Giáo trình thiết kế mạch điện tử (nghề điện tử dân dụng trình độ cao đẳng)

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 Mô đun Thiết kế mạch điện tử mô đun sở của nghề điện tử dân dụng biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề điện tử dân dụng trình độ cao đẳng Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, học có thí dụ tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phần lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình có và cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 45 gồm có: Bài 01 MĐ15-01: Cài đặt phần mềm thiết kế mạch Bài 02 MĐ15-02: Vẽ mạch điện nguyên lý Bài 03 MĐ15-03: Tạo sửa đổi linh kiện Bài 04 MĐ15-04: Tạo tập tin Netlist và vẽ mạch in Bài 05 MĐ15-05: Gia công mạch in Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh thiếu sót Rất mong nhận sự đóng góp ý kiến thầy, cơ, để nhóm biên soạn điều chỉnh hoàn thiện Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên Nguyễn Thanh Nhàn Phạm Trọng Hòa MỤC LỤC Trang Tuyên bố quyền Lời giới thiệu Mục lục Bài 1: Cài đặt phần mềm thiết kế mạch Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử thông dụng .6 1.1 Phần mềm vẽ mạch altium 1.2 Phần mềm vẽ mạch điện tử eagle 1.3 Phần mềm vẽ mạch điện tử orcad Cài đặt phần mềm orcad 16.5 .8 2.1 Chạy file setup.exe 2.2 Đăng ký orcad 16.5 license manager Thực hành cài đặt phần mềm thiết kế mạch .14 Bài 2: Vẽ mạch nguyên lý 15 Vẽ sơ đồ nguyên lý .15 Một số công cụ nâng cao 20 2.1 Đặt tên cho đường dây (naming nets) 20 2.2 Liên kết trang 21 Thực hành vẽ mạch nguyên lý 23 3.1 Vẽ mạch nguyên lý 23 3.2 In vẽ 35 Bài 3: Tạo sửa đổi linh kiện 39 Tạo thư viện linh kiện capture 39 Tạo padstack 43 2.1 Padstack cho linh kiện chân cắm .43 2.2 Padstack cho linh kiện chân dán .46 Tạo footprint 47 3.1 Footprint cho linh kiện chân cắm 47 3.2 Footprint cho linh kiện hàn bề mặt 51 Thực hành 51 Bài 4: Tạo tập tin netlist và vẽ mạch in 57 Tạo khuôn mẫu 57 Thiết lập đường dẫn đến thư viện footprint 61 Thực hành 63 Bài 5: Gia công mạch in 72 Xuất mạch in orcad 16.5 72 Hướng dẫn xuất gerber từ orcad 73 2.1 Đặt tọa độ .73 2.2 Cấu hình xuất gerber .74 2.3 Xuất gerber 75 Phương pháp gia công mạch in 76 3.1 Gia công mạch in phương pháp ủi 76 3.2 Gia công mạch in phương pháp vẽ thủ công 79 Thực hành 80 Tài liệu tham khảo 82 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ Mã mơ đun: MĐ15 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun - Vị trí mơ đun: Mơ đun bố trí dạy từ đầu khóa học, trước học mơ đun chun mơn - Tính chất mơ đun: Là mơ đun bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơ đun: Là mô đun sở hỗ trợ nghề điện tử dân dụng Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Hiểu phương pháp thiết kế mạch + Biết lựa chọn linh kiện thư viện để vẽ mạch - Về kỹ + Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện tử theo yêu cầu kỹ thuật + Thiết kế sơ đồ mạch in theo sơ đồ nguyên lý + Mô mạch điện tử nâng cao + Hoàn thiện mạch in và gia công mạch in đúng tiêu chuẩn kỹ thuật - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Cẩn thận, chủ động sáng tạo học tập, an toàn cho người thiết bị + Tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp biện pháp an tồn + Có tác phong cơng nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả làm việc độc lập khả phối hợp làm việc nhóm q trình học tập sản xuất Nội dung chính: Thời gian (giờ) Thực Số hành, thí Tên mô đun Lý T Tổng nghiệm, Kiểm thuyế T số thảo tra t luận, tập Bài 1: Cài đặt phần mềm thiết kế mạch 04 02 02 Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử 1 thông dụng 1.1 Phần mềm vẽ mạch Altium 1.2 Phần mềm vẽ mạch điện tử Eagle 1.3 Phần mềm vẽ mạch điện tử Orcad Cài đặt phần mềm Orcad 16.5 2.1 Chạy file Setup.exe 2.2 Đăng ký OrCad 16.5 License Manager Thực hành cài đặt phần mềm thiết kế 2 mạch Bài 2: Vẽ mạch điện nguyên lý Vẽ sơ đồ nguyên lý Một số công cụ nâng cao 2.1 Đặt tên cho đường dây 2.2 Liên kết trang Thực hành vẽ mạch nguyên lý 3.1 Vẽ mạch nguyên lý 3.2 In vẽ Bài 3: Tạo sửa đổi linh kiện Tạo thư viện linh kiện Capture Tạo PadStack 2.1 Padstack cho linh kiện chân cắm 2.2 Padstack cho linh kiện chân dán Tạo Footprint 3.1 Footprint cho linh kiện chân cắm 3.2 FootPrint cho linh kiện hàn bề mặt Thực hành Kiểm tra Bài 4: Tạo tập tin Netlist và vẽ mạch in Tạo khuôn mẫu Thiết lập đường dẫn đến thư viện footprint Thực hành Bài 5: Gia công mạch in Xuất mạch in Orcad 16.5 Hướng dẫn xuất Gerber từ ORCAD 08 03 05 08 03 1 1 1 12 03 2 04 01 13 04 1 09 08 01 2.1 Đặt tọa độ 2.2 Cấu hình xuất Gerber 2.3 Xuất Gerber Phương pháp gia công mạch in 3.1 Gia công mạch in phương pháp ủi 3.2 Gia công mạch in phương pháp vẽ thủ công Thực hành Kiểm tra 8 Cộng 45 15 28 02 BÀI 1: CÀI ĐẶT PHẦN MỀM THIẾT KẾ MẠCH Mã bài: MĐ15-01 Giới thiệu: ORCAD công cụ thiết kế mạch điện tử đơn giản phổ biến Cũng có nhiều phần mềm thiết kế mạch điện tử khác, nhiên chọn giới thiệu sử dụng phần mềm này, cơng cụ đánh giá mạnh Nhược điểm lớn phần mềm ORCAD không cung cấp miễn phí, nhược điểm thứ hai phần mềm ORCAD hỗ trợ q nhiều, nặng Tuy vậy, thư viện linh kiện ORCAD coi mạnh nay, hầu hết nhà sản xuất linh kiện điện tử cung cấp add-in thư viện linh kiện cho ORCAD Trong tài liệu hướng dẫn này, bước đơn giản, để ta sinh viên thực mạch nguyên lý ORCAD, sau hướng dẫn ta bước để xuất thành mạch in, chạy mạch in, điều chỉnh mạch in, cuối việc làm mạch in điện tử nhà Mục tiêu: Trình bày yêu cầu tối thiểu hệ thống máy tính cài đặt phần mềm Trình bày xác qui trình cài đặt phần mềm thiết kế mạch điện tử OrCAD 16.5 Thực cài đặt phần mềm thiết kế mạch điện tử OrCAD 16.5 Nội dung chính: Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử thông dụng Các phần mềm thiết kế mạch dùng phổ biến là OrCad, ProtelSE99, DXP2004, Altium Designer, PowerPCB, Eagle, Trong có hai dịng sản phẩm OrCad Protel (gồm ProtelSE99, DXP2004, Altium Designer) nhiều người biết 1.1 Phần mềm vẽ mạch Altium Phần mềm thiết kế mạch tự động Altium Designer môi trường thiết kế điện tử đồng nhất, tích hợp thiết kế nguyên lý, thiết kế mạch in PCB, lập trình hệ thống nhúng và FPGA Các điểm đặc trưng Altium Designer:  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 khơng 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 Có thể thấy Altium Designer có nhiều điểm mạnh so với phần mềm khác đặt luật thiết kế, quản lý dự án dễ dàng, giao diện thân thiện … Phiên Altium hiện tại là 18 1.2 Phần mềm vẽ mạch điện tử Eagle Chương trình phát triển phân phối công ty CadSoft Computer, Inc (Germany) Điều đặc biệt chương trình Freeware với đầy đủ tính giống shareware EAGLE chia làm ba phiên cho người dùng khác Bản Professional Edition Bản thường dùng cho thương mại Không giới hạn không gian thiết kế (lớn 64 x64 inches = khoảng 1m6 x 1m6), sơ đồ mạch điện up lên tới 999 sheet Bản Standard Edition Bản thường dùng cho cá nhân với không gian thiết kế không rộng Một vài tính bị giới hạn Thiết kế board tối đa lớp (lớp Bottom, Top lớp bên trong), sơ đồ mạch điện up tối đa tới 99 sheet Không gian thiết kế board tối đa 16cm x 10cm Bản Light Edition Bản thường dùng giảng dạy… thực chất Freeware cài đặt sẵn Không gian thiết kế tối đa 10cm x 8cm, hỗ trợ thiết kế với hai lớp, sơ đồ mạch điện bao gồm sheet Với phiên Eagle 5x người sử dụng thấy hình dáng thơng số kích thước linh kiên có thuận lợi việc lựa chọn linh kiện thiết kế mạch điện Chương trình Eagle cho phép người sử dụng vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện cửa sổ soạn thảo Schematic sau chuyển sang sơ đồ Board PCB cách nhanh chóng vơ đơn giản với thao tác chuột Hình 1.1: Giao diện thiết kế mạch bằng phần mềm Eagle 1.3 Phần mềm vẽ mạch điện tử Orcad ORCAD công cụ thiết kế mạch điện tử đơn giản phổ biến công cụ đánh giá mạnh Nhược điểm lớn phần mềm ORCAD hỗ trợ q nhiều, nặng Tuy vậy, thư viện linh kiện ORCAD coi mạnh nay, hầu hết nhà sản xuất linh kiện điện tử cung cấp add-in thư viện linh kiện cho ORCAD Hình 1.2: Giao diện thiết kế mạch bằng phần mềm Orcad Cài đặt phần mềm Orcad 16.5 Yêu cầu chung về phần cứng máy tính Tốc độ CPU 2.0 GHz, RAM 512 MB, VGA Graphic Bộ nhớ cài cặt trống tối thiểu 1.5 GB, Có thể cài đặt nền windows trở về sau 2.1 Chạy file Setup.exe Chọn License Manager Hình 1.3: Giao diện cài đặt Orcad 16.5 Lưu ý: Khi chương trình báo nhập file license bỏ trống (nhấn Cancel) Chương trình hỏi Restart hay khơng chọn khơng Restart Tiếp tục cài Orcad 16.5 Quá trình cài đặt bình thường phần mềm khác (Cài lâu khoảng 30’ phần mềm khá nặng) Hình 1.4: Chọn Product Installtion 2.2 Đăng ký OrCad 16.5 License Manager Sau cài đặt xong Orcad làm tiếp bước sau: 10