Đồ án CADCAM học viên công nghệ bưu chính viễn thông

Lúc này bạn điền tên file mà bạn muốn và lưu vào vị trí thích hợp trong máy tính của bạnSau khi chương trình ISIS được mở ra, một vùng làm việc với các nút giao diện để thiết kế mạch sẽ

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ

TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ II

BÁO CÁO MÔN HỌC

TP.HCM – Tháng 5 năm 2020

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PROTEUS

1 Giới thiệu về phần mềm:

Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch

và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, …

Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola

Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá tốt, nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051,PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, ngoài ra còn mô phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả Proteus là bộ công cụ chuyên

về mô phỏng mạch điện tử

Sức mạnh của nó là có thể mô phỏng hoạt động của các hệ vi điều khiển mà không cần thêm phần mềm phụ trợ nào Sau đó, phần mềm ISIS có thể xuất file sang ARES hoặc các phần mềm vẽ mạch inkhác

Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép ta tùy chọn đường nét,màu sắc mạch điện, cũng như thiết kế theo các mạch mẫu (templates)

Những khả năng khác của ISIS là:

• Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch

• Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng

• Xuất file thống kê linh kiện cho mạch

• Xuất ra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch in thông dụng

• Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều công cụ giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện có thể lên đến hàng ngàn linh kiện

• Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design)

• Khả năng tự động đánh số linh kiện

2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm:

-Khởi động proteus:

+Nhấn đúp chuột vào biểu tượng proteus trên màn hình hoặc nhấn chuột phải +open

Sau khi phần mềm khởi động xong thì bạn sẽ thấy phần giao diện của nó như sau:

Cách tạo 1 project mới trong proteus:

Lúc này bạn điền tên file mà bạn muốn và lưu vào vị trí thích hợp trong máy tính của bạn

Sau khi chương trình ISIS được mở ra, một vùng làm việc với các nút giao diện để thiết kế mạch sẽ xuất hiện như hình bên dưới Các bạn lưu ý trên vùng làm việc của ISIS có một khung vuông màu xanh, khi vẽ mạch thì bạn phải đảm bảo toàn bộ phần mạch bạn vẽ phải nằm trong khung vuông này

Lấy tất cả các linh kiện sử dụng từ thư viện của Proteus

Để chọn mở linh kiện của Proteus, đầu tiên bạn nhấp vào nút Component Mode

Tiếp theo bạn nhấp vào chữ P để mở thư viện.

Khi thư viện được mở ra, một cửa sổ sẽ xuất hiện như sau:

Trong đó:

Keywords: tìm kiếm linh kiện

Category và Sub-category: chứa các thư viện linh kiện trong chương trình Proteus

Results: hiển thị các linh kiện khi được chọn trong thư viện

Schematic Review: hiển thị hình dạng của linh kiện

PCB Preview: hiển thị sơ đồ chân PCB của linh kiện

Trong cửa sổ chọn linh kiện này bạn gõ tên linh kiện cần tìm vào ô Keywords Ví dụ, bạn tìm IC 555,hãy gõ 555 vào ô Keywords thì IC 555 và tất cả các linh kiện liên quan đến 555 sẽ xuất hiện tự động

ở phần Results Bạn double click vào IC này để chọn nó Những linh kiện đã được chọn sẽ xuất hiện

ở trong ô Devices

Bạn thực hiện tương tự và lấy thêm các linh kiện: điện trở, tụ hóa, tụ thường, led đơn, nguồn pin.Sau khi đã lấy đầy đủ các linh kiện từ thư viện, bạn nhấp vào nút OK để đóng cửa sổ thư viện trở về màn hình thiết kế

Đưa linh kiện ra ngoài màn hình thiết kế

Nhấp chuột vào linh kiện cần lấy trong ô Devices, sau đó di chuyển con trỏ ra ngoài màn hình thiết

kế nơi cần đặt linh kiện và click chuột thì linh kiện sẽ được đặt tại đó

Bạn di chuyển hết linh kiên ra ngoài màn hình thiết kế như hình sau:

Xoay linh kiện

Để xoay các linh kiện bạn thao tác như sau:

Đặt con trỏ lên linh kiện cần xoay sau đó bấm phải chuột, bạn chọn các lệnh xoay (rotate) theo chiều kim đồng hồ, ngược chiều kim đồng hồ, xoay 1800 Bạn có thể lật (mirror) linh kiện theo chiều nganghay chiều dọc cũng từ cửa sổ tắt này Bạn cũng có thể dùng công cụ Block Rotate trên thanh công cụ

để xoay linh kiện

Xóa linh kiện

Bạn để con trỏ lên linh kiện cần xóa rồi bấm phải chuột sau đó bạn chọn lệnh Delete Object từ shortcut menu Bạn cũng có thể dùng phím Delete để xóa linh kiện hoặc dùng công cụ Block Delete trên thành công cụ để xóa linh kiện

Thay đổi thông số kỹ thuật của linh kiện

Để vẽ mạch một cách nhanh chóng chúng ta không nhất thiết phải lấy linh kiện có các thông số chínhxác, nhất là trong mạch có nhiều linh kiện giống nhau nhưng khác thông số kỹ thuật Nếu lấy từng linh kiện đúng với các thông số yêu cầu thì sẽ mất rất nhiều thời gian và đôi khi trong thư viện không

có linh kiện với thông số mình cần tìm Vì vậy, ta cần phải thay đổi các thông số kỹ thuật cho linh kiện

Ví dụ: Sau khi đặt điện trở ra ngoài màn hình thiết kế, bạn double click vào linh kiện này, một cửa sổ

sẽ hiện ra bạn tiến hành thay đổi tên và giá trị của điện trở vào 2 ô Part Reference và Resistance tương ứng Cuối cùng bạn nhấp chọn OK để hoàn tất việc chỉnh sửa

Sau khi lấy và sắp xếp các linh kiện theo mong muốn, bạn tiến hành nối các chân linh kiện cho mạch.Bạn tiến hành như sau:

Đặt con trỏ trên chân linh kiện cần nối dây cho đến khi ô vuông màu đỏ xuất hiện sau đó bạn click chuột vào chân linh kiện và chế độ nối dây được bắt đầu Bạn rê chuốt đến chân linh kiện cần nối khác và click chuột một lần nữa để kết thúc quá trình nối dây Bạn thao tác tương tự như vậy cho đến khi hoàn thành sơ đồ mạch

Để xóa đường nối dây sai, bạn nhấp phải chuột trên đường dây nối và chọn Delete Wire hoặc double click phải trên đường dây nối

Kiểm tra sơ đồ mạch nguyên lý

Kiểm tra sơ đồ mạch sau khi hoàn thành xong mạch thiết kế là rất quan trong, nó giúp bạn tìm được những lỗi mà trong quá trình thiết kế bạn chưa phát hiện ra được

Để kiểm tra lỗi ta thao tác như sau:

Trên thanh công cụ, bạn chọn Tool >> Electrical Rule Check

Nếu có thông lỗi bạn tìm cách khắc phục cho đến khi không còn lỗi và nhận được dòng thông báo (No ERC errors found) như hình dưới đây

Tiến hành chạy mô phỏng đèn led sáng xanh nhấp nháy hoàn tất quá trình mô phỏng

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ALTIUM

1 Giới thiệu về phần mềm:

Altium Designer trước kia có tên gọi quen thuộc là Protel DXP, là một trong những công cụ vẽ mạch điện tử mạnh nhất hiện nay Được phát triển bởi hãng Altium Limited Altium designer là một phần mềm chuyên nghành được sử dụng trong thiết kế mạch điện tử Nó là một phần mềm mạnh với nhiều tính năng thú vị

Phần mềm thiết kế mạch tự động Altium Designer là một môi trường thiết kế điện tử đồng

nhất, tích hợp cả thiết kế nguyên lý, thiết kế mạch in PCB, lập trình hệ thống nhúng và

FPGA

Các điểm đặc trưng của Altium Designer :

 Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế

 Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm các giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo các tham số mới

 Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện, netlist, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng…

 Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiệnnhúng, số, tương tự…

 Đặt và sửa đối tượng trên các lớp cơ khí, định nghĩa các luật thiết kế, tùy chỉnh các lớp

mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện trên PCB

 Mô phỏng mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực trong không gian 3 chiều,

hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho cả 2D và 3D

 Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại



2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium thiết kế mạch in:

Để sử dụng phần mềm ta sẽ khởi động chương trình từ shortcut trên destop màn hình nền

Khi đó giao diện chính của phần mềm altium sẽ hiện ra như hình

Tiếp đó chúng ta sẽ tạo file nguyên lý cho hộp thoại và file mạch in cho hộp thoại bằng cách Chuột phải vào PCB_Project_8->Add new to project->Schematic

Chuột phải vào PCB_Project_8->Add new to project->PCB

Sau đó tiến hành lưu file bằng cách nhấn tổ hợp phím Ctrl+S lúc đó cửa sổ làm việc chính hiện ra

Khi thiết kế mạch điện tử với Altium Designer thì chắc chắn rằng việc sử dụng phím tắt là trở nên cầnthiết, và cũng là yếu tố giúp bạn trở thành nhà thiết kế mạch chuyên nghiệp.

a Thiết kế mạch nguyên lý

+ A - L: Căn chỉnh linh kiện theo hàng dọc

+ A - T: Căn chỉnh linh kiện theo hàng ngang

+ A - H: Căn chỉnh linh kiện cách đều theo hàng ngang

+ A - V: Căn chỉnh linh kiện cách đều theo hàng dọc

+ Ctrl + Click và kéo: Di chuyển cả linh kiện và đường mạch

+ D - B: Lấy linh kiện trong thư viện

+ D - O: Thay đổi thông số bản vẽ

+ Space (Shift + Space): Xoay linh kiện

+ Shift + Click và kéo: Copy linh kiện

+ T - N: Đặt tên tự động cho linh kiện

+ T - S: Chọn linh kiện trong mạch in từ mạch nguyên lý

+ T - W: Tạo linh kiện mới

+ TAB: Thay đổi các thông số của mạch

Tìm kiếm linh kiện

Để tiến hành lấy linh kiện ta di chuyển chuột đến menu Libraries ở góc phải, nếu không thấy menu này thì vào menu: Designe> Browse Library (Ấn phím tắt: D, B)

Để lấy điện trở: ta gõ Res1 vào khung tên linh kiện Hình dạng trong sơ đồ nguyên lý và chân cắm (footprint) sẽ xuấthiện bên dưới.Nhấp Place Res1 để lấy điện trở

Tiếp theo chúng ta tiến hành sắp xếp lại linh kiện 1 cách hợp lý như sau

Sau đó là đến công đoạn đặt tên và đi dây

+Để đặt tên ta bấm tổ hợp T+N để đặt tên tự động hoặc click vào từng linh kiện để đặt tên bằng tay

+Để đi dây bấm tổ hợp phím tắt P+W hoặc click Place-> Wire

Sau khi chúng ta đã vẽ mạch xong tiến hành kiểm tra xem mạch đã đúng chưa,có lỗi hay còn chỗ nào thiếu hay không bằng cách nhấn C+C.Nếu không có lỗi gì nó sẽ hiện ra bảng như hình sau

Tiếp theo chúng ta sẽ tiến hành vẽ mạch in bằng cách update file nguyên lý Schematic bằng cách chọn Design->Update PCB hoặc phím tắt d+u

Và như vậy là đã chuyển sang file PCB

Các phím tắt trong thiết kế mạch PCB+ A - A: Đi dây tự động

+ Ctrl + M: Đo kích thước

+ Ctrl + Shift + Lăn chuột: chuyển lớp

+ D - O: Chỉnh thông số của mạch.

+ D - R: Thay đổi các luật cho bản vẽ (kích thước đường dây, lỗ via, khoảng cách các linh kiện, )+ D - S - R: Định lại kích thước bo mạch

+ D - T - A: Hiển thị hết tất cả các lớp

+ D - T - S: Hiển thị các lớp tín hiệu (Top - Bottom - Multi)

+ L: Khi đang di chuyển linh kiện lật linh kiện giữa lớp Top và Bottom (Bottom và Top)

+ P - T: Đi dây bằng tay

+ P - V: Lấy lỗ via

+ P - G: phủ đồng

+ P - L: Định kích thước cho mạch (Keep Out Layer)

+ P - R: Vẽ đường mạch theo ý muốn

+ Q (Ctrl + Q): Thay đổi đơn vị (mm <-> mil)

+ Shift + R: Thay đổi các chế độ đi dây (Cắt - Không cho cắt - Đẩy dây)

+ Shift + S: Chỉ cho phép hiện 1 lớp đang chọn (các lớp còn lại được ẩn)

+ Shift + Space: Thay đổi các chế độ đường dây (Tự do - Theo luật - Vuông 90 độ - Cong)

+ TAB: Hiện cửa sổ thay đổi thông tin khi đang thao tác

+ T - U - A: Xóa tất cả các đường mạch

+ T - E: Bo tròn đường dây chân linh kiện

+ V - B: Xoay bản vẽ 180 độ

+ V - F: Hiển thị toàn bộ bản vẽ

Bấm phím g để tạo lưới và căn chỉnh linh kiện ngay ngắn

Tiến hành đặt luật đi dây cho mạch chọn Design->Rule hoặc phím tắt D+R

Để chuyển từ mil sang mm chúng ta ấn phím Q

Một số thông số của luật đi dây

+Độ rộng net của 5V là 1mm

+Độ rộng net của GND là 0.5mm

+Độ rộng các net còn lại là 0.4mm

Tiến hành đi dây

+Đi dây tự động:Auto Route->All

+Đi dây bằng tay: Place->Interactive Routing hoặc phím tắt P+T

Chúng ta tiến hành định lại kích thước bo mạch bằng cách ấn D-S-R và đo kích thước của bo mạch bằng Ctrl+M

Tiến hành đặt lỗ khoan vào 4 góc của bo mạch sử dụng tổ hơp Place+ Pad

Định lại kích thước cho mạch bằng cách nhấn tổ hợp P+L

Đặt tên cho mạch in bằng cách nhấn vào biểu tượng string.Ở đây tôi sẽ đặt theo tên của mình là Nguyễn Thế Lâm

Tiến hành phủ đồng cho lớp bottom của mạch in chọn Place+ Polygon Pour hoặc phím tắt P+G.Lựa chọn phủ đồng net GND

Chuyển sang chế độ 2D sang 3D hoặc từ chế độ 3D về 2D ta nhấn luân chuyển phím 2 hoặc 3

Chương 3 THỰC HIỆN THIẾT KẾ

Bài 1:Mạch điện tử tương tự thiết kế đèn ngủ tự động

Tìm các linh kiện có trong thư viện như gõ Res để lấy điện trở gõ Cap để lấy tụ điện gõ Pot-Hg để lấyđiện trở…

Sau khi đã lấy tất cả linh kiện đưa ra ngoài màn hình

Tiến hành thay đổi các giá trị của các chân linh kiện bằng cách kích vào link kiện và chỉnh sửa

Sắp xếp linh kiện theo trật tự và tiến hành nối dây vào với nhau

Kiểm tra lỗi mô phỏng bằng cách trên thanh công cụ, bạn chọn Tool >> Electrical Rule CheckNếu có thông lỗi bạn tìm cách khắc phục cho đến khi không còn lỗi và nhận được dòng thông báo (No ERC errors found) như hình dưới đây

Sau khi kiểm tra đã không có lỗi ta tiến hành chạy mô phỏng bằng cách như sau

Trên màn hình mô phỏng đèn led sáng

Vẽ mạch in bằng phần mềm Altium

Vẽ sơ đồ mạch nguyên lý trên Altium

Các tạo file và lưu file làm tương tự như phần hướng dẫn altium ở trên

Tiếp theo chúng ta sẽ đi lấy các linh kiện trong thư viện altium bằng cách nhấn tổ hợp phím D+BNhập các tên linh kiện ví dụ như điện trở gõ Res,tụ điện gõ Cap,quang trở gõ LDR,đèn led gõ LED…

Ví dụ để lấy transitor gõ 2n3904 và nhấn Place 2n3904 để đưa ra ngoài màn hình

Tương tự với các con linh kiện tiếp theo như sau diode…

Và sau đây là tất cả các linh kiện được lấy ra hết

Sau khi đã sắp xếp chân linh kiện ra ngoài ta tiến hành đi dây bằng cách nhấn Place+Wire hoặc sử dụng phím tắt P+W

Khi đã đi dây xong chúng ta sẽ đặt lại tên linh kiện và giá trị linh kiện như sau

Hoặc có thể sử dụng phím tắt T+N để đặt tên tự động.Khi đã đặt tên và sửa đồi giá trị linh kiện hết ta

sẽ được sơ đồ nguyên lý như sau

Chúng ta tiến hành kiểm tra lỗi bằng cách chọn Project-> Compile PCB nếu không có lỗi thì sẽ không hiện ra gì nếu có lỗi bảng thông báo sẽ hiện ra hoặc chúng ta có thể sử dụng phím tắt C+C vào System->message để kiểm tra

Chuyển sang update file PCB bằng cách chọn Design-> Update PCB để tiến hành vẽ mạch in

Sau khi update sang file PCB chúng ta sẽ chuyển đến màn hình làm việc của mạch in như hình dưới đây

Để bật lưới cho linh kiện sử dụng phím tắt G Lưới giúp chúng ta sắp xếp linh kiện một cách ngay ngắn thẳng hàng nên lựa chọn chế độ lưới với kích thước trong khoảng từ 20-50 mil

Tiếp đó chúng ta sẽ sắp xếp các linh kiện theo một trật tự giống như đã vẽ với mạch in đó là các linh kiện gần nhau được sắp xếp gần lại với nhau.Dùng chuột trái để di chuyển linh kiện và dùng phím Space để xoay các linh kiện về hướng thuận lợi để có thể đi dây

Sau khi đã sắp xếp các linh kiện với nhau ta sẽ tiến hành căn chỉnh linh kiện cách đều theo hàng theo cột bằng các tổ hợp phím

Ctrl+Shift+L (hoặc A L) Căn chỉnh các linh kiện thẳng hàng dọc.

Ctrl+Shift+T (hoặc A T) Căn chỉnh các linh kiện thẳng hàng ngang

Ctrl+Shift+H (hoặc A H) Căn chỉnh các linh kiện cách đều nhau theo hàng ngang.Ctrl+Shift+V (hoặc A V) Căn chỉnh các linh kiện cách đều nhau theo hàng dọc

Tiến hành đặt luật đi dây cho mạch in bằng cách chọn Design->Rule hoặc phím tắt D+R

Hiện ra bảng thông báo sau

Ở lớp layer chúng ta tiến hành đi dây ở lớp Top layer

+Độ rộng net của 5V là 1mm

+Độ rộng net của GND là 0.5mm

+Độ rộng các net còn lại là 0.4mm