Khởi động chương trình: nhấp chọn Start > All programs > Orcad 10.5 > Orcad CIS.
Màn hình làm việc của chương trình Orcad Capture xuất hiện như hình 3.1.
Hình 3.7: Giao diện Orcad Capture CIS.
Tạo trang thiết kế mới
Muốn thiết kế một sơ đồ phải tạo một trang dự án mới, trên thanh trình đơn nhấp File > New > Project.
Hình 3.8: Tạo trang thiết kế mới.
Hộp thoại New Project xuất hiện, khung Name nhập tên sơ đồ thiết kế “Mach 555”. Chọn Schematic trong khung Create a New Project Using. Trong khung Location, chọn đường dẫn đến thư mục lưu sơ đồ, nhấp nút Browse.
Hình 3.9: Hộp thoại New Project.
Cửa sổ Select Directory xuất hiện, trong khung Drives nhấp chọn chọn ổ đĩa lưu bài thiết kế. Ở đây ví dụ tôi chọn ổ đĩa và thư mục như hình 3.10.
Hình 3.10: Cửa sổ Select Directory.
Hình 3.11: Chọn thư mục lưu.
Cửa sổ New Project xuất hiện lại nhấn OK.
Hình 3.12: Hộp thoại New Project sau khi chọn xong thư mục lưu.
Hình 3.13: Màn hình chính Capture CIS.
Định dạng trang thiết kế: Chọn đơn vị đo và kích thước trang thiết kế
Trên thanh menu, nhấp chọn Options > Design Template…
Hộp thoại Design Templates xuất hiện, chọn tab Page Size. Chọn các yếu tố trong khung như hình rồi nhấn OK.
Hình 3.14: Hộp thoại Design Templates.
Lấy các linh kiện cho sơ đồ
− Mở thư viện linh kiện
Trên thanh menu, nhấp chọn Place > Part… hay nhấp biểu tượng Place part từ thanh công cụ bên mép phải màn hình thiết kế.
Hộp thoại Place Part xuất hiện, nhấp nút Add Library để mở các thư viện. Hộp thoại Browse File xuất hiện, chọn tất cả các thư viện rồi nhấn Open.
Hình 3.15: Hộp thoại Browse File.
− Lấy linh kiện cho sơ đồ
Trong hộp thoại Place Part, khung Libraries chọn tất cả các thư viện. Ở ô Place Part gõ vào từ khóa linh kiện muốn lấy. Ví dụ như điện trở thì gõ R, tụ điện gõ Cap,… Sau đó chọn linh kiện phù hợp và nhấn OK.
Sau khi chọn xong linh kiện, di chuyển chuột vào vùng thiết kế, nhấp đặt linh kiện ở các vị trí thích hợp như hình 3.17. (Chú ý: nếu linh kiện không ở vị trí thuận lợi cho việc sắp xếp có thể xoay linh kiện bằng cách nhấn phím tắt R.)
Hình 3.17: Vị trí các linh kiện sau khi sắp xếp xong.
Để thuận tiện cho việc vẽ mạch in sau này, tôi thực hiện gán chân cho linh kiện. Vào Start > All programs > Orcad 10.5 > Layout Plus.
Màn hình làm việc của chương trình Orcad Layout Plus xuất hiện như hình 3.18.
Hình 3.18: Giao diện Orcad Layout PLus
Trên thanh menu chọn Tools > Library Manager, màn hình Library hiện lên như hình 3.19.
Hình 3.19: Giao diện Library Mananger.
Ở khung Libraries chọn Add… hiện ra khung Add Library. Chọn tất cả thư viện Layout có đuôi .llb và nhấn Open để thêm. Lúc này thư viện đã được thêm vào Libraries. Nhấp chọn thư viện thích hợp, ở khung Footprints, gõ từ khóa của linh kiện để tìm chân linh kiện phù hợp. Ví dụ như hình 3.20.
Hình 3.20: Khung Libraries sau khi thêm thư viện layout.
Nhấp vào tên linh kiện có chân phù hợp, sau đó copy tên Footprint từ ô Footprints. Ví dụ tôi chọn chân điện trở như hình 3.21.
Hình 3.21: Chọn Footprint cho điện trở.
Tiếp theo, tôi quay lại màn hình của Orcad Capture CIS. Chọn linh kiện mà tôi cần gắn chân, nhấp đúp thì hiện ra màn hình Property Editor. Ở khung PCB Footprint tôi dán tên chân linh kiện vừa copy vào. Nhấn Close để thoát màn hình.
Hình 3.22: Dán Footprint cho linh kiện.
Tiếp tục thực hiện các bước trên cho đến khi toàn bộ linh kiện đã được dán đầy đủ chân linh kiện. Việc làm này nhằm tránh thực hiện việc khai báo chân khi tạo file .max sau này.
Tiếp theo, tôi sẽ đi dây cho sơ đồ. Ở cột bên phải của Orcad Capture ta chọn nút Place Wire.
Lúc này, con trỏ chuột biến thành hình dấu (+), di chuyển chuột đến chân linh kiện cần nối nhấp kéo đến chân linh kiện thứ hai, nhấp chuột để kết thúc. Khi dây nối được bắt dính, tại các chân linh kiện xuất hiện các chấm tròn nhỏ màu đỏ. Trong quá trình nối dây nếu muốn thoát lệnh này thì nhấn phím Esc.
Hình 3.23: Đi dây cho linh kiện.
Thực hiện tương tự, ta được sơ đồ nguyên lý như hình 3.24.
Hình 3.24: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung dùng IC 555.
Sau khi vẽ sơ đồ nguyên lý xong, nhấp biểu tượng Save document lưu sơ đồ đã vẽ.
Nhấp nút Project Manager để tiện việc kiểm tra sơ đồ và tạo ta file có đuôi .MNL trong thiết kế mạch in.
Lúc này bên trái giao diện xuất hiện cây thư mục chỉ đường dẫn đến sơ đồ, chọn PAGE1 sau đó nhấp biểu tượng Design rules check.
Hình 3.25: Giao diện Project Manager.
Hộp thoại Design Rules Check xuất hiện, thiết lập các thông số như hình 3.36 và nhấn OK.
Hình 3.26: Hộp thoại Design Rules Check.
Hộp thoại Create Netlist xuất hiện, chọn tab Layout, thiết lập các thông số như hình 3.27 rồi nhấp OK.
Hình 3.27: Hộp thoại Create Netlist.
Bảng thông báo Orcad Capture xuất hiện thông báo đường dẫn lưu file thiết kế, nhấp OK để tiếp tục.
Hình 3.28: Thông báo đường dẫn lưu file thiết kế.
Lúc này trong thư mục Outputs của cây thư mục xuất hiện hai file thiết kế có định dạng là .drc và .mnl như hình 3.29.
Hình 3.29: Vị trí hai file .drc và .mnl.
Nhấp đúp vào PAGE1 ta sẽ quay lại màn hình thiết kế. Nhấn Save Document để lưu, Quá trình thiết kế sơ đồ nguyên lý kết thúc. Tiếp theo tôi thực hiện vẽ mạch in.
3.2.2 Thiết kế mạch in
Khởi động chương trình Layout như đã thực hiện ở phần dán chân linh kiện. Để tạo một trang thiết kế mạch in mới ta vào File > New trên thanh menu. Hộp thoại AutoECO xuất hiện.
Hình 3.30: Hộp thoại AutoECO.
Ở khung Input Layout TCH or TPL or MAX file nhấp Browse. Lúc này hiện lên hộp thoại Input Layout MAX file, nhấp chọn file _default.tch và nhấn Open.
Hình 3.31: Hộp thoại Input Layout MAX File.
Khung Input Layout TCH or TPL or MAX file xuất hiện file đã chọn. Tiếp tục nhấp nút Browse ở khung Input MNL netlist file. Hộp thoại Input Layout Max File xuất hiện. Chọn nơi lưu file .MNL đã tạo ở mục trước và nhấp Open.
Hình 3.32: Chọn file .MNL đã tạo ở sơ đồ nguyên lý.
Khung Output Layout MAX file xuất hiện file xuất ra theo tên của sơ đồ đã lưu, có định dạng .max và nhấn Apply ECO.
Hình 3.33: Hộp thoại AutoECO hoàn chỉnh.
Bảng AutoECO xuất hiện cho biết thông số các linh kiện đã lựa chọn. Nhấp chọn Accept this ECO để tiếp tục.
Hộp thoại AutoECO xuất hiện thông báo cho biết chương trình đã hoàn thành việc xử lý, nhấp OK để tiếp tục.
Hình 3.35: Thông báo đã hoàn thành việc xử lý.
Màn hình thiết kế Design của chương trình hiển thị, nhấp chọn nút Zoom All từ thanh công cụ để xem toàn bộ mạch in rõ hơn. Tiếp theo, cần nhấn nút Online DRC trên thanh menu để chuyển nó sang trạng thái tắt có màu đen để tránh gây ra các lỗi về sau.
Hình 3.36: Giao diện Orcad Layout sau khi tạo file .max.
Để việc đi dây được thuận tiện, tôi thực hiện sắp xếp lại linh kiện. Muốn sắp xếp, nhấp nút Component Tool trên thanh công cụ. Sau đó chỉ việc nhấp vào linh kiện cần di chuyển và thả ở nơi thích hợp. Trong quá trình sắp xếp có thể xoay linh kiện bằng phím tắt R. Sau khi di chuyển xong một linh kiện nên nhấn phím tắt M để tối ưu hóa đường dây nối. Sau khi sắp xếp xong tôi được mạch hình 3.37.
Hình 3.37: Sau khi sắp xếp xong linh kiện.
Chọn lớp để vẽ mạch in
Muốn chọn lớp để vẽ mạch in nhấp chọn nút View Spreasheet trên thanh công cụ rồi chọn Layers khi đó khung Layers xuất hiện như sau.
Hình 3.38: Khung Layers.
Trong đó TOP là mặt trên, BOTTOM là mặt dưới, các lớp INNER1 đến 12 là các lớp giữa hai lớp trên. Chú ý rằng chỉ điều chỉnh chọn lớp ở các lớp này, các mục
khác không được điều chỉnh nếu như không có yêu cầu đặc biệt nào. Nếu muốn hay không muốn sử dụng lớp nào trong thiết kế mạch in thì nhấp chọn khung tương ứng ở cột Layer Type, nhấp phải chuột chọn Properties. Khung Edit Layer xuất hiện như hình 3.39.
Hình 3.39: Khung Edit Layer.
Nếu chọn đi dây trên lớp này thì đánh dấu vào dòng Routing Layer trong bảng Layer Type. Ngược lại, nếu không muốn sử dụng lớp này thì ta chọn Unused Routing. Chọn xong nhấn OK để kết thúc việc chọn lớp vẽ mạch in. Ở mạch 555 tôi chỉ sử dụng mặt dưới để vẽ, các mặt còn lại không sử dụng.
Nhấp Close để tắt màn hình chọn lớp. Tiếp theo tôi chọn kích cỡ dây cho mạch in. Nhấp chọn nút View Spreadsheet > Nets. Hộp thoại Nets xuất hiện. Muốn thay đổi kích thước dây nào thì chọn ô tương ứng với dây đó ở cột Width Min Con Max và nhấp phải chọn Properties từ trình đơn xổ xuống.
Hình 3.41: Hộp thoại Nets.
Hộp thoại Edit Net xuất hiện, nhập vào ba ô Min Width, Conn Width, Max Width kích thước dây phù hợp. Nên chọn kích thước của dây nguồn và nối đất là 50 mils cho cả ba ô. Các dây còn lại thì 20 đến 30 mils là phù hợp. Sau đó nhấp OK.
Hình 3.42: Hộp thoại Edit Net.
Các thông số được thay thế ở khung Width Min Con Max, nhấp Close đóng hộp thoại.
Hình 3.43: Hộp thoại Net sau khi điều chỉnh các thông số.
Để chạy dây tự động cho mạch cần vẽ Board Outline cho mạch. Chọn Obstacle Tool. Sau đó, di chuyển con trỏ vào vùng thiết kế. Nhấp chuột phải chọn New. Nhấp chuột phải lần nữa chọn Properties. Bảng Edit Obstacle hiện ra. Chọn các thông số như hình và nhấp OK.
Hình 3.44: Hộp thoại Edit Obstacle.
Di chuyển con trỏ tới nơi thích hợp và nhấp, giữ và kéo chuột sao cho đường bao màu vàng phải chạy xung quanh mạch và kín. Tiếp theo tôi chạy dây tự động cho mạch như sau. Vào Auto > Autoroute > Board. Khi chạy dây xong sẽ hiện thông báo như hình 3.45. Nhấp OK để tiếp tục.
Hình 3.45:Thông báo đã chạy dây xong.
Khi đó mạch in tôi vẽ được như hình 3.46.
Hình 3.46:Mạch in mạch tạo xung dùng IC 555 hoàn chỉnh.
Đến đây thì việc thiết kế mạch in đã kết thúc. Tôi lưu file lại và mang đi thi công.
3.3 Mạch đo tần số
Sơ đồ nguyên lý và mạch in được thực hiện tương tự qua các bước trên, tôi được sơ đồ nguyên lý và mạch in như hình 3.47 và 3.48.
Hình 3.47: Sơ đồ nguyên lý mạch đo tần số.
3.4 Thi công mạch in bằng phương pháp ủi thủ công. 3.4.1 In mạch 3.4.1 In mạch
Công việc đầu tiên của quá trình thi công là in mạch. Ở khâu này chỉ đơn giản lấy file .max đã được tạo ở phần thiết kế mạch in bằng Orcad đến chỗ in. Tuy nhiên, không phải mọi chỗ in sao tài liệu đều đáp ứng yêu cầu này. Có thể khắc phục bằng cách xuất file .pdf từ file .max, nhưng lại dẫn đến việc in mạch không đúng kích thước với thiết kế dẫn đến việc thi công thất bại. Hiện tại, có hai địa điểm đáp ứng khá tốt yêu cầu là: tiệm in Lam Sơn trên đường Đồng Nai và tiệm in ở Lữ Gia, thành phố Hồ Chí Minh. Nên in nhiều bản để khi thực hiện ủi mạch có sai sót gì thì có bản thay thế.
3.4.2 Cắt board
3.4.2.1 Cắt phần Layout từ giấy in
Cắt phần Layout theo đường nét bao bên ngoài, tức đường Board Outline mà đã vẽ khi thiết kế mạch in.
3.4.2.2 Chuẩn bị board đồng
Thường chọn loại L, cỡ 20x30 cm. Dùng thước đo trước khoảng mạch cần ủi trên board đồng, và dùng thước kẻ khung bản mạch cần ủi. Sau đó, cắt theo đường đã vẽ. Chú ý: sau khi cắt mạch trên đến độ sâu từ ½ đến 1/3 độ dày board thì lật mặt sau cắt theo đường đó, tránh trường hợp chỉ cắt một mặt, khi bẻ, mặt sau sẽ không đẹp.
Sau khi cắt xong, dùng tay bẻ nhẹ được mảnh board cần ủi.
3.4.3 Ủi mạch
Dùng giấy nhám chà board nhằm đánh hết phần đồng oxi hóa để mực dễ dính lên. Yêu cầu cần đạt là sau khi đánh board phải sạch và sáng. Dùng tay thoa nhựa thông lỏng lên bề mặt board một lớp mỏng giúp việc truyền nhiệt tốt hơn. Sau đó dùng khăn giấy lau sạch bề mặt board. Gấp các nếp giữa giấy và board sao cho mạch sau khi ủi nằm đúng vị trí, sau đó dùng băng dán cố định lại. Dùng bàn ủi (chỉnh độ nóng cực đại) kéo từ từ: từ mép này sang mép kia, mức độ đè vừa phải. Ủi cho đến khi các đường nét mạch hằn lên thì dừng lại, với board cỡ 6x8 cm thì khoảng 5 phút là được.
Chú ý:
− Cần chú ý dùng mũi bàn ủi và các phần gần cạnh bàn ủi ủi kỹ phần trung tâm mạch và các mép ngoài.
− Phần quét nhựa thông có thể bỏ qua. Mục đích của việc quét nhựa thông nhằm tiết kiệm thời gian ủi và ủi dễ dàng hơn.
− Tránh đè mạnh quá mức bàn ủi có thể làm giấy trượt trên board gây hỏng board, hay dùng mũi bàn ủi chà mạnh sẽ gây rách giấy.
3.4.4 Ngâm
Board sau khi ủi xong đem ngâm vào nước sạch, chờ khoảng 2 phút cho giấy mềm và rã ra. Lấy board ra rồi lột giấy từ từ, chậm và nhẹ nhàng. Sau đó dùng giấy thấm cho mạch khô rồi và dùng bút lông kẻ lại vết mực đã mất.
Tiếp theo, ngâm mạch vào nước đã pha bột sắt, nhớ úp mặt board đồng xuống dưới rồi lắc nhẹ. Nếu lắc liên tục thì khoảng 10 phút ta được mạch, còn 3 phút lắc một lần thì thời gian lâu hơn. Dùng giấy nhám chà mực ra, việc chà mực sẽ nhanh hơn nếu dùng axeton.
3.4.5 Khoan
Để khoan cho dễ nên kê mạch lên cao. Đưa mũi khoan lại gần lỗ cần khoan rồi bấm nút để khoan. Cần chú ý tránh run tay, khoan dứt khoát vì nếu khoan sai sẽ phá hỏng pad đồng.
3.4.6 Hàn linh kiện
Đây là công đoạn cuối trong quá trình thi công mạch in. Cách hàn như sau: để phần mũi hàn tiếp xúc với cả pad đồng và chân linh kiện, chờ 1 lúc cho pad nóng lên, rồi vừa đưa chì hàn vừa xoay mũi hàn và gạt dứt khoát mũi hàn ra là được.
Tôi vừa trình bày các bước để thiết kế và thi công một mạch điện tử bất kỳ. Vậy thì kết quả có đúng như mong đợi hay không, tôi sẽ làm rõ qua chương tiếp theo.
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ
Chương này trình bày các kết quả thu được từ thực nghiệm của mạch tạo xung dùng IC 555 và máy đo âm tần hiển thị số.
4.1 Mạch đo tần số
4.1.1 Thực hành trên Testboard
Hình 4.1: Kết quả thực hành trên Testboard.
4.1.2 Mạch sau khi gia công và hàn linh kiện
4.1.3 Máy đo tần số hoàn chỉnh
Hình 4.3: Máy đo tần số hoàn chỉnh.
4.2 Mạch tạo xung dùng IC 555
4.2.1 Thực hành trên Testboard và quan sát tín hiệu qua dao động ký điện tử tử
Hình 4.5: Quan sát tín hiệu do mạch tạo xung tạo ra qua dao động ký.
4.2.2 Mạch tạo xung hoàn chỉnh
Hình 4.6: Mạch tạo xung sau khi thi công, hàn linh kiện.
4.3 Đo tần số từ mạch phát xung 555 sử dụng máy đo tần số 4.3.1 Thực hành trên Testboard 4.3.1 Thực hành trên Testboard
4.3.2 Kết quả thực nghiệm
Hình 4.8: Kết quả thực nghiệm.
4.4 Đo tần số từ máy phát xung chuẩn