ORCAD và mạch in 12/05/2007 ORCAD là một công cụ thiết kế mạch điện tử đơn giản và phổ biến. Cũng có rất nhiều phần mềm thiết kế mạch điện tử khác. Nhược điểm lớn nhất là phần mềm ORCAD không cung cấp miễn phí, nhược điểm thứ hai là bộ phần mềm ORCAD hỗ trợ quá nhiều, vì vậy nó khá nặng. Tuy vậy, các thư viện linh kiện của ORCAD có thể coi là mạnh nhất cho đến nay, và hầu hết các nhà sản xuất linh kiện điện tử đều cung cấp các add-in thư viện linh kiện cho ORCAD.

Nhược điểm lớn nhất là phần mềm ORCAD không cung cấp miễn phí, nhược điểm thứ hai là bộ phần mềm ORCAD hỗ trợ quá nhiều, vì vậy nó khá nặng.

Tuy vậy, các thư viện linh kiện của ORCAD có thể coi là mạnh nhất cho đến nay, và hầu hết các nhà sản xuất linh kiện điện tử đều cung cấp các add-in thư viện linh kiện cho ORCAD.

Đã có rất nhiều sách hướng dẫn sử dụng ORCAD bằng hình, tuy nhiên giá sách khá cao (khoảng 40.000 đồng/cuốn), và thực chất ORCAD không có gì là phức tạp, vì vậy, tôi muốn thực hiện tài liệu hướng dẫn này một cách đơn giản, để cung cấp miễn phí cho sinh viên. Thành thực mà nói, các sách dù có hướng dẫn tỉ mỉ tới đâu, thì cũng không thể giúp các bạn sinh viên nắm bắt toàn bộ các chức năng của ORCAD, mà chủ yếu, các bạn thực hành nhiều, mày mò nhiều, và hỏi han nhiều, các bạn sẽ tìm hiểu và nắm bắt về ORCAD rất dễ dàng.

Trong tài liệu hướng dẫn này, chúng tôi sẽ đi từng bước đơn giản, để các bạn có thể thực hiện một mạch nguyên lý bằng ORCAD, sau đó hướng dẫn các bạn từng bước để xuất ra thành mạch in, chạy mạch in, điều chỉnh mạch in, cuối cùng là việc làm một mạch in điện tử tại nhà như thế nào.

Tài liệu này được chia làm 4 phần:

Phần thứ nhất hướng dẫn các bạn một số thao tác để vẽ một mạch nguyên lý với ORCAD dùng CAPTUREPhần thứ hai hướng dẫn các bạn các thao tác để chuyển từ mạch nguyên sang mạch in dùng LAYOUT PLUSPhần thứ ba hướng dẫn các bạn một số phương pháp điều chỉnh mạch in, và tạo ra các file cần thiết để gia công mạch in công nghiệp, và xuất ra file .pdf của mạch inPhần thứ tư là dùng file .pdf để có thể làm ra mạch in 1 lớp tại nhà.

Vậy, chúng ta bắt đầu các bài học từ đây

Bài 1: Vẽ mạch nguyên lý với ORCAD

Trước tiên, các bạn khởi động ORCAD với chương trình CAPTURE hoặc CAPTURE CIS đều như nhau. Các bạn theo dõi hình trên.

Màn hình Capture sẽ hiện ra như trên. Việc các bạn cần làm tiếp theo là tạo ra một project để làm việc. Các bạn bấm vào biểu tượng tờ giấy trắng (Creat document) để tạo ra một dự án làm việc với Capture.

Các bạn sẽ thấy xuất hiện một cửa sổ, cho phép bạn chọn vị trí đặt thư mục làm việc (Location), và cho phép đặt tên dự án (Name)

Các bạn bấm vào nút Browse để chọn vị trí đặt dự án của các bạn

Cửa sổ tiếp theo hiện ra, cho phép các bạn chon thư mục làm việc. Nếu bạn muốn tạo ra một thư mục con để chứa dự án của các bạn, các bạn bấm vào nút Create Dir… để tạo ra thư mục con.

Các bạn đánh tên thư mục con mình muốn tạo, và nhấn nút OK.

Các bạn xem lại một lần nữa cửa sổ làm việc của các bạn, và các con số chính là thứ tự công việc các bạn vừa làm.

Sau khi tạo thư mục con, và chọn thư mục con, các bạn có thể đặt tên cho dự án của các bạn. Theo chúng tôi, mỗi dự án các bạn nên đặt vào một thư mục riêng, và tên dự án nên trùng với tên thư mục mà các bạn đặt. Bởi vì khi tạo ra một dự án, sẽ phát sinh rất nhiều file trong dự án, và việc để chúng nằm trong một thư mục con là rất cần thiết, nhưng nếu có quá nhiều dự án nằm trong cùng một thư mục, thì các file sẽ lẫn lộn với nhau. Điều này không nên.

Sau khi tạo ra dự án làm việc, các bạn sẽ thấy một cửa sổ có các ô chấm nhỏ hiện ra. Bây giờ các bạn cần ước lượng xem mạch nguyên lý mình định vẽ có lớn không? Các bạn nên chọn khổ giấy để vẽ mạch trước tiên. Tất nhiên, trong khi vẽ mạch, nếu các bạn thấy khổ giấy vẽ không đủ, các bạn có thể thay đổi sau. Nhưng chúng ta nên tạo một thói quen

chọn khổ giấy vẽ trước, và cố gắng sắp xếp mạch sao cho vừa vặn trong khổ giấy đó.

Các bạn chọn Option >> Schematic Page Properties

Một khung cửa sổ mới sẽ hiện ra cho phép bạn chọn khổ giấy.

Các bạn có thể chọn kích thước theo Inches hoặc Millimeters. Các bạn có thể chọn các khổ giấy mặc định theo kích thước A, B, C, D, E, hoặc có thể chọn Custom để đặt khổ giấy tuỳ thích.

Sau khi đặt khổ giấy xong, các bạn cần đặt các linh kiện lên trên khung giấy đó. Các bạn nhấn Shift – P để mở khung màn hình Place Part như hình trên.

Khi lần đầu các bạn chạy ORCAD, các thư viện linh kiện chưa được add vào. Các bạn phải chọn Add Library để đưa các thư viện thêm vào.

Màn hình cho phép add các thư viện sẽ hiện ra, các bạn chọn tất cả các file .olb và nhấn Open. Các bạn lặp lại việc này nhiều lần, và mỗi lần lựa chọn một thư mục có sẵn trong thư mục Library của ORCAD. Vậy các bạn sẽ phải add các thư viện bên trong Iec, IeeeLibs, Pspice… vào nữa. Các thư viện nằm bên ngoài Library tất nhiên cũng phải được add vào.

Các bạn xem lại các bước mình đã làm.

Bên tay trái phí trên, có một nút được đánh dấu tròn, thay vì các bạn nhấn Shift – P, các bạn có thể nhấn vào nút đó, nó cũng mở lên cửa sổ Place Part.

Các bạn sẽ thấy hình này sau khi add các thư hiện

Bây giờ, các bạn để ý đến ô cửa sổ Libraries nằm bên tay trái phía dưới, các bạn chỉ chuột vào một trong tên các thư viện vừa add vào, các bạn sẽ thấy danh sách các linh kiện ở ô cửa sổ trên thay đổi.

Thực chất, chúng ta chẳng thể nhớ nối linh kiện nào thuộc thư viện nào, vì thế cách tốt nhất là chúng ta làm việc với tất cả các thư viện cùng một lúc.

Do đó, các bạn bấm chuột vào một thư viện bất kỳ trong ô cửa sổ Libraries, rồi các bạn

nhấn Ctrl – A để chọn tất cả các thư viện.

Các bạn sẽ thấy hình sau:

Ô cửa sổ Libraries biến thành màu xanh, như vậy bạn đã chọn tất cả các thư viện, và bạn để ý, danh sách các linh kiện ở ô cửa sổ Part List sẽ dài thêm.

Bây giờ, các bạn có thể đánh tên linh kiện trên dòng Part, để chọn linh kiện phù hợp cho mạch nguyên lý của các bạn.

Tôi sẽ dành phần này để các bạn đặt câu hỏi khi chọn linh kiện, các câu hỏi đại loại sẽ là: tôi không tìm thấy linh kiện tôi cần trong danh sách, phải làm thế nào? Tôi không biết tên linh kiện, nhưng tôi biết linh kiện đó hình dạng ra sao trong thực tế, vậy làm thế nào? Tôi muốn tìm đúng linh kiện của tôi để thiết kế mạch cho chính xác, phải làm thế nào?...

Bây giờ, chúng ta cho rằng các bạn tìm được linh kiện các bạn cần trong danh sách các linh kiện này. Các bạn nhấn OK, và ô cửa sổ này sẽ mất đi, hình linh kiện sẽ hiện ra và dính vào con chuột của bạn. Khi bạn nhấp nút trái chuột, linh kiện sẽ được đặt xuống giấy vẽ như hình sau:

Linh kiện dù đã được đặt vào giấy vẽ, vẫn tiếp tục dính vào con chuột, nếu bạn nhấp chuột trái một lần nữa, một linh kiện nữa giống như linh kiện trước sẽ đặt vào giấy vẽ. Vậy các bạn nhấn Esc để ngưng việc đặt linh kiện khi đã đủ số linh kiện mà bạn cần. 

Các bạn cứ đặt đầy đủ các linh kiện mình cần vào giấy vẽ trước, sau đó, các bạn hãy nối mạch lại với nhau.

Để nối các đường mạch, các bạn bấm vào nút có hình dây dẫn như chữ Z ngược ở góc phải phía trên của cửa sổ làm việc, xem hình trên.

Các bạn cứ bấm chuột trái vào chân linh kiện này, và nối vào chân linh kiện khác. Các bạn cũng có thể nối dây nối từ chân linh kiện vào một đường dây nối đã có sẵn, hoặc nối giữa các chân linh kiện với nhau.

Để bản vẽ trông dễ coi hơn, đôi khi các bạn phải xoay, hoặc lật, hoặc di chuyển các linh kiện đến vị trí hợp lý. Các bạn cứ nhấn Esc nhiều lần để nó trở về trạng thái điều khiển, hoặc nhấn vào nút hình mũi tên trên cùng phía các nút bấm bên phải khung bản vẽ.

Muốn di chuyển linh kiện, các bạn nhấn chuột vào linh kiện, và kéo nó đi.

Muốn xoay linh kiện, lật linh kiện, các bạn nhấn chuột vào linh kiện và nhấn một trong các phím R, V, H. Các phím này sẽ ứng với trạng thái xoay, lật linh kiện khác nhau, các bạn xem hình dưới đây để hiểu rõ.

Từ một hình linh kiện gốc, các bạn có thể xoay Rotate, lật theo trục dọc Vertical, lật theo trục ngang Horizontal

Như vậy, các bạn đã biết cách chọn linh kiện, đặt linh kiện theo ý mình muốn, và nối mạch giữa các linh kiện để có được một mạch nguyên lý hoàn thiện.

Bước cuối cùng, đó là các chân linh kiện nào mà các bạn không nối dây mạch, thì các bạn phải đánh dấu X vào chân linh kiện đó, đối với các chân linh kiện nào nối với nguồn hoặc đất, các bạn cũng phải gắn nguồn và đất vào cho chúng. Các bạn xem hình sau:

Để kết thúc bài học, tôi đưa ra đây hình ảnh và tên một số loại linh kiện thông dụng, khi các bạn cần các bạn có thể dễ dàng tìm kiếm

Các bạn nhìn kỹ phía dưới các linh kiện, luôn có tên đầy đủ của linh kiện. Khi các bạn đánh các tên này vào trong phần tìm linh kiện, các bạn sẽ thấy ngay.

Bài 2: Xuất mạch in từ mạch nguyên lý với LAYOUT PLUS

Các bạn chú ý rằng, khi các bạn mở một project, thực ra có 2 màn hình được mở ra. Nhưng ban đầu, chúng ta chỉ làm việc với màn hình SCHEMATIC, tức là màn hình để vẽ mạch nguyên lý. Màn hình thứ hai là màn hình dùng để quản lý các file trong project. Các bạn nên hiểu, việc xuất từ mạch nguyên lý ra mạch in, cũng giống như việc bạn lập trình. Sau khi viết chương trình bằng ngôn ngữ trực quan sinh động và gợi nhớ, các bạn sẽ dùng các chương trình dịch để dịch ra file .exe để chạy, hoặc dịch ra file .hex để nạp cho PIC. Vậy thì ORCAD cũng vậy, ban đầu các bạn dùng màn hình trực quan sinh động để vẽ các mạch nguyên lý, ORCAD sẽ hỗ trợ các bạn dịch file mạch nguyên lý sang mạch in. Việc xuất ra các file này hoàn toàn được thao tác ở cấp độ file.

Các bạn chọn Window, và chọn màn hình quản lý file như hình sau. Trong project này, tôi đặt tên project là DEV_220505. Vì vậy, các bạn chọn màn hình DEV_220505.

Màn hình quản lý file sẽ như sau:

Các bạn xổ các nhánh cây quản lý file ra, các bạn sẽ thấy trong project dev_220505 có 2 cây chính. Cây thứ nhất là cây SCHEMATIC, cây thứ 2 là cây Design Cache. Cây thứ nhất quản lý các bản vẽ, của các bạn. Khi các bạn vẽ các mạch lớn, các bạn sẽ cần phải vẽ nhiều bản vẽ, ở đây chúng ta chỉ có một bản vẽ, do đó chúng ta chỉ có một file PAGE1 (tên này được đặt tự động bởi ORCAD, các bạn không cần quan tâm). Cây thứ hai là cây Design Cache, trong đó mô tả tất cả các linh kiện mà các bạn sử dụng trong mạch nguyên lý.

Đối với 2 cây này, các bạn cũng không cần quan tâm nhiều lắm. Khi các bạn hoàn thành xong khóa học cơ bản này, các bạn có thể đọc thêm hướng dẫn và các tài liệu hướng dẫn chuyên sâu hơn để biết các thao tác với các nhánh cây còn lại.

ORCAD là một công cụ rất mạnh, để thực hiện một project điện tử hoàn thiện, vì vậy, nó cung cấp thêm các nhánh cây Library, Outputs, Referenced Projects… Nhưng ở đây, chúng ta chưa cần quan tâm đến các nhánh này.

Cuối cùng, các bạn hãy chỉ chuột vào dev_220505 và nhấp vào đó, để cho nó được đánh dấu sáng màu xanh như trên hình. Khi chúng ta chỉ vào và chọn gốc dev_220505 này, mọi thao tác biên dịch sẽ được thực hiện với gốc dev_220505 này. Nếu bạn chỉ vào vị trí khác,

bạn sẽ không thể dịch được.

Việc đầu tiên, các bạn cần tạo ra file chú thích cho mạch in, vậy các bạn chọn Tools >> Annotate.

Một bảng lớn sẽ hiện ra, các bạn chỉ cần bấm OK, vì chúng ta sẽ sử dụng chế độ mặc định này.

Sau đó, một thông báo rằng chúng ta sẽ lưu các chú thích này vào trong project của chúng ta, vậy bấm OK lần nữa là xong.

Tiếp theo, các bạn cần phải kiểm tra xem các thiết kế của mình đã đúng chưa, để khi xuất ra mạch in, sẽ không có các lỗi mạch mà mình rất khó phát hiện, chẳng hạn như hai chân linh kiện trùng nhau, mình vẽ 2 linh kiện cùng tên… Chọn Tools >> Design Rules Check sẽ giúp bạn làm việc này.

Một thông báo hiện ra, bạn chỉ cần bấm OK là xong, cũng như trường hợp trên.

Lại một thông báo nữa hiện ra, bạn thấy rằng thông báo này báo rằng có một vài lỗi trong mạch nguyên lý của chúng ta. Vậy chúng ta bấm Yes để xem các lỗi đó là gì?

Thí dụ, lỗi được in đậm, đó là không có linh kiện nào có tên là Thạch Anh trong thư viện, và nó đặt câu hỏi với chúng ta.

Lỗi thứ hai, đó là có linh kiện trùng tên C3

Vậy chúng ta hãy bấm X để tắt màn hình LOG ON thông báo các lỗi, màn hình chúng ta sẽ hiện ra như ở trên. Chúng ta sẽ chuyển lại màn hình mạch nguyên lý để sửa các lỗi có trong thông báo.

Đầu tiên, chúng ta sửa lỗi tên linh kiện không có tên ThachAnh, nó chỉ có tên CRYSTAL. Thực ra, ban đầu tôi cố tình sửa tên linh kiện này lại, để đưa vào tài liệu hướng dẫn, sẽ thuận tiện hơn cho sinh viên mới học điện tử. Do vậy lỗi sai này xuất hiện, vậy chúng ta click đúp vào chữ ThachAnh và sửa nó thành CRYSTAL.

Ở các vị trí lỗi linh kiện, và lỗi nguồn điện, sẽ có các dấu màu xanh tròn như trên hình. Chúng ta sẽ thấy rằng, chúng ta đã đặt tên trùng giữa 2 linh kiện trên. Điều này rất dễ xảy ra khi các bạn copy các module được thiết kế sẵn từ các mạch khác để dán vào mạch này.

Một lưu ý rằng nếu các bạn thích thiết kế các dạng module để sau này có thể cắt dán, thì

tốt hơn các bạn nên đặt các chỉ số của linh kiện lớn, để khi tạo ra các linh kiện mới trên mạch nguyên lý mới, sẽ không có sự trùng lặp tên.

Ở đây, tôi đặt C3, nên có khả năng bị trùng tên. Nếu tôi đặt C300 thì rất khó có chuyện trùng, vì một mạch điện tạo ra, chẳng khi nào có tới 300 cái tụ điện.

Đơn giản, các bạn chỉ cần thay tên C3 thành C4, hoặc C100 chẳng hạn, thế là xong.

Ở đây, tôi sửa tên thành C4.

Chúng ta lại quay lại màn hình file, và thực hiện động tác Design Rules Check như lúc nãy. Kết quả chúng ta vẫn có lỗi sai. Lỗi này là lỗi chân OUT của U3 lại bị nối với nguồn điện, trong khi ngõ output thường phải nối với linh kiện khác.

Các bạn thấy đó, cái dấu chấm xanh lá cây trên hình 78L05, được nối vào nguồn 5V, 500mA. Thực ra, chúng ta gắn một cái nhãn nguồn ở đây, chẳng qua là để chỉ từ điểm này, sẽ là nguồn để nuôi mạch chạy PIC.

Vì vậy, lỗi này chúng ta bỏ qua, và không cần quan tâm tới.

Như vậy, qua phần này, các bạn đã biết cách kiểm lỗi và sửa lỗi trên mạch nguyên lý với Capture/ORCAD.

Các bạn cũng nhớ một điều rằng, không nhất thiết phải sửa tất cả các lỗi, điều quan trọng nhất khi xuất ra mạch in là, linh kiện bạn sử dụng có số chân giống linh kiện thật, và thứ tự các chân giống linh kiện thật. Bởi vì khi xuất ra mạch in, nó chỉ quan tâm đến số chân linh kiện, và cách bố trí các chân đó.

Ví dụ cụ thể, để tạo một diode trên mạch in, bạn hoàn toàn có thể vẽ trên mạch nguyên lý là một điện trở. Sau khi bạn xuất ra mạch in, thì điện trở hay diode gì, thực ra cũng chỉ là hai lỗ chân. Đến lúc đó, bạn cắm diode vào chẳng ai nói gì được bạn. Tuy nhiên, nếu bạn vẽ một transistor, nhưng thứ tự chân 1,2,3 và vị trí trương ứng e,c,b của transistor thật và transistor trên mạch nguyên lý không giống nhau, thì đến lúc xuất ra mạch in, có thể bạn sẽ bị tréo chân.

Do vậy, hãy vẽ mạch nguyên lý càng giống với thực tế càng tốt, linh kiện nào có thể tìm được trong orcad thì sử dụng đúng linh kiện đó trong mạch nguyên lý. Linh kiện nào

không tìm được, thì lấy một linh kiện có số chân tương ứng và có thứ tự chân tương ứng để thay thế.

Sau cùng, các bạn làm động tác tạo ra mạch in. Đối với ORCAD, một mạch in chính là một file chứa toạ độ của các linh kiện, và đường nối từ các chân linh kiện với nhau. Đường nối chân linh kiện này, với chân linh kiện khác. Các đường nối chung được gọi là một Net, chính vì vậy, việc xuất ra file để chạy mạch in, được gọi là Creat Netlist (tạo ra danh sách các Net).

Lưu ý rằng, các bạn phải luôn click vào gốc dev_220505 thì mới thực hiện được các lệnh Annotate, Check Rules và Creat Netlist. Nếu không sẽ không làm được.

Các bạn sẽ thấy một bảng hiện ra như sau, các bạn chọn Tab Layout để xuất ra file .MNL dùng cho Layout Plus. Layout Plus là phần mềm dùng để vẽ mạch in.

Các bạn chọn như sau:

Các bạn chọn Options: Run ECO to Layout, User Properties are in inches. Bởi vì các mạch điện đều có khoảng cách chân theo inches. Các bạn nhấn OK là được, vì file tạo ra đã được chỉ đến thư mục hiện hành của bạn, và tên file cũng được tự động đặt theo tên project của bạn.

Như vậy, đến bước này, các bạn đã hoàn thành xong việc xuất ra file .MNL dùng cho Layout Plus. Các bạn có thể tắt Capture, và mở Layout Plust lên.

Tuy vậy, theo kinh nghiệm làm việc của tôi, vì chúng ta có quá nhiều linh kiện trên mạch, rồi các chân, chúng ta còn cần tham khảo khi cần thiết đến mạch nguyên lý, vì vậy, các bạn cứ để Capture chạy, và mở Layout plus lên.

Chúng ta tạm thời kết thúc phần 2 của tutorial ở đây, vì các bạn đã biết cách để xuất ra file mạch in từ Capture.