Thiết kế chế tạp bảng kit thực hành điện tử cơ bản | Đồ án môn Mạng máy tính | Trường Cao đằng nghề công nghệ cao Hà Nội
Đồ án môn Mạng máy tính đề tài "Thiết kế chế tạp bảng kit thực hành điện tử cơ bản" của Trường Cao đằng nghề công nghệ cao Hà Nội được biên soạn dưới dạng PDF gồm những kiến thức và thông tin cần thiết cho môn học giúp sinh viên có định hướng ôn tập, nắm vững kiến thức môn học từ đó làm tốt trong các bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, để đạt kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống. Mời bạn đọc đón xem!
Tài liệu liên quan:
Preview text:
MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................1
MỤC LỤC HÌNH..................................................................................................4
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................8
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................9
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................10
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................11
1 .1 Giới thiệu sơ lược về KIT.............................................................................11
1 .1.1. KIT là gì................................................................................................11
1 .1.2. Một số loại KIT thông dụng..................................................................11
1 .1.2.1 Kit linh kiện điện tử........................................................................11
1 .1.2.2 KIT học arduino..............................................................................11
1 .1.2.3 KIT sét nghiệm COVID – 19..........................................................12
1 .2 Hệ thống linh kiện sử dụng trong KIT..........................................................13
1 .2.1. Điện trở..................................................................................................13
1 .2.2. Biến trở..................................................................................................14
1 .2.3. Quang trở...............................................................................................15
1 .2.4. Tụ điện...................................................................................................15
1 .2.5. DIODE bán dẫn.....................................................................................17
1 .2.6. LED ( diode phát quang )......................................................................19
1 .2.7. Transistor...............................................................................................20
1 .2.7.1 Transistor NPN................................................................................20
1 .2.7.2 Transistor BC547............................................................................22
1 .2.7.3 Transistor C828...............................................................................22
1 .2.8. IC NE555...............................................................................................23
1 .2.9. Các cổng logic cơ bản...........................................................................24
1 .2.9.1 Cổng AND.......................................................................................25
1 .2.9.2 Cổng OR..........................................................................................26 1
1 .2.9.3 Cổng NOT.......................................................................................27
1 .2.9.4 Cổng NAND....................................................................................28
1 .2.9.5 Cổng NOR.......................................................................................29
1 .2.10. Mạch mã hóa và giải mã.....................................................................30
1 .2.10.1 Mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn :.........................................30
1 .2.10.2 IC 74HC192..................................................................................32
1 .2.10.3 IC 74LS47.....................................................................................33
1 .2.11. IC 7805................................................................................................33
1 .2.12. IC TDA2003........................................................................................34
CHƯƠNG 2. QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG...................................35
2.1 Thiết kế sản phẩm..........................................................................................35
2 .1.1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium Designer cơ bản......................35
2 .1.1.1 Giới thiệu phần mềm Altium Designer...........................................35
2 .1.1.2 Một số phím tắt trong Altium Designer..........................................45
2 .1.2. Quá trình thiết kế mạch.........................................................................47
2 .1.2.1 Thiết kế mạch nguyên lý :...............................................................47
2 .1.2.2 Thiết kế mạch in PCB.....................................................................50
2 .1.3. Quá trình thiết kế phần vỏ KIT.............................................................52
2 .2 Quá trình hoàn thiện sản phẩm......................................................................57
2 .2.1. Chuẩn bị vật tư......................................................................................57
2 .2.2. Quá trình lắp hoàn thiện KIT................................................................61
CHƯƠNG 3. BÀI TẬP ỨNG DỤNG VÀ THỰC HÀNH.................................65
3 .1 Kết nối quan sát dao động và đo dạng xung ra mạch dao động NE555........65
3 .2 Kết nối và quan sát dao động và đo dạng xung ra mạch dao động da hài.....65
3 .3 Kết nối mạch logic AND NOT OR...............................................................66
3 .4 Kết nối mạch logic NAND NOT NOR.........................................................67
3 .5 Kết nối mạch đếm tăng từ 0 – 9....................................................................67
3 .6 Kết nối mạch đếm tăng từ 0 – 99..................................................................68
3 .7 Kết nối mạch đếm lùi 99 – 0.........................................................................69 2
3 .8 Kết nối mạch đếm tăng từ 60 – 69................................................................70
3 .9 Lắp mạch đếm từ 0 – 60................................................................................70
3 .10 Lắp mạch đếm tăng 0 – 6............................................................................71
3 .11 Lắp mạch đếm tăng từ 0 – 7........................................................................72
3 .12 Kết nối mạch âm thanh................................................................................72
TỔNG KẾT.........................................................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................75 3 MỤC LỤC HÌNH
Hình 1. 1 KIT linh kiện điện tử...................................................................11
Hình 1. 2 ARDUINO STARTER KIT........................................................12
Hình 1. 3 KIT sét nghiệm COVID – 19......................................................12
Hình 1. 4 Hình dạng điện trở thực tế...........................................................13
Hình 1. 5 Các loại biến trở..........................................................................14
Hình 1. 6 Quang trở.....................................................................................15
Hình 1. 7 Tụ điện.........................................................................................16
Hình 1. 8 Tụ xoay........................................................................................16
Hình 1. 9 Ký hiệu DIODE...........................................................................17
Hình 1. 10 Hình dạng thực tế diode............................................................17
Hình 1. 11 Chế độ phân cực thuận diode....................................................18
Hình 1. 12 Chế độ phân cực ngược diode...................................................18
Hình 1. 13 Đặc tuyến volt – ampe của diode..............................................19
Hình 1. 14 Cấu tạo LED..............................................................................20
Hình 1. 15 Đèn LED...................................................................................20
Hình 1. 16 Hình dạng thực tế transistor......................................................21
Hình 1. 17 Transistor BC547......................................................................22
Hình 1. 18 Transistor C828.........................................................................22
Hình 1. 19 Sơ đồ chân IC NE555................................................................23
Hình 1. 20 IC 74LS08.................................................................................25
Hình 1. 21 IC 74LS32.................................................................................26
Hình 1. 22 IC 74LS04.................................................................................27
Hình 1. 23 IC 74LS00.................................................................................28
Hình 1. 24 IC 74LS02.................................................................................29
Hình 1. 25 Sơ đồ chân LED 7 đoạn chung anode.......................................30
Hình 1. 26 Sơ đồ chân LED 7 đoạn chung catod........................................30
Hình 1. 27 Bảng trạng thái LED 7 đoạn chung anode................................31 4
Hình 1. 28 Bảng trạng thái LED 7 đoạn chung catod.................................32
Hình 1. 29 IC 74HC192..............................................................................32
Hình 1. 30 IC 74LS47.................................................................................33
Hình 1. 31 IC LM7805................................................................................34
Hình 1. 32 IC TDA2003..............................................................................34
Hình 2. 1 Giao diện khởi động Altium........................................................35
Hình 2. 2 Màn hình khởi động phần mềm Altium......................................36
Hình 2. 3 Tạo Project..................................................................................38
Hình 2. 4 Thêm môi trường vẽ mạch..........................................................38
Hình 2. 5 Đổi tên project.............................................................................39
Hình 2. 6 Cài đặt thư viện...........................................................................39
Hình 2. 7 Môi trường mạch nguyên lý........................................................40
Hình 2. 8 Môi trường thiết kế mạch in........................................................43
Hình 2. 9 Mạch logic AND NOT OR.........................................................47
Hình 2. 10 Mạch dao động xung.................................................................47
Hình 2. 11 Mạch đếm..................................................................................48
Hình 2. 12 Mạch logic NAND NOT NOR..................................................48
Hình 2. 13 Mạch âm thanh..........................................................................49
Hình 2. 14 Tổng quát mạch nguyên lý........................................................49
Hình 2. 15 Đi dây mạch in KIT 1................................................................50
Hình 2. 16 Đi dây mạch in KIT 2................................................................50
Hình 2. 17 Phối cảnh 3D mạch in mặt sau KIT 1.......................................51
Hình 2. 18 Phối cảnh 3D mạch in mặt trước KIT 2....................................51
Hình 2. 19 Phối cảnh 3D mạch in mặt sau KIT 2.......................................52
Hình 2. 20 Bản vẽ phần thân trên vỏ KIT...................................................52
Hình 2. 21 Bản vẽ phần thân dưới vỏ KIT..................................................53
Hình 2. 22 Bản vẽ nẹp viền KIT.................................................................53
Hình 2. 23 Bản vẽ nẹp miệng vỏ KIT.........................................................54 5
Hình 2. 24 Bản vẽ nẹp viền dưới vỏ KIT....................................................54
Hình 2. 25 Bản vẽ nẹp miệng góc vỏ KIT..................................................55
Hình 2. 26 Bản vẽ nẹp góc vỏ KIT.............................................................55
Hình 2. 27 Bản vẽ bản lề KIT 2..................................................................56
Hình 2. 28 Bản vẽ bản lề KIT.....................................................................56
Hình 2. 29 Vỏ KIT hoàn thiện.....................................................................57
Hình 2. 30 Bảng mạch hoàn thiện...............................................................57
Hình 2. 31 Dây cắm.....................................................................................57
Hình 2. 32 Dây nguồn.................................................................................58
Hình 2. 33 Loa.............................................................................................58
Hình 2. 34 Dây 3.5......................................................................................58
Hình 2. 35 Thiếc hàn...................................................................................59
Hình 2. 36 Tay hàn......................................................................................59
Hình 2. 37 Kìm cắt chân linh kiện..............................................................59
Hình 2. 38 Nguồn 12VDC...........................................................................60
Hình 2. 39 Linh kiện điện tử.......................................................................60
Hình 2. 40 Đồng hồ vạn năng.....................................................................60
Hình 2. 41 Máy hiện xung mini..................................................................60
Hình 2. 42 Lắp hoàn thiện vỏ KIT..............................................................61
Hình 2. 43 Bắt vách ngăn............................................................................61
Hình 2. 44 Hàn mạch...................................................................................62
Hình 2. 45 Hàn dây nguồn..........................................................................62
Hình 2. 46 Kết nối dây nguồn với bộ nguồn...............................................63
Hình 2. 47 Lắp bảng mạch vào vỏ KIT.......................................................63
Hình 2. 48 Đo kiểm tra mạch......................................................................64
Hình 2. 49 Chạy test thử mạch....................................................................64
Hình 3. 1 Sơ đồ kết nối mạch NE555 và máy hiện xung............................65
Hình 3. 2 Sơ đồ kết nối mạch dao động đa hài và máy hiện xung..............66 6
Hình 3. 3 Sơ đồ kết nối mạch logic AND NOT OR...................................66
Hình 3. 4 Sơ đồ kết nối mạch logic NAND NOT NOR..............................67
Hình 3. 5 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 9.....................................................68
Hình 3. 6 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 99...................................................69
Hình 3. 7 Sơ đồ mạch đếm lùi 99 – 0..........................................................69
Hình 3. 8 Sơ đồ kết nối mạch đếm 60 – 69.................................................70
Hình 3. 9 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 60...................................................71
Hình 3. 10 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 6...................................................71
Hình 3. 11 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 7...................................................72
Hình 3. 12 Sơ đồ kết nối mạch loa..............................................................73 7 LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, các
công nghệ luôn cập nhật từng ngày từng giờ. Để nắm bắt được xu thế công nghệ
chúng ta cần phải có những kiến thức cơ sở về nó.
Công nghệ kỹ thuật số đã và đang đóng vai trò trong cuộc cách mạng khoa
học kỹ thuật và công nghệ. Ngày nay công nghệ số được ứng dụng rộng rãi và
có mặt gần hết trên các thiết bị dân dụng cũng như trong công nghiệp, đặc biệt
trong các lĩnh vực thông tin liên lạc phát thanh … và đang thay thế dần kỹ thuật tương tự.
Kỹ thuật điện tử là một môn khoa học của ngành Điện – Điện tử, Cơ Điện
Tử và có vị trí khá quan trọng trong toàn bộ chương trình học của sinh viên và
học sinh, nhằm cung cấp kiến thức nền tảng của chuyên ngành. Do đó chúng em
biên soạn cuốn đồ án này nhằm giúp sinh viên có được tài liệu học tập hữu ích
gắn liền với các bài tập thực hành. Từ đó thời gian học tập sẽ được rút ngắn và
hiệu quả học tập sẽ được nâng cao. 8 LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến giáo viên: Nguyễn Thị Ngọc.
Người đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo trong suốt thời gian học tập và thực hiện đồ án này.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các thầy cô giáo
trong khoa cơ khí của trường Cao đẳng nghề Công nghệ cao Hà Nội đã trực tiếp
giảng dạy và giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập và nghiên cứu đồ án.
Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên cũng như giúp
đỡ trong quá trình học tập. 9 LỜI CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan tất cả các thiết kế về sản phẩm KIT thực hành điện tử,
mô hình và tài liệu hướng dẫn sử dụng được thực hiện bởi chính các thành viên
trong nhóm. Trong đó nhóm cũng có tham khảo giáo trình hiện hành của nhà
trường và chọn lọc các thông tin chia sẻ qua mạng internet.
Nhóm xin chịu trách nhiệm hoàn toàn với những thiết kế và nội dung của báo cáo này. Xin chân thành cảm ơn. Đại diện nhóm. 1 0
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG .1
1 Giới thiệu sơ lược về KIT 1.1.1 . KIT là gì
KIT là một bộ dụng cụ sản xuất ra với mục đích làm một công việc cụ thể.
Hiện nay có rất nhiều các loại KIT khác nhau với công dụng khác nhau được
ứng dụng rộng rãi làm rất nhiều công việc từ các lĩnh vực khác nhau như y tế,
giáo dục, kỹ thuật... Chính vì độ hiệu quả của KIT mang lại người ta đã cho ra
đời vô số những bộ KIT khác nhau giúp ích rất nhiều cho người sử dụng.
1 .1.2. Một số loại KIT thông dụng
1 .1.2.1 Kit linh kiện điện tử
Đây là bộ KIT giúp sinh viên, học sinh làm quen với các loại linh kiện điện tử
cơ bản. Bộ KIT này khá đơn giản khi bao gồm các loại linh kiện khác nhau
như điện trở, tụ điện, biến trở, đèn led, nút nhấn, jumper....
Hình 1. 1 KIT linh kiện điện tử
1 .1.2.2 KIT học arduino
Arduino hiện nay đã được biết đến một cách rộng rãi tại Việt Nam, và trên
thế giới thì nó đã quá phổ biến! Sức mạnh của chúng ngày càng được chứng tỏ
theo thời gian với vô vàn các ứng dụng mở (open source) độc đáo được chia sẻ rộng rãi.
Với Arduino bạn có thể ứng dụng vào những mạch đơn giản như mạch cảm
biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ,... hoặc cao hơn nữa bạn có
thể làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay không 1 1 người lái,...
Chính vì thế hiện nay có rất nhiều những bộ KIT arduino khác nhau phục
vụ rất nhiều nhu cầu khác nhau. Để giúp mọi người làm quen với arduino chúng
ta có bộ ARDUINO STARTER KIT rất phổ biến hiện nay.
Hình 1. 2 ARDUINO STARTER KIT
1 .1.2.3 KIT sét nghiệm COVID – 19
Với tình hình dịch COVID – 19 đang rất phức tạp hiện nay chúng ta không
thể không nhắc đến bộ KIT sét nghiệm nhanh COVID – 19 do Việt Nam nghiên
cứu và sản xuất. Từ đó giúp ích rất nhiều trong công tác phòng chống dịch bệnh tại nước ta.
Hình 1. 3 KIT sét nghiệm COVID – 19
Trên đây chỉ là một số loại kit thông dụng, ngoài ra còn rất nhiều các loại
kit khác nhau sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực. 1 2
Là những anh chị đi trước đã học hết các môn học trong chương trình học
cao đẳng tại trường. Chúng em nhận ra một số những khó khăn gặp phải trong
quá trình học. Nhận ra được độ hiệu quả của một bộ KIT mang lại, với mong
muốn tạo ra được một bộ KIT phục vụ việc học tập của sinh viên khóa sau được
tốt hơn. Sau nhiều tham khảo từ các thầy cô giáo trong khoa nhóm đã quyết định
nghiên cứu và chế tạo một bộ KIT học điện tử cơ bản cho môn điện tử cơ bản.
Từ đó với mong muốn giúp ích được cho các bạn sinh viên khi học môn này sẽ
hiệu quả và đạt kết quả cao hơn.
1 .2 Hệ thống linh kiện sử dụng trong KIT 1.2.1 . Điện trở Công dụng :
Dùng để cản trở dòng điện (thí dụ: một mạch ta cần điều khiển điện chỗ
mạnh chỗ yếu ta dùng điện trở) Đơn vị : Ω ( ôm ) Ký hiệu :
Cấu tạo và hình dạng thực tế : Cấu tạo : 3 loại chính
› Than ép : có công suất < 3W, hoạt động ở tần số thấp.
› Màn than : có côn suất > 3W, hoạt động ở tần số cao.
› Dây cuốn : có công suất > 5W, hoạt động ở tần số thấp. Hình dạng thực tế :
Hình 1. 4 Hình dạng điện trở thực tế 1 3 1 .2.2. Biến trở Công dụng :
Dùng để thay đổi giá trị của điện trở, qua đó làm thay đổi sự cản trở dòng điện trên mạch điện.
- Khi vặn trục chính theo chiều kim đồng hồ thì giá trị điện trở đo ở 2
chân 1 – 2 sẽ giảm, còn giá trị điện trở ở chân 2 – 3 sẽ tăng.
- Khi vặn trục chính theo chiều ngược chiều kim đồng hồ thì giá trị điện
trở đo ở 2 chân 1 – 2 tăng, còn giá trị điện trở ở chân 2 – 3 sẽ giảm. Ký hiệu : Hình dạng thực tế :
Hình 1. 5 Các loại biến trở Hư hỏng thường gặp :
Đối với biến trở loại than thường gặp các hư hỏng như đứt, bẩn, rỗ mặt than.
Trường hợp hợp bị bị bẩn, rỗ mặt sẽ làm cho suất hiện 1 số hiện tượng : ở
amply thì khi điều chỉnh âm lượng sẽ suất hiện tiếng rột rẹt, ở TV monitor vặn
chỉnh độ sáng, tương phản thấy chớp nhiễu … Để khắc phục trường hợp biến trở
bị bẩn, rỗ mặt ta dùng xịt gió thổi sạch các cáu bẩn và cho một ít dầu máy vào. 1 4 1 5 1 .2.3. Quang trở
Là linh kiện điện trở có thể thay đổi theo ánh sang chiếu vào. Hình 1. 6 Quang trở
Quang trở được dùng làm cảm biến nhạy sáng trong các mạch dò, như
trong mạch đóng cắt đèn chiếu sáng kích hoạt bằng sáng tối. Ứng dụng:
- Dùng làm cảm biến nhạy sáng trong các mạch dò sáng tối để đóng cắt đền chiếu sáng.
- Dàn nhạc có guitar điện thì dùng quang trở để nhận biết độ sáng từ đèn
màu nhạc để tạo hiệu ứng âm thanh.
- Trong thiên văn hồng ngoại và quang phổ hồng ngoại, hợp chất Gecu
được chế thành bảng photocell làm cảm biến ánh sáng. 1 .2.4. Tụ điện Công dụng :
Hoạt động dựa trên nguyên lý tích (nạp) và phóng (xả) điện. Ký hiệu : C Đơn vị : F ( Fara )
Nhìn trên hình ký hiệu : bên trái là ký hiệu của tụ hóa, bên phải là ký hiệu
của tụ gốm, tụ giấy.
Tụ hóa thường có giá trị lớn > 1uF trở lên, tụ gốm – giấy thường < 10uF
Cấu tạo và hình dạng thực tế Bao gồm những nhóm sau : 1 6 - Cô N n h g ó d m ụ t ngụ
làm bằng mica, selen, ceramic. Hoạt động ở khu vựa tần số cao (cao tần).
- Dùng để hiệu chỉnh, thay đổi giá trị điện dung theo ý muốn. ứng dụng
- Nhóm tụ làm bằng sứ, sành (tụ gốm), giấy. Hoạt động ở khu vực tần số
thực tế ta thường gặp là: trung bình (trung tần).
- Dùng để chọn thu đài ở trong Radio.
- Tụ hóa học. Hoạt động ở khu vực có tần số thấp(âm tần).
- Dùng để vi chỉnh lại tần số của mạch dao động, mạch lọc........... Hình dạng thực tế :
1 .2.5. DIODE bán dẫn Cấu tạo, ký hiệu Hình 1. 7 Tụ điện Hình 1. 9 Ký hiệu DIODE
Giới thiệu một loại tụ khác Hình dạng thực tế : Tụ xoay
Ký hiệu : CV – Capacitor Variable Hình dạng thực tế :
Hình 1. 10 Hình dạng thực tế diode Hình 1. 8 Tụ xoay 1 7 1 8
Chế độ hoạt động của DIODE - Phân cực thuận
Cực (+) của nguồn EC sẽ đẩy các ion (+) ở đầu cực P của điốt về phía các
ion (-) và cực (-) của nguồn EC sẽ đẩy các ion (-) ở đầu cực N về phía các ion
(+). Như vậy nhờ sức điện động E giúp cho các ion (+) và ion (-) được tiếp hợp
với nhau thuận lợi hơn nên tạo ra dòng điện ID.
Hình 1. 11 Chế độ phân cực thuận diode - Phân cực ngược
Cực (-) của nguồn EC hút các ion (+) ở cực P của điốt về phía nó và cực
(+) của nguồn EC hút các ion ở cực N về phía nó. Mặt khác, giữa các ion (+) và
ion (-) ở lớp tiếp giáp PN cũng có lực tương tác hút nhau nên kết quả có sự tranh
chấp ion (+) và ion (-) với nhau → không có dòng ID. Nếu ta tăng UPN đến một
giá trị UT thì lực hút của E đủ mạnh làm phá vỡ liên kết P-N → tất cả các ion
(+) và ion (-) đều bị hút hết về nguồn EC → ID tăng → Điốt đã bị đánh thủng.
Hình 1. 12 Chế độ phân cực ngược diode 1 9
Hình 1. 13 Đặc tuyến volt – ampe của diode Lưu ý:
Khi sử dụng hay thay thế Điốt hỏng ta cần quan tâm tới:
- Chức năng: nắn điện? hay tách sóng? hay ổn áp? hay chọn tần? → để chọn đúng loại.
- Tần số cắt: nắn xung, tách sóng, chọn tần.
- Áp chịu đựng? dòng tải? → Chọn đúng diode nắn điện.
1 .2.6. LED ( diode phát quang )
LED là viết tắt của Light Emitting Diode. Có nghĩa là điốt phát quang, điốt
có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Led được cấu tạo từ
một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N. Ký hiệu : Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của LED dựa trên công nghệ bán dẫn. Khối bán dẫn P
(chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương) khi ghép với bán dẫn N (chứa
điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sáng 2 0
khối N. Cùng lúc khối P lại nhận được thêm các điện tử âm từ N chuyển sang. Ở
biên giới 2 bên mặt tiếp giáp một số điện tử bị lỗ trống thu hút. Và khi chúng lại
gần nhau có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành nguyên tử trung hòa. Quá
trình này giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Hình 1. 14 Cấu tạo LED
Màu sắc ánh sáng phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử
bán dẫn. Tùy theo mức độ năng lượng giải phóng là cao hay thấp mà bước sóng
ánh sáng phát sẽ khác nhau. Tức là màu sắc ánh sáng phát ra sẽ khác nhau. Hình ảnh thực tế Hình 1. 15 Đèn LED 1 .2.7. Transistor
1 .2.7.1 Transistor NPN Ký hiệu 2 1 Cấu tạo : - C: Collector (Thu) - B: Base (Gốc) - E: Emiter (Phát)
Phân cực cơ bản cho transistor - UC > UB > UE - IE = IB + IC - IB << IE và IC Ký hiệu
Các phương trình cơ bản: 1) IE= IB+ IC
3) β= IC/ IB - Hệ số khuếch đại
2) α= IC/ IE - Hệ số truyền đạt
Hình dạng thực tế transistor
Hình 1. 16 Hình dạng thực tế transistor 2 2
1 .2.7.2 Transistor BC547
BC547BC547 là transistor loại npn, có cấu tạo chân và thông số như hình
bên dưới. Transistor dẫn khi VBE>0.7 (vì transistor này được làm bằng chất bán
dẫn silic), transistor không dẫn khi VBE. Hình 1. 17 Transistor BC547
1 .2.7.3 Transistor C828
C828 là transistor BJT có thể được sử dụng cho bất kỳ yêu cầu mục đích
chung nào. Transistor này có thể là công tắc và cũng có thể là bộ khuếch đại.
Khi sử dụng như một công tắc, nó có thể chịu tải lên đến 100mA. 100mA là
lượng dòng điện khá hợp lý khi điều khiển các linh kiện khác trong mạch điện
tử. Mặt khác, nếu được sử dụng như một bộ khuếch đại, nó có thể cung cấp
4 00mW và giá trị khuếch đại dòng DC tối đa là 520. Nó có các giá trị khuếch
đại DC khác nhau có thể được xác định bằng cách nhìn vào chữ cái cuối cùng
sau số transistor. Nếu chữ cái cuối cùng là “Q”, độ lợi của transistor sẽ là 130
đến 260, nếu “R” độ lợi sẽ là 180 đến 360 và nếu “S” thì độ lợi sẽ là 260 đến
5 20, do đó bạn có thể chọn tùy theo các yêu cầu. Hình 1. 18 Transistor C828 2 3 Thông số kỹ thuật : - Loại gói: TO-92 - Loại transistor: NPN
- Dòng cực góp tối đa (IC) : 100mA
- Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCE) : 25V
- Điện áp cực góp - cực gốc tối đa (VCB) : 30V
- Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO) : 7V
- Tiêu tán cực góp tối đa (Pc) : 400 miliWatt
- Tần số chuyển tiếp tối đa (fT) : 220 MHz
- Độ lợi dòng điện DC tối thiểu & tối đa (hFE) : 130 - 260 (Q), 180-360 (R), 260-520 (S)
- Nhiệt độ lưu trữ & hoạt động tối đa phải là: -55 đến +150 độ C. Ứng dụng :
Như đã đề cập ở trên C828 là một transistor đa năng do đó bạn có thể sử
dụng nó trong bất kỳ ứng dụng nào nằm dưới định mức tối đa của transistor. Ví
dụ, nó có thể được sử dụng để điều khiển đèn LED, IC, relay, transistor công
suất cao, vi điều khiển, v.v. Nó cũng có thể được sử dụng ở đầu ra của các thiết
bị dòng điện thấp như IC có dòng điện đầu ra thấp. Hơn nữa nó cũng có thể
được sử dụng trong các mạch của bộ tiền khuếch đại và bộ khuếch đại âm thanh. 1 .2.8. IC NE555 Cấu trúc IC NE555
Hình 1. 19 Sơ đồ chân IC NE555 2 4
Về cơ bản, IC 555 gồm 2 mạch so sánh điều khiển trạng thái của FF có hơn 0
2 Transistor và nhiều điện trở thực hện chức năng, từ đó lái transistor xả
(discharge) và tạo xung nhảy điều khiển điện áp ở ngõ ra.
Chức năng một số chân được mô tả như sau :
- Chân 1 : GND ( nối đất)
- Chân 2 : TRIGGER (kích khởi), điểm nhạy mức với 1/3 VCC. Khi điện
áp ở chân này dưới 1/3 VCC thì ngõ ra Q của FF xuống [0], gây cho
chân 3 tạo một trạng thái cao.
- Chân 3 : OUTPUT (ra) thường ở mức thấp và chuyển thành mức cao
trong khoảng thời gian định thì. Vì tầng ra tích cực ở cả 2 chiều, nó có
thể cấp hoặc hút dòng đến 200mA.
- Chân 4 : RESET khi điện áp ở chân này nhỏ hơn 0,4V: chu kỳ định thì
bị ngắt, đưa IC555 về trạng thái không có kích. Đây là chức năng ưu
tiên để IC555 không thể bị kích trừ khi RESET được giải phóng
(>1,0V). Khi không sử dụng nối chân 4 lên VCC.
- Chân 5 : Control Voltage (điện áp điều khiển), bên trong là điểm 2/3
VCC. Một điện trở nối đất hoặc điện áp ngoài có thể được nối vào chân
5 để thay đổi các điểm tham khảo (chuẩn) của comparator. Khi không
sử dụng cho mục đích này, nên gắn 1 tụ nối đất ≥ 0.01 µF cho tất cả các
ứng dụng nhằm để lọc các xung đỉnh nhiễu nguồn cấp điện.
- Chân 6 : Threshold (ngưỡng) điểm nhạy mức với VCC. Khi điện áp ở
chân này > 2/3 VCC. . FF Reset làm cho chân 3 ở trạng thái thấp.
- Chân 7 : Discharge (Xả) cực thu của transistor, thường được dùng để xả
tụ định thì. Vì dòng collector bị giới hạn, nó có thể dùng với các tụ rất
lớn (>1000µF ) không bị hư.
- Chân 8 : VCC điện áp cấp nguồn có thể từ 4.5 đến 16V so với chân mass.
1 .2.9. Các cổng logic cơ bản
Trong kỹ thuật điện tử người ta dùng những linh kiện điện tử cần thiết kết
nối với nhau theo các quy luật nhất định tạo nên các phần tử cơ bản và từ đó
hình thành các mạch chức năng phức tạp hơn. Những phần tử cơ bản này gọi là các cổng logic căn bản.
Một cổng logic căn bản bao gồm một hay nhiều ngõ vào nhưng có duy nhất
một ngõ ra và giữa các ngõ vào và ngõ ra biểu thị mối quan hệ với nhau được
biểu diễn qua các số nhị phân 0 và 1. 2 5
Xét về mức điện áp thì 0 đặc trưng cho điện áp thấp và 1 đặc trưng cho
điện áp cao và các cổng logic cơ bản bao gồm các cổng sau.
1 .2.9.1 Cổng AND
Khái niệm : Cổng AND là cổng thực hiện phép nhân logic 2 hoặc n biến
đầu vào( tín hiệu) và có 1 ngõ ra. Ký hiệu : Sơ đồ chân bên trong :
Bảng trạng thái giản đồ xung :
Ứng dụng và sử dụng cổng AND trong IC
Cổng AND trong IC được dùng rộng rãi trong máy tính và mạch số.
Các loại IC chứa cổng AND :
- IC 7408/74LS08 : 4 cổng AND 2 ngõ vào.
- IC7409/LS 09 : Chứa 4 cổng AND 2 ngõ vào.
- IC7411/LS11 : Chứa 3 cổng AND 3 ngõ vào.
- 7421/LS21 : Chứa 2 cổng AND 4 ngõ vào. Sơ đồ chân IC 74LS08 Hình 1. 20 IC 74LS08 2 6 Nhận xét :
- Cổng AND thực hiện toán nhân thông thường giữa 0 và 1
- Ngõ ra cổng AND bằng 0 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 0
- Ngõ ra cổng AND bằng 1 khi tất cả các ngõ vào điều bằng 1
1 .2.9.2 Cổng OR Khái niệm :
Cổng logic OR là cổng thực hiện phép cộng 2 hoặc n tín hiệu (ngõ vào) và chỉ có một ngõ ra. Ký hiệu :
Sơ đồ chân bên trong cổng OR : Bảng trạng thái : IC chứa cổng OR :
- IC 7432/LS32 : chứa 4 cổng OR 2 ngõ vào
- IC7425 : chứa 2 cổng OR 4 ngõ vào Sơ đồ chân IC 74LS32 : Hình 1. 21 IC 74LS32 2 7 Nhận xét :
- Cổng OR thực hiện toán cộng thông thường giữa 0 và 1
- Ngõ ra cổng OR bằng 0 khi tất cả các ngõ vào bằng 0
- Ngõ ra cổng OR bằng 1 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 1
1 .2.9.3 Cổng NOT Khái niệm :
Cổng logic NOT là cổng logic chỉ có 1 ngõ ( tín hiệu ) vào và chỉ có 1 ngõ (tín hiệu) ra. Ký hiệu : Sơ đồ chân bên trong : Bảng trạng thái : IC chứa cổng logic NOT
- IC74LS04/ 7404 : Chứa 6 cổng NOT. Sơ đồ chân IC 74LS04 : Hình 1. 22 IC 74LS04
Nhận xét: Trạng thái ngõ vào và ngõ ra của cổng NOT luôn đối nhau. 2 8
1 .2.9.4 Cổng NAND Ký hiệu : Sơ đồ chân bên trong : Bảng trạng thái : IC chứa cổng logic :
- IC74LS00/7400 : Chứa 4 cổng NAND 2 ngõ vào. Sơ đồ chân IC 74LS00 : Hình 1. 23 IC 74LS00 Nhận xét:
- Cổng NAND là đảo trạng thái ngõ ra của cổng AND.
- Ngõ ra cổng NAND bằng 0 khi có tất cả các ngõ vào bằng 1.
- Ngõ ra cổng AND bằng 1 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 0. 2 9
1 .2.9.5 Cổng NOR Ký hiệu : Sơ đồ chân bên trong : Bảng trạng thái : IC chứa cổng logic NOR :
- IC 74LS02/7402 : Chứa 4 cổng NOR 2 ngõ vào. Sơ đồ chân IC 74LS02 : Hình 1. 24 IC 74LS02 Nhận xét:
- Cổng NOR là đảo của cổng OR
- Ngõ ra cổng NOR bằng 0 khi có ít nhất một ngõ vào bằng 1
- Ngõ ra cổng NOR bằng 1 khi tất cả các ngõ vào bằng 0 3 0
1 .2.10. Mạch mã hóa và giải mã
1 .2.10.1 Mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn :
Đây là lọai đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9,
đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f, g, bên dưới mỗi đọan
là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song
song (đèn lớn). Đèn LED 7 đoạn có cấu tạo gồm 7
đoạn, mỗi đoạn là 1 đèn LED.
Khi một tổ hợp các đọan cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 –
9 cho thấy các đoạn nào cháy để thể hiện các số từ 0 đến 9 .
Tùy theo cách nối các Kathode ( Catốt) hoặc các Anode ( Anốt) của các
LED trong đèn, mà người ta phân thành 2 loại:
Loại Anode chung dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động thấp.
Hình 1. 25 Sơ đồ chân LED 7 đoạn chung anode
Loại catod chung dùng cho mạch giải mã có ngã ra tác động cao.
Ứng với mỗi loại LED khác nhau ta có một mạch giải mã riêng. Sơ đồ khối
của mạch giải mã LED 7 đoạn như hình.
Hình 1. 26 Sơ đồ chân LED 7 đoạn chung catod 3 1
Xét mạch giải mã LED 7 đoạn loại Anode chung :
Đối với LED 7 đoạn loại anode chung hình 4.24a, vì các Anode của các
đoạn LED được nối chung với nhau và đưa lên mức logic 1 ( 5V), nếu muốn
đoạn LED nào tắt ta nối Kathode tương ứng lên mức logic 1 (5V) và ngược lại
muốn đoạn LED nào sáng ta nối Kathode tương xứng xuống mass ( mức logic 0).
Ví dụ: Để hiển thị số 0 ta nối Cathode của đoạn LED “ g” lên mức 1 để
đoạn “ g” tắt và nối Cathode của các đoạn led a, b, c, d, f xuống mass nên các
đoạn này sẽ sáng và cho ta thấy số 0, ta có bảng trạng thái
Hình 1. 27 Bảng trạng thái LED 7 đoạn chung anode
Xét mạch giải mã LED 7 đoạn loại Kathode chung :
Chọn mức tích cực ở ngõ ra là mức logic 1.Vì Kathode của các đoạn led
được nối chung và được nối xuống mức logic 0 ( 0v – mass) nến muốn đoạn led
nào tắt ta đưa Anode tương ứng xuống mức logic 0 ( 0V – mas)
Ví dụ: Để hiển thị số 0 ta nối Anode của đoạn LED “ g” xuống mức logic 0
để đoạn “ g” tắt và nối Anode của các đoạn LED a, b, c, d,f được nối lên nguồn
nên các đoạn này sẽ sáng và cho ta thấy số 0, ta có bảng trạng thái 3 2
Hình 1. 28 Bảng trạng thái LED 7 đoạn chung catod
1 .2.10.2 IC 74HC192
IC 74HC192 là IC thuộc họ TTL có chức năng đếm không đồng bộ, bộ
đếm BCD thuận nghịch lập trình được. IC 74HC192 là bộ đếm MOD 10 nhưng
có thể đầu nối các cách khác nhau để đếm được các MOD khác nhau: MOD2, MOD3, MOD5...
Điện áp làm việc: 4.5 ~ 5.5V
Đếm thuận nghịch không đồng bộ Sơ đồ chân : Hình 1. 29 IC 74HC192
Chân MR là Master Clear, để lên High là reset, Low là chạy bình thường.
Chân PL là chân Preset (là chân đặt trước giá trị), khi lên High thì ko làm
gì, Low thì nhận dữ liệu từ P0 đến P3 làm giá trị đếm đầu tiên (giá trị đặt trước).
Bình thường, 2 chân CPU và CPD đặt lên High, nếu có xung cạnh lên ở
CPU thì đếm tiến, nếu xung cạnh lên ở CPD thì đếm lùi (chi tiết cách đếm trong datasheet).
Các chân TCU và TCD là các chân carry, dùng để nối tiếp các IC khác. 3 3
Các chân Q0 đến Q3 là chân ngõ ra. .2.1 1 0.3 IC 74LS47
Đây là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung. IC chuyển đổi
từ mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung.
Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số mà không
cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển. Hình 1. 30 IC 74LS47
Chân 16 cấp nguồn Vcc cụ thể ở đây là 5V nếu quá 5V ic này sẽ bị chết .
Chân 8 là chân nối GND (mass).
Các chân 1,2,6,7 là các chân tín hiệu vào ứng với B,C,D,A.
Các chân 15,14,13,12,11,10,9 là các chân ra ,các chân này sẽ được nối với led 7 thanh.
Chân thứ 3 LT(Lamp test ) như tên gọi của nó chân 3 này là chân kiểm tra
led 7 đoạn,nếu ta cắm chân này xuống mass thì bộ giải mã sẽ sáng cùng lúc với
7 đoạn.Chân này chỉ phục vụ để kiểm tra xem có led nào bị hỏng hay không và
trong thực tế không sử dụng nó.
Chân 4 BI/RB0 luôn luôn được kết nối với mức cao ,nếu kết nối với mức
thấp thì toàn bộ led sẽ không sáng bất chấp trạng thái ngõ vào là gì.
Chân 5 RBI kết nối với mức cao. 1 .2.11. IC 7805 Khái quát về IC7805
Là loại IC cung cấp điện áp ngõ ra với giá trị ổn định mặc dù trong lúc đó
điện áp ngõ vào IC thay đổi liên tục và thiếu sự ổn định. IC 7805 chỉ là một
trong rất nhiều loại IC ổn áp khác nhưng khả năng ổn áp của nó thì không thể 3 4
xem thường. IC 7805 được phân loại là một loại IC điều chế điện áp DC dương
vì ngõ ra của IC này luôn có mức điện áp dương so với mức điện áp nối mass
(GND). 7805 được thiết kế bao gồm 3 chân: Hình 1. 31 IC LM7805
Chân thứ nhất là để cấp điện áp DC đầu vào, chân thứ 2 là chân để đấu với
mass (chân GND), chân thứ 3 là chân ngõ ra điện áp ổn áp, trong trường hợp
này chúng ta đang nói về IC 7805 nên điện áp ngõ ra là 5V (với điều kiện là điện
áp đầu vào lớn hơn 5V). Điện áp hoạt động của IC khuyến cáo nên ở khoảng 1A
để IC hoạt động được lâu dài. 1 .2.12. IC TDA2003
Là ic công suất, khuếch đại âm thanh, thường được sử dụng trong loa vi tính. Hình 1. 32 IC TDA2003 Thông số kỹ thuật :
- Điện áp cực đại: 28V
- Dòng điện đỉnh tối đa: 3.5A - Công suất: 10W
- Nhiệt độ làm việc: -40 ~ 150oC 3 5
CHƯƠNG 2. QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG .1
2 Thiết kế sản phẩm
2 .1.1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm Altium Designer cơ bản
2 .1.1.1 Giới thiệu phần mềm Altium Designer
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. 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.
Altium có thể chỉnh sửa được các bản thiết kế từ các phần mềm khác như
Orcad, Eagle, Proteus… Ngoài ra, nó có thể đọc được bản thiết kế từ các phần
mềm cơ khí như Autocad để có thể giúp người thiết kế mạch sao cho đặt các vị
trí linh kiện, kích thước bản mạch phù hợp với vị trí lắp đặt. Sau khi thiết kế
xong, người vẽ có thể xuất sang bản vẽ 3D trên các môi trường Inventor, Solid
Work để giúp người vẽ cơ khí chọn điểm đặt hợp lý cho bản mạch.
Gia công mạch sau khi thiết kế trên Altium, ngoài các phương pháp gia
công thủ công, phương pháp gia công mạch sử dụng máy phay mạch CNC cũng
được sử dụng rất rộng rãi. Altiumcó thể xuất ra các file CAM, CNC giúp cho
việc gia công mạch sử dụng máy phay rất thuận tiện và nhanh chóng.
Giao diện chính của phần mềm Altium Designer
Sau khi cài đặt xong, file chương trình chiếm khoảng 2.43GB dung lượng.
Để khởi động chương trình vào Start → All Programs → Altium → Altium
Designer. Giao diện khởi động phần mềm được mô tả như hình.
Hình 2. 1 Giao diện khởi động Altium
Đây là giao diện khởi động của Altium Designer phiên bản 18, tùy từng
phiên bản mà có các giao diện khởi động khác nhau. Sau khi khởi động xong,
vào giao diện chính của phần mềm. Giao diện chính của được mô tả như hình.
Hình 2. 2 Màn hình khởi động phần mềm Altium
Giao diện của Altium rất thân thiện, tương tự như các phần mềm CAD
khác. Bao gồm các thanh công cụ ở trên và ở dưới, bên trái và bên phải, mỗi
thanh công cụ đều có chức năng riêng.Thanh công cụ bên trên là các menu, bên
dưới là các thanh trạng thái hiển thị các thông tin như tọa độ, kích thước… và
một số thuộc tính khác của đối tượng. Các tab đặt dọc hai bên là công cụ quản
lý: Project, Navbar, Libraltes, History,…Chính giữa là màn hình làm việc chính
đủ lớn để thao tác vẽ nguyên lý, mạch in, hệ thống EPGA…
Một số định dạng file mặc định trong quá trình thiết kế cơ bản với Altium Designer.
- .PriDoc : Định dạng file project, nó liên kết các file khác nhau trong một thiết kế
- .SchDoc: Định file cho sơ đồ nguyên lý
- .PchDoc : Định dạng file cho mạch in
- .PchLib : Thư viện chân linh kiện vẫn gọi là Foodprint
- .SchLib : Thư viện nguyên lý
Một số chức năng quan trọng trên thanh công cụ bên trên giao diện chính. 3 7
- File : Bao gốm các chức năng quan trọng
như tạo mới file thiết kế, mở và đóng các file thiết kế…
- View: Điều chỉnh, tùy chọn hiển thị các
thanh cộng cụ, hiển thị trong giao diện.
- Project: Quản lý project, thêm mạch nguyên
lý, mạch in vào project, kiểm tra lỗi,… 3 8
Tạo Project thiết kế mạch :
Tại giao diện phần mềm ban đầu chọn: File→New→Project→PCB
Projects hoặc sử dụng phím tắt F→N→J→B. Ở đây cũng cho tạo những project
khác nhau cho các ứng dụng khác nhau. Như FPGA, tạo thư viện , các file lập trình,…. Hình 2. 3 Tạo Project
Xuất hiện ở bên phải tab Projects nó là nơi quản lý các project và các file
được tạo mới mở ra trong Altium Derigner.
Tuy nhiên, Projects sau khi tạo không chứa file nào, công việc tiếp theo là
phải thêm các file mạch nguyên lý và mạch in vào. Click chuột phải vào biểu
tượng PCB_Project1.PrjPCB in đậm, xuất hiện bảng rồi chọn Add new to
Project. Sau đó chọn Schematic để tạo mạch nguyên lý, làm tương tự rồi chọn
PCB để tạo bản mạch in như hình 3 9
Hình 2. 4 Thêm môi trường vẽ mạch
Sau khi tạo mạch nguyên lý và mạch in trong Project xong, được giao diện
như hình. Tên mặc định của Project là PCB_Project1 và tên mặc định của mạch
nguyên lý và mạch in lần lượt là Sheet1 và PCB1. Để lưu chương trình, click
chuột phải vào biểu tượng PCB_Project1.PrjPCB in đậm, xuất hiện bảng rồi
chọn Save Project As… Sau đó,lần lượt lưu file *.Pcbdoc, *.Schdoc, *.PrjPcb.
Giả sử, lưu tên file là Baitap, sau khi lưu xong, giao diện phần mềm được mô tả
Hình 2. 5 Đổi tên project trên hình. Thêm thư viện linh kiện 4 0
Hình 2. 6 Cài đặt thư viện
Sau khi chọn theo thứ tự tìm file thư viện và add vào thư viện trong altium.
Về thư viện linh kiện trong Altium designer có rất nhiều những thư viện
miễn phí được chia sẻ rộng rãi trên internet nên có thể tự tìm và add thư viện
theo nhu cầu làm việc của bản thân. Ngoài ra Antium còn hỗ trợ ta tự tạo thư
viện linh kiện theo ý mình, thế nên cần cân đối nhu cầu bản thân và lựa chọn thư viện phù hợp.
Thiết kế mạch nguyên lý
Mạch nguyên lý là rất cần thiết khi cần thiết kế một mạch điện tử. Mạch
nguyên lý cho biết khái quát mạch điện tử gồm những linh kiện gì, thứ tự và
chức năng của từng linh kiện trong mạch. Chính vì vậy, môi trường mạch
nguyên lý trong Altium cần được tìm hiểu đầu tiên trong các bước thiết kế mạch
điện tử sử dụng phần mềm này.
Hình 2. 7 Môi trường mạch nguyên lý
Môi trường thiết kế mạch nguyên lý bao gồm các phân vùng được đánh dấu
trên hình. Trong đó, vùng menu chính có thêm các chức năng mới mà chúng ta
cần tìm hiểu để phục vụ cho việc thiết kế mạch nguyên lý. Các lệnh trên menu lệnh 4 1
Đầu tiên là các tab File, Edit, View có chức năng
tương tự như tab ở giao diện chính khi khởi động
phần mềm.Tiếp theo, tab Project, để mở tab này, di
chuyển chuột tới tab đó và click chuột trái hoặc nhấn
phím tắt C.Tab này cho phép kiểm tra các thiết kế, di
chuyển hoặc xóa bỏ các file trong nó. Hình bên mô tả tab Project.
Tiếp theo, tab Place, để mở tab này, di chuyển
chuột tới tab đó và click chuột trái hoặc nhấn phím
tắt P. Tab này bao gồm công cụ lấy các kết nối trong
thiết kế. Trong đó chúng ta cần chú ý một số các công cụ hay dùng:
- Bus: Đi dây theo dạng bus, rất chuyên nghiệp và gọn gàng
- Part… : Lấy linh kiện nhanh
- Power Port: Lấy các chân nguồn, VCC,GND
- Wire: đường dây nối các chân linh kiên, đây
là công cụ thường dùng nhất trong thiết kế mạch nguyên lý.
- Net Lable: Giúp đánh dấu, đặt tên cho các
wire đề chúng tự phải nối với nhau khi trùng tên.
- Drawing tools: giúp vẽ những đường cong,
vuông góc, đường thẳng cần dùng trong thiết kế
- Notes: cho phép tạo ra các khung chú ý trong thết kế.
- Text String: cho phép viết chữ trong bản vẽ 4 2
Tiếp theo là tab Design, chứa các công cụ thêm và xóa bỏ thư viện, update mạch.
Một số công cụ hay sử dụng khi thiết kế mạch nguyên lý.
- Update PCB Document: Cập nhật từ
mạch nguyên lý sang mạch in. Thao tác
này thường sử dụng sau khi thiết kế mạch
nguyên lý hoặc sau khi sửa lỗi mạch nguyên lý.
- Browse Library…: Mở thư viện mạch
nguyên lý, hoặc lấy linh kiện ra để vẽ.
- Add/Remove Library…: Thêm hoặc gỡ bỏ thư viện.
- Document Options…: cho phép cài đặt
chọn khổ giấy cho bản vẽ nguyên lý như
A3, A4, A…, sử dụng các template khung
bản vẽ để ước lượng, căn khoảng cách các linh kiện trong mạch. Thiết kế mạch in PCB Giới thiệu
Mạch in là rất cần thiết khi gia công một mạch điện tử. Mạch in cho biết
mạch sau khi gia công xong có kích thước hình dạng ra sao, sắp xếp các linh
kiện trong mạch như thế nào. Việc thiết kế mạch in yêu cầu người vẽ cần phải
có cái nhìn bao quát, trí tưởng tượng và tư duy. Tuy nhiên, Altium Designer
cũng có một thư việc 3D đồ sộ, một công cụ hỗ trợ rất tốt cho người vẽ. Tạo bản thiết kế
Môi trường thiết kế mạch in bao gồm các phân vùng, các thanh công cụ
được đánh dấu như trên hình. Trong đó, chúng ta sẽ tìm hiểu những công cụ và
tiện ích mới để phục vụ cho việc thiết kế mạch in. 4 3
Hình 2. 8 Môi trường thiết kế mạch in Các lệnh trên menu lệnh
Các tab File, Edit, View, Project có chức năng tương tự như môi trường
thiết kế mạch nguyên lý. Đặc biệt, ở Tab View có thêm chức năng chuyển mạch
dưới dạng 3D. Để thực hiện chức năng này, vào View→Swicth To 3D hoặc
chọn ở cùng hiển thị chế độ mạch in như hình 3.1.
Tiếp theo, tab Place, để mở tab này, di chuyển chuột tới tab đó và click
chuột trái hoặc nhấn phím tắt P. Tab này bao gồm công cụ vẽ, kết nối mạch, phủ
đồng cho mạch in và đo kích thước mạch in…
Chú ý một số công cụ hay dùng :
Các công cụ Arc: Các công cụ này có chức
năng vẽ đường tròn hoặc cung tròn.
- Line: Công cụ vẽ đường thẳng, thường dùng
trong vẽ đường viền của mạch
- String: Viết chữ trên mạch in
- Pad: Lấy lỗ khoan, chân linh kiện - Via: Lấy lỗ Via
Các công cụ Interactive…: Các công cụ đi dây
bằng tay trong mạch in, đi dây đơn, đi nhiều dây cùng lúc…
- Dimension: Đo kích thước trong mạch in 4 4
- Các công cụ Polygon Pour…: Phủ đồng cho mạch in
Tiếp theo là tab Design, để mở tab này,
di chuyển chuột tới tab đó và click chuột trái
hoặc nhấn phím tắt D. Tab này bao gồm các
công cụ cập nhật sang mạch nguyên lý, nhập
các thay đổi từ Project, đặt luật đi dây, cắt
mạch,quản lý lớp… Hình 3.3 mô tả tab
Design trong môi trường thiết kế mạch in.
- Trong đó, cần chú ý các công cụ hay dùng sau: - Update Schematics in
tenProjec.PrjPcb: Công cụ này có
chức năng sau khi chỉnh sửa mạch tại
môi trường mạch in, cập nhập sang
mạch nguyên lý để thay đổi mạch nguyên lý theo mạch in.
- Import Changes From tenProjec.PrjPcb: Nhập những thay đổi ở mạch nguyên lý sang mạch in.
- Rules: Cách đặt luật đi dây. Đây là chức năng rất quan trọng trong quá
trình kết nối dây ở môi trường thiết kế mạch in.
› Mọi thao tác đi dây, phủ đồng dù tự động hay bằng tay đều phải
tuân theo một cài đặt trước ví dụ như độ rộng đường mạch,
khoảng cách an toàn cho các đường mạch và chân linh kiện, giữa
đường mạch với đường mạch. Các luật được hiển thị dạng cây và
chia thành các nhóm như hình , cơ bản cần chú ý đến một số luật
thiết yếu để vẽ một mạch in đơn giản hoàn chỉnh.
› Đầu tiên là luật Clearance. Đây là khoảng cách nhỏ nhất giữa
đường mạch với chân linh kiện, giữa đường mạch với đường
mạch, hay nói cách khác, đây là khoảng cách an toàn, còn nếu gia
công mạch thủ công, đây cũng có thể gọi là khoảng cách mà có
thể gia công được mạch in. Giá trị mặc định của phần mềm là
1 0mil (1mil = 0.00254mm). Để thay đổi, chỉnh sửa giá trị mặc
định tại vị trí điều chỉnh khoảng cách sau đó bấm vào Apply→OK.
› Tiếp theo, để cài đặt độ rộng đường mạch, sử dụng luật With.
With là luật điều chỉnh độ rộng đường dây. Cần cài đặt 3 thông số
liên quan tới độ rộng đường dây sau: 4 5
. Min With: Độ rộng đường dây nhỏ nhất
. Preferred With: Độ rộng đường dây được ưu tiên, nằm
trong khoảng từ độ rộng nhỏ nhất đến lớn nhất của đường dây. .
Max With: Độ rộng đường dây lớn nhất Sau khi cài đặt xong, chọn Apply→OK.
› Tiếp theo là chọn lớp để đi dâyMặc định Altium cho phép đi dây
2 lớp, lớp Top (lớp trên) và lớp Bottom (lớp dưới). Nếu đi dây ở
lớp Bottom thì tick bỏ lớp Top và ngược lại, hoặc nếu đi dây cả
hai lớp thì để mặc định.
› Tiếp theo là chỉnh via, via có chức năng giống như một chân linh
kiện. Nó thường được dùng để nối các dây từ các lớp khác nhau
trong mạch in, còn trong vẽ mạch một lớp thì nó có chức năng để
câu thêm dây ngoài. Để thay đổi kích thước via, vào Routingvias.
Trong đó, cần điều chỉnh các thông số sau:
. Via Diameter: Đường kính via
. Minimum: Đường kính nhỏ nhất
. Maximum: Đường kính lớn nhất
. Preferred: Đường kính ưu tiên
. Via Hole Size: Đường kính lỗ khoan
. Minimum: Đường kính nhỏ nhất
. Maximum: Đường kính lớn nhất
. Preferred: Đường kính ưu tiên
2 .1.1.2 Một số phím tắt trong Altium Designer
Thiết kế mạch nguyên lý :
- X : quay linh kiện theo trục X.
- Y : quay linh kiện theo trục Y.
- Space : Xoay linh kiện 900 độ.
- Shift + Space : Xoay linh kiện 450 độ.
- Shift + chuột trái : Copy linh kiện.
- P B: Thực hiện vẽ Bus- P W : Để đi dây nối chân linh kiện.
- P O : Lấy GND- P V N : Đánh dấu chân không dùng.
- T N : Đặt tên tự động. - P T : Đặt Text. - T W : Tạo LK mới.
- Ctrl+Shift+L (hoặc A+L): Căn chỉnh các linh kiện thẳng hàng dọc. 4 6
- 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.
- D U :Update nguyên lý sang mạch in.
- T S : Tìm linh kiện bên mạch in (bạn chọn khối bạn cần đi dây bên
mạch nguyên lý rồi ấn T-S, nó sẽ tự động tìm khối đấy bên mạch in cho bạn). Thiết kế mạch in :
- P T (Place > Interactive Routing) : Để đi dây bằng tay.
- A A : Đi dây tự động.
- T U A : Xóa bỏ tất cả các đường mạch đa chạy. - P G : Phủ đồng. - D K : Chọn lớp vẽ.
- D R : Để chỉnh các thông số trong mạch như độ rộng của đường
dây(width), khoảng cách 2 - dây(clearance),cho phép ngắn mạch( shortcircuit)... - P V : Lấy lỗ Via.
- Ctrl + Shift + lăn chuột: chuyển qua lại giữa các lớp.
- D T A : hiển thị hết các lớp.
- D T S: Chỉ hiển thị lớp TOP + BOTTOM + MULTI..
- Shift+ S : Ẩn các lớp. Chỉ hiện thị lớp đang dùng.
- Q : chuyển đổi đơn vị mil --> mm và ngược lại.
- Ctrl +G : cài đặt chế độ lưới.
- D O : chỉnh thông số mạch.
- P L : Định dạng lại kích thước mạch in nhấn rồi vào lớp keep out layer
vẽ đường viền sau đó bôi đen toàn mạch rồi nhấn D S D .
- 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.
- Fliped Board : Lật ngược mạch in. 4 7 4 8
2 .1.2. Quá trình thiết kế mạch
2 .1.2.1 Thiết kế mạch nguyên lý :
Hình 2. 9 Mạch logic AND NOT OR
Hình 2. 10 Mạch dao động xung 4 9 Hình 2. 11 Mạch đếm
Hình 2. 12 Mạch logic NAND NOT NOR 5 0 Hình 2. 13 Mạch âm thanh
Hình 2. 14 Tổng quát mạch nguyên lý 5 1
2 .1.2.2 Thiết kế mạch in PCB
Hình 2. 15 Đi dây mạch in KIT 1 5 2 lOMoAR cPSD| 31835026
Hình 2. 16 Đi dây mạch in KIT 2 5 3
Hình 2. 17 Phối cảnh 3D mạch in KIT 1
Hình 2. 18 Phối cảnh 3D mạch in mặt trước KIT 2 5 4
Hình 2. 19 Phối cảnh 3D mạch in mặt sau KIT 2
2 .1.3. Quá trình thiết kế phần vỏ KIT
Hình 2. 20 Bản vẽ phần thân trên vỏ KIT 5 5
Hình 2. 21 Bản vẽ phần thân dưới vỏ KIT
Hình 2. 22 Bản vẽ nẹp viền KIT 5 6
Hình 2. 23 Bản vẽ nẹp miệng vỏ KIT
Hình 2. 24 Bản vẽ nẹp viền dưới vỏ KIT 5 7
Hình 2. 25 Bản vẽ nẹp miệng góc vỏ KIT
Hình 2. 26 Bản vẽ nẹp góc vỏ KIT 5 8
Hình 2. 27 Bản vẽ bản lề KIT
Hình 2. 28 Bản vẽ bản lề KIT 2 5 9
2 .2 Quá trình hoàn thiện sản phẩm
2 .2.1. Chuẩn bị vật tư - Vỏ KIT
Hình 2. 29 Vỏ KIT hoàn thiện - Bảng mạch hoàn chỉnh
Hình 2. 30 Bảng mạch hoàn thiện - Dây nối bắp chuối Hình 2. 31 Dây cắm 6 0 - Dây nguồn Hình 2. 32 Dây nguồn - Loa Hình 2. 33 Loa - Jack 3.5 Hình 2. 34 Dây 3.5 6 1 - Thiếc hàn Hình 2. 35 Thiếc hàn - Tay hàn Hình 2. 36 Tay hàn
- Kìm cắt chân linh kiện
Hình 2. 37 Kìm cắt chân linh kiện 6 2 - Nguồn 12V Hình 2. 38 Nguồn 12VDC - Linh kiện điện tử
Hình 2. 39 Linh kiện điện tử
- Các thiết bị đo kiểm
Hình 2. 40 Đồng hồ vạn năng
Hình 2. 41 Máy hiện xung mini 6 3 6 4
2 .2.2. Quá trình lắp hoàn thiện KIT
Hình 2. 42 Lắp hoàn thiện vỏ KIT Hình 2. 43 Bắt vách ngăn 6 5 Hình 2. 44 Hàn mạch Hình 2. 45 Hàn dây nguồn 6 6
Hình 2. 46 Kết nối dây nguồn với bộ nguồn
Hình 2. 47 Lắp bảng mạch vào vỏ KIT 6 7
Hình 2. 48 Đo kiểm tra mạch
Hình 2. 49 Chạy test thử mạch 6 8
CHƯƠNG 3. BÀI TẬP ỨNG DỤNG VÀ THỰC HÀNH .1
3 Kết nối quan sát dao động và đo dạng xung ra mạch dao động NE555. Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Dây cắm - Mạch NE555 - Máy hiện xung DSO138
Kết nối mạch và quan sát dạng xung
Hình 3. 1 Sơ đồ kết nối mạch NE555 và máy hiện xung
Dạng xung ra đo ở chân 3 là dạng xung vuông. Làm tương tự đo dạng xung
ra ở chân 2 và 6 ta sẽ quan sát được dạng xung ra là xung tam giác.
3 .2 Kết nối và quan sát dao động và đo dạng xung ra mạch dao động da hài. Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Dây cắm - Mạch dao động đa hài - Máy hiện xung DSO138 6 9
Kết nối mạch và quan sát dạng xung
Hình 3. 2 Sơ đồ kết nối mạch dao động đa hài và máy hiện xung
Từ quan sát thấy dạng dung ra hai đầu của mạch dao động da hài là dạng xung vuông .
3 .3 Kết nối mạch logic AND NOT OR Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Dây cắm - Mạch dao động NE555 - Mạch IC logic Kết nối mạch
Hình 3. 3 Sơ đồ kết nối mạch logic AND NOT OR 7 0
Sau khi quan sát và so sánh với bảng trạng thái In 1 In 2 Đèn 1 Đèn 2 Đèn 3 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1
3 .4 Kết nối mạch logic NAND NOT NOR Chuẩn bị : - Nguồn 5 VDC - Dây cắm - Mạch dao động NE555 - Mạch IC logic Kết nối mạch
Hình 3. 4 Sơ đồ kết nối mạch logic NAND NOT NOR
Sau khi quan sát và so sánh với bảng trạng thái In 1 In 2 Đèn 1 Đèn 2 Đèn 3 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0
3 .5 Kết nối mạch đếm tăng từ 0 – 9 Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC 7 1 - Dây cắm - Mạch dao động NE555
- Mạch đếm 1 số ic giải mã IC 74HC192 và 74LS47 Kết nối mạch
Hình 3. 5 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 9
Kết nối dây cắm như hình, quan sát mạch đếm từ 0 – 9
Làm tương tự thay đổi kết nối từ ngõ ra chân 3 mạch NE555 sang chân 4
(DN) , chân 5 (UP) nối vào VCC để mạch đếm xuống từ 9 – 0 .
3 .6 Kết nối mạch đếm tăng từ 0 – 99 Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Mạch dao động NE555
- Mạch đếm 2 chữ số ic 74HC192 và 74LS47 - Dây cắm Kết nối mạch 7 2
Hình 3. 6 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 99
Kết nối mạch như hình, quan sát mạch đếm từ 0 – 99
3 .7 Kết nối mạch đếm lùi 99 – 0 Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Dây cắm - Mạch dao động NE555
- Mạch đếm 2 chữ số ic 74HC192 và 74LS47 Kết nối mạch
Hình 3. 7 Sơ đồ mạch đếm lùi 99 – 0 7 3
Kết nối mạch như hình quan sát mạch đếm từ 99 – 0 .8
3 Kết nối mạch đếm tăng từ 60 – 69 Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Dây cắm - Mạch dao động NE555
- Mạch đếm 2 chữ số ic 74HC192 và 74LS47 - Mạch ic logic 74HC08 Kết nối mạch
Hình 3. 8 Sơ đồ kết nối mạch đếm 60 – 69
Kết nối mạch như hình, quan sát mạch đếm từ 60 – 69 .9
3 Lắp mạch đếm từ 0 – 60 Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Dây cắm - Mạch dao động NE555
- Mạch đếm 2 chữ số ic 74HC192 và 74LS47 - Mạch ic logic 74HC08 Kết nối mạch 7 4
Hình 3. 9 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 60
Kết nối mạch như hình, quan sát mạch đếm từ 0 – 60 .10 3
Lắp mạch đếm tăng 0 – 6 Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Dây cắm - Mạch dao động NE555 - Mạch đếm 1 số - Mạch ic logic 74HC08 Kết nối mạch
Hình 3. 10 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 6 7 5
3 .11 Lắp mạch đếm tăng từ 0 – 7 Chuẩn bị : - Nguồn 5VDC - Dây cắm - Mạch dao động NE555 - Mạch đếm 1 số - Mạch ic logic 74LS11 Kết nối mạch
Hình 3. 11 Sơ đồ kết nối mạch đếm 0 – 7
Kết nối mạch như hình, quan sát mạch đếm 0 – 7 .12 3
Kết nối mạch âm thanh Chuẩn bị : - Nguồn 12VDC - Dây cắm - Loa - Mạch âm thanh 7 6
Hình 3. 12 Sơ đồ kết nối mạch loa
Kết nối mạch như hình, nghe âm thanh ổn . 7 7 TỔNG KẾT Đánh giá chung
Sau gần 2 tháng nghiên cứu và thực hiện với nhiều nỗ lực và cố gắng của
nhóm. Cũng với sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thi Ngọc - đồ án này đã
hoàn thành với những nội dung sau:
- Tìm hiều quá trình thiết kế và gia công mạch PCB
- Thiết kế và gia công phần vỏ KIT bằng nhôm
- Hiểu nguyên lý hoạt động các mạch điện cơ bản
Hướng phát triển sản phẩm
Sản phẩm làm ra với mong muốn giúp đỡ các bạn sinh viên học tập hiệu
quả hơn trong môn điện tử cơ bản. Sau quá trình thử nghiệm sản phẩm với các
chức năng cơ bản đủ đáp ứng nhu cầu học tập của sinh viên đối với môn học
điện tử cơ bản, tuy nhiên nhóm vẫn mong muốn phát triển thêm sản phẩm để có
thể có một phiên bản đầy đủ tính năng nhất và được áp dụng thường xuyên trong
các tiết học không chỉ với môn học này mà còn có thể áp dụng được cho các
môn khác trong nghề Cơ Điện Tử. Từ đó nâng cao chất lượng học tập của sinh viên. 7 8
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Từ các nguồn khác nhau trên internet.
- Tư liệu tham khảo của khoa ở trường.
- Tham khảo từ thầy, cô giáo viên hướng dẫn.
- Tìm tòi học hỏi từ những người có kinh nghiệm 7 9