CHƯƠNG III: DẠY HỌC MÔN THIẾT KẾ MẠCH BẰNG MÁY TÍNH
3.3. Xây dựng một số bài giảng cho môn “Thiết kế mạch bằng máy tính”
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu, tác giả thiết kế minh họa phần “Bài1: Cài đặt phần mềm trên máy tính” và ”Bài3: Thiết kế mạch in” thuộc môn học thiết kế mạch bằng máy tính. Nội dung bao gồm:
BÀI 1: CÀI ĐẶT PHẦN MỀM TRÊN MÁY TÍNH
Cài đặt phần mềm thiết kế mạchlà nội dung quan trọng trong chương trình môn thiết kế mạch bằng máy tính. Trong mục này chúng tôi vận dụng quy trình lớp học đảo ngược như 1.3 để thực hiện bài cài đặt phần mềm thiết kế mạch.
Bước 1. Trước giờ học trên lớp
GV hướng dẫn SV khai thác bài giảng trên mạng của Ts. Lê Văn Hiền Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai.
http://kiengiangtec.tailieu.vn/doc/giao-trinh-thiet-ke-mach-in-bang-may-tinh- nghe-dien-tu-cong-nghiep-trinh-do-cao-dang-tong-cuc-278600.html [18].
Hoặc xem video:
Hướng dẫn cài đặt Orcad 9.2
https://www.youtube.com/watch?v=mOvBlyH_cJw&index=1&list=PL9A4hT iILkraM8-JH7vyX_Ld-dMHUJkKx
57
Tạo linh kiện mới.
https://www.youtube.com/watch?v=8ldks3u7DHs&index=4&list=PL9A4hTiI LkraM8-JH7vyX_Ld-dMHUJkKx
Sau khi nghiên cứu lí thuyết bài giảng và xem các bài tập mẫu, SV có thể làm được các bài tập cơ bản có mức độ khó trung bình như
Bài tập 1: Hãy thực hiện các bước cài đặt phần mềm Orcad.
Lời giải như video: Hướng dẫn cài đặt Orcad 9.2
https://www.youtube.com/watch?v=mOvBlyH_cJw&index=1&list=PL9A4hT iILkraM8-JH7vyX_Ld-dMHUJkKx
Bài tập 2: Hãy thực hiện các bước tạo một linh kiện mới.
Lời giải như video: Tạo linh kiện mới.
https://www.youtube.com/watch?v=8ldks3u7DHs&index=4&list=PL9A4hTiI LkraM8-JH7vyX_Ld-dMHUJkKx
Bước 2.Trong giờ học trên lớp GV kiểm tra bài đã học
Dựa trên bộ câu hỏi đã soạn sẵn, vào giờ học trên lớp, GV sẽ cho SV làm kiểm tra nhanh, chọn 10 câu hỏi trắc nghiệm hình ảnh (xem phụ lục 2). Sinh viên làm trong5 phút10 câu hỏi, nội dung các câu hỏi này nhằm kiểm tra đánh giá quá trình tự học của SV ở nhà, là nội dung có chủ đề liên quan đến nội dung sắp thảo luận.
Nếu trong lớp số SV làm đúng 7- 10 câu đạt tỷ lệ 70% - 100% và không có SV làm dưới trung bình thì đảm bảo cho người GV chuyển sang hướng dẫn SV thảo luận chuyên sâu.
Nếu trong lớp số sinh viên làm đúng 5 – 7 câu đạt tỷ lệ 50% - 70% thì GV sẽ tiến hành chữa nhanh 10 bài trắc nghiệm đó trước khi hướng dẫn SV thảo luận chuyên sâu
Nếu tỷ lệ sinh viên làm bài dưới 5 câu tỷ lệ dưới 50%, thì chứng tỏ SV chuẩn bị ở nhà chưa đạt yêu cầu, GV phải chữa 10 câu trắc nghiệm đó đồng thời ôn lại kiến thức liên quan đến những câu trắc nghiệm đó.
58
Hoặc GV có thể đưa ra câu hỏi để kiểm tra sự chuẩn bị bài của SV khi tự học ở nhà như bài tập 3.
Bài tập 3: Khi em thực hiện cài đặt phần mềm Orcad có bị xảy ra lỗi không?
Đó là lỗi gì?.
Nếu SV đã nghiên cứu bài ở nhà sẽ dễ dàng trả lời được. Khi thực hành sẽ có trường hợp không gặp lỗi hoặc gặp lỗi, khi chưa tắt hết các chương trình diệt virut.
GV đưa ra tình huống có vấn đề cho SV suy nghĩ
Bài tập 4.Khi em thực hiện cài đặt phần mềm Orcad bị xảy ra lỗi thì phải xử lý như thế nào?
Lời giải:
Trong quá trình cài đặt phần mềm không thể tránh khỏi xảy ra lỗi.
Yêu cầu chúng ta nên tắt hết các chương trình diệt virut, nếu không thì trongquá trình cài đặt có thể xãy ra vài lỗi không mong muốn. Hình 3.1
Hình 3.1. Lỗicài đặt phần mềm
+ Chú ý khi cài phần mềm Orcad 9.2 cho Win 7: Click chuột phải và chọn thẻ Properties, chuyển qua Tab Compatibility và chọn như hình dưới.
59
Hình 3.2 Giao diện khi cài phần mềm Orcad 9.2 cho Win 7 Click Appy để hoàn xác nhận.
+ Chú ý khi Crack: Nếu xuất hiện dòng thông báo “ Fixed Patch finished – Success: All patches applied “ như hình 3.3 thì quá trình cài Crack đã thành công, nếu xuất hiện thông báo lỗi thì hãy kiểm tra lại các bước trên xem đã đúng chưa.
Hình 3.3Giao diện khi Crack
Lưu ý: Mỗi phiên bản có một cách cài đặt và Crack khác nhau.
GV đưa ra bài tập mẫu
Bài tập 5.Tạo một linh kiện mới: tạo IC 74LS138
60
Hình 3.4. IC 74LS138
- Từ File menu chọn New, sau đó chọn thẻ Library như hình 3.5
Hình 3.5 Màn hình hiện ra như sau (hình 3.6):
61
Hình 3.6
Tiếp theo, lưu thư viện vào một thư mục để dễ quản lý. Ta làm như hình 3.7 sau:
Hình 3.7
Hộp thoại Save As (hình 3.8) hiện ra, bạn đặt tên thư viện muốn tạo ra, tiếp theo là chọn đường dẫn chứa thư viện sau đó nhấn Save.
Hình 3.8
62
Khi này thư viện được tạo ra và nằm trong cử sổ quản lý. Các bạn sẽ thấy một thư mục Library được tạo ra, trong đó có một file LIBRARY1.OLB. Nhấp chuột phải vào đó và chọn New Part hình 3.9 để chuẩn bị tạo ra linh kiện mới.
Hình 3.9
Điền tên linh kiện vào và ở đây là con chip có thể định nghĩa kiểu nó là U (hình 3.10).
Hình 3.10
Khi các bạn bấm OK, từ cửa sổ Capture bạn sẽ thấy một đường bao ngoài với nét đứt (hình 3.11). Kiểu linh kiện được ghi ở phía trên là U?; Giá trị linh kiện được ghi phía dưới là <Value>.
63
Hình 3.11
Sau đó ta nhấp chuột vào biểu tượng Place Pin Array hộp thoại Place Pin Array (hình 3.12) hiện ra cho phép chúng ta tạo ra các chân của linh kiện. Linh kiện này có tất cả 16 chân, ta làm như sau:
- Starting Name là A, starting number 1, number of pins là 3, shape là đường vẽ chân linh kiện thường là liên tục nên chọn là line, type là loại nhóm chân chọn Input.
- Increment là tăng Starting Name và Starting number lên, ở đây đơn vị tăng lên là 1.
- Pin Space các chân đặt sát nhau nên chọn là 1.
- Ta tạo ra 8 chân linh kiện ở bên trái trước sau đó ta tạo tiếp 8 chân bên phải.
Hình 3.12
Nhấn vào OK, màn hình hiện ra như sau (hình 3.13):
64
Hình 3.13
Tiếp tục tạo thêm 8 chân bên phải linh kiện (hình 3.14)
Hình 3.14
Sau đó, chỉnh sửa tên của các chân cho đúng theo datasheet, ta nhấp đúp vào chân muốn đổi, bảng Pin Properties hiện ra (hình 3.15) rồi thực hiện các bước sau:
- Gõ tên vào ô Name, chọn kiểu chân hiển thị thì ta nhấp vào ô Shape sau đó chọn từ ô xổ xuống.
- Đối với các chân ngõ vào hoặc ngõ ra thì ở ô Type ta chọn kiểu Input hoặc Output cho chân tương ứng.
- Đối với các chân nguồn thì ở ô Type ta chọn kiểu Power rồi nhấp chọn vào ô Pin Visible.
65
Hình 3.15
Sau khi chỉnh sửa xong ta được kết quả như hình 3.16 sau:
Hình 3.16
Sau đó ta vẽ đường bao cho linh kiện, ta nhấp vào Place Rectangle rồi vẽ theo đường biên của linh kiện (hình 3.17).
Hình 3.17
66
Sau khi làm xong ta lưu lại kết quả, nhấn vào nút Close bên phải màn hình sau đó nhấn nút Save để lưu lại. Kết quả như hình 3.18 sau:
Hình 3.18
Đến đây việc update linh kiện mới đã hoàn thành.
Bước 3.Sau giờ học trên lớp
Kết thúc bước 2, GV ra bài tập cho SV làm ở nhà
Bài tập6:
Hãy cài đặt chương trình Orcad, khởi động chương trình và cài đặt các thông số cho bản vẽ, sau đó hãy tạo các linh kiện mới sau:
a) Led 7 đoạn b) LCD 16x2 c) PIC 16F877A
a) Led 7 đoa ̣n
67
b) LCD 16x2
c) Pic 16F887A
Bài tập sau giờ học trên lớp ở bài tập 6 phải có độ khó hơn bài tập đưa ra kiểm tra đầu giờ học trên lớp ở bài tập 5.
Sau bước 3, GV chuyển sang bước 1 để tạo bài giảng mới hoặc bổ sung video bài giảng cũ sao cho phù hợp với trình độ tiếp thu bài giảng của SV hiện tại. SV cũng chuyển về bước 1 để nghiên cứu video bài giảng mới của GV.
BÀI 3THIẾT KẾ MẠCH IN TRÊN MÁY TÍNH Bước 1. Trước giờ học trên lớp
GV hướng dẫn SV khai thác bài giảng trên mạng của Ts. Lê Văn Hiền Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai.
http://kiengiangtec.tailieu.vn/doc/giao-trinh-thiet-ke-mach-in-bang-may-tinh- nghe-dien-tu-cong-nghiep-trinh-do-cao-dang-tong-cuc-278600.html [18].
68
Hoặc xem video:Thiết kế mạch
inhttps://www.youtube.com/watch?v=hQpiCYsQIJQ&index=5&list=PL9A4hTiILk raM8-JH7vyX_Ld-dMHUJkKx
Sau khi nghiên cứu lí thuyết bài giảng và xem các bài tập mẫu, SV có thể làm được các bài tập cơ bản có mức độ khó trung bình như
Bài tập 1: Hãy thực hiện các bước khi thiết kế mạch in.
Lời giải như video:Thiết kế mạch in với OrCAD
https://www.youtube.com/watch?v=bgRY2EaQKrk&t=619s Bước 2.Trong giờ học trên lớp
GV kiểm tra bài đã học
Dựa trên bộ câu hỏi đã soạn sẵn, vào giờ học trên lớp, GV sẽ cho SV làm kiểm tra nhanh, chọn 10 câu hỏi trắc nghiệm hình ảnh (xem phụ lục 2). Sinh viên làm trong 5 phút10 câu hỏi, nội dung các câu hỏi này nhằm kiểm tra đánh giá quá trình tự học của SV ở nhà, là nội dung có chủ đề liên quan đến nội dung sắp thảo luận.
Nếu trong lớp số SV làm đúng 7- 10 câu đạt tỷ lệ 70% - 100% và không có SV làm dưới trung bình thì đảm bảo cho người GV chuyển sang hướng dẫn SV thảo luận chuyên sâu.
Nếu trong lớp số sinh viên làm đúng 5 – 7 câu đạt tỷ lệ 50% - 70% thì GV sẽ tiến hành chữa nhanh 10 bài trắc nghiệm đó trước khi hướng dẫn SV thảo luận chuyên sâu.
Nếu tỷ lệ sinh viên làm bài dưới 5 câu tỷ lệ dưới 50%, thì chứng tỏ SV chuẩn bị ở nhà chưa đạt yêu cầu, GV phải chữa 10 câu trắc nghiệm đó đồng thời ôn lại kiến thức liên quan đến những câu trắc nghiệm đó.
Hoặc GV có thể đưa ra câu hỏi để kiểm tra sự chuẩn bị bài của SV khi tự học ở nhà như bài tập 2.
Bài tập 2: Thông thường có mấy cách để tạo mạch in trên máy tính bằng phần mềm Orcad 9.2? Trong video sử dụng cách nào?
Nếu SV đã nghiên cứu bài ở nhà sẽ dễ dàng trả lời được là có 2 cách.
69
+ Cách 1: vẽ sơ đồ nguyên lý ma ̣ch điê ̣n trên capture sau đó xuất ra layout để chỉnh sửa và ta ̣o ma ̣ch in cho ma ̣ch điê ̣n.
+ Cách 2: vẽ trực tiếp sơ đồ ma ̣ch điê ̣n trên layout, sau đó chỉnh sửa để hoàn thiê ̣n ma ̣ch in.
Trong videoclip sử dụng cách 1:
GV đưa ra tình huống có vấn đề cho SV suy nghĩ
Bài tập 3.Khi thực hiện thiết kế mạch in trên máy tính bằng phần mềm Orcad theo cách 1 có bao nhiêu bước và trình tự thực hiện như thế nào?
Lời giải:
Khi thực hiện thiết kế mạchin trên máy tính bằng phần mềm Orcad theo cách 1 có 7 bước. Để tạo mạch in trên máy tính bằng layout sau khi có file capture của mạch điê ̣n, ta có các bước sau:
Đầu tiên ta phải khởi động chương trình Orcad Layout Bước 1: Tạo File thiết kế mới
- Từ cửa sổ Orcad Layout, nhấn vào File menu chọn New cửa sổ Load Template File hiện ra yêu cầu chúng ta nhập File DEFAULT.TCH. Chúng ta vào thư mục cài đặt Orcad để lấy.
- Hộp thoại Load Netlist Source, tìm file *.MNL.
Bước 2: Liên kết Footprint
- Tìm các footprint trong thư viện.
Sau khi đã tìm được Footprint tất cả các linh kiện ta đã hoàn thành việc tạo board thiết kế mới.
Bước 3: Chỉnh sửa chân linh kiện
- Chọn Footprint linh kiện cần thay đổi trên board mạch vừa tạo, sau đó nhấn chuột phải và chọn Properties. Tuy nhiên, nếu các footprint có trong Select Footprint đó không phù hợp thì chúng ta phải tạo mới footprint đó cho phù hợp về kích thước của linh kiện.
70
- Tạo mới chân linh kiện: ta có thể tự tạo linh kiện mới bằng cách nhấn vào vào menu File chọn Library manager. Dựa vào Datasheet biết khoảng cách giữa các chân để xác định vị trí cho các chân còn lại và kích thước linh kiê ̣n.
Bước 4: Thiết lập đơn vị đo và hiển thị, đo kích thước board mạch
- Đây cũng là đơn vị thể hiện độ rộng của đường mạch in trong board mạch.
Mục đích của vấn đề này là giúp cho người thiết kế quản lý được kích thước của các nets trong board mạch cũng như kích thước của board outline.
- Đo kích thước board mạch.
Bước 5: Thiết kế sơ đồ bố trí linh kiện - Tắt DRC.
- Ẩn các đường dây.
- Ẩn chữ
- Sắp xếp linh kiện: chúng ta nên sắp xếp linh kiện theo sơ đồ nguyên lý để thuận tiện quan sát và đi dây hơn. Mạch điện nên sắp xếp theo từng cụm như nguồn, tính hiệu, ic, khối ngõ ra...
Bước 6: Chọn lớp và vẽ các đường mạch in.
- Chọn lớp mạch in
- Vẽ các đường mạch in: thiết lập khoảng cách giữa các đường mạch, thiết lập độ rộng đường mạch in, vẽ các đường mạch in, thay đổi kích thước đường mạch.
Bước 7: Vẽ đường biên, đặt tên và phủ đồng cho mạch in GV đưa ra bài tập mẫu
Bài tập 4.Thiết kế trên máy tính ma ̣ch in sau.
71
Hình 3.19. Mạch dao động đa hài
Đầu tiên ta phải khởi động chương trình Orcad Layout Khởi động OrCAD với chương trình Layout Plus
- Start ->AllPrograms->Orcad Family Release 9.2 ->Layout - Click vào biểu tượng trên màn hình Desktop
Màn hình làm việc của Layout Plus như sau (Hình 3.20)
Hình 3.20
Tạo bản thiết kế mới
Để tạo một bản thiết kế mới, vào menu File -> New hoặc từ biểu tượng trên thanh công cụ. Xuấthiện hộp thoại Load Template File, ta nhập vào file Template theo đường dẫn mặc định:C:\Program Files\Orcad\Layout_Plus\Data
72
File template là file định dạng một số thông số mặc định cho board mạch, như số lớp board mạch,khoảng cách đi dây, kích thước đường mạch, quy định thiết kế, được sử dụng xuyên suốt trong quátrình vẽ mạch với Layout. Nếu là một board bình thường thì bạn chọn file default.tch ( hoặcjump6238.tch sẽ giúp quá trình chạy mạch hiệu quả hơn , các jumper sẽ không cắt ngang IC,…). Còn nếu bạn muốn thiết kế board mạch riêng theo hình dạng cụ thể, như Sound Card, Lan card,... thì load các filetemplate khác. Nhấn Open để thực hiện load file .TCH (Hình 3.21)
Hình 3.21
Xuất hiện hộp thoại Load Netlist Source yêu cầu bạn chọn file netlist có đuôi .MNL đã được tạo trongOrCAD Capture. Nhấp Open để chọn mở file Netlist (Hình 3.22)
73
(Hình 3.22)
Tại hộp thoại Save File As bạn nhập vào đường dẫn và tên file mà bạn muốn lưu thiết kế của mình. Mặcđịnh Layout Plus sẽ đặt tên file mặc định trùng với file netlist và lưu trong thư mục chứa project đó.
Nhấp Saveđể lưu(Hình 3.23)
(Hình 3.23)
Liên kết Footprint
+ Trong hộp thoại Link Footprint to Component có thông báo là không thể tìm thấy chân linh kiện Q1có tên T0-92MOD (Hình 3.24)
74
(Hình 3.24)
Nhấp chuột vào Link existing fooprint to component... Trong hộp thoại Footprint for T0-92MOD, tại khungLibraries chọn TO, khung Footprints chọn T092MOD- HONG nhấn OK (Hình 3.25)
(Hình 3.25)
Khi hoàn thành liên kết đến các footprint với linh kiện,
OrCAD Layout tự động load các footprint như hình vẽ: (Hình 3.26)
75
(Hình 3.26) Footprint trên board mạch
Khi các fooprint được load, nếu không đúng với yêu cầu thiết kế thì phải chỉnh sửa hoặc tạo mới chânlinh kiện cho phù hợp
Chỉnh sửa fooprint
(Hình 3.27)
Chọn linh kiện cần thay đổi trên board mạch vừa load, sau đó nhấp chuột phải chọn Properties hoặc nhấp đôi chuột vào linh kiện.
76
Hộp thoại Edit Component xuất hiện, ở đây bạn có thể sửa lại tên và giá trị linh kiện, Nhấp chuột vào Footprint... để thay đổi footprint. Từ hộp thoại Select Footprint ta có thể lựa chọn các footprint thích hợp.(Hình 3.28)
(Hình 3.28) Nhấn OK
(Hình 3.29)
Thiết lập đơn vị đo và hiển thị.
Cách làm như sau: VàoOptions -> System settings. Bạn sẽthấy hộp thoại sau xuất hiện: Ở đây bạn nên chọn đơn vị là Millimeters(mm). (Hình 3.30)
77
(Hình 3.30)
Đo kích thước board mạch
VàoTool -> Dimension -> Select ToolSau đó đo độ dài và độ rộng của đường bao.Để định nghĩa Layer Stack, bạn chọn View Spreedsheet từ Toolbar
Nhấp Layers để chọn lớp vẽ, ở đây bạn chọn lớp TOP, INNER1,INNER2, click chuột phải chọn Properties(Hình 3.31)
(Hình 3.31) Chọn như sau và OK
78
(Hình 3.32)
Thiết lập khoảng cách giữa các đường mạch
Để thiết lập những luật về khoảng cách cho pads, tracks và vias. Bạn chọn View Spreedsheet từ Toolbar. Chọn Strategy -> Route Spacing.
Từ menu pop up chọn Properties:(Hình 3.33)
(Hình 3.33) Xuất hiện hộp thoại: Edit Spacing
Ở đây bạn có thể điều chỉnh các thông số cho phùhợp. Cần chú ý đơn vị đo mà bạn đã thiết lập ở trên.Chọn OK.
Thiết lập độ rộng đường mạch in
Vào View Spreedsheet → Nets. Bôi đen tất cả, chọn Properties
79
Hộp thoại Edit Net cho phép ta chỉnh các thông số của Nets (Hình 3.34)
(Hình 3.34)
Vẽ đường bao
Click chuột vào Obstacle Tool, sau đó click vào một góc mà bạn muốn vẽ Outline, con chuột chuyểnthành dấu cộng nhỏ, click phải, chọn Properties sẽ hiện ra hộp thoại sau:(Hình 3.35)
(Hình 3.35) Bạn chọn như hình vẽ. Sau đó chọn OK.
Click vào 4 góc của khung mà bạn muốn vẽ, sau đó nhấn ESC.(Hình 3.36)