Giáo trình Vẽ mạch điện tử gồm các nội dung chính như sau: Cài đặt phần mềm Altium Designer; Vẽ mạch điện nguyên lý; Vẽ mạch in; Tạo thư viện trong Altium Designer. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình!
Trang 1ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG
(Ban hành theo Quyết định số: 630/QĐ-CĐN ngày 05 tháng 4 năm 2022
của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang)
An Giang, Năm 2022
Trang 2LỜI GIỚI THIỆU
Hiện nay trên thị trường có khá nhiều phần mềm thiết kế và vẽ mạch điện tử như ORCAD, PROTEUS, EAGLE, ALTIUM … Mỗi phần mềm đều cung cấp sẳn
bộ ký hiệu linh kiện và footprint riêng Trong đó ALTIUM là phần mềm có khá nhiều ưu điểm như: Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động theo thuật toán tối ưu, hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự, mô phỏng mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực trong không gian 3 chiều, …
Do đó chúng tôi đã sử dụng Altium làm phần mềm thiết kế và vẽ mạch điện
tử trong giáo trình này Nội dung giáo trình chia làm 4 phần:
- Hướng dẫn cài đặt Altium Designer 16
- Vẽ mạch nguyên lý (Schematic Design)
An Giang, ngày 02 tháng 5 năm 2020
Tác giả
Đỗ Tùng Sang
Trang 3MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU 1
Bài 1 Cài đặt phần mềm Altium Designer 4
I Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer 4
II Các bước cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer 4
Bài 2 Vẽ mạch điện nguyên lý 9
I Giao diện chính 9
II Tạo Project thiết kế mạch 10
III Mạch nguyên lý 11
1 Giới thiệu chung 11
2 Thiết lập trang vẽ 12
3 Các đối tượng trong SCH Editor (Schematic Editor) 13
4 Các Panel thường sử dụng trong môi trường SCH Editor 35
5 Các chức năng và công cụ hỗ trợ 38
IV Thực hành vẽ mạch nguyên lý 41
Bài 3 Vẽ mạch in 51
I Giao diện chính 51
II Qui trình vẽ mạch in 51
1 Tạo mới một bản vẽ PCB 51
2 Cập nhật (Update) từ bản vẽ nguyên lý sang bản vẽ mạch in 53
3 Sắp xếp linh kiện 54
4 Đặt luật chạy mạch (Rule) 58
5 Đi đường mạch 68
III In ấn 73
IV Thực hành vẽ mạch in 75
Bài 4 Tạo thư viện trong Altium Designer 76
I Tạo thư viện nguyên lý 76
II Tạo thư viện chân linh kiện 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
Trang 4GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ
Mã mô đun: MĐ16
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
- Vị trí: Vẽ mạch điện tử là mô đun thuộc nhóm môn học cơ sở, được bố trí giảng dạy sau các môn học Linh kiện điện tử, Mạch tương tư, Mạch xung, Kỹ thuật điện, Mạch số, …
- Tính chất: Vẽ mạch điện tử là mô đun bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
- Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Vẽ mạch điện tử là mô đun hỗ trợ sinh viên thiết kế và thi công các mạch điện tử dùng cho các mô đun/môn học khác trong chương trình học
Mục tiêu của mô đun:
+ Sinh viên có khả năng thiết kế mạch in đúng các yêu cầu kỹ thuật;
+ Sinh viên có khả năng tạo thư viên nguyên lý và chân linh kiện;
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc;
+ Hình thành tính cẩn thận chính xác logic khoa học
Trang 5phiên bản cài đặt để sử dụng tốt nhất và tối đa tính năng của chương trình
Mục tiêu:
Sau khi học bài học này, người học có khả năng:
- Trình bày chính xác qui trình cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer;
- Thực hiện cài đặt được phần mềm vẽ mạch điện tử;
- Rèn luyện tính tỉ mỉ, chính xác và an toàn
Nội dung chính:
I Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer
Altium Designer là một phần mềm thiết kế tích hợp được phát triển bởi Altium Limited – Canada Nó bao gồm tất các những công cụ cần thiết cho một bản thiết kế điện tử hoàn thiện, ví dụ như công cụ thiết kế bản vẽ nguyên lý, bản vẽ mạch in, mô phỏng mạch điện, phân tích tín hiệu, môi trường lập trình VHDL, môi trường thiết kế và phát triển hệ thống nhúng FPGA,
Các phiên bản trước đây của Altium Designer gồm có: DXP2002, DXP2004, Summer 08, Winter 09, Summer10, và mới đây nhất là Altium Designer 19
Giáo trình này được viết dựa trên phiên bản Altium Designer 16 và đề cập
tới các vấn đề:
- Vẽ mạch nguyên lý (Schematic Design)
- Vẽ mạch in (PCB Design)
- Vẽ và thiết kế thư viện nguyên lý (Schematic Library)
- Vẽ và thiết kế thư viện chân linh kiện (PCB Library)
II Các bước cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử Altium Designer
* Bước 1: Chạy AltiumDesigner16Setup.exe
Hình 1.1 File cài đặt Altium
Trang 6* Bước 2: Nhấn Next
Hình 1.2 Màn hình chào khi cài đặt
* Bước 3: Chọn ngôn ngữ tại mục Select language > Tích vào I accept the
agreement > Next
Hình 1.3 Chọn ngôn ngữ
Trang 7* Bước 4: Chọn các công cụ mà bạn muốn cài > Next
Hình 1.4 Tùy chọn các công cụ Bước 5: Chọn thư mục cài > Next
Hình 1.5 Chọn thư mục cài đặt
Trang 8* Bước 6: Nhấn Next
Hình 1.6 Màn hình xác nhận bắt đầu quá trình cài đặt
* Bước 7: Đợi cho quá trình cài đặt Altium Designer 16.0.5 hoàn tất
Hình 1.7 Quá trình cài đặt Altium Designer
Trang 9Sau khi quá trình cài đặt hoàn tất > Bỏ chọn Run Altium Designer > Finish
Hình 1.8 Kết thúc cài đặt
III Thực hành cài đặt phần mềm
Người học hãy tiến hành cài đặt phần mềm Altium Designer 16 theo hướng dẫn trên
Trang 10sử dụng Khi mới bắt đầu người học nên làm quen với vị trí thư mục chứa các ký
hiệu linh kiện thường dùng và luyện tập nhiều để thuần thục các thao tác vẽ
Mục tiêu:
Sau khi học bài học này, người học có khả năng:
- Trình bày đúng qui trình vẽ và lưu trữ một bản vẽ mạch điện tử;
- Vẽ và lưu trữ được các bản vẽ mạch điện tử;
Trang 11Trong quá trình thiết kế ta có thể dễ dàng chuyển đổi giữa các cửa sổ soạn thảo như Schematic Editor, PCB Editor…bằng cách chọn các Tab ở góc dưới màn
hình hoặc trong View → Workspace Panel
Nếu Không thấy các Tab ở góc dưới màn hình, đánh dấu lựa chọn nó trong
View → Status Bar Trong quá trình thiết kế, khi ta di chuyển giữa các Editor, sẽ
có sự thay đổi tự động số lượng, loại Tab phía dưới màn hình cho phù hợp môi trường thiết kế
II Tạo Project thiết kế mạch
Project là nơi chứa liên kết tới tất cả các tài liệu và các thiết lập có liên quan đến thiết kế Project File có dạng xxx.PrjPCB, là một file văn bản dạng ASCII liệt
kê tất cả các tài liệu và các thiết lập Các tài liệu không thuộc về bất cứ Project nào gọi là “Free Document“ Project mặc định mới được tạo ra có tên là PCB_Project1.PrjPCB
- Trên màn hình khởi động kích chọn vào File và chọn Blank Project (PCB)
- Hoặc : File → New → PCB Project
- Hoặc sử dụng phím tắt: F,N,J,B
Hình 2.2 Tạo new project
Tạo một tài liệu Schematic: Tài liệu Schematic là nơi thiết kế chi tiết bản
vẽ mạch điện Có thể thực hiện như sau :
- File → New → Schematic
- Hoặc: Click chuột phải vào Project, chọn Add New to Project→ Schematic → Ctrl+S (lưu tên)
- Sử dụng phím tắt: F,N,S
Trang 12Hình 2.3 Tạo new schematic
III Mạch nguyên lý
1 Giới thiệu chung
Schematic Editor cung cấp môi trường:
- Vẽ, thiết kế, hiệu chỉnh mạch nguyên lý
- Mô phỏng hoạt động của mạch bằng đồ thị
Để vào môi trường vẽ nguyên lý, chúng ta tạo mới một bản vẽ nguyên lý hoặc mở một bản vẽ nguyên lý có sẵn (hình 2.4)
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý được vẽ trong môi trường SCH Editor
Trang 132 Thiết lập trang vẽ
Tùy vào độ nhiều hay ít các thành phần, linh kiện trong bản vẽ mà ta có các thiết lập về độ rộng của Sheet sao cho phù hợp
Khi một Sheet mới được tạo ra, nó sẽ có khổ là A4 và các thiết lập mặc định
Để đi vào chế độ thiết lập khổ giấy và các chế độ khác của Sheet, ta làm theo các bước sau:
* Bước 1: Từ menu Design, chọn Document Options …phím tắt là D O hoặc O D
* Bước 2: Trong Tab Sheet Options sẽ có một số các lựa chọn:
Hình 2.5 Các thuộc tính của trang vẽ nguyên lý (Schematic Sheet)
- Vùng 1: Đường dẫn tới file định dạng mẫu mà người dùng tự thiết kế Nếu
để trống thì sheet sẽ có dạng mặc định
- Vùng 2: Vùng chọn khổ giấy của Sheet
Theo mặc định, khổ giấy là A4 Ta cũng có thể lựa chọn các khổ giấy có sẵn
khác như A0, A1, A2, … Hoặc tự định dạng khổ giấy khi tích chọn Use Custom Style
- Vùng 3: Chứa các lựa chọn về hình dạng của sheet
- Trường Orientation: Cho phép lựa chọn giữa kiểu giấy thẳng đứng (Portrait) hoặc kiểu giấy nằm ngang (Landscape)
Trang 14- Trường Title Blook: Cho phép điều chỉnh khung tên của bản vẽ
- Vùng 4: Có các lựa chọn về lưới
- Snap: Cho phép lựa chọn sự bắt dính của trỏ chuột trên lưới Khi số trong
ô Snap càng nhỏ hoặc bỏ chọn snap thì trỏ chột càng di chuyển mịn Thông
thường, để Snap là 5
- Visible: Lựa chọn cho phép hiển thị lưới trên bản vẽ nguyên lý Thông thường để visible là 10
- Vùng 5: Cho phép lựa chọn khoảng lưới của đường dây
- Vùng 6: Cho phép chuyển đổi font chữ trong bản thiết kế nguyên lý
3 Các đối tượng trong SCH Editor (Schematic Editor)
a) Các đối tượng hình học
Hình 2.6 Các đối tượng hình học trong Schematic Editor
Sử dụng nhóm công cụ Drawing Tools để vẽ các đối tượng hình học
Truy cập tới Drawing Tools:
- Cách 1: Drawing Tools nằm trong thanh công cụ Utilities
Trang 15Hình 2.7 Công cụ Drawing Tools trong thanh công cụ Utilities
Vào menu View > Toolbars > Utilities để lấy thanh công cụ Utilities nếu nó
chưa xuất hiện
- Cách 2: Vào menu Place > Drawing Tools
Hình 2.8 Công cụ Drawing Tools trong menu Place
Vẽ các đối tượng hình học:
* Đường thẳng (Line)
- Chọn công cụ Place Line hoặc Place > Drawing Tools > Line
- Kích chuột trái 1 lần để cố định điểm bắt đầu của đường
- Kéo và kích chuột trái các lần khác đề vẽ cố định các điểm bẻ góc của đường Nhấn phím xóa lùi (Backspace) để hủy lần lượt các điểm bẻ góc nếu muốn
- Nhấn chuột phải để kết thúc đường
- Nhấn chuột phải một lần nữa để kết thúc lệnh vẽ
- Nháy kép chuột vào đối tượng vừa vẽ để thay đổi thuộc tính
Trang 16Hình 2.9 Bảng thuộc tính của Line
- Start Line Shape: Lựa chọn các hình dạng của điểm đầu Line
- End Line Shape: Lựa chọn các hình dạng của điểm cuối Line
- Line Shape Size: Kích thước của hình dạng đầu và cuối Line
- Line Width: Kích thước đường Line
- Line Style: Dạng của đường Line (liên tục, nét đứt…)
- Color: Màu của đường Line
* Đa giác (Polygon)
- Chọn công cụ Place Polygon hoặc Place > Drawing Tools > Polygon
- Kích chuột trái để vẽ và cố định các góc
- Nhấn chuột phải để kết thúc đường
- Nhấn chuột phải một lần nữa để kết thúc lệnh vẽ
- Nháy kép chuột vào đối tượng vừa vẽ để thay đổi thuộc tính
Hình 2.10 Bảng thuộc tính của Polygon
Trang 17- Fill Color: Chọn màu nền
- Border Color: Chọn màu đường viền
- Border Width: Chọn kích thước của đường viền
- Draw Solid: Lựa chọn vẽ khối Polygon (tích chọn) hoặc đường Polygon
(bỏ tích chọn)
- Transparent: Lựa chọn nền trong suốt (tích chọn) hoặc không trong suốt
(bỏ tích chọn)
* Đường tròn (Arc)
- Chọn Place > Drawing Tools > Arc
- Kích chuột trái để cố định tâm của đường tròn
- Rê chuột để xác định đường kính
- Kích chuột trái để xác định điểm đầu, kích chuột trái lần nữa để xác định điểm cuối của đường tròn
- Nhấn chuột phải để kết thúc lệnh vẽ
- Nháy kép chuột vào đối tượng vừa vẽ để thay đổi thuộc tính
Hình 2.11 Bảng thuộc tính của đường tròn
- Color: Lựa chọn màu của đường tròn
- Line Width: Lựa chọn độ rộng của đường
- Radius: Nhập bán kính của đường tròn từ bàn phím
- Start Angle: Góc của điểm bắt đầu đường tròn so với trục hoành
- End Angle: Góc của điểm kết thúc đường tròn so với trục hoành
* Đường Ellipse
Trang 18- Chọn công cụ Place Elliptical Arc hoặc Place > Drawing Tools > Elliptical Arc
- Kích chuột trái để cố định tâm
- Kích chuột trái, rê chuột để thay đổi bán kính đường Ellipse theo trục X
- Kích chuột trái, rê chuột để thay đổi bán kính đường Ellipse theo trục Y
- Kích chuột trái để xác định điểm đầu, kích chuột trái lần nữa để xác định điểm cuối của đường Ellipse
- Nhấn chuột phải để kết thúc lệnh vẽ
- Nháy kép chuột vào đối tượng vừa vẽ để thay đổi thuộc tính
Hình 2.12 Bảng thuộc tính của đường Ellipse
- Color: Lựa chọn màu của đường
- Line Width: Lựa chọn độ rộng của đường
- X-Radius: Bán kính của đường Ellipse theo trục X
- Y-Radius: Bán kính của đường Ellipse theo trục Y
- Start Angle: Góc của điểm bắt đầu đường Ellipse so với trục hoành
- End Angle: Góc của điểm kết thúc đường tròn so với trục hoành
Trang 19Hình 2.13 Bảng thuộc tính của Text
- Kích chuột trái để xác định góc trái trên
- Rê chuột và kích chuột trái để xác định góc phải dưới
- Nhấn chuột phải để kết thúc lệnh vẽ
- Nháy kép chuột vào đối tượng vừa vẽ để thay đổi thuộc tính
Hình 2.14 Bảng thuộc tính của Rectangle và Rounded Rectangle
- Fill Color: Chọn màu nền
- Border Color: Chọn màu đường viền
Trang 20- Border Width: Chọn kích thước của đường viền
- Draw Solid: Lựa chọn vẽ khối Polygon (tích chọn) hoặc đường Polygon
b) Các đối tượng điện
Đối tượng điện bao gồm các linh kiện nguyên lý (Part) và các thành phần kết nối như dây nối (Wire), đường Bus, các đầu nối (Port)…
Các đối tượng này được sử dụng để vẽ bản vẽ nguyên lý, từ đó tạo ra danh sách các kết nối (Netlist) phục vụ cho việc chuyển đổi từ nguyên lý sang PCB
Hình 2.15 Các đối tượng điện trong Schematic Editor
Để lấy các đối tượng điện, sử dụng Wiring toolbar hoặc từ menu Place
Hình 2.16 Thanh công cụ Wiring
Vẽ các đối tượng điện:
* Dây nối (Wire)
- Chọn công cụ Place Wire hoặc Place > Wire (P W)
Trang 21- Kích chuột trái 1 lần để cố định điểm bắt đầu của đường
- Kéo và kích chuột trái các lần khác đề vẽ cố định các điểm bẻ góc của đường Nhấn phím xóa lùi (Backspace) để hủy lần lượt các điểm bẻ góc nếu muốn
- Nhấn phím Shift và phím cách (Spacebar) để thay đổi qua lại giữa các chế
độ vẽ góc: 90 độ, 45 độ, góc bất kì, tự động nối
- Nhấn chuột phải để kết thúc đường
- Nhấn chuột phải một lần nữa để kết thúc lệnh vẽ
Lưu ý: Đường Wire và Line rất giống nhau về hình dạng và cách vẽ, nhưng
bản chất hoàn toàn khác nhau Nên tránh nhầm lẫn giữa 2 đối tượng này Các kết
nối Wire đúng là kết nối có dấu X màu đỏ ở 2 đầu đường dây
Hình 2.17 Dấu hiệu kết nối đường dây thành công
- Chọn công cụ Place Bus hoặc Place > Bus (P B)
- Vẽ đường Bus giống như đường Wire
* Bus Entry
Được sử dụng để kết nối giữa Wire với Bus
Để vẽ đường Bus Entry:
- Chọn công cụ Place Bus Entry hoặc Place > Bus Entry (P U)
Trang 22- Nhấn phím cách (SpaceBar) để xoay nếu cần thiết
- Kích chuột vào đường Bus
Hình 2.18 Net Label được sử dụng trong vẽ mạch nguyên lý
Các bước để vẽ Net Label:
- Chọn công cụ Net Label trong Wiring Toolbar:
Hình 2.19 Cộng cụ vẽ Net Label trong thanh công cụ Wiring
- Hoặc vào menu Place > Net Label (P N)
Trang 23- Nhấn Tab để định danh cho Net Label tại trường Net
Hình 2.20 Bảng thuộc tính của Net Label
- Bấm phím cách (Spacebar) để quay Net Label
- Click vào vị trí đường dây muốn đặt Net Label
Lưu ý:
Không chọn vị trí của Net Label trùng với phần thân của chân linh kiện hoặc
lơ lửng (foat) trong bản vẽ
Một Net Label được đặt đúng vị trí khi xuất hiện dấu hiệu kết nối màu đỏ tại trỏ chuột
Nếu tên của Net Label có kí tự cuối là con số thì sau mỗi lần nhấn, số sẽ tự động được tăng lên một đơn vị
Muốn đặt tên của Net Label theo kí hiệu mức âm (RST, hình 2.21), thì sau mỗi kí tự, ta thêm một dấu xổ huyền (\)
Ví dụ: R\S\T\
Hình 2.21 Tên Net Label RST theo kí hiệu mức âm
- Nhấn chuột phải hoặc phím ESC để kết thúc lệnh
* Đầu nguồn (Power Ports)
Power Ports là dạng đặc biệt của Net Label Nó có đầy đủ tính năng như một Net Label
Trang 24Power Port sử dụng kí hiệu quy ước chuẩn, được dùng để vẽ các đường cung cấp nguồn trong mạch nguyên lý
Có 2 dạng Power Port là:
- VCC Power Port: dùng để thể hiện các đường nguồn khác 0V
- GND Power Port: dùng để thể hiện các đường nguồn 0V, Mass, điểm nối
đất
Các bước để vẽ Power Port:
- Chọn công cụ VCC Power Port hoặc GND Power Port trong Wiring Toolbar
- Hoặc vào menu Place > Power Port (P O)
- Nhấn phím TAB, hộp thoại Power Port hiện ra, cho phép đặt tên và chọn
hình dạng của Power Port
Hình 2.22 Bảng thuộc tính của Power Port
- Net: Dùng để định danh cho Power Port Có thể nhập bất kì chuỗi kí tự nào
theo ý đồ thiết kế
- Style: Có 4 lựa chọn hình dạng của VCC Power Port và 3 lựa chọn hình
dạng của GND Power Port
Hình 2.23 Các dạng của Power Port
Trang 25- Show Net Name: Lựa chọn hiển thị hoặc ẩn tên của đối tượng
- Locked: Lựa chọn khóa đối tượng
- Kích chuột vào vị trí muốn đặt Power Port
- Kích chuột phải hoặc phím ESC để thoát lệnh
* Linh kiện (Part)
Các kí hiệu của các linh kiện điện tử trong bản vẽ nguyên lý gọi là các Part Các bước để lấy một linh kiện trong thư viện ra bản vẽ nguyên lý:
- Bước 1: Bật panel Libraries
Hình 2.24 Linh kiện được liệt kê trong panel Libraries Nếu panel Libraries chưa xuất hiện (hoặc bị tắt) thì ta mở lại bằng cách sau: (hình 2.25)
- Tìm đến workspace panel System nằm ở góc phải bên dưới cửa sổ làm việc của Altium Designer
- Chọn Libraries