Giáo trình Thiết kế mạch bằng máy tính

Lời mở đầu Phần mềm Thiết kế mạch máy tính OrCAD tập đồn Cadence® chun 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 khơng 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 giảng dạy giúp bạn học viên thuận lợi việc thiết kế mạch Khoa Điện-Điện tử-Tin học trường Cao đẳng nghề số 20 tổ chức biên soạn giáo trình “Thiết kế mạch máy tính” làm giảng lưu hành nội Giáo trình xây dựng theo chương trình mơ đun “Thiết kế mạch máy tính” 45h trường Cao đẳng nghề số 20 Tồn giáo trình gồm phần chính: Thiết kế sơ đồ nguyên lý (Capture CIS) Thiết kế mạch in (Layout) Trong trình biên soạn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, tơi mong thơng cảm góp ý bn ng nghip Proteus phần mềm hỗ trợ thiết kế mô loại mạch điện tử So với số phần mềm hỗ trợ mô mạch điện khác nh-: - Circuitmaker 2000 việc hỗ trợ thiết kế sơ dồ mạch in (PCB) phần mềm cho phép vẽ mô mạch số chuẩn xác tới 95% nh-ng lại bị hạn chế mô loại mạch t-ơng tự nh- mạch tổng hợp số t-ơng tự - WorkBench (EWB) phần mềm có th- viện linh kiện phong phú có nhiều thiết bị đo kiểm tra nh- thùc tÕ gióp ng-êi thiÕt kÕ dƠ dµng quan sát cân chỉnh thông số mạch điện So với phần mềm khác WorkBench cho phép mô loại mạch điện (cả số t-ơng tự) - ORCAD, Eagle PROTEL phần mềm hỗ trợ vẽ sơ đồ nguyên lý sơ đồ mạch in (PCB) nh-ng không hỗ trợ mô mạch nguyên lý Thì Proteus mạch hẳn mỈt: - Th- viƯn linh kiƯn phong phó - Hỗ trợ nhiều thiết bị đo kiểm tra - Cho phép thiết kế chạy mô sơ đồ nguyên lý gồm mạch t-ơng tự, mạch số, mạch tổng hợp số t-ơng tự - Cho phép chạy mô loại vi điều khiển, EPPROM, PIC - Hỗ trợ thiết kế mạch in (PCB) Vì điểm mạnh phần mềm nên giáo viên sử dụng Proteus để làm công cụ hỗ trợ cho môn học nh-: Điện tử bản, Lý thuyết mạch, Mạch điện 1, Mạch điện 2, kỹ thuật xung số, môn học Lập trình Vi điều khiển học sinh sinh viên công cụ đắc lực phục vụ trình học tập, ng-ời yêu thích điện - điện tử môi tr-ờng sát với thực tế để thiết kế mạch điện ứng dụng Là ng-ời giáo viên, thợ điện tử thấy phần mềm hay cần thiết viết tài liệu cho bạn đọc Do phiên thời gian ngắn nên tài liệu dừng lại mức độ h-ớng dẫn giúp bắt đầu tìm hiểu phần mềm làm đ-ợc Còn chi tiết xin mắt bạn đọc lần tái sau Tài liệu cần nhiều góp ý bạn đọc CHNG 1: CI T ORCAD VÀ PROTUES ORCAD 9.2 1.1 Khái niệm phần mềm Phần mềm Thiết kế mạch máy tính OrCAD tập đồn Cadence® chun 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 khơng cần phải bàn tới sức mạnh mà phải quan tâm tới việc khai thác sử dụng OrCAD hiệu việc thiết kế mạch 1.2 Cài đặt phần mềm Orcad  Tải cài Orcad phiên 9.2 : gồm part Internet cài từ đĩa CD, USB ta có file nén sau:  Giải nén part ta folder sau:  Click vào folder vừa giải nén ta có:  Chạy file Setup.exe để tiến hành cài đặt :  Chờ chạy file cài đặt 100% ta thông báo sau:  Chọn chấp nhận: OK  Giao diện chọn : Next  Chọn chấp nhận : Yes  Giao diện ta chọn : Next  Tiếp tục chọn : Next  Giao diện chọn ứng dụng Orcad, ta đánh số 2, hai ứng dụng : Vẽ sơ đồ nguyên lý (Capture CIS) sơ đồ mạch in (Layout) Rồi chọn Next  Giao diện đánh mã khóa (mật khẩu) : 111111 chọn Next  Giao diện : Đánh tên, công ty vào mục Name Company chọn Next  Giao diện : ta chọn Yes  Giao diện chọn ổ cài đặt : Ta để mặc định ổ C, muốn thay đổi vào Browse chọn Next sau:  Giao diện tạo Folder chứa Orcad nằm Program ta mặc định chọn Next  Tiếp tục chọn Next 10 + Text height chiều cao chữ + Char Aspect độ co giãn chữ, 100 giãn + Layer lớp mà chữ đặt Rotation góc quay chữ - Mục chọn Mirror để làm chữ bị ngược soi gương, nhờ tính chất mà ta làm mạch in phương pháp ủi giữ chữ 3.2 Cách tạo Footprint (Tạo chân linh kiện mạch in) - Khơng phải lúc trình Layout có đầy đủ Footprint bạn mong muốn Vì bạn cần phải thực tạo Footprint để thích hợp với linh kiện bạn cần dùng Có hai cách tạo Footprint : a) Cách tạo Footprint - Trước tiên bạn mở trình Layout, chọn Tools, chọn Library Manager 112 Xuất cửa sổ Library Manager Chọn Create New Footprint Xuất cửa sổ Create New Footprint : + Trong ô Name of Footprint bạn ghi tên Footprint cần tạo sau chọn OK Xuất cửa sổ Library – Pin Tool bên phải hình : - Trong cửa sổ có chân hàn có điểm gốc Datum điểm neo, tên biến kiểu chân - Lúc công cụ biểu tượng Pin Tool chọn (nếu bạn thực việc khác xong bạn cần tạo thêm Pin bạn phải chọn lại biểu tượng Pin Tool) Sau bạn bắt đầu biên soạn thành phần chân hàn 113 - Khi có điểm gốc bạn nhấp mouse phải, chọn New cửa sổ Library xuất Pin mới, lúc bạn cần chọn vị trí thích hợp để đặt Pin Tuần tự bạn chọn xếp hết tất Pin theo ý bạn - Khi bạn xếp Pin xong lúc bạn bắt đầu kẽ đường biên gợi ý cho thấy hình dạng linh kiện Để thực việc công cụ bạn chọn biểu tượng Obstacle Tool - Nhấp mouse phải chọn New - Chọn mục Properties… để mở cửa sổ Edit Obstacle Trong cửa sổ bạn chọn thuộc tính đường bao : + Loại đường bao (Obstacle Type) + Độ rộng đường bao (With) + Lớp đặt đường bao (Obstacle Layer) 114 - Ở để kẻ đường bao ngoại vi dùng xác định phạm vi chiếm riêng thực tế linh kiện, bạn phải chọn sau : + Trong Obstacle Type chọn Place outline + Trong Width, chọn cở rộng Mil + Trong Obstacle Layer, chọn lớp chung Global Layer - Sau chọn xong nhấn phím OK để trở trang vẽ Lúc trỏ bạn có dấu + Bạn dùng để kẽ hình bao quanh linh kiện có nét nhỏ, màu xanh để tạo đường bao ngoại vi Sau đặt xong đường bao ngoại vi bạn tiếp tục chọn tạo đường bao gợi ý, đường kẽ phản ảnh bóng chiếu hình dạng linh kiện thật - Để kẽ đường bao gợi ý Bạn nhấn lại mouse phải để mở cửa sổ, chọn New, kế lại nhấn mouse phải chọn Propertier Lúc cửa sổ Edit Obstacle lại xuất Trong cửa sổ bạn chọn sau : + Trong Obstacle Type chọn detail + Trong Width, chọn cở rộng 10 Mil 115 + Trong Obstacle Layer, chọn lớp chung SSTOP Layer - Sau chọn xong nhấn phím OK để trở trang vẽ Lúc trỏ bạn có dấu + Bạn dùng để kẽ hình dùng phản ánh hình dạng thật linh kiện, có màu trắng để tạo đường bao ngoại vi - Lúc xem bạn hoàn thành việc tạo Footprint Sau tạo xong Footprint bạn nhấn nút Save để chép Footprint vào tập tin thư viện mà bạn muốn b) Tạo Footprint cách biên soạn lại Footprint có - Bạn nhanh chóng tạo Footprint bằnh cách sửa đổi lại Footprint có - Trong phần bạn lấy Footprint thư viện có để thay đổi thành Footprint có kiểu chân với ý bạn mong muốn - Để thực việc trình Layout, chọn Tools, chọn library Manager mở cửa sổ Library Manager, sau chọn kiểu chân gần giống với kiểu chân bạn cần tạo - Cũng tương tự phần trên, trước tiên bạn chọn biểu tượng Obstacle Tool - Sau nhấn Delete xóa đường bao cũ - Để biên soạn lại kiểu chân bạn Chọn tiêu hình Pin tool - Đến cơng việc bạn biên soạn lại kiểu chân, vẽ đường bao… phần tạo Footprint Chú ý : Khi thực xong, phần bạn nên chọn Save As để Save đổi tên Footprint cũ thành Footprint mới, bạn không thực việc Footprint cũ bạn bị lúc bạn có Footprint chèn vào 116 c) Tự tạo tập tin thư viện chứa Footprint thường dùng - Trong phần bạn tự tạo tập tin thư viện có tên riêng để lưu Footprint bạn thường dùng Footprint bạn tạo - Như phần tạo Footprint bạn chọn Save Save As Cửa sổ Save Footprint xuất - Bạn chọn mục Create New Library… - Khi bạn chọn mục cửa sổ sau xuất - Bạn ý ô Save in lúc thư mục Library chọn trước bạn nên chọn thư mục Library Layout để sau tiện ứng dụng (nếu không bạn cần phải nhớ đường dẫn tới tập tin thư viện mà bạn tạo để sau bạn sử dụng) - Trong ô File name bạn đánh tên tập tin thư viện cần tạo(ví dụ: New) Sau chọn Save Lúc bạn có thư viện có tên New 117 - Sau Footprint tạo sửa đổi, Khi chọn Save Save As cửa sổ Save Footprint ô name of library bạn nên chọn Save tập tin thư viện (New) bạn tạo Bài tập vẽ mạch in * Bài tập 1: Mạch nguyên lý mạch nguồn chiều a) Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ D1 + Vcc T1 Rt 1k 220VAC 12VAC C1 2200uF/50V D2 LED b) Mạch chỉnh lưu toàn sóng dùng biến áp có điểm D1 12 Rt 1k 220VAC C1 T2 D2 118 2200uF/50V D6 LED c) Mạch chỉnh lưu có điện áp đối xứng + Vcc Rt1 1k C1 12VAC D1-D4 6VAC 220VAC - D5 LED 2200uF/50V + T2 0VAC Rt2 1k C2 2200uF/50V D6 LED - Vcc d) Mạch chỉnh lưu nhân áp C1 2200uF/50V T1 220VAC D2 D1 12VAC C2 2200uF/50V D1 Rt 1k T1 220VAC C1 2200uF/50V 6VAC D3 LED C2 2200uF/50V D2 * Bài tập 2: Các mạch ổn áp a) Mạch ổn áp bù nối tiếp dùng transistor Q1 H1061 R1 1k R3 2,2k D1-D4 T3 220VAC Vi (6-12)VAC - R2 1k + C1 VR1 10k Q2 C1815 10uF +6VDC 2200uF/50V Dz2 3V 119 Vo C2 R4 680 b) Mạch ổn áp bù nối tiếp dùng transistor: Q1 H1061 R1 1k Q2 D1-D4 T2 220VAC Vi - R3 2,2k R2 1k C2383 Vo + (9-18)VAC Q3 C1815 C1 +9VDC VR1 10k C6 10uF 2200uF/50V R4 680 Dz1 6V c) Mạch ổn áp sử dụng IC 78xx / 79xx * Mạch ổn áp có nguồn dương LM7805 GND VI T1 220VAC - Vi R5 2,2k D1-D4 Vo=+5V VO + C2 (6-12)VAC C1 10uF 2200uF/50V D5 LED * Mạch ổn áp có nguồn đối xứng 12VAC GND OUT D1-D4 6VAC - + +Vo=+5V R1 1k C1 C3 10uF 2200uF/50V D5 LED 0VAC R2 1k C2 2200uF/50V 120 C4 10uF 1 220VAC IN GND T1 LM7805C 11 IN OUT LM7905C D6 LED -Vo=-5V d) Mạch ổn áp có điều chỉnh điện áp dùng LM 317 Vo VIN VOUT ADJ D1-D4 R1 270 LM317/CY L T1 220VAC - Vi R2 1k + C2 (6-12)VAC C1 VR 10k 2200uF/50V 10uF D5 LED * Bài tập 3: Mạch KĐCS đẩy kéo xuất trực tiếp + 12V R5 100 R3 4,7K Q2 A1013 R7 Q3 C2383 R4 56k 1K Q5 H1061 D1 1N4001 R9 220 A VR2 5W 100k R10 220 D2 1N4001 R1 10k SPEAKER Q6 A671 R8 VR1 10k Q4 A1013 C1 Q1 C1815 1K 1uF SIGNAL AC R2 6,8k R6 100 - 12V * Bài tập 4: Mạch KĐCS dùng IC TDA2030 +12V C2 104 R1 100k D1 C1 10k 1N4001 Input Vcc VR1 1uF R3 C7 TDA2030 Output Feet R4 4,7k C4 R2 100k D2 R5 1000uF Gnd 100k In C3 100uF R6 4,7 1N4001 22uF C5 2,2uF 150k 121 C6 224 SPEAKER * Bài tập 5: Mạch KĐCS dùng IC AN5265 Vcc2 Output +12V GND Feet Filter Vol Input Mute R1 +12V Vcc1 AN5265 C3 100 C2 R2 1uF 10uF R4 C1 10k C6 100uF 10k 100uF Input R3 680 R5 4k7 C4 SPEAKER 10uF C7 100uF C5 473 * Bài tập 6: Mạch KĐCS dùng IC LA4440 (Mono) 13 Bs1 14 Nf C3 47uF LA4440 In2 C9 224 C4 47uF Nf Out2 Vcc R3 100 R4 4,7 10 Bs2 C2 102 12 11 C8 R2 3,3k Gnd2 4,7uF 100uF Out1 470 Oc 50k In1 Mute Gnd1 R1 C1 In VR1 Gnd C7 100uF C5 220uF 122 +12V C6 1000uF SPEAKER * Bài tập 7: Mạch KĐCS dùng IC LA4440 (Stereo) bá TP1 14 13 C9 1000uF + TP3 12 C3 47uF In2 C2 1uF + + In1 C1 1uF + C8 100uF + C12 01 R11 4,7 LA 4440 TP2 + C5 220uF 11 TP4 C11 01 C7 100uF + + C4 47uF C10 1000uF + 10 R12 4,7 + 12V C6 1000uF * Bài tập 8: Mạch KĐCS dùng IC HA1392 + 12V C10 1000uF 10 C9 047 C2 100uF HA1392 11 C3 100uF C5 100uF 12 C7 100uF + + C 001 + R 50k + 1kHz C8 100uF + C1 4,7uF + + V2 -1/1V C4 102 R4 100 123 C6 100uF R9 4,7 Mục lục Lời mở đầu BÀI 1: CÀI ĐẶT ORCAD Cách cài đặt phần mềm Orcad Cách nâng cấp phần mềm Orcad 13 BÀI 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 24 Tạo thiết kế 47 Mở đề án thiết kế 51 Các lệnh Menu Orcad 56 3.1 Lấy linh kiện 31 3.2 Vẽ đường nối mạch 59 3.3 Sửa đổi tên giá trị linh kiện vẽ 59 3.4 Thực hành lấy linh kiện nối cho mạch điện sau: 61 3.5 Cách sửa đổi chân linh kiện (Sửa đổi linh kiện) 62 3.6 Bài tập thực hành vẽ sơ đồ nguyên lý 65 Thiết kế chân cắm (Tạo linh kiện) 66 4.1 Xác định linh kiện 66 4.2 Vẽ linh kiện 68 4.3 Vẽ chân dẫn/nhập linh kiện 69 4.4 Thực hành tạo linh kiện 71 Bài tập thực hành tổng hợp 71 Cách in sơ đồ nguyên lý (In vẽ) 52 6.1 Thiết lập máy in 52 6.2 Quá trình in 52 BÀI 3: THIẾT KẾ MẠCH IN 54 Vẽ mạch in (PCB) 54 1.1 Xử lý sơ đồ nguyên lý để chuyển sang vẽ mạch in 54 1.2 Các phương pháp tạo file*.MAX (file mạch in) 58 1.3 Vẽ đường nối mạch IN 63 Cải thiện đường mạch 75 124 2.1 Chỉnh sửa độ rộng nét khoảng cách chúng 75 2.2 Cách chạy Jump (Dây câu) 79 Các chương trình tiện ích 85 3.1 Viết đoạn Text vào bo mạch 85 3.2 Cách tạo Footprint (Tạo chân linh kiện mạch in) 86 Bài tập vẽ mạch in ……………………………………………………… 92 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Hoàng Tuấn (2002) – OrCAD Capture Vẽ mạch Điện Điên Tử NXB Thống kê Nguyễn Khắc Nguyên (2002) – Bài giảng Chuyên Đề Thiết Kế Mạch In – Khoa Công Nghệ thông Tin – ĐH Cần Thơ Nguyễn Chí Ngơn (2002.) – Bài giảng OrCAD – Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại học Cần Thơ Nguyễn Việt Hùng & Nhóm cộng tác (2004) – Vẽ Thiết kế mạch in OrCAD – Nhà xuất Đà Nẵng Trần Hữu Danh (2003) – Bài giảng OrCAD 9.2 – Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại học Cần Thơ Short Lectures on Internet (các giảng OrCAD Internet) Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch: Electric Workbench, Circuit Maker, Orcad (Tài liệu Internet) 126