THIẾT KẾ MẠCH IN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ORCAD Mạch đo và điều khiển nhiệt độ dùng VĐK AT89S52

THIẾT KẾ MẠCH IN DÙNG ORCAD 9.0

Trường Đại Học Bách Khoa Hà NộiKhoa Điện Tử Viễn Thông

*************

THIẾT KẾ MẠCH IN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ORCAD Mạch đo và điều khiển nhiệt độ dùng VĐK AT89S52

Giáo viên hướng dẫn : Thầy Vũ Hồng Vinh Sinh viên : Trần Đức Khoa

Lớp : Điện tử 9 – K50

Hà Nội, 11/2008

Sinh viên: Trần Đức Khoa Lớp Điện tử 9 – K50 ĐH BKN1


THIẾT KẾ MẠCH IN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ORCAD Mạch đo và điều khiển nhiệt độ dùng VĐK AT89S52

MỤC LỤCGiới thiệu …………………………………………..……….. trang 3Vẽ sơ đồ nguyên lý Orcad Capture ...……………………….. trang 9Vẽ mạch Orcad Layout ……………………………………... trang 18Các bước làm mạch In tại nhà ………………………………. trang 42Kết luận ……………………………………………………... trang 45



1. Giới Thiệu :1.1. Chức năng:

Mạch đo và điều khiển nhiệt độ gồm các chức năng sau:- Đo nhiệt độ phòng và hiển thị lên LCD.- So sánh nhiệt độ đó với nhiệt độ giới hạn trên Tmax và giới hạn dưới Tmin đã

được lưư trong EEPROM và đưa ra cảnh báo, cũng như bật máy làm lạnh hay làm nóng phòng.

- Gửi dữ liệu liên tục lên PC thông qua giao tiếp nối tiếp RS232, dùng phần mềm trên PC để hiển thị đồ thị nhiệt độ.

1.2. Các linh kiện trong mạch:- AT89S52: vi điều khiển



- ADC 0809: bộ chuyển đổi tương tự - số- EEPROM 24C04: bộ nhớ xóa bằng điện- LM 35DZ: cảm biến nhiệt- LM 7805: ổn áp 5V- LCD 16x2: màn hình hiển thị- DB9: cổng nối tiếp giao tiếp máy tính- Crystal: thạch anh 12MHz- R: điện trở các loại (100ôm, 1kilôôm, 4,7 kilôôm,…)- C: tụ điện các loại (33p, 4,7uF, 10uF,…)- Biến trở tinh chỉnh- Công tắc ấn…

1.3. Các khối trong mạch: - Khối điều khiển trung tâm:



- Khối hiển thị:



- Khối cảm biến nhiệt và ADC:

- Khối EEPROM:



- Khối giao tiếp máy tính:

- Khối nguồn:



- Khối công tắc:

- Drill:



2. Vẽ sơ đồ nguyên lý Orcad Capture:Trước khi tiến hành vẽ mạch in thì cần phải có 1 sơ đồ nguyên lý chính xác ,đây là yếu tố quan trọng tiên quyết quyết định tới việc thiết kế mạch in .Để tạo sơ đồ nguyên lý ta sử dụng chương trình Capture có trong Orcad.chọn Start > Programs > Ocard 9.0 > Capture



Trên màn hình cửa sổ Ocard Capture xuất hiện ta nhấp chuột vào menu File > New > Project.Hộp thoại New project , tại khung Name nhập vào tên của sơ đồ nguyên lý sẽ tạo . Nhấn vào nút Browse để chọn đường dẫn chứa sơ đồ mạch . Nhấn OK để trở về màn hình làm việc

Để tiến hành lấy linh kiện chọn Place > part. Hộp thoại Place part xuất hiện, nếu là lần đầu sử dụng Orcad Capture thì cần phải Add Library





Lấy các linh kiện nào ra thì gõ tên linh kiện đó ở ô Part, tương tư như AT89C52 sau:

Với những linh kiện không có sẵn trong các thư viện trên thì chúng ta tạo mới linh kiện đó như sau:Tạo mới cảm biến nhiệt LM35Dz:Chọn File New Library New Part:



Sau đó dùng các công cụ ở hình dưới vẽ và tạo được linh kiện cần thiết

Kết quả:



Trong quá trình chọn sắp xếp linh kiện ta có thể xoay linh kiện bằng phím tắt “R” Sau khi tiến hành lấy đầy đủ linh kiện, để đi dây cho mạch nguyên lý chúng ta sử dụng công cụ Place wire hoặc phím tắt là W.

Tiếp theo chúng ta tiến hành cấp nguồn cho các linh kiện. Khâu này cần đảm bảo các linh kiện được cấp nguồn giống nhau thì giá trị điện áp cũng phải giống nhau ( Có tên nguồn cấp giống nhau ). Thực hiện việc này bằng công cụ Place power và Place ground.





Kết quả sơ đồ hoàn chỉnh:



Bấm vào nút Restore trên cửa sổ để thu nhỏ màn hình làm việc . Kích hoạt cửa sổ quản lý Project để bấm chọn trang sơ đồ vừa thiết kế . Sau đó bấm vào biểu tượng Design rules check trên thanh công cụ để kiểm tra sơ đồ nguyên lý . Hộp thoại Design rule check xuất hiện bấm OK để kiểm tra. Bấm chọn biểu tượng Create Netlist trên thanh công cụ để tạo lập netlist có phần mở rộng .MNL . Hộp thoại Create netlist xuất hiện chọn Layout, tại Options chọn Run ECO to Layout để tự động cập nhật sự thay đổi sơ đồ nguyên lý vào Layout, tại khung Netlist File chọn thư mục chứa tập tin .MNL. Chọn xong bấm OK.



3. Thiết kế mạch in bằng Orcad LAYOUT:



Sử dụng Ocard layout, sau khi màn hinh layout xuất hiện chọn File > New. Hộp thoại Load Template File xuất hiện . Bên trong hộp thoại nay là danh sách các dạng bản mạch ta chọn DEFAULT.TCH sau đó bấm Open.

Hộp thoại Load netlist suorce xuất hiện . Trong hộp thoại nay chọn tập tin .MNL đã tạo ra trong chương trình vẽ mạch nguyên lý Capture. Chọn xong bấm nút Open . Hộp thoại Save File As xuất hiện yêu cầu nhập tên để lưu bản mạch nhấn nút Save để tiếp tục.



Nếu những linh kiện lân đầu được sử dụng thì hộp thoại Link footprint to compoment xuất hiện giúp ta chọn chân cho các linh kiện trong mạch. Nhấn chuột vào nút Link existing footprint to compment ta tới thư viện chân linh kiện cho mạch chuẩn bị vẽ. Khi vẽ mạch, mỗi người nên tự tạo 1 thư viện chân các linh kiện của riêng mình, ví dụ thư viện sau:



Cách tạo 1 linh kiên mới:Chọn FileLibrary Manager hoặc chọn công cụ Library Manager như hình dưới đây:

Chọn Create of Footprint, điền tên linh kiên cần tạo Name of Footprint, đơn vị là Metric

Trong đó, 2,54 là khoảng cách giữa các lỗ chấm; 0,635 là bước di chuyển của các chân linh kiện.



Khi đó ta được:

Chọn kiểu chân của linh kiện: nháy phải vào chân đó, chọn Properties.., trong phần Padstack Name là tên loại chân T1, T2,…



Trước khi vẽ 1 linh kiện thì phải cắm linh kiện đó trên bo trắng và đo khoảng cách giữa các chân. ADC0809 có 28 chân, để tạo thêm các chân còn lại, nháy phải vào Pin1 New hoặc ấn Insert rồi di chuyển các chân còn lại đến các vị trí của nó. Ta được:



Tiếp theo cần vẽ khung và viết tên linh kiện sử dụng 2 công cụ: Sau khi lựa chon cong cụ, nháy phải, chọn New Properties…



Kết quả:



Bước cuối cùng là lưư linh kiện mình vừa vẽ lại: trong phần Save Footprint As.., Name of footprint là tên linh kiện, nếu chúng ta chưa có thư viện riêng thì nháy vào Create New Library.. chọn đường dẫn và tên thư viện mới như hình bên dưới:

Thực hiện hoàn toàn tương tự, chúng ta tao được các linh kiện còn lại.Sau khi chọn xong đế chân linh kiện trên màn hình sẽ xuất hiện toàn bộ hình dạng chân cắm của linh kiện và dây nối linh kiện, để ẩn các dây nối để nhìn đỡ rối, ta nháy vào công cụ Reconector Mode như sau :



Tiếp theo là chọn số lớp để vẽ,việc tự làm mạch IN ở nhà chỉ có thể vẽ 1 lớp nên chúng ta chọn như sau: Nhấn chuột vào biểu tượng View Spreadsheet sau đó chọn Strategy > Route Layer. Hộp thoai xuất hiện , tại mục Enabled nhấn chọn các lớp ko vẽ mạch in , sau đó nhấn phải chuột và chọn lệnh Properties khi đó hộp thoại Edit layer Strategy xuất hiện bỏ dấu Routting Enabled, sau đó bấm Ok.



Click vào Routing Enabled:



Kết thúc việc chọn vẽ 1 lớp.Để nhìn mạch được rõ hơn, ta không cho hiển thị lớp ASYTOP bằng cách chỉnh sửa vào Colour Setting như sau:



Bố trí linh kiện cho hợp lý là 1 trong những điều kiện quan trong quyết định tới chất lượng , khả năng chống nhiễu , tính thẩm mỹ , và khả năng dễ đi dây của mạch … ngoài ra còn có sự tham gia của các yếu tố yêu cầu về kích thước mạch , yêu cầu về linh kiện làm mạch ( loại thường hay dán ) , yêu cầu về khả năng thực hiện mạch nhiều lớp có thể làm nhiều hơn 2 lớp …)

Khi bố trí linh kiện ta dùng công cụ Component Tool ,đây là công cụ dùng di chuyển các linh kiện , trong quá trình di chuyển sử dụng các phím tắt “R” (xoay linh kiện ).

Các phím tắt “O” và”I” dùng để zoom in và zoom out.

Chọn công cụ: và sắp xếp linh kiện cho hợp lý nhất, ta được:



Trước khi bắt đầu việc đi dây, chúng ta chọn kích thước dây: Chọn kích thước thích hợp cho từng đường mạch ( Chú ý các đường nguồn cần có kích thước lớn hơn các đường tín hiệu ).Để làm việc này ta nhấn chuột vào biểu tượng View Spreadsheet sau đó chọn Strategy >Nets ,hộp thoại Nets hiện ra cho phép ta chọn chi tiết kích thước cho mỗi đường mạch





Mạch tự làm ở nhà nên kích thước của dây như sau là hợp lý:

Sau khi đã điều chỉnh xong , ta bắt đầu tiến hành đi dây. Đối với các mạch không phức tạp thì có thể dùng công cụ Autoroute của Orcad để tự động đi dây , tuy nhiên đi dây bằng tay tốt hơn nhiều do người thiết kế chủ động trong các đường mạch và giúp mạch in có tính linh hoạt hơn . Để đi dây bằng tay ta dùng các công cụ Edit Segment Mode,Shove Track Mode , Add/Edit Route Mode…

công cụ cho phép đi những đuờng dây vuông góc và vát góc. Với những đường dây rất nhỏ, cần phải đi qua chân linh kiện, ta nháy vào đường dây đó, ấn W, bảng sau hiện ra, chọn độ rộng đường dây là 0,5 như sau:

Với những đường dây nào không thể đi 1 lớp được, ta sẽ câu dây, bằng cách đi dây đó từ 2 phía đến vị trí thích hợp, rồi ấn phím V (Via), chúng ta sẽ dùng dây đồng nối 2 lỗ Via đó sau. (Dây Via có màu vàng như hình dưới đây).



Tiếp theo là chọn kích thước lỗ chân linh kiện: Để chọn kích thước và hình dáng cho chân linh kiện ta dùng công cụ Pin Tool và Padstacks . Nhấn chuột vào biểu tượng Pin Tool sau đó nhấn chuột vào chân linh kiện cần chỉnh sửa , nhấn chuột vào biểu tượng View Spreadsheet sau đó chọn Strategy > Padstacks ,hộp thoại Padstacks hiện ra cho phép ta chọn chi tiết kích thước cho mỗi chân linh kiện. Nháy vào loại chân nào thì chân đó trên mạch sẽ có màu trắng:



Việc đi dây phụ thuộc vào nhiều yếu tố , trong đó yếu tố người thiết kế đóng vai trò quan trọng , người thiết kế kinh nghiệm sẽ có mạch in đẹp và đảm bảo chất lượng , tuy nhiên luôn phải đảm bảo các tiêu chí sau : +) Các đường mạch không được đi chập vào nhau .. +) Các đường tín hiệu phải xa các đường nguồn để tránh nhiễu . +) Các đường nguồn bao giờ cũng cần kích thựớc lớn hơn các đường tín hiệu.……Tiếp theo, chúng ta chỉ cho hiên thị lớp BOTTOM màu đỏ bằng cách chọn tất cả các lớp còn lại và nháy chuột phải chọn Invisible:



Ta được:



Tiếp theo là viết tên của mạch và tên mình lên mạch:





Do mạch này có rất nhiều đường tín hiệu nên ta sử dụng phương pháp “ phủ đồng “ để chống nhiễu tốt hơn giữa các đường tín hiệu với nhau . Để thực hiện việc này ta dùng công cụ Obstacle Tool NewProperties như sau:



Để biết kích thước thật của mạch IN thì chọn như sau:

sẽ được



Kết quả:



4. Làm mạch IN:Dụng cụ:



Nếu chúng ta không có máy IN tại nhà thì cần phải convert từ file mạch *.max của chúng ta thành file *.pdf để mang ra của hàng để IN, ở đây em dùng phần mềm tạo máy IN ảo Solid Converter PDF. Các bước đầy đủ thực hiện công việc trên như sau:

Đánh dấu chọn vào: Keep Drill Holes Open để tạo lỗ khoan Force Black & White để chất lượng mực IN tốt nhất

Tiếp theo là chọn máy IN:





Ấn vào Create, ta đựoc file PDF như sau:

Giấy In em dùng là mặt bóng của giấy đề can (màu vàng, 500d/tờ)Các bước cụ thể:- In mạch trên lên mặt bóng của giấy đề can.- Dùng giấy ráp đánh sạch phíp đồng, cắt phíp đồng vừa bằng mạch.- Dùng bàn là, là sao cho mực trên mặt bóng của tờ giấy lên hết phíp đồng (khoảng 5 phút ), là quá lâu sẽ làm cho phíp đồng bị cong.- Ăn mòn đồng bằng hóa chất FeCl3: Phải đổ nước ấm vào chậu trước, sau đó cho FeCl3 vào (không làm ngược lại). Cho phíp đồng vào chậu dung dịch FeCl3 này, lắc chậu qua lại, nếu cho nhiều FeCl3 thì quá trình ăn mòn diễn ra rất nhanh, khoảng 3 phút.- Đổ một chút Xilen (tẩy mực) lên mạch và lấy giẻ lau mực đi, lúc này trên mạch chỉ còn những đường đồng.- Bảo vệ mạch: Nghiền nhỏ nhựa thông, hòa với xăng, được một dung dịch lỏng, tráng dung dịch này lên mặt đồng, mạch sẽ có màu vàng bóng và không bị ô xi hóa.- Bước cuối cùng là khoan lỗ chân linh kiện.



Kết quả:

5. Kết luận : “Mạch đo và điều khiển nhiệt độ” trên được thiết kế bằng orcad 9.0. Qua bài thực hành này đã cho ta những kiến thức cơ bản về việc thiết kế mạch bằng orcad,giúp sinh viên nắm vững các bước để làm được mạch in trong thưc tế. Việc bắt đầu tiếp cận vẽ mạch bằng Orcad thường khó khăn, nhưng nếu kiên trì thực hành tự thiết kế và vẽ một số mạch thì sẽ có thêm nhiều kinh nghiệm. Việc tự làm mạch yêu cầu phải vẽ mạch trên lớp BOTTOM, vẽ trên lớp TOP chân các linh kiện sẽ bị đảo ngược.


Documents

THIẾT KẾ MẠCH IN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ORCAD Mạch đo và điều khiển nhiệt độ dùng VĐK AT89S52