 5.3 Liên kết thư viện PCB thư viện SCH cho linh kiện Giờ ta cần liên kết thư viện nguyên lý footprint thư viện PCB vừa tạo Giờ ta qua lại phía thư viện SCH, chọn linh kiện cần liên kết, xuất Properties, chọn Add mục footprint, sổ bên xuất Các bạn chọn Browse đến footprint thiết kế Chọn OK 33 Hình 5.13 Liên kết thư viện nguyên lý với footprint Sau nhấn C + C để kiểm tra lỗi bên mạch nguyên lý Như ta tạo thư viện riêng mình, bạn lưu lại thêm linh kiện vẽ vào project sau Hình 5.14 Thư viện tích hợp sau hồn thành 34 CHƯƠNG TỔNG KẾT Trong đợt thực tập này, em trình bày bước để thiết kế mạch in PCB hồn chỉnh phần mềm Altium Designer Em mong tài liệu giúp ích cho bạn sinh viên kỹ sư muốn cải thiện thêm kỹ lĩnh vực tạo thêm nhiều sản phẩm có ích thực tế Em mong tiếp tục phát triển thêm nhiều kỹ nâng cao tham gia vào dự án lớn 35