Hướng Dẫn Thiết kế Mạch Điện Tử Từ A-Z

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.73 MB, 103 trang )

Bạn đang đọc: Hướng Dẫn Thiết kế Mạch Điện Tử Từ A-Z

MỤC LỤC
PHẦN II: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ ………………………………………………………………. 5
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ …………………………………………………….. 6
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ …………….. 6
I. 1.1 Các giai đoạn thiết kế trong các mạch tích hợp ………………………………. 6
II.

1.2 Mô hình hoá mạch điện ……………………………………………………………. 8

III.

1.3 Tổng hợp và tối ưu hoá mạch dùng máy tính …………………………….. 10

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTUES ……………… 12
IV. 2.2 Những khả năng khác của ISIS ……………………………………………….. 12
V. 2.3 ARES PCB Layout ………………………………………………………………… 12
VI. 2.4 Đặc điểm chính ……………………………………………………………………… 13
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH………………………………………………………………. 14
VII. 3.1 .Hướng dẫn sử dụng phần mềm protues ……………………………………. 14
3.1.1Vẽ sơ đồ nguyên lý với SIS 7……………………………………………………… 14
3.1.3 Một số thao tác cơ bản ……………………………………………………………… 16
3.1.4 Các công cụ chính ……………………………………………………………………. 25
VIII.

3.2 Các ví dụ thiết kế mạch nguyên lý “Sematic”, mạch in “PCB”…. 27

3.2.1 Thiết kế bộ nguồn 5V dùng IC …………………………………………………… 27
3.2.2 Thiết kế mạch khuyếch đại chế độ A dùng BJT 2N2222 ………………. 29
3.2.3 Thiết kế mạch in mạch nguồn 12VDC ………………………………………… 34
CHƯƠNG 4 ĐIỂM CẦN LƯU Ý KHI THIẾT KẾ MẠCH ………………………… 44
IX. 4.1 Điểm cần lưu ý khi thiết kế mạch in…………………………………………. 44

4.2 Thiết kế mạch nguyên lý ………………………………………………………… 45

PHẦN III: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ………………………………………………… 46
CHƯƠNG 1: VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 ………………………………………………… 46
XI. GIỚI THIỆU ………………………………………………………………………………. 46
1) Tổng quan Vi xử lý (VXL) và Vi điều khiển (VĐK)…………………….. 46
2)

Họ VĐK MCS-51 …………………………………………………………………….. 47

XII. CẤU TRÚC VĐK AT89S52 ………………………………………………………… 48
1)

Thông số chung ……………………………………………………………………….. 48

2)
3)

Sơ đồ chân ………………………………………………………………………………. 48
Cấu trúc trong AT89S52 …………………………………………………………… 53

CHƯƠNG 2: KIT PHÁT TRIÊN 89S52 V3 ……………………………………………… 55
I. GIỚI THIỆU CHUNG ……………………………………………………………………. 55

II.

CÁC KHỐI NGOẠI VI CÓ SẴN TRÊN KIT ………………………………… 56

Khối cấp nguồn………………………………………………………………………… 56

Khối VĐK trung tâm AT89S52 …………………………………………………. 57

Khối nút nhấn và Led ……………………………………………………………….. 58

Khối điều khiển Rơ le và còi chip ………………………………………………. 59

5)
6)

Khối cổng truyền thông RS232 ………………………………………………….. 59
Khối Led 7 thanh ……………………………………………………………………… 60

Khối LCD ……………………………………………………………………………….. 61

Khối RTC I2C DS1302 …………………………………………………………….. 62

Khối EEPROM I2C 24C08 ……………………………………………………….. 62

10) Khối EEPROM SPI X5045 ……………………………………………………….. 63
11) Khối ADC0832 ………………………………………………………………………… 63
12) Khối cảm biến nhiệt độ 1 dây DS18B20 ……………………………………… 63
13) Khối tạo dao động ……………………………………………………………………. 64
CHƯƠNG 3: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C CHO AT89S52 ……………………….. 65
I. KIỂU DỮ LIỆU TRONG C ……………………………………………………………. 65
1)
2)

Kiểu dữ liệu cơ bản của C …………………………………………………………. 65
Kiểu dữ liệu bổ xung trong Keil C ……………………………………………… 66

Kiểu dữ liệu Mảng ……………………………………………………………………. 67

Kiểu dữ liệu Con trỏ …………………………………………………………………. 67

Kiểu dữ liệu Cấu trúc ……………………………………………………………….. 68

II.

PHÉP TOÁN ……………………………………………………………………………… 68

1)
2)

Phép gán giá trị ………………………………………………………………………… 68
Phép toán số học ………………………………………………………………………. 68

Phép toán Logic ……………………………………………………………………….. 69

Các phép toán so sánh ………………………………………………………………. 69

Phép toán thao tác Bit ……………………………………………………………….. 70

Phép toán kết hợp …………………………………………………………………….. 70

III. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH …………………………………………………… 70
1) Cấu trúc chung …………………………………………………………………………. 70
2)

Chỉ thị tiền xử lý ………………………………………………………………………. 71

Chú thích trong chương trình …………………………………………………….. 73

IV. CÁC LÊNH CƠ BẢN TRONG C …………………………………………………. 74
1)

Câu lệnh rẽ nhánh …………………………………………………………………….. 74

Câu lệnh lựa chọn …………………………………………………………………….. 74

Vòng lặp xác định – For …………………………………………………………….. 75

Vòng lặp không xác định – while ……………………………………………….. 75

Vòng lặp không xác định – do while …………………………………………… 75

CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ……………………………………………. 76
I. GIAO TIẾP VỚI GPIO ………………………………………………………………….. 76
II. HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH ………………………………………………… 77

Cấu tạo Led 7 thanh đơn……………………………………………………………. 77

Cấu tạo Led 7 thanh 4 số …………………………………………………………… 78

Một số phương pháp hiển thị Led 7 thanh …………………………………… 79

III.

HIỂN THỊ TRÊN LCD16x02 ………………………………………………………. 80

1)
2)

Cách kết nối VĐK 8051 với LCD ………………………………………………. 80
Các hàm điều khiẻn LCD ………………………………………………………….. 81

Hiển thị trên LCD …………………………………………………………………….. 82

IV. ĐỌC MA TRẬN PHÍM 4×4 ………………………………………………………… 83
1)

Cấu tạo ma trận phím 4×4 …………………………………………………………. 83

2)
3)

Thuật toán đọc ma trận phím ……………………………………………………… 85
Đọc ma trận phím và hiển thị trên LCD1602 ……………………………….. 85

SỬ DỤNG TIMER/COUNTER ……………………………………………………. 87

Timer/Counter trong 8051: ………………………………………………………… 87

Định thời 16 bit: ………………………………………………………………………. 88

Tạo Baud Rate bằng timer 1: ……………………………………………………… 89

4) Tạo Baud Rate bằng timer 2: ……………………………………………………… 89
VI. GIAO TIÊP UART ……………………………………………………………………… 90
1)

UART trong 8051. ……………………………………………………………………. 90

Lập trình UART ………………………………………………………………………. 90

Bài toán ví dụ: …………………………………………………………………………. 92

VII. NGẮT NGOÀI …………………………………………………………………………… 92
1)
2)

Ngắt ngoài với 8051. ………………………………………………………………… 93
Bài toán ví dụ: …………………………………………………………………………. 93

VIII.

GIAO TIẾP DS18B20 ………………………………………………………………. 94

Cấu tạo và đặc tính kỹ thuật của DS18B20 ………………………………….. 94

Lập trình đo nhiệt độ với VĐK 89S52. ……………………………………….. 96

IX. GIAO TIẾP VỚI EEPROM 24C08 ……………………………………………….. 97

EEPROM 24CXX ……………………………………………………………………. 97

Giao tiếp với EEPROM 24CXX ………………………………………………… 98

Bài toán ví dụ: …………………………………………………………………………. 99

X.
1)

GIAO TIẾP VỚI ADC 0832 ………………………………………………………… 99
ADC0832 ………………………………………………………………………………. 100

2) Bài toán ví dụ: ……………………………………………………………………….. 100
XI. GIAO TIẾP VỚI IC THỜI GIAN THỰC DS1302………………………… 101
1)

DS1302 …………………………………………………………………………………. 101

Lập trình giao tiếp với DS1302. ……………………………………………….. 102

Bài toán ví dụ: ……………………………………………………………………….. 103

Xem thêm: Trắc nghiệm Công nghệ 12 Bài 13 (có đáp án): Khái niệm về mạch điện tử điều khiển

PHẦN II: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ

1.1 Các giai đoạn thiết kế trong các mạch tích hợp

Sự ra đời của các mạch điện tử đã làm cơ sở phát triển phần cứng và phần
mềm của các hệ thống tính toán trong những thập kỷ gần đây. Việc tăng liên tục
mức độ tích hợp của các mạch điện tử trên một nền đơn đã đưa tới việc chế tạo
những hệ thống với độ phức tạp ngày càng tăng. Việc ra đời của những mạch
điện tử đã làm nảy sinh sự cần thiết phải có một phương pháp luận và quy trình
thiết kế, chế tạo thích hợp.
Trong công nghiệp, việc chế tạo các mạch tích hợp được thực hiện qua 4
giai đoạn:
• Giai đoạn thiết kế
• Giai đoạn chế tạo
• Giai đoạn kiểm tra
• Giai đoạn đóng gói
Giai đoạn thiết kế: từ các chức năng mà mạch sẽ thực hiện, chúng ta xây
dựng mô hình của mạch trên nhiều mức độ chi tiết khác nhau. Các mức độ chi
tiết có thể được chia thành mức kiến trúc, mức logic, mức vật lý. Kết quả của
giai đoạn thiết kế là các mô hình của mạch đã được xác nhận không chứa lỗi
trên phương diện thiết kế.
Giai đoạn chế tạo: mạch tích hợp sẽ được chế tạo theo các công nghệ cấy

ghép các phần tử mạch lên các tinh thể chất bán dẫn bằng phương pháp mặt nạ
che phủ và công nghệ xây dựng các mạch nhiều lớp. Kết quả của giai đoạn này
là những vi mạch thực hiện những chức năng như trong thiết kế.
Giai đoạn kiểm tra: Những mạch đã chế tạo sẽ được kiểm nghiệm ngẫu
nhiên để khẳng định rằng mạch không chứa lỗi về mặt chế tạo. Trong trường
hợp có những lỗi gặp nhiều lần có thể rút ra kết luận lỗi đó có thể là lỗi trong
quá rình chế tạo. Dựa vào việc kiểm tra quy trình công nghệ ta có thể rút ra kết
luận về các khâu có thể sinh ra lỗi.
Giai đoạn cuối cùng là giai đoạn đóng gói. Lúc đó các mạch sẽ được phân
tách và được tạo vỏ bọc.
Quá trình thiết kế vi mạch điện tử trong công nghiệp được chia làm 3 phân
đoạn:

• Mô hình hóa
• Tổng hợp và tối ưu hóa
• Kiểm nghiệm và phê chuẩn
Mô hình hóa: Nhà thiết kế xây dựng các mô hình cấu trúc mạch và các
chức năng mà mạch sẽ thực hiện. Các mô hình mạch là công cụ biểu diễn các ý
tưởng thiết kế. Mô hình hóa đóng vai trò quan trọng trong thiết kế mạch điện tử
bởi vì các mô hình là các phương tiện mang thông tin về các mạch sẽ được xây
dựng một cách cô đọng và chính xác. Do đó mô hình cần phải chính xác, chặt
chẽ cũng như có mức độ tổng quát, trong suốt và dễ hiểu đối với người thiết kế
và máy. Với sự phát triển của các kỹ thuật mô phỏng, mô hình mạch có thể được
xây dựng trên cơ sở các ngôn ngữ mô tả phần cứng. Trong nhiều trường hợp,
các mô hình đồ họa như biểu đồ dòng thông tin, sơ đồ mạch và mô tả hình dạng
hình học của các đối tượng cũng như cách sắp xếp chúng trên bản mạch đều có
thể dùng để biểu diễn mạch. Đối với những mạch có độ tích hợp siêu lớn do độ
phức tạp của mạch rất cao nên việc xây dựng mô hình mạch thường theo các
mức độ chi tiết khác nhau. Điều đó cho phép người thiết kế tập trung vào từng

phần của mô hình tại từng giai đoạn thiết kế.
Tổng hợp: Tổng hợp là giai đoạn sáng tạo thứ hai của quá trình thiết kế.
Giai đoạn đầu tuân theo các ý tưởng của nhà thiết kế hình thành dần các khái
niệm về mạch và xây dựng những mô hình sơ bộ đầu tiên về mạch. Mục đích
chính của giai đoạn này là xây dựng mô hình chi tiết của mạch như các chi tiết
về dạng hình học phục vụ cho công đoạn lắp ráp và tạo vỏ bọc cho mạch. Điều
này đạt được thông qua quá trình xây dựng và chính xác hóa thiết kế từng bước
trong đó mô hình trừu tượng ban đầu được người thiết kế chi tiết hóa từng bước
lặp đi lặp lại. Khi thực hiện quá trình tổng hợp mạch theo các bước cải tiến mô
hình, người thiết kế cần nhiều thông tin liên quan tới các công nghệ chế tạo và
các phong cách thiết kế mong muốn. Ta có thể thấy các chức năng của mạch có
thể độc lập với các chi tiết thực hiện, trong khi đó các dạng biểu diễn hình học
của mạch hoàn toàn phụ thuộc vào các đặc tính của công nghệ như kích thước
của các dây dẫn trong mạch phụ thuộc vào công nghệ chế tạo.
Bài toán tối ưu mạch luôn kết hợp chặt chẽ với bài toán tổng hợp mạch.
Quá trình tối ưu đòi hỏi phải lựa chọn những chi tiết xác định của mạch với mục
đích làm tăng khả năng của mạch về phương diện thiết kế tương ứng với những
độ đo xác định. Vai trò của tối ưu là nâng cao chất lượng của mạch điện như tối
ưu về chức năng, về diện tích, về tính dễ kiểm nghiệm và phát hiện lỗi. Chức
năng liên quan đến thời gian để thực hiện một quá trình xử lý thông tin cũng như
số lượng thông tin có thể được xử lý trong một đơn vị thời gian. Các tính năng

của mạch là ảnh hưởng lớn tới khả năng cạnh tranh của mạch trên thị trường.
Vấn đề chất lượng của mạch cũng liên quan tới kích thước cũng như diện tích
của mạch. Diện tích cũng là đối tượng của tối ưu mạch. Kích thước nhỏ của
mạch cho phép có thể phân bố nhiều mạch trên một lớp, điều đó làm giảm giá
thành chế tạo và đóng gói. Trong công nghiệp chế tạo chúng ta mang muốn có
những thiết kế cho phép phát hiện lỗi và xác định vị trí lỗi của mạch sau khi chế
tạo.Khả năng này, trong nhiều trường hợp, ảnh hưởng lớn tới chất lượng của

mạch. Một thông số quan trọng trong vấn đề phát hiện lỗi của mạch là phần trăm
lỗi có thể được phát hiện đối với một bộ giá trị thử nghiệm. Nói chung người
thiết kế mong muốn có những mạch dễ kiểm nghiệm, điều đó làm giảm giá
thành chung của quá trình sản xuất.
Quá trình phê chuẩn mạch là việc đạt được ở một mức độ chắc chắn hợp lý
rằng mạch điện sẽ làm việc đúng với giả thiết không có lỗi chế tạo. Nhằm loại
bỏ mọi lỗi thiết kế có thể có trước khi đưa vào sản xuất. Quá trình phê chuẩn
mạch bao gồm việc xây dựng mô hình mô phỏng mạch dựa trên thiết kế và thực
hiện kiểm tra. Mô phỏng mạch bao gồm phân tích các diễn biến hành vi của
mạch điện theo thời gian đối với một hoặc nhiều bộ giá trị đầu vào. Quá trình
mô phỏng có thể áp dụng trên nhiều mức thiết kế khác nhau tùy theo các mức
trừu tượng của mô hình.
II.

1.2 Mô hình hoá mạch điện

Mô hình mạch là biểu diễn trừu tượng trong đó chỉ ra những đặc tính thích
hợp mà không có những chi tiết tương ứng. Quá trình tổng hợp mạch là quá
trình tạo mô hình mạch bắt đầu từ những biểu diễn sơ lược nhất.Các mô hình
được phân loại theo các mức độ mô tả trừu tượng và các góc quan sát. Các mức
độ mô tả trừu tượng được chia làm ba mức như sau:
• Mức kiến trúc
Mạch điện được thể hiện qua tập hợp các thao tác như các tính toán trên dữ
liệu, các phép chuyển đổi và truyền thông tin. Ví dụ, trên mức kiến trúc, mạch
có thể được biểu diễn qua những mô hình trên các ngôn ngữ mô tả phần cứng,
những biểu đồ luồng thông tin.
Ví dụ minh họa sơ đồ cấu trúc phần cứng của rơ le P544:

• Mức logic

Mạch điện được thể hiện như tập hợp các chức năng logic và được chuyển
thành các hàm logic. Ví dụ, trên mức logic mạch có thể được biểu diễn thông
qua các biểu đồ chuyển trạng thái, các sơ đồ mạch lôgic.
• Mức hình học
Mạch có thể biểu diễn như tập hợp các đối tượng hình học. Ví dụ đơn giản
của biểu diễn hình học có thể là các lớp trong mạch nhiều lớp, dáng vẻ bề ngoài
và phân bố của các phần tử cấu thành mạch.
Các góc độ quan sát cũng được chia thành 3 góc độ:
• Góc độ hành vi: mô tả các chức năng của mạch mà không quan tâm tới
việc thực hiện các chức năng đó.
• Góc độ cấu trúc: mô tả mô hình mạch bằng các thành phần cơ bản của
mạch và các liên kết giữa các thành phần đó.
• Góc độ vật lý: có liên quan tới các đối tượng vật lý xuất hiện trong thiết
kế.
Các mô hình có các mức độ mô tả trừu tượng khác nhau và có thể được
quan sát theo những góc độ khác nhau.
Ví dụ: Ở mức kiến trúc theo góc độ hành vi thì mạch điện là tập hợp các
phép toán và sự liên quan giữa chúng với nhau, còn theo góc độ cấu trúc thì
mạch là tập hợp các khối cơ sở và các liên kết ghép nối giữa các khối cơ sở đó.

Nếu xét trường hợp thiết kế các mạch đồng bộ thì với các mô hình trên
mức logic, góc độ hành vi có thể là các lưu đồ chuyển trạng thái, còn góc độ cấu
trúc là các phần tử logic.
III.

1.3 Tổng hợp và tối ưu hoá mạch dùng máy tính

Các công cụ trợ giúp thiết kế bằng máy tính cho phép nâng cao năng suất
thiết kế. Các kỹ thuật thiết kế cho phép giảm thời gian nâng cao chu trình thiết

kế và giảm công sức con người. Các kỹ thuật tối ưu làm tăng chất lượng thiết kế.
Do đó kỹ thuật tổng hợp và tối ưu hóa mạch với sự trợ giúp của máy tính được
sử trong hầu hết các quá trình thiết kế mạch điện tử số.
Tổng hợp mạch điện gồm các phân đoạn sau:
 Tổng hợp ở mức kiến trúc bao gồm việc tạo ra góc độ cấu trúc của mô
hình ở mức kiến trúc, có nghĩa là xác định và phân các chức năng của mạch
thành các phép toán. Các phép toán này được gọi là tài nguyên thiết kế. Phân
đoạn này thường được gọi là tổng hợp ở mức cao hay tổng hợp cấu trúc vì ở đó
người thiết kế phải xác định các cấu trúc vĩ mô (trên mức độ các sơ đồ khối) của
mạch.
 Tổng hợp ở mức logic là phân đoạn tạo ra góc độ cấu trúc của mô hình ở
mức logic, gồm các thao tác sử dụng kỹ thuật logic để tạo nên mô hình logic.
Mô hình này bao gồm các phần tử logic cơ bản và kết nối giữa các phần tử đó.
Như vậy bước tổng hợp logic là bước xác định cấu trúc vi mô (ở mức các phần
tử logic cơ bản) của mạch.
 Tổng hợp ở mức hình học bao gồm việc tạo ra góc độ vật lý của mô hình
ở mức hình học. Ở mức này mô hình được mô tả thông qua các đặc tính của tất
cả các mẫu hình học tạo nên dạng của các mạch. Phân đoạn này thường được
gọi là thiết kế vật lý.
Tối ưu hóa mạch điện: Bài toán tối ưu hóa luôn đi đôi với bài toán tổng hợp
mạch. Tối ưu hóa không những để đạt được ở mức độ cao nhất về chất lượng
mạch mà còn tạo ra những mạch có tính cạnh tranh cao.
Xét hai độ đo chất lượng quan trọng: diện tích và hoạt động của mạch.
Ngoài ra một độ đo chất lượng quan trọng nữa là khả năng dễ kiểm tra và phát
hiện lỗi của mạch. Diện tích của mạch được xác định bằng tổng diện tích của
các phần tử mạch. Do đó diện tích của mạch có thể được xác định thông qua góc
độ cấu trúc của mạch nếu ta biết diện tích của từng thành phần mạch. Thông
thường các phần tử cơ bản của mạch logic là các phần tử logic, các thanh ghi,
các phần tử này có diện tích biết trước tùy thuộc vào từng loại thiết kế. Diện tích
các dây nối đóng vai trò quan trọng và không thể bỏ qua. Các thành phần diện

tích này có thể được xác định từ mô hình mạch trên góc độ vật lý hoặc ước
lượng từ các mô hình theo góc độ cấu trúc theo các phương pháp thống kê.
Hiệu năng của mạch được tối ưu hóa dựa trên thời gian trễ, thời gian đồng
bộ, cạnh tranh trên các phần tử,… Để tính toán độ đo hoạt động của mạch cần
thiết phải phân tích cấu trúc và hành vi của mạch. Vấn đề này khác nhau đối với
các loại mạch khác nhau. Hiệu năng của mạch tổ hợp được xác định thông qua
thời gian trễ truyền từ đầu vào đến đầu ra.
Ngoài ra, hiệu năng của mạch còn liên quan tới khả năng phát hiện lỗi và
định vị vị trí lỗi trong mạch.
Tóm lại bài toán tối ưu hóa thiết kế được đưa về kết hợp hai bài toán: giảm
thiểu diện tích thực tế của mạch và tăng hiệu năng của mạch với khả năng cao
nhất có thể có. Bài toán tối ưu hóa có thể phụ thuộc vào các ràng buộc như giới
hạn trên về diện tích và giới hạn dưới về hiệu năng.

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTUES
2.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế và mô phỏng mạch Protues
Điện tử hay những lĩnh vực khác: điện, thủy lực…thiết kế mạch là việc làm
thường xuyên. Nhưng muốn biết mạch thiết kế ra hoạt động như thế nào, có sai
sót gì không, trước khi tiến hành làm mạch thật thì làm thế nào? Câu trả lời, đó
là dùng các phần mềm mô phỏng (Simulation). Tuy nó chưa đạt độ chính xác
tuyệt đối như mạch thật nhưng cũng thõa mãn phần nào và giảm bớt chi phí thử
nghiệm do phải chết tạo mạch thật để đo đạc. Trong lĩnh vực điện tử, để mô
phỏng mạch điện tử, có rất nhiều phần mềm hỗ trợ như Proteus, Multisim,
Circuit Maker, OrCad. Proteus là phần mềm của hãng Labcenter Electronics, nó
mô phỏng được cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt có hỗ trợ
cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola.
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
VĐK.
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 VĐK, nó
hỗ trợ các dòng VĐK 8051, AVR, PIC, dsPIC, ARM … 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.
IV.

2.2 Những khả năng khác của ISIS

– 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 dễ dàng.
V.

2.3 ARES PCB Layout

ARES (Advanced Routing and Editing Software) là phần mềm vẽ mạch in
PCB. Nó vẽ mạch dựa vào file nestlist cùng các công cụ tự động khác.

VI.

–

2.4 Đặc điểm chính

C
ó cơ sở dữ liệu 32 bit cho phép độ chính xác đến 10nm, độ phân giải góc
0.10 và kích thước board lớn nhất là /- 10 mét. ARES hỗ trợ mạch in 16
lớp.
L
àm việc thông qua các menu ngữ cảnh tiện lợi.
F
ile netlist từ phần mềm vẽ mạch nguyên lý ISIS.
T
ự động cập nhật ngược chỉ số linh kiện, sự đổi chân, đổi cổng ở mạch in
sang mạch nguyên lý.
C
ông cụ kiểm tra lỗi thiết kế.
T
hư viện đầy đủ từ lỗ khoan mạch đến linh kiện dán.
P
ROTEUS VSM là sự kết hợp giữa chương trình mô phỏng mạch điện
theo chuẩn công nghiệp SPICE3F5 và mô hình linh kiện tương tác động
(animated model). Nó cho phép người dùng tự tạo linh kiện tương tác
động và thực ra có rất nhiều linh kiện loại này được tạo ra mà không cần

code lập trình. Do đó, PROTEUS VSM cho phép người dùng thực hiện
các “mô phỏng có tương tác” giống như hoạt động của một mạch thật.
C
hương trình cung cấp cho chúng ta rất nhiều mô hình linh kiện có chức
năng mô phỏng, từ các VĐK thông dụng đến các linh kiện ngoại vi như
LED, LCD, keypad, cổng RS232… Do đó cho phép ta mô phỏng từ một
hệ VĐK hoàn chỉnh đến việc xây dựng phần mềm cho hệ thống đáp ứng
các giao thức vật lý.

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH

VII.

3.1 .Hướng dẫn sử dụng phần mềm protues

3.1.1Vẽ sơ đồ nguyên lý với SIS 7
Chú ý: tương tự đối với protues 7.7, 8.0, 8.1, 8.2

3.1.1.1Giới thiệu giao diện sử dụng
Để vẽ sơ đồ nguyên lý, vào Start Menu khởi động chương trình ISIS như
hình Chương trình được khởi độnng và có giao diện như hình vẽ.

Giao diện khởi động

Giao diện sau khi khởi động
Phía trên và phía phải của chương trình là các công cụ có thể thiết kế sơ đồ
nguyên lý. Phần giữa có màu xám là nơi để vẽ mạch.

Section mode: Chức năng này để chọn linh kiện
Component mode: Dùng để lấy linh kiện trong thư viện linh kiện
Đặt lable cho wire

Bus.
Terminal: Chứa Power, Ground.
Graph: Dùng để vẽ dạng sóng, datasheet, trở kháng.
Generator Mode: Chứa các nguồn điện, nguồn xung, nguồn dòng.
Voltage Probe Mode: Dùng để đo điện thế tại 1 điểm trên mạch, đây
là 1 dụng cụ chỉ có 1 chân và không có thật trong thức tế.
Curent Probe mode: Dùng để đo chiều và độ lớn của dòng điện tại
1điểm trên wire.
Virtual Instrument Mode: Chứa các dụng cụ đo dòng và áp, các dụng
cụ này được mô phỏng như trong thực tế.

Với công cụ này, sau khi thiết kế mạch nguyên lý xong, có thể xác định
được một cách nhanh chóng loại và số lượng linh kiện mà ta dùng trong mạch để
tiện cho việc mua linh kiện lắp mạch.

3.1.3 Một số thao tác cơ bản
Giao diện chính của chương trình gồm 2 phân vùng chủ yếu sau:

Zooming
Có thể dùng Zoom in, Zoom out, Zoom Area trên menu Tools bar
Có thể dùng Mouse Scrool: Đặt con trỏ chuột nơi cần phóng to, thu nhỏ và
xoay Scrool mouse.
Có thể dùng phím tắt mà ta thiết lập cho chương trình.

Xem thêm: Đánh giá Tivi Asanzo có tốt không? Có nên mua không?

Để lấy linh kiện ra và vẽ mạch, chọn linh kiện ở vùng mầu trắng đã nói ở
trên.

Ví dụ ta chọn 741, khi đó trên khung Overview xuất hiện Schematic của
linh kiện đó.

Sau đó đưa chuột qua vùng Editting Window, khi đó hình dạng linh kiện
hiện ra có màu đỏ.
Ta chỉ việc chọn vị trí đặt linh kiện phù hợp và Click, kết quả như sau.

Một đặc điểm rất hay của phân mêm này là có thê phóng to thu nhỏ vùng
làm việc bằng cách dùng Scroll của chuột. Nhấn F8 để Zoom 100%.
Move linh kiện: Chọn linh kiện

Right Click và chọn Drag Object

Sau đó ta có thể di chuyển linh kiện sang một ví trí khác

Ta cũng có thể Copy, Move, Rotate, Delete linh kiện bằng cách chọn nhóm
công cụ sau.

Wire. chọn công cụ Selection Mode

Sau đó đưa chuột lại chân linh kiện, khi đó con trỏ chuột có dạng một cây
bút màu xanh.

Click vào chân linh kiện để nối dây vào chân đó, sau đó đưa chuột đến chân
còn lại mà ta muốn.

Delete wire bằng cách Right Click 2 lần lên dây.
Hình dạng đường đi của dây di qua các điểm mà ta click chuột.

Wire repet
Khi cần nối dây giữa các chân của hai linh kiện gần nhau, ta có thê dùng
phương pháp nối dây lặp lại bằng cách nối hai chân bất kỳ làm mẫu.
Double click vào các chân tiếp theo, dây sẻ được tự động nối.

Move wire
Tương tự như Block move

To edit a wires topology after routing:

Ta cũng có thể Rotate/Mirror linh kiện trước khi đặt nó trong Editting
Window bằng cách chọn nhóm công cụ, sự thay đổi được hiển thị trên Overview.

Editing Part Labels.
Có thể ẩn hoăc hiện tên, giá trị của linh kiện bằng cách.
Right Click /Edit Properties.

Check/Uncheck Hidden

Block editing.
Để move/copy cả khối linh kiện ta làm như sau:
Chọn công cụ Selection tools;
Kéo chuột và chọn cả khối linh kiện;
Right Click và chọn Move/Copy.

Design Explorer
Đây là công cụ tạo ra cái nhìn toàn cảnh thiết kế:

Chứa danh sách gồm tên, kiểu, thông số, circuit/package.

Hiển thị những thiếu sót của mạch:

Từ đó xác định linh kiện con thiếu sót để bổ sung:

Nếu đã thiết kế PCB layout thi có thể biết được vị trí đó trên Board (linh
kiện đã được hightlight).

3.1.4 Các công cụ chính
Ground

Ký hiệu trên sơ đồ:

Power có kí hiệu như sau:

X. 4.2 Thiết kế mạch nguyên tắc ………………………………………………………… 45PH ẦN III : LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ………………………………………………… 46CH ƯƠNG 1 : VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 ………………………………………………… 46XI. GIỚI THIỆU ………………………………………………………………………………. 461 ) Tổng quan Vi giải quyết và xử lý ( VXL ) và Vi tinh chỉnh và điều khiển ( VĐK ) …………………….. 462 ) Họ VĐK MCS-51 …………………………………………………………………….. 47XII. CẤU TRÚC VĐK AT89S52 ………………………………………………………… 481 ) Thông số chung ……………………………………………………………………….. 482 ) 3 ) Sơ đồ chân ………………………………………………………………………………. 48C ấu trúc trong AT89S52 …………………………………………………………… 53CH ƯƠNG 2 : KIT PHÁT TRIÊN 89S52 V3 ……………………………………………… 55I. GIỚI THIỆU CHUNG ……………………………………………………………………. 55II. CÁC KHỐI NGOẠI VI CÓ SẴN TRÊN KIT ………………………………… 561 ) Khối cấp nguồn ………………………………………………………………………… 562 ) Khối VĐK TT AT89S52 …………………………………………………. 573 ) Khối nút nhấn và Led ……………………………………………………………….. 584 ) Khối tinh chỉnh và điều khiển Rơ le và còi chip ………………………………………………. 595 ) 6 ) Khối cổng tiếp thị quảng cáo RS232 ………………………………………………….. 59K hối Led 7 thanh ……………………………………………………………………… 607 ) Khối LCD ……………………………………………………………………………….. 618 ) Khối RTC I2C DS1302 …………………………………………………………….. 629 ) Khối EEPROM I2C 24C08 ……………………………………………………….. 6210 ) Khối EEPROM SPI X5045 ……………………………………………………….. 6311 ) Khối ADC0832 ………………………………………………………………………… 6312 ) Khối cảm ứng nhiệt độ 1 dây DS18B20 ……………………………………… 6313 ) Khối tạo giao động ……………………………………………………………………. 64CH ƯƠNG 3 : NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C CHO AT89S52 ……………………….. 65I. KIỂU DỮ LIỆU TRONG C ……………………………………………………………. 651 ) 2 ) Kiểu dữ liệu cơ bản của C …………………………………………………………. 65K iểu tài liệu bổ xung trong Keil C ……………………………………………… 663 ) Kiểu dữ liệu Mảng ……………………………………………………………………. 674 ) Kiểu dữ liệu Con trỏ …………………………………………………………………. 675 ) Kiểu dữ liệu Cấu trúc ……………………………………………………………….. 68II. PHÉP TOÁN ……………………………………………………………………………… 681 ) 2 ) Phép gán giá trị ………………………………………………………………………… 68P hép toán số học ………………………………………………………………………. 683 ) Phép toán Logic ……………………………………………………………………….. 694 ) Các phép toán so sánh ………………………………………………………………. 695 ) Phép toán thao tác Bit ……………………………………………………………….. 706 ) Phép toán phối hợp …………………………………………………………………….. 70III. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH …………………………………………………… 701 ) Cấu trúc chung …………………………………………………………………………. 702 ) Chỉ thị tiền giải quyết và xử lý ………………………………………………………………………. 713 ) Chú thích trong chương trình …………………………………………………….. 73IV. CÁC LÊNH CƠ BẢN TRONG C …………………………………………………. 741 ) Câu lệnh rẽ nhánh …………………………………………………………………….. 742 ) Câu lệnh lựa chọn …………………………………………………………………….. 743 ) Vòng lặp xác lập – For …………………………………………………………….. 754 ) Vòng lặp không xác lập – while ……………………………………………….. 755 ) Vòng lặp không xác lập – do while …………………………………………… 75CH ƯƠNG 4 : LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ……………………………………………. 76I. GIAO TIẾP VỚI GPIO ………………………………………………………………….. 76II. HIỂN THỊ TRÊN LED 7 THANH ………………………………………………… 771 ) Cấu tạo Led 7 thanh đơn ……………………………………………………………. 772 ) Cấu tạo Led 7 thanh 4 số …………………………………………………………… 783 ) Một số giải pháp hiển thị Led 7 thanh …………………………………… 79III. HIỂN THỊ TRÊN LCD16x02 ………………………………………………………. 801 ) 2 ) Cách liên kết VĐK 8051 với LCD ………………………………………………. 80C ác hàm điều khiẻn LCD ………………………………………………………….. 813 ) Hiển thị trên LCD …………………………………………………………………….. 82IV. ĐỌC MA TRẬN PHÍM 4×4 ………………………………………………………… 831 ) Cấu tạo ma trận phím 4×4 …………………………………………………………. 832 ) 3 ) Thuật toán đọc ma trận phím ……………………………………………………… 85 Đọc ma trận phím và hiển thị trên LCD1602 ……………………………….. 85V. SỬ DỤNG TIMER / COUNTER ……………………………………………………. 871 ) Timer / Counter trong 8051 : ………………………………………………………… 872 ) Định thời 16 bit : ………………………………………………………………………. 883 ) Tạo Baud Rate bằng timer 1 : ……………………………………………………… 894 ) Tạo Baud Rate bằng timer 2 : ……………………………………………………… 89VI. GIAO TIÊP UART ……………………………………………………………………… 901 ) UART trong 8051. ……………………………………………………………………. 902 ) Lập trình UART ………………………………………………………………………. 903 ) Bài toán ví dụ : …………………………………………………………………………. 92VII. NGẮT NGOÀI …………………………………………………………………………… 921 ) 2 ) Ngắt ngoài với 8051. ………………………………………………………………… 93B ài toán ví dụ : …………………………………………………………………………. 93VIII. GIAO TIẾP DS18B20 ………………………………………………………………. 941 ) Cấu tạo và đặc tính kỹ thuật của DS18B20 ………………………………….. 942 ) Lập trình đo nhiệt độ với VĐK 89S52. ……………………………………….. 96IX. GIAO TIẾP VỚI EEPROM 24C08 ……………………………………………….. 971 ) EEPROM 24CXX ……………………………………………………………………. 972 ) Giao tiếp với EEPROM 24CXX ………………………………………………… 983 ) Bài toán ví dụ : …………………………………………………………………………. 99X. 1 ) GIAO TIẾP VỚI ADC 0832 ………………………………………………………… 99ADC0832 ………………………………………………………………………………. 1002 ) Bài toán ví dụ : ……………………………………………………………………….. 100XI. GIAO TIẾP VỚI IC THỜI GIAN THỰC DS1302 ………………………… 1011 ) DS1302 …………………………………………………………………………………. 1012 ) Lập trình tiếp xúc với DS1302. ……………………………………………….. 1023 ) Bài toán ví dụ : ……………………………………………………………………….. 103PH ẦN II : LINH KIỆN ĐIỆN TỬPHẦN II : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬCHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬI. 1.1 Các quy trình tiến độ thiết kế trong những mạch tích hợpSự sinh ra của những mạch điện tử đã làm cơ sở tăng trưởng phần cứng và phầnmềm của những mạng lưới hệ thống đo lường và thống kê trong những thập kỷ gần đây. Việc tăng liên tụcmức độ tích hợp của những mạch điện tử trên một nền đơn đã đưa tới việc chế tạonhững mạng lưới hệ thống với độ phức tạp ngày càng tăng. Việc sinh ra của những mạchđiện tử đã làm nảy sinh sự thiết yếu phải có một phương pháp luận và quy trìnhthiết kế, sản xuất thích hợp. Trong công nghiệp, việc sản xuất những mạch tích hợp được triển khai qua 4 tiến trình : • Giai đoạn thiết kế • Giai đoạn sản xuất • Giai đoạn kiểm tra • Giai đoạn đóng góiGiai đoạn thiết kế : từ những công dụng mà mạch sẽ triển khai, tất cả chúng ta xâydựng quy mô của mạch trên nhiều mức độ chi tiết cụ thể khác nhau. Các mức độ chitiết hoàn toàn có thể được chia thành mức kiến trúc, mức logic, mức vật lý. Kết quả củagiai đoạn thiết kế là những quy mô của mạch đã được xác nhận không chứa lỗitrên phương diện thiết kế. Giai đoạn sản xuất : mạch tích hợp sẽ được sản xuất theo những công nghệ tiên tiến cấyghép những thành phần mạch lên những tinh thể chất bán dẫn bằng chiêu thức mặt nạche phủ và công nghệ tiên tiến thiết kế xây dựng những mạch nhiều lớp. Kết quả của quy trình tiến độ nàylà những vi mạch triển khai những tính năng như trong thiết kế. Giai đoạn kiểm tra : Những mạch đã sản xuất sẽ được kiểm nghiệm ngẫunhiên để khẳng định chắc chắn rằng mạch không chứa lỗi về mặt sản xuất. Trong trườnghợp có những lỗi gặp nhiều lần hoàn toàn có thể rút ra Kết luận lỗi đó hoàn toàn có thể là lỗi trongquá rình sản xuất. Dựa vào việc kiểm tra quy trình tiến độ công nghệ tiên tiến ta hoàn toàn có thể rút ra kếtluận về những khâu hoàn toàn có thể sinh ra lỗi. Giai đoạn ở đầu cuối là quá trình đóng gói. Lúc đó những mạch sẽ được phântách và được tạo vỏ bọc. Quá trình thiết kế vi mạch điện tử trong công nghiệp được chia làm 3 phânđoạn : • Mô hình hóa • Tổng hợp và tối ưu hóa • Kiểm nghiệm và phê chuẩnMô hình hóa : Nhà thiết kế kiến thiết xây dựng những quy mô cấu trúc mạch và cácchức năng mà mạch sẽ triển khai. Các quy mô mạch là công cụ trình diễn những ýtưởng thiết kế. Mô hình hóa đóng vai trò quan trọng trong thiết kế mạch điện tửbởi vì những quy mô là những phương tiện đi lại mang thông tin về những mạch sẽ được xâydựng một cách cô đọng và đúng mực. Do đó quy mô cần phải đúng chuẩn, chặtchẽ cũng như có mức độ tổng quát, trong suốt và dễ hiểu so với người thiết kếvà máy. Với sự tăng trưởng của những kỹ thuật mô phỏng, quy mô mạch hoàn toàn có thể đượcxây dựng trên cơ sở những ngôn từ diễn đạt phần cứng. Trong nhiều trường hợp, những quy mô đồ họa như biểu đồ dòng thông tin, sơ đồ mạch và diễn đạt hình dạnghình học của những đối tượng người tiêu dùng cũng như cách sắp xếp chúng trên bản mạch đều cóthể dùng để màn biểu diễn mạch. Đối với những mạch có độ tích hợp siêu lớn do độphức tạp của mạch rất cao nên việc kiến thiết xây dựng quy mô mạch thường theo cácmức độ cụ thể khác nhau. Điều đó được cho phép người thiết kế tập trung chuyên sâu vào từngphần của quy mô tại từng tiến trình thiết kế. Tổng hợp : Tổng hợp là quá trình phát minh sáng tạo thứ hai của quy trình thiết kế. Giai đoạn đầu tuân theo những sáng tạo độc đáo của nhà thiết kế hình thành dần những kháiniệm về mạch và thiết kế xây dựng những quy mô sơ bộ tiên phong về mạch. Mục đíchchính của quá trình này là kiến thiết xây dựng quy mô cụ thể của mạch như những chi tiếtvề dạng hình học Giao hàng cho quy trình lắp ráp và tạo vỏ bọc cho mạch. Điềunày đạt được trải qua quy trình kiến thiết xây dựng và đúng mực hóa thiết kế từng bướctrong đó quy mô trừu tượng bắt đầu được người thiết kế cụ thể hóa từng bướclặp đi lặp lại. Khi thực thi quy trình tổng hợp mạch theo những bước nâng cấp cải tiến môhình, người thiết kế cần nhiều thông tin tương quan tới những công nghệ tiên tiến sản xuất vàcác phong thái thiết kế mong ước. Ta hoàn toàn có thể thấy những công dụng của mạch cóthể độc lập với những cụ thể thực thi, trong khi đó những dạng màn biểu diễn hình họccủa mạch trọn vẹn phụ thuộc vào vào những đặc tính của công nghệ tiên tiến như kích thướccủa những dây dẫn trong mạch nhờ vào vào công nghệ tiên tiến sản xuất. Bài toán tối ưu mạch luôn phối hợp ngặt nghèo với bài toán tổng hợp mạch. Quá trình tối ưu yên cầu phải lựa chọn những chi tiết cụ thể xác lập của mạch với mụcđích làm tăng năng lực của mạch về phương diện thiết kế tương ứng với nhữngđộ đo xác lập. Vai trò của tối ưu là nâng cao chất lượng của mạch điện như tốiưu về tính năng, về diện tích quy hoạnh, về tính dễ kiểm nghiệm và phát hiện lỗi. Chứcnăng tương quan đến thời hạn để thực thi một quy trình giải quyết và xử lý thông tin cũng nhưsố lượng thông tin hoàn toàn có thể được giải quyết và xử lý trong một đơn vị chức năng thời hạn. Các tính năngcủa mạch là ảnh hưởng tác động lớn tới năng lực cạnh tranh đối đầu của mạch trên thị trường. Vấn đề chất lượng của mạch cũng tương quan tới kích cỡ cũng như diện tíchcủa mạch. Diện tích cũng là đối tượng người tiêu dùng của tối ưu mạch. Kích thước nhỏ củamạch được cho phép hoàn toàn có thể phân bổ nhiều mạch trên một lớp, điều đó làm giảm giáthành sản xuất và đóng gói. Trong công nghiệp sản xuất tất cả chúng ta mang muốn cónhững thiết kế được cho phép phát hiện lỗi và xác lập vị trí lỗi của mạch sau khi chếtạo. Khả năng này, trong nhiều trường hợp, ảnh hưởng tác động lớn tới chất lượng củamạch. Một thông số kỹ thuật quan trọng trong yếu tố phát hiện lỗi của mạch là phần trămlỗi hoàn toàn có thể được phát hiện so với một bộ giá trị thử nghiệm. Nói chung ngườithiết kế mong ước có những mạch dễ kiểm nghiệm, điều đó làm giảm giáthành chung của quy trình sản xuất. Quá trình phê chuẩn mạch là việc đạt được ở một mức độ chắc như đinh hợp lýrằng mạch điện sẽ thao tác đúng với giả thiết không có lỗi sản xuất. Nhằm loạibỏ mọi lỗi thiết kế hoàn toàn có thể có trước khi đưa vào sản xuất. Quá trình phê chuẩnmạch gồm có việc kiến thiết xây dựng quy mô mô phỏng mạch dựa trên thiết kế và thựchiện kiểm tra. Mô phỏng mạch gồm có nghiên cứu và phân tích những diễn biến hành vi củamạch điện theo thời hạn so với một hoặc nhiều bộ giá trị nguồn vào. Quá trìnhmô phỏng hoàn toàn có thể vận dụng trên nhiều mức thiết kế khác nhau tùy theo những mứctrừu tượng của quy mô. II. 1.2 Mô hình hoá mạch điệnMô hình mạch là trình diễn trừu tượng trong đó chỉ ra những đặc tính thíchhợp mà không có những cụ thể tương ứng. Quá trình tổng hợp mạch là quátrình tạo quy mô mạch mở màn từ những trình diễn sơ lược nhất. Các mô hìnhđược phân loại theo những mức độ miêu tả trừu tượng và những góc quan sát. Các mứcđộ miêu tả trừu tượng được chia làm ba mức như sau : • Mức kiến trúcMạch điện được biểu lộ qua tập hợp những thao tác như những giám sát trên dữliệu, những phép quy đổi và truyền thông tin. Ví dụ, trên mức kiến trúc, mạchcó thể được trình diễn qua những quy mô trên những ngôn từ miêu tả phần cứng, những biểu đồ luồng thông tin. Ví dụ minh họa sơ đồ cấu trúc phần cứng của rơ le P544 : • Mức logicMạch điện được bộc lộ như tập hợp những công dụng logic và được chuyểnthành những hàm logic. Ví dụ, trên mức logic mạch hoàn toàn có thể được màn biểu diễn thôngqua những biểu đồ chuyển trạng thái, những sơ đồ mạch lôgic. • Mức hình họcMạch hoàn toàn có thể màn biểu diễn như tập hợp những đối tượng hình học. Ví dụ đơn giảncủa màn biểu diễn hình học hoàn toàn có thể là những lớp trong mạch nhiều lớp, hình dáng bề ngoàivà phân bổ của những thành phần cấu thành mạch. Các góc nhìn quan sát cũng được chia thành 3 góc nhìn : • Góc độ hành vi : diễn đạt những công dụng của mạch mà không chăm sóc tớiviệc triển khai những công dụng đó. • Góc độ cấu trúc : miêu tả quy mô mạch bằng những thành phần cơ bản củamạch và những link giữa những thành phần đó. • Góc độ vật lý : có tương quan tới những đối tượng người dùng vật lý Open trong thiếtkế. Các quy mô có những mức độ miêu tả trừu tượng khác nhau và hoàn toàn có thể đượcquan sát theo những góc nhìn khác nhau. Ví dụ : Ở mức kiến trúc theo góc nhìn hành vi thì mạch điện là tập hợp cácphép toán và sự tương quan giữa chúng với nhau, còn theo góc nhìn cấu trúc thìmạch là tập hợp những khối cơ sở và những link ghép nối giữa những khối cơ sở đó. Nếu xét trường hợp thiết kế những mạch đồng điệu thì với những quy mô trênmức logic, góc nhìn hành vi hoàn toàn có thể là những lưu đồ chuyển trạng thái, còn góc nhìn cấutrúc là những thành phần logic. III. 1.3 Tổng hợp và tối ưu hoá mạch dùng máy tínhCác công cụ trợ giúp thiết kế bằng máy tính được cho phép nâng cao năng suấtthiết kế. Các kỹ thuật thiết kế được cho phép giảm thời hạn nâng cao quy trình thiếtkế và giảm sức lực lao động con người. Các kỹ thuật tối ưu làm tăng chất lượng thiết kế. Do đó kỹ thuật tổng hợp và tối ưu hóa mạch với sự trợ giúp của máy tính đượcsử trong hầu hết những quy trình thiết kế mạch điện tử số. Tổng hợp mạch điện gồm những phân đoạn sau :  Tổng hợp ở mức kiến trúc gồm có việc tạo ra góc nhìn cấu trúc của môhình ở mức kiến trúc, có nghĩa là xác lập và phân những công dụng của mạchthành những phép toán. Các phép toán này được gọi là tài nguyên thiết kế. Phânđoạn này thường được gọi là tổng hợp ở mức cao hay tổng hợp cấu trúc vì ở đóngười thiết kế phải xác lập những cấu trúc vĩ mô ( trên mức độ những sơ đồ khối ) củamạch.  Tổng hợp ở mức logic là phân đoạn tạo ra góc nhìn cấu trúc của quy mô ởmức logic, gồm những thao tác sử dụng kỹ thuật logic để tạo nên quy mô logic. Mô hình này gồm có những thành phần logic cơ bản và liên kết giữa những thành phần đó. Như vậy bước tổng hợp logic là bước xác lập cấu trúc vi mô ( ở mức những phầntử logic cơ bản ) của mạch.  Tổng hợp ở mức hình học gồm có việc tạo ra góc nhìn vật lý của mô hìnhở mức hình học. Ở mức này quy mô được diễn đạt trải qua những đặc tính của tấtcả những mẫu hình học tạo nên dạng của những mạch. Phân đoạn này thường đượcgọi là thiết kế vật lý. Tối ưu hóa mạch điện : Bài toán tối ưu hóa luôn song song với bài toán tổng hợpmạch. Tối ưu hóa không những để đạt được ở mức độ cao nhất về chất lượngmạch mà còn tạo ra những mạch có tính cạnh tranh đối đầu cao. Xét hai độ đo chất lượng quan trọng : diện tích quy hoạnh và hoạt động giải trí của mạch. Ngoài ra một độ đo chất lượng quan trọng nữa là năng lực dễ kiểm tra và pháthiện lỗi của mạch. Diện tích của mạch được xác lập bằng tổng diện tích quy hoạnh củacác thành phần mạch. Do đó diện tích quy hoạnh của mạch hoàn toàn có thể được xác lập trải qua gócđộ cấu trúc của mạch nếu ta biết diện tích quy hoạnh của từng thành phần mạch. Thôngthường những thành phần cơ bản của mạch logic là những thành phần logic, những thanh ghi, những thành phần này có diện tích quy hoạnh biết trước tùy thuộc vào từng loại thiết kế. Diện tíchcác dây nối đóng vai trò quan trọng và không hề bỏ lỡ. Các thành phần diệntích này hoàn toàn có thể được xác lập từ quy mô mạch trên góc nhìn vật lý hoặc ướclượng từ những quy mô theo góc nhìn cấu trúc theo những chiêu thức thống kê. Hiệu năng của mạch được tối ưu hóa dựa trên thời hạn trễ, thời hạn đồngbộ, cạnh tranh đối đầu trên những thành phần, … Để thống kê giám sát độ đo hoạt động giải trí của mạch cầnthiết phải nghiên cứu và phân tích cấu trúc và hành vi của mạch. Vấn đề này khác nhau đối vớicác loại mạch khác nhau. Hiệu năng của mạch tổng hợp được xác lập thông quathời gian trễ truyền từ đầu vào đến đầu ra. Ngoài ra, hiệu năng của mạch còn tương quan tới năng lực phát hiện lỗi vàđịnh vị vị trí lỗi trong mạch. Tóm lại bài toán tối ưu hóa thiết kế được đưa về tích hợp hai bài toán : giảmthiểu diện tích quy hoạnh thực tiễn của mạch và tăng hiệu năng của mạch với năng lực caonhất hoàn toàn có thể có. Bài toán tối ưu hóa hoàn toàn có thể nhờ vào vào những ràng buộc như giớihạn trên về diện tích quy hoạnh và số lượng giới hạn dưới về hiệu năng. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTUES2. 1 Giới thiệu ứng dụng thiết kế và mô phỏng mạch ProtuesĐiện tử hay những nghành khác : điện, thủy lực … thiết kế mạch là việc làmthường xuyên. Nhưng muốn biết mạch thiết kế ra hoạt động giải trí như thế nào, có saisót gì không, trước khi thực thi làm mạch thật thì làm thế nào ? Câu vấn đáp, đólà dùng những ứng dụng mô phỏng ( Simulation ). Tuy nó chưa đạt độ chính xáctuyệt đối như mạch thật nhưng cũng thõa mãn phần nào và giảm bớt ngân sách thửnghiệm do phải chết tạo mạch thật để đo đạc. Trong nghành nghề dịch vụ điện tử, để môphỏng mạch điện tử, có rất nhiều ứng dụng tương hỗ như Proteus, Multisim, Circuit Maker, OrCad. Proteus là ứng dụng của hãng Labcenter Electronics, nómô phỏng được cho hầu hết những linh phụ kiện điện tử thông dụng, đặc biệt quan trọng có hỗ trợcho cả những MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola. Phần mềm Proteus là ứng dụng được cho phép mô phỏng hoạt động giải trí của mạchđiện tử gồm có phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển và tinh chỉnh cho những họVĐK. Phần mềm gồm có 2 chương trình : ISIS được cho phép mô phỏng mạch vàARES dùng để vẽ mạch in. Proteus là công cụ mô phỏng cho những loại VĐK, nóhỗ trợ những dòng VĐK 8051, AVR, PIC, dsPIC, ARM … những tiếp xúc I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, … ngoài những còn mô phỏng những mạch số, mạch tựa như mộtcách hiệu suất cao. Proteus là bộ công cụ chuyên về mô phỏng mạch điện tử. IV. 2.2 Những năng lực khác của ISIS – Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch. – Chọn đối tượng người dùng và thiết lập thông số kỹ thuật cho đối tượng người dùng thuận tiện. – Xuất file thống kê linh phụ kiện cho mạch. – Xuất ra file Netlist thích hợp với những chương trình làm mạch in thôngdụng. – Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều công cụgiúp cho việc quản trị mạch điện lớn, mạch điện hoàn toàn có thể lên đến hàng ngànlinh kiện. – Thiết kế theo cấu trúc ( hierachical design ). – Khả năng tự động hóa đánh số linh phụ kiện thuận tiện. V. 2.3 ARES PCB LayoutARES ( Advanced Routing and Editing Software ) là ứng dụng vẽ mạch inPCB. Nó vẽ mạch dựa vào file nestlist cùng những công cụ tự động hóa khác. VI. 2.4 Đặc điểm chínhó cơ sở tài liệu 32 bit được cho phép độ đúng mực đến 10 nm, độ phân giải góc0. 10 và kích cỡ board lớn nhất là / – 10 mét. ARES tương hỗ mạch in 16 lớp. àm việc trải qua những menu ngữ cảnh tiện nghi. ile netlist từ ứng dụng vẽ mạch nguyên tắc ISIS.ự động update ngược chỉ số linh phụ kiện, sự đổi chân, đổi cổng ở mạch insang mạch nguyên tắc. ông cụ kiểm tra lỗi thiết kế. hư viện không thiếu từ lỗ khoan mạch đến linh phụ kiện dán. ROTEUS VSM là sự phối hợp giữa chương trình mô phỏng mạch điệntheo chuẩn công nghiệp SPICE3F5 và quy mô linh phụ kiện tương tác động ( animated Model ). Nó được cho phép người dùng tự tạo linh phụ kiện tương tácđộng và thực ra có rất nhiều linh phụ kiện loại này được tạo ra mà không cầncode lập trình. Do đó, PROTEUS VSM được cho phép người dùng thực hiệncác “ mô phỏng có tương tác ” giống như hoạt động giải trí của một mạch thật. hương trình phân phối cho tất cả chúng ta rất nhiều quy mô linh phụ kiện có chứcnăng mô phỏng, từ những VĐK thông dụng đến những linh phụ kiện ngoại vi nhưLED, LCD, keypad, cổng RS232 … Do đó được cho phép ta mô phỏng từ mộthệ VĐK hoàn hảo đến việc kiến thiết xây dựng ứng dụng cho mạng lưới hệ thống đáp ứngcác giao thức vật lý. CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCHVII. 3.1. Hướng dẫn sử dụng ứng dụng protues3. 1.1 Vẽ sơ đồ nguyên tắc với SIS 7C hú ý : tựa như so với protues 7.7, 8.0, 8.1, 8.23.1. 1.1 Giới thiệu giao diện sử dụngĐể vẽ sơ đồ nguyên tắc, vào Start Menu khởi động chương trình ISIS nhưhình Chương trình được khởi độnng và có giao diện như hình vẽ. Giao diện khởi độngGiao diện sau khi khởi độngPhía trên và phía phải của chương trình là những công cụ hoàn toàn có thể thiết kế sơ đồnguyên lý. Phần giữa có màu xám là nơi để vẽ mạch. Section mode : Chức năng này để chọn linh kiệnComponent mode : Dùng để lấy linh phụ kiện trong thư viện linh kiệnĐặt lable cho wireBus. Terminal : Chứa Power, Ground. Graph : Dùng để vẽ dạng sóng, datasheet, trở kháng. Generator Mode : Chứa những nguồn điện, nguồn xung, nguồn dòng. Voltage Probe Mode : Dùng để đo điện thế tại 1 điểm trên mạch, đâylà 1 dụng cụ chỉ có 1 chân và không có thật trong thức tế. Curent Probe mode : Dùng để đo chiều và độ lớn của dòng điện tại1điểm trên wire. Virtual Instrument Mode : Chứa những dụng cụ đo dòng và áp, những dụngcụ này được mô phỏng như trong thực tiễn. Với công cụ này, sau khi thiết kế mạch nguyên tắc xong, hoàn toàn có thể xác địnhđược một cách nhanh gọn loại và số lượng linh phụ kiện mà ta dùng trong mạch đểtiện cho việc mua linh phụ kiện lắp mạch. 3.1.3 Một số thao tác cơ bảnGiao diện chính của chương trình gồm 2 phân vùng đa phần sau : ZoomingCó thể dùng Zoom in, Zoom out, Zoom Area trên menu Tools barCó thể dùng Mouse Scrool : Đặt con trỏ chuột nơi cần phóng to, thu nhỏ vàxoay Scrool mouse. Có thể dùng phím tắt mà ta thiết lập cho chương trình. Để lấy linh phụ kiện ra và vẽ mạch, chọn linh phụ kiện ở vùng mầu trắng đã nói ởtrên. Ví dụ ta chọn 741, khi đó trên khung Overview Open Schematic củalinh kiện đó. Sau đó đưa chuột qua vùng Editting Window, khi đó hình dạng linh kiệnhiện ra có màu đỏ. Ta chỉ việc chọn vị trí đặt linh phụ kiện tương thích và Click, hiệu quả như sau. Một đặc thù rất hay của phân mêm này là có thê phóng to thu nhỏ vùnglàm việc bằng cách dùng Scroll của chuột. Nhấn F8 để Zoom 100 %. Move linh phụ kiện : Chọn linh kiệnRight Click và chọn Drag ObjectSau đó ta hoàn toàn có thể vận động và di chuyển linh phụ kiện sang một ví trí khácTa cũng hoàn toàn có thể Copy, Move, Rotate, Delete linh phụ kiện bằng cách chọn nhómcông cụ sau. Wire. chọn công cụ Selection ModeSau đó đưa chuột lại chân linh phụ kiện, khi đó con trỏ chuột có dạng một câybút màu xanh. Click vào chân linh phụ kiện để nối dây vào chân đó, sau đó đưa chuột đến châncòn lại mà ta muốn. Delete wire bằng cách Right Click 2 lần lên dây. Hình dạng đường đi của dây di qua những điểm mà ta click chuột. Wire repetKhi cần nối dây giữa những chân của hai linh phụ kiện gần nhau, ta có thê dùngphương pháp nối dây lặp lại bằng cách nối hai chân bất kể làm mẫu. Double click vào những chân tiếp theo, dây sẻ được tự động hóa nối. Move wireTương tự như Block moveTo edit a wires topology after routing : Ta cũng hoàn toàn có thể Rotate / Mirror linh phụ kiện trước khi đặt nó trong EdittingWindow bằng cách chọn nhóm công cụ, sự đổi khác được hiển thị trên Overview. Editing Part Labels. Có thể ẩn hoăc hiện tên, giá trị của linh phụ kiện bằng cách. Right Click / Edit Properties. Check / Uncheck HiddenBlock editing. Để move / copy cả khối linh phụ kiện ta làm như sau : Chọn công cụ Selection tools ; Kéo chuột và chọn cả khối linh phụ kiện ; Right Click và chọn Move / Copy. Design ExplorerĐây là công cụ tạo ra cái nhìn toàn cảnh thiết kế : Chứa list gồm tên, kiểu, thông số kỹ thuật, circuit / package. Hiển thị những thiếu sót của mạch : Từ đó xác lập linh phụ kiện con thiếu sót để bổ trợ : Nếu đã thiết kế PCB layout thi hoàn toàn có thể biết được vị trí đó trên Board ( linhkiện đã được hightlight ). 3.1.4 Các công cụ chínhGroundKý hiệu trên sơ đồ : Power có kí hiệu như sau :

Source: https://baoduongdieuhoa24h.com
Category: Điện Tử