báo cáo thực tập cơ bản sử dụng phần mềm altium trong thiết kế mạch điện tử

Giới thiệu chung: - Với môn Thực tập cơ bả – ET2021 nói chung, nó giúp chúng ta hiểu biết thêm n những kĩ năng như là: Nhận diện được các linh kiện, công cụ và thiết bị ện tửđi ; phát tr

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆ – ỆN TỬN ĐI KHOA ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG

BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM ALTIUM TRONG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ

Sinh viên thực hiện:

Mã số sinh viên :

Mã lớp :

Dương Đức Tuấn

20224188

735434

Giáo viên hướng dẫn: Thầy Vũ Hồng Vinh

HÀ NỘI, 12 – 2023

M c l c  

I Giới thiệu chung: 1

II Các thao tác chu n b ng d ng Altium:ẩ ị ứ  1

1 Chọn b n Altium: 1 ả 2 Cài đặt Altium v máy tính: ề 1

3 Thêm thư viện vào Altium: 1

4 T o project mạ ới để chuẩn bị thiết kế m ch: ạ 3

III Chọn ý tưởng để thiết kế m ch: ạ 4

1 Giới thiệu chung v m ề ạch đã chọn: 4

2 Các linh ki n và tác d ng cệ  ủa t ng linh ki n trong m ch ừ ệ ạ 5

IV Thiết k m ế ạch nguyên lý: 6

1 Lấy linh kiện vào Schematic và s p x p linh ki ắ ế ện: 6

2 Nối dây cho m ch: ạ 9

V Thiết k m ế ạch in: 10

1 Chuy n các linh ki n t file Schematic sang file PCB.ể ệ ừ 10

2 Sắp x p các linh ki ế ện và đi dây cho file PCB 11

3 Hoàn thiện các công đoạn cuối để ra m ch in PCB.ạ 13

a) Vẽ hình bao, c t ph ắ ần th a ngoài hình bao ừ 13

b) Phủ đồ ng cho m ch.ạ 15

VI K t luế ận chung: 17

1

I Giới thiệu chung:

- Với môn Thực tập cơ bả – ET2021 nói chung, nó giúp chúng ta hiểu biết thêm n những kĩ năng như là: Nhận diện được các linh kiện, công cụ và thiết bị ện tửđi ; phát triển kĩ năng hàn và lắp mạch điện tử cơ bản; mô tả ợc các nguyên lý và đư thao các cơ bản về kỹ thuật đo lường và nguyên tác cơ bản về an toàn trong phòng thí nghiệm; sử dụng các công cụ ết kế mạch in trên máy tính.thi

- Còn với phần thực hành cùng thầy Vũ Hồng Vinh nói riêng, giúp chúng ta biết đến các công cụ để thiết kế mạch in, thiết kế một mạch hoàn chỉnh, … Và cụ ể th nhất là sử dụng phần mềm Altium để ết kế mạch in.thi

II Các thao tác chuẩn bị ứng dng Altium:

1 Chọn bản Altium:

- Đối với em, do không tải được bản Altium hiện hành là Altium 365, nên em đã chọn sử dụng Altium 21.3.2

- Em thấy phiên bản Altium Designer 21 này phù hợp với máy tính của cá nhân

em và khá nhiều người cũng sử dụng phiên bản này

Chọn bản Altium 21.3.2

2 Cài đặt Altium về máy tính:

+ Bước 1: Lên trình duyệt web bất kỳ tìm kiếm “tải Altium Designer 21”, và chọn trang dientuviet.com như hình vẽ

Hình 1: Tìm kiếm phiên bản Altium Design 21

+ Bước 2: Làm theo hướng dẫn của web trên để cài đặt Altium Designer 21 về máy tính

+ Bước 3: Mở Altium lên để bắt đầu làm việc với ứng dụng

3 Thêm thư viện vào Altium:

- Do các bản Altium có rất ít các linh kiện để chúng ta sử dụng Vậy nên việc thêm thư viện linh kiện là rất cầ thiết trước khi chúng ta bắt đầu sử dụng Altium để vẽ n mạch nguyên lý, thiết kế mạch in

- Để thêm thư viện vào Altium, em đã thực hiện các bước như sau:

2

+ Bước 1: Tìm kiếm thư viện trên google Em đã chọn thư viện “syhaunguyen”, thư viện này em thấy đầy đủ ững linh kiện mà em dùng để m mạch nguyên lý cũng nh là như thiết kế mạch in

Hình 2: Tìm kiếm thư việ - n Chọn Syhaunguyen

+ Bước 2: Tải thư viện về máy, nó sẽ ện ra 2 file như sau: 1 file là PCB Library hi (Dùng cho thiết kế mạ in) và 1 file là Schematic Library (Dùng cho thiết kế mạch ch nguyên lý)

Hình 3:Thư viện sau khi đã tải hiện ra ở ần Download ph

+ Bước 3: Thêm thư viện vào Altium Designer 21, vào Panels Components ➔ ➔ Chọn hình 3 gạch ngang bên cạnh tên thư viện ➔ File-based Libraries

Preferences… Install… ➔ ➔ Chọn 2 thư viện như hình 3

Hình 4: Sau khi thực hiện các thao tác cài thư viện, màn hình sẽ ện như trên hi

3

Hình 5: Add thư viện thành công và có thể sử dụng

4 Tạo project mới để chuẩn bị thiết kế mạch:

- Sau khi add thư viện, chúng ta sẽ làm công tác chuẩn bị ối cùng để làm mạch cu

Đó là tạo project mới

- Để tạo được project mới, ta làm như sau: Chọn file ➔ Chọn New ➔ Chọn Project Lúc này Project mới đã được tạo ra nhưng chưa có thông tin gì

Hình 6: Trình tự tạo Project mới

4

- Add thêm file Schematic (Để vẽ mạch nguyên lý) và file PCB (Thiết kế mạch in)

Hình 7: Add file PCB và file Schematic

- Vậy là mọi công tác chuẩn bị trên Altium đã xong Bây giờ chúng ta đi chọn ý tưởng để thiết kế mạch

III Chọn ý tưởng để thiết kế mạch:

1 Giới thiệu chung về mạch đã chọn:

- Sau khi tìm hiểu một vài mạch qua web thì em thấy hứng thú với mạch cảm biến ánh sáng Cảm biến ánh sáng được sử dụng nhiều cho các loại thiết bị ện, nhằđi m mang lại sự ện lợi cho người dùng, nó là một trong nhữti ng sản phẩm vô cùng thông minh được sử dụng t ng nhiều sản phẩm thiết bị ro đi n.ệ

- Có rất nhiều loại cảm biến ánh sáng nhưng mà có 3 loại phổ ến: Photodiodes, bi Photoresistors, Phototransistiors Mạch mà em chọn là Photoresistors(LDR)

- LDR là một trong các loại cảm biến sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị cảm biến Đây là chất cảm quang thường được gọi là điện trở ụ thuộc ánh sáng ph Chất phát quang này được dùng để phát hiện đèn bật hay tắt và còn sử dụng so sánh cấp độ ánh sáng tương đối trong một ngày

Hình 8: Hình ảnh minh họa

cảm biến ánh sáng

5

2 Các linh kiện và tác dng của từng linh ện trong mạch ki

STT Tên linh kiện Tác dng của linh kiện Hình ảnh

1 Quang trở

+ Không có ánh sáng chiếu vào, điện trở của quang trở lớn + Có áng sáng chiều vào thì quang trở ảm xuống rất thấpgi

2 Biến trở Điều chỉnh độ ạy của mạnh ch

3 IC LM358 So sánh ện áp ở chân 2 và 3 để đưa điện áp tương ứng qua chân đi

1

4 Transitor

Khuếch đại dòng điện từ IC để

kích relay

6 Diode Bảo vệ relay, chống dòng ngược sinh ra từ ộn dây khi relay cu

chuyển trạng thái

Là một chuyển mạch hoạt động bằng điện, dòng điện chạy qua cuộn dây của relay tạo ra từ trường hút lõi sắt làm thay đổi công tắc chuyển mạch Dùng như 1 công tắc bật/tắt LED

8 Led không có ánh sáng và tắt khi có Hiện thị tín hiệu ra, sáng khi

ánh sáng chiếu vào

Ổn định dòng trong mạch, tránh hỏng các thiết bị

Bảng 1: Các linh kiện và tác dụng của nó

3 Nguyên lý hoạt động của mạch:

- Mạch cảm biến ánh sáng dùng IC LM358 là một mạch điều khiển ánh sáng dựa trên cường độ ánh sáng môi trường Dưới đây là nguyên lý hoạt động của nó:

+Cảm biến ánh sáng (LDR): Khi ánh sáng chiếu vào LDR, điện trở của nó giảm

xuống Điều này làm thay đổi điện áp tại ngõ vào của op-amp

6

+IC LM358 (op-amp): Op-amp so sánh điện áp từ LDR với một ngưỡng xác định Nếu điện áp từ LDR cao hơn ngưỡng, op amp sẽ kích hoạt transistor -+Transistor và LED: Khi transistor được kích hoạt, nó cho phép dòng điện chạy qua LED, làm LED sáng lên

+ Relay: Relay trong mạch này có chức năng đóng mở mạch Khi LED sáng, relay sẽ được kích hoạt, đóng mạch và cho phép dòng điện chạy qua

- Vì vậy, mạch này có thể được sử dụng để kiểm soát việc bật/tắt một thiết bị (như đèn LED hoặc relay) dựa trên cường độ ánh sáng môi trường Mạch này có thể hữu ích trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như hệ thống chiếu sáng tự động hoặc

hệ thống cảnh báo an ninh

IV Thiết kế mạch nguyên lý:

1 Lấy linh kiệ vào Schematic và sắp xếp linh kiện: n

- Sau khi lên ý tưởng, chọn ý tưởng để làm mạch xong, bây giờ chúng ta tiến hành những công đoạn đầu tiên để làm mạch Để làm được mạch in tức là file PCB thì trước hết ta phải thiết kế ợc mạch nguyên lý, mạch nguyên lý tức là file đư Schematic mà chúng ta đã add vào project mới

- Mở file Schematic ra chúng ta thấy một bảng màu trắng có chia ô như sau:

- Chọn thư viện “Syhaunguyen.SchLib” để lấy linh kiện như sau:

Hình 9: Mở file Schematic để làm mạch nguyên lý

7

- Lấy từng linh kiện ra theo bảng linh kiện nhưng với số lượng như sau:

STT Tên linh kiện Hình ảnh Số lượng

Hình 10: Chọn thư viện để làm mạch

nguyên lý

8

Bảng 2: Số ợng linh kiện cần dùng lư

- Đối với bản Altium 21, để lấy linh kiện ra ta vào mục Panels Components ➔ ➔ Xong rồi ta tìm tên các linh kiện tại chỗ có chữ “Search” góc trên màn hình ➔ Chọn linh kiện như hình vẽ trên bảng ➔ Kéo linh kiện vào file Schematic

- Chỉnh thông số trên linh kiện ví dụ: Chỉnh R thành 330Ω, C thành 100pF, thực hiện các bước như sau:

- Sau khi lấy linh kiện xong, chúng ta đi sắp xế các linh kiện sao cho hợp lý nhấp t

có thể để khi mắc dây cho mạch được thuận tiện nhất, và có thể ảm thiểu chi gi phí dây cũng như giảm giá thành khi phủ đồng và in mạch ra ngoài sau này

Hình 11: Thay đổi

thông số linh kiện

2 Nối dây cho mạch:

- Để mạch có thể chạy được, ta phải mắc dây cho mạch để liên kết các linh kiện với nhau để tạo thành mạch kín, các bước thực hiện như sau:

+ Ta nhìn lên trên khoảng giữa của file Schematic, ta thấy các công cụ có thể lựa chọn như hình vẽ

+ Đến đây ta nối dây cho mạch và rồi tiếp tục các bước tiếp theo

- Trong khi nối mạch, ta còn dùng đến nối VCC và nối GND, ta bấ chuột phảm i vào như hình bên dưới để ọn VCC hay là GND khi cần mắch c

- Sau khi nối mạch sau ta được mạch như hình 15 dưới đây:

Hình 12: Lấy linh kiện vào file

Schematic và sắp xếp

Hình 13: Công cụ mắc dây

Hình 14: Lấy chân VCC

và chân GND

Hình 15: Mắc mạch

xong và đặ tên linh kiện t

10

- Để có các linh kiện có tên như trên hình 15, ta thực hiện như sau:

+ Ta chọn Tools Annotation Force annotation all Schematics …➔ ➔

+ Sau khi thực hiệ trên các thao tác trên, các thao tác sau đó ta chỉ cần bấn m

“YES/Confirm” để đồng ý đánh tên cho linh kiện

Thực hiện tất cả thao tác trên ta được một mạch nguyên lý hoàn chỉnh và sử dụng mạch nguyên lý đó để ếp tục thiết kế mạch in.ti

V Thiết kế mạch in:

1 Chuyển các linh kiện từ file Schematic sang file PCB

- Để chuyển các linh kiện từ Schematic sang PCB ta thực hiện như sau: + Chọn Design ➔ Chọn Update PCB Document

+ Sau khi chọn, Altium sẽ ện lên bảng như hình vẽ, ta chọn Excute Changes.hi

Hình 16: Đặt tên

linh kiện

Hình 17: Chuyển linh kiện từ

Schematic sang PCB

11

Hình 18: Bảng xuất hiện khi chuyển linh kiện

- Sau khi hiện bảng trên, ta thấy màn hình Altium nhảy sang file PCB, và bây giờ chúng ta chỉ thao tác ở file này Lúc này, các linh kiện của ta sẽ được xếp gọn gàng từng linh kiệ ở góc phải của vùng thao tác.n

- Sau khi chuyển được các linh kiện sang PCB, ta cần biết những phím tắt như sau

để dễ dàng sắp xếp mạch sau đó đi dây

+ TS: Ta chọn linh kiệ ở file Schematic xong bấm “TS” trên bàn phím thì lúc n này linh kiện mà ta chọn sẽ ện ra để chúng ta biết đấy là linh kiện nào và nên hi đặt nó ở vị trí nào

+ TOL: Ta gõ liên tục 3 phím trên và kéo chuột trái tạo thành 1 vùng để đưa linh kiện đang chọn vào cái vùng làm việc của chúng ta

Nhờ 2 phím tắt trên, ta có thể nhanh chóng xác định được các linh kiệ ở mạch n nguyên lý sang mạch PCB hiện thị ế nào rồi sắp xếp chúng vào vị trí ta mong th muốn

2 Sắp xếp các linh kiện và đi dây cho file PCB

- Tại bước này, ta phải xác định được vị trí của chúng, phải sắp xếp nó về vị trí thích hợp để còn đi dây

Hình 19: Chuyển linh kiện thành công

12

- Sử dụng các phím tắ ở trên để giúp quá trình sắp xếp nhanh hơn, ta có mẹo khi t sắp xếp là sắp xếp theo từng khối linh kiện để dễ dàng quản lý và đi dây sau đó

- Sau khi đã sắp xếp mạch xong, ta đến với công đoạn tiếp theo đó là nối dây cho mạch Trước khi nối dây thì ta phải đặt luật đi dây cho mạch

+ Chọn Design Rules Routing Width Thay đổi các thông số như ➔ ➔ ➔ ➔ hình vẽ ới đây.dư

+ Tiếp sau đó ta ấn vào “Apply” “OK”.➔

Hình 20: Sắp xếp linh

kiện đã xong

Hình 21: Đặt luật đi dây

13

- Ta coi như đã đặt luật đi dây xong Bước đặt luật này em chưa tối ưu được các loại dây nên chỉ đặt luật đơn giản như vậy giúp dây nối của các linh kiện to hơn giúp mạch chạy ổn định hơn

- Tới đây, bước chuẩn bị đã xong, ta bắt đầu thao tác đi dây:

+ Đầu tiên, ta phải chọn sang “Bottom Layer”, đây là lớp ta sẽ đi dây, nó kí hiệu màu xanh dương ở góc dưới bên trái trên màn hình Altium

+ Tiếp theo ta chọn Place ➔ Track, và chúng ta bắt đầu đi dây cho mạch

Vậy là các công đoạn sắp xếp linh kiện, đi dây cho mạch PCB đã xong, chúng ta sẽ đến với công đoạn tiếp theo – ững công đoạn cuối cùng để hoàn thành mạch in nh PCB

3 Hoàn thiện các công đoạn cuối để ra mạch in PCB

a) Vẽ hình bao, cắt phần thừa ngoài hình bao

- Sau khi thực hiện các bước sắp xếp linh kiện ta thấy mạch thừa rất nhiều khoảng trống vì thế ta cần vẽ hình bao để cắt bớt những phần thừa đi Việc này giúp mạch của chúng ta gọn gàng hơn, tiết kiệm chi phí in mạch

- Để vẽ hình bao, thực hiện các bước sau:

+ Hiện tại các chúng ta đang ở lớp Bottom từ khi đi dây xong, chúng ta phải chuyển sang lớp Keep-Out Layer để vẽ hình bao Lớp này ở góc dưới bên phải màn hình, có kí hiệu biểu tượng là màu hồng

+ Sau khi chọn lớp Keep Out Layer, chúng ta bấm chọn Track KeepOut ➔ ➔

Chọn Track như hình vẽ sau:

Hình 22: Đi dây thành công

14

+ Sau đó ta vẽ hình bao bằng cách nhấp chuột trái, kéo theo ý muốn

- Nếu màn hình hiển thị như hình 24 trên tức là chúng ta đã vẽ hình bao thành công Tiếp theo ta sẽ cắt phần tử của mạch, các thao tác thực hiện như sau: + Đầu tiên, ta bấm chọn cái hình bao bằng cách click chuột trái vào một phần của hình bao rồi ta bấm nút “Tab” trên bàn phím Đã chọn cả hình bao.➔

+ Tiếp theo, Chọn Design Board Shape Define Board Shape from Selected ➔ ➔ Object

Hình 23: Cách vẽ hình bao

Hình 24: Vẽ hình

bao xong

15

+ Sau khi cắt phần thừa, mạch của ta còn lại như hình 26 sau:

- Sau các thao tác trên, chúng ta có thể xem mạch ở chế độ 3D bằng cách bấm phím “3”, ở đây ta có thể xoay mạch 360 để xem các linh kiện của mạch Xem o xong ta bấ phím 2 để quay lại chế độ 2D.m

b) Phủ đồng cho mạch

- Kết thúc các bước trên, ta còn một bước cuối để có thể mang mạch đi in đó là bước phủ đồng cho mạch Ở đây, do thời gian hạn chế nên ta sẽ làm đơn giản nhất có thể là phủ đồng chân GND

- Các bước thực hiện để phủ đồng như sau:

+ Đầu tiên, chọn Place ➔ Chọn Polygon Pour Lúc nay ta phải vẽ khung để phủ đồng, ta sẽ vẽ khung bằng viền của hình bao Sau khi chọn để ủ đồng, cái phầph n

ta chọn sẽ mờ mờ màu trắng

Hình 25: Cắt phần

thừa của mạch

Hình 26: Mạch sau khi

cắt phần thừa

16

+ Tiếp theo, ta chọn Panels Properties Ta chọn Net là GND, Layer là ➔ ➔ Bottom Layer Các mục còn lại chọn như hình 27 dưới đây

- Sau khi thực hiện các thao tác trên, ta chọn Tools Polygon Pours Repour ➔ ➔ All để ủ đồng cho mạch.ph

- Sau khi phủ đồng, ta thấy mạch sẽ như sau:

Hình 27: Cài đặt để phủ đồng

Hình 28: Thao tác phủ đồng

17

Hình 29: ủ đồng thành công Ph

VI Kết luận chung:

- Quá trình thực tập vẽ mạch Altium đã giúp em học hỏi được nhiều kiến thức hay, bổ ích và tích lũy cho bản thân một số kinh nghiệm Em đã hiểu và học được các kiến thức về linh kiện (cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động), biết cách vẽ mạch nguyên lý và mạch in trên phần mềm Altium Trong 2 tuần thực tập, em rút ra được nhũng kinh nghiệm sau:

+ Vẽ mạch nguyên lý theo từng khối riêng rẽ, không vẽ tràn vào nhau

+ Sau khi đã vẽ xong mạch nguyên lý nên update sang mạch in từng khối và sắp xếp linh kiện cho hợp lý sau đó mới update các khối khác để tránh bị rối mạch + Việc sử dụng phím tắt sẽ giúp việc vẽ mạch nhanh hơn

+ Ở ế độ đi dây bằng tay khi đi dây xong nên kiểm tra lại kết nối dây với chân để ch tránh trường hợp chân chưa được nối với dây dẫn đến hở mạch mà không chạy được