BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I GVHD: TS. NGUYỄN VŨ THẮNG

Thiết kế mạch in❑ Nắm được những nguyên tắc lựa chọn, sắp xếp linh kiện, vị trí của chúng trên mạch để đảm bảo toàn mạch hoạt động ổn định.. Thiết kế sơ đồ nguyên lý❑ Lưu ý khi trong bướ

NỘI DUNG CHÍNH

Mục đích

Kết quả cần đạt được

Quy trình thiết kế Tiêu chí đánh giá

Thiết kế mạch mẫu

Các vấn đề gặp phải khi thực thi

MỤC ĐÍCH

❑ Giúp sinh viên làm quen với quy trình thiết kế mạch điện tử

❑ Biết cách sử dụng một số phần mềm mô phỏng mạch, thiết kế mạch

❑ Biết quy trình hàn mạch, kiểm tra, đo đạc thông số của mạch

KẾT QUẢ CẦN ĐẠT ĐƯỢC

❑ Tạo ra được 1 sản phẩm mạch điện tử tương tự ứng dụng được trong

đời sống

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

Phân tích yêu cầu

Thiết kế sơ đồ khối

Thiết kế chi tiết các

Tối ưu và đưa ra thiết

Phân tích yêu cầu

❖ Yêu cầu hệ thống:

- Là tổng hợp tính năng chính của hệ thống

❖ Yêu cầu chức năng:

- Yêu cầu chức năng mô tả hệ thống sẽ làm gì Nó mô tả các chức nănghoặc các dịch vụ của hệ thống một cách chi tiết

❖ Yêu cầu phi chức năng:

- Yêu cầu phi chức năng không đề cập trực tiếp tới các chức năng cụ thểcủa hệ thống Yêu cầu phi chức năng thường định nghĩa các thuộc tínhnhư: độ tin cậy, thời gian đáp ứng, các yêu cầu về lưu trữ …và các ràngbuộc của hệ thống như: khả năng của thiết bị vào/ra, giao diện …

Thiết kế sơ đồ khối

❑ Dựa vào yêu cầu đã phân tích,

thiết kế sơ đồ khối

❑ Chú ý vẽ cả phần chiều mũi

tên hướng dữ liệu

Sơ đồ khối 1 mạch phát sóng FM

Thiết kế chi tiết các khối

❑ Phân tích chi tiết từng khối

khối hoặc từng linh kiện trong

tạo dao động

Tiến hành mô phỏng

Xem thêm: http://www.electronics-lab.com/downloads/circutedesignsimulation/?page=1

Test trên bo mạch

❑ Test mạch trên bo cắm

❑ Test xong thì tiến hành hàn trên Board đồng đục lỗ

Thiết kế mạch in

❑ Thiết kế trên một số phần mềm thiết chuyên nghiệp: Altium Designer,

Kicad, Orcad, Allegro, Eagle…

Thiết kế mạch in

❑ Nắm được những nguyên tắc lựa chọn, sắp xếp linh kiện, vị trí của

chúng trên mạch để đảm bảo toàn mạch hoạt động ổn định

❑ Tuân thủ những tiêu chuẩn về khoảng cách, kích thước độ dài của

những đường dây để đảm bảo thiết kế chính xác

Hàn và test mạch

❑ Biết cách lựa chọn tay hàn phù hợp, điều chỉnh nhiệt độ phù hợp

❑ Nắm được các kỹ thuật hàn: Linh kiện cắm, linh kiện dán, hàn IC…

❑ Những thứ cần test trước khi bắt tay vào hàn mạch

❑ Các bước hàn mạch, cách test mạch sau khi hàn

Tối ưu và đưa ra thiết kế cuối cùng

❑ Tiến hành đo đạc thông số, đo đạc, tính toán lại để tối ưu trước khi đưa

ra thiết kế cuối cùng

TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ

❑ Sinh viên trình bày chi tiết trình tự bước thực hiện:

- Quá trình lựa chọn, phân tích, thực hiện đề tài, kết quả các bước thực

hiện

- Đánh giá qua sản phẩm cuối cùng của sinh viên

THIẾT KẾ MẠCH MẪU

❑ Đề tài ví dụ: Thiết kế mạch hiển thị nhiệt độ, độ ẩm hiển thị lên màn

hình LCD1602 Có thiết kế mở rộng

Phân tích yêu cầu

Phân tích yêu cầu

❑ Yêu cầu chức năng:

- Mạch đọc nhiệt độ, độ ẩm qua bộ xử lý trung tâm và hiển thị lên

LCD1602

- Thông số nhiệt độ, độ ẩm được gửi tới điện thoại qua Bluetooth

- Có thể điều khiển thiết bị bằng điện thoại qua Bluetooth

Phân tích yêu cầu

❑ Yêu cầu phi chức năng:

- Kích thước mạch nhỏ gọn, tiện dụng (Nhỏ hơn 10(cm)x10(cm))

- Hoạt động liên tục, ổn định trong thời gian dài

Thiết kế sơ đồ khối

Thiết kế chi tiết các khối

❑ Khối nguồn

• Sử dụng nguồn 9-12V

DC cấp từ Adapter, điện

áp cấp vào trên VIN của

Arduino có IC nguồn tạo

ra điện áp 5V và 3.3V

• Có sử dụng nút bật tắt

nguồn

Thiết kế chi tiết các khối

❑ Khối xử lý trung tâm:

• Sử dụng Arduino Nano,

điều khiển mọi hoạt

động của mạch

Thiết kế chi tiết các khối

Thiết kế chi tiết các khối

ngoại cho phép điều khiển

thiết bị qua Remote hồng

ngoại

Thiết kế chi tiết các khối

Thiết kế chi tiết các khối

Thiết kế chi tiết các khối

❑ Khối điều khiển

• Sử dụng Relay để điều

khiển thiết bị 1 chiều hoặc

xoay chiều, có sử dụng cách

ly quang

Sơ đồ nguyên lý cả mạch

Mô phỏng trên Proteus

Download software: https://drive.google.com/open?id=1sfEHUj_8Mjimtz93QNgI0c0qa9qpQuR0

Test trên bo mạch

❑ Write your text

Hướng dẫn thiết kế trên Altium Designer

Download Altium 16 và bộ thư viện:

https://drive.google.com/open?id=1R1Uo7HqbxKlSgj5jwAa5MqDsBYeA4lbV

Nếu yêu cầu nhập tài khoản: Username: evaluser@altium.com, Password: 1#tSzNmG

Hướng dẫn thiết kế trên Altium Designer

❑ Crack Altium: Trong giao diện Home, chọn tab Admin, nhấp vào Add Standalone license file, chọn đường dẫn tới thư mục Patch Chọn 1 trong 5 file đuôi alf để crack Altium.

❑ Có nhiều thư viện Altium, có thể tham khảo 2 bộ thư viện sau:

- Thư viện DoHuongLib: http://bit.ly/2xT4eS1

- Thư viện ThinhNguyenLib: http://bit.ly/2xMYWY7

❑ Cách Add thư viện trong Altium: Click vào Tab Libraries/Libraries/Installed/Install/Install

from file lựa chọn các file thư viện(Chọn định dạng hiển thị All Files)

(Tab Libraries nằm góc phải giao diện làm việc Altium, nếu không thấy có thể vào tab

View/Workspaces Panels/Systems/Libraries để hiển thị hoặc vào Tab System/Libraries nằm góc

phía dưới giao diện làm việc)

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

❑ Tạo PCB Project:

• File/New/Project/PCB

Project.

• Click chuột phải chọn Add

New to Project lựa chọn

Schematic và PCB Tiến hành

lưu lại

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

❑ Thiết lập trang làm việc

• Vào Design /Document

Options (Phím tắt D+O).

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

❑ Một số thao tác cơ bản trên sơ đồ nguyên lý:

▪ Zoom In/Out: Giữ Ctrl+ lăn chuột.

▪ Xem bản vẽ: Lăn chuột để xem phía trên/dưới, giữ Shift+ lăn chuột

để xem trái phải.

▪ Xoay linh kiện 90 độ: Chọn linh kiện+ Space.

▪ Xoay linh kiện theo trục X/Y: Chọn linh kiện+ X/Y

▪ Tạo chuỗi Text: Place/Text (P+T)

▪ Tạo Net Label: Place/Net Label (P+N)

▪ Vẽ đường bao: Place/Drawing Tools/Line (P+D+N)

▪ Đặt tên tự động: Tools/Annotations/Force Annotate All Schematic

(T+A+N)

▪ Kiểm tra Footprint: Tools/Footprint Manager (T+G)

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

❑ Lưu ý khi trong bước thiết kế sơ đồ nguyên lý trong Altium:

▪ Sơ đồ nguyên lý thể hiện đầy đủ các kết nối, thông số linh kiện

▪ Sơ đồ nguyên lý cần được thiết kế rõ ràng, các khối tách riêng biệt

▪ Lựa chọn Footprint phù hợp khi thiết kế sơ đồ nguyên lý, trước khi

Update linh kiện sang PCB để Layout cần kiểm tra lại Footprint cáclinh kiện đã chính xác và phù hợp chưa(Dùng phím tắt T+G)

▪ Mọi mạch đều cần thiết kế khối mạch nguồn, nên thiết kế thêm nút

nhấn bật tắt nguồn, khối bảo vệ mạch

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

Cách lựa chọn Footprint cho linh kiện

❑ Khi thiết kế nên lựa chọn những linh kiện có sẵn trên thị trường trước

khi thiết kế thông qua một số Website như: banlinhkien.vn,mualinhkien.vn, linhkienchatluong.vn…

❑ Khi thiết kế nên kiểm tra kỹ thông số trong datasheet, cùng 1 linh kiện

nếu kiểu chân khác nhau thì công suất có thể khác nhau

❑ Nên sử dụng linh kiện có kiểu chân dán để giảm kích thước mạch

nhưng phải đảm phần công suất

❑ Kiểu chân 0805, 0603 là những kiểu chân phổ biến cho LED, điện trở,

tụ điện khi thiết kế mạch

Cách lựa chọn Footprint cho linh kiện

Footprint Manager

Thiết kế PCB với Altium Designer

❑ Update linh kiện từ mạch nguyên lý sang PCB: Trong Schematic, chọn

Design/Update PCB documents… Chọn Validate Changes để kiểm

tra kết nối, nếu không có lỗi thì nhấn Execute Changes để update linh kiện (Phải đảm bảo các file để mở dạng Project chứ không phải Free

Documents).

❑ Sau khi Update, nhấn phím L tắt chế độ check lỗi DRC (DRC Error

Maker) (Check lỗi Logic và Vật lý)

❑ Khi sắp xếp linh kiện nên thiết lập Altium ở chế độ Window

Vertical(W+V) Khi sắp xếp, chọn linh kiện bên sơ đồ nguyên lý, nhấn

T+S(Tools/Select PCB Components) để tìm linh kiện bên PCB.

Thiết kế PCB với Altium Designer

❑ Một số kinh nghiệm sắp xếp linh kiện:

• Sắp xếp linh kiện theo khối nếu mạch có sử dụng nhiều khối khác

nhau, các linh kiện trong cùng 1 khối thì đặt cạnh nhau Một số linhkiện bắt buộc đặt cạnh nhau thì mới có thể hoạt động được, cần xem

kỹ các thông số trong Datasheet

• Header, terminal nên đặt cạnh rìa mạch, cần ghi rõ các chân chức năng

tránh trường hợp cắm nhầm

• Nút nhấn, công tắc, các linh kiện cần thao tác trên mạch cần sắp xếp ở

vị trí dễ nhấn…

Thiết kế PCB với Altium Designer

❑ Một số kinh nghiệm sắp xếp linh kiện:

• Module có sử dụng Anten thì đặt cạnh rìa mạch, hướng Anten ra bên

Thiết kế PCB với Altium Designer

Sắp xếp linh kiện

Thiết kế PCB với Altium Designer

Hình ảnh 3D

Đặt luật đi dây

❑ Mục đích: Cho Altium biết được giới hạn về khoảng cách tối thiểu, độ

rộng đường dây, giúp tăng tốc độ vẽ mạch

❑ Phím tắt đặt luật D+R (Design/Rules)

❑ Có thể thiết lập cho toàn bộ mạch trong 1 lần layout hoặc thiết lập cho 1

số đường dây nhất định (GND, VCC…)

❑ Có ít nhất 3 tham số cần đặt luật:

1 Khoảng cách tối thiểu giữa 2 đường dây cạnh nhau

2 Độ rộng cho phép của đường dây khi Layout

3 Kích thước lỗ via

(Tùy theo nhà sản xuất mạch in để đặt luật với kích thước tối thiểu)

Đặt luật đi dây

1 Khoảng cách tối thiểu giữa 2 đường dây cạnh nhau:

Electrical/Clearance, (một số chỗ cho phép làm 5mil, một số thì 8mil),

thông thường nên đặt kích thước nhỏ nhất khoảng 10-12mil, nếu như làmthủ công, nên để khoảng 15-20mil

2 Độ rộng cho phép của đường dây khi Layout: (kích thước tối thiểu

như phần phía trên) Routing/Width, lớn nhất thì tùy ý.

3 Kích thước lỗ via: Routing/Routing Via Style kích thước đường kính

lỗ 20mil, đường kính via là 38 mil

Layout mạch

❑ Một số phím tắt khi Layout

• Layout mạch Place/Track (P+T)

• Thay đổi độ rộng đường dây Layout, nhấn phím 3 hoặc phím Tab

❑ Xóa đường dây đã layout:

• Xóa toàn bộ đường dây: Với bản 16: U+A, Với bản 17: U+ U+A

• Xóa 1 đường kết nối: Với bản 16: U+C, Với bản 17: U+U+C

• Xóa 1 đường dây: Với bản 16: U+N, Với bản 17: U+U+N

Layout mạch

❑ Khi Layout khi cần chuyển

hướng bẻ những góc 135 độthay thế góc vuông

Layout mạch

❑ Trước khi đổ đồng, đặt lại luật (D+R) ở

mục Clearance lên 30mil.

Layout mạch

Mạch sau khi đổ đồng

Cắt mạch in

❑ Các bước tiến hành cắt mạch in:

❑ Chọn lớp Keep Out Layer ở phần chọn lớp.

❑ Nhấn P+L để vẽ đường bao.

❑ Click vào đường bao, nhấn Tab.

❑ Nhấn tiếp D+S+D để cắt mạch.

Xuất file báo cáo PDF

❑ File/SmartPDF, lựa chọn File

cần xuất báo cáo (.schdoc,

.pcbdoc).

❑ Tích chọn Export a Bill of

Materials(Nếu muốn xuất kèm

file linh kiện BOM)

❑ Nhấn Finish

Xuất file Bottom of Materials

❑ BOM: là thông số của toàn bộ

linh kiện được sử dụng trong

Cách đặt mạch in, địa chỉ đặt mạch

❑ Đặt mạch in bằng cách gửi file pcbdoc cho nhà sản xuất.

❑ Nếu cần tính bảo mật thì xuất file Gerber và file khoan (Tham khảo tại: http://machinpcb.com/huong-dan-xuat-file-gerber-tu-altium-designer/ )

❑ Nếu đặt mạch số lượng ít, thời gian nhanh(Từ 2-5 ngày) thì đặt gia công ở Việt Nam, tuy nhiên chất lượng không cao Khi đặt mạch, gửi file pcb đã layout(Hoặc xuất file Gerber và file drill), khi đặt mạch ghi rõ số lượng đặt, màu sắc(mặc định màu xanh lá), nếu cần in lớp tên linh kiện thì phải ghi rõ Giá thành tính trên 1 sản phẩm sẽ cao nếu đặt số lượng nhiều, phù hợp với đặt số lượng ít Một địa chỉ khá

uy tín làm mạch nhanh, chất lượng ổn là mit.pcbsale@gmail.com.

Cách đặt mạch in, địa chỉ đặt mạch

❑ Hiện nay có nhiều cơ sở nhận đặt mạch in gia công nước ngoài Chất lượng mạch

in rất tốt, phù hợp với đặt số lượng lớn, giá thành tính trên 1 sản phẩm thấp(khoảng 180k/10 mạch kích thước 10*10cm) tuy nhiên thời gian yêu cầu lâu hơn(8-10 ngày) Nhanh nhất là 5-6 ngày nhưng giá thành sẽ cao hơn 3-4 lần.

❑ Địa chỉ gợi ý: https://machin.cxt.vn/ Khi đặt mạch chỉ cần đính kèm file, ghi rõ số lượng, sau khi chuyển khoản có thể theo dõi tình trạng đơn hàng.

❑ Nếu có thời gian bạn nên đặt theo cách này, chất lượng mạch sẽ đảm bảo.

LƯU Ý KHI HÀN VÀ TEST MẠCH

LƯU Ý KHI HÀN VÀ TEST MẠCH

dung để tẩy mũi hàn nếu

mũi hàn không dính thiếc

❑ Bọt biển: Làm sạch mũi hàn

LƯU Ý KHI HÀN VÀ TEST MẠCH

❑ Kiểm tra mạch in trước khi hàn: Làm sạch mạch trước khi hàn, sử

dụng tính năng đo thông mạch để kiểm tra các kết nối(Thang Diode)

❑ Khi hàn mạch, vừa hàn vừa kiểm tra thông mạch, nên hàn khối nguồn

trước để tiện kiểm tra các phần của mạch

❑ Với các mối hàn cần hàn đủ thiếc, bóng đẹp Khi hàn xong mạch, sử

dụng Axeton để rửa mạch(Làm sạch nhựa thông khi hàn, bụi bẩn)