Tìm hiểu công cụ NCKH: KiCAD

I. Mục đích sử dụng

• KiCad là 1 phần mềm miễn phí cho việc thiết kế mạch điện tử. Nó phù hợp với thiết kế và mô phỏng phần cứng điện tử cho việc sản xuất mạch in PCB.

II. Hướng dẫn sử dụng

1.  Cài đặt:

• Bước 1: Nhập từ khóa tìm kiếm “kicad.org” trên thanh tìm kiếm.

• Bước 2: Sau khi vào trang web, nhấn “download” và chọn hệ điều hành thích hợp.

2. Tạo project:

• Sau khi tải xong, người dùng mở KiCAD:

Giao diện sau khi mở KiCAD

• Để tạo project mới, chọn File -> New Project -> chọn nơi lưu trữ.

3. Thiết kế mạch nguyên lý (schematic)

• Sau khi tạo project mới, người dùng chọn file có đuôi .sch để thiết kế mạch nguyên lý.

Giao diện sau khi mở file .sch

• Thanh bên phải để người dùng vẽ dây, vẽ thành phần mạch, đặt tên cho các nút mạch, …

• Thanh bên trái để người dùng cài đặt giao diện như: bật / tắt lưới, chọn đơn vị đo, chọn kiểu dây, …

• Bảng Properties: thông số linh kiện.

• Bảng Schematic Hierarchy: hệ thống các sơ đồ nguyên lý lồng nhau.

 * Ví dụ với sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp như ví dụ ở dưới, quy trình vẽ lại mạch trong KiCAD như sau:

• Ở thanh bên phải, người dùng chọn biểu tượng (hoặc nhấn nút tắt ‘a’) để mở bảng thư viện linh kiện:

• Nhập tên linh kiện muốn thêm vào, ở đây ta cần IC LM7805 nên sẽ nhập tên “LM7805” vào thanh tìm kiếm. Người dùng nên tìm kiếm linh kiện định sử dụng trên các web bán linh kiện điện tử trước để biết thông số rồi đối chiếu với thông số trên KiCAD xem đã phù hợp chưa:

• Sau khi tìm kiếm linh kiện phù hợp thì chọn OK rồi đặt linh kiện ở vị trí thích hợp trên sơ đồ nguyên lý:

• Làm tương tự với tụ điện, biến trở. Đây là các thành phần phổ biến nên không nhất thiết phải tìm thông số trước trên các web bán linh kiện:

Thông thường, 1 linh kiện sẽ có 2 dòng, dòng trên là ký hiệu trong mạch, dòng dưới là giá trị. Nhấp đúp vào 1 dòng để chỉnh sửa thông tin.

• Sau khi làm xong, ta được sơ đồ nguyên lý:

• Sau khi vẽ xong, ở thanh ngang trên, người dùng gán thông số bản vẽ vào các linh kiện (assign footprint) bằng nút .

• Với mỗi linh kiện, chọn đúng thư viện bản vẽ cột trái (tụ điện chọn Capacitor_THT, điện trở chọn Resistor_THT, …) rồi chọn các bản vẽ phù hợp với nhu cầu ở cột phải. Người dùng có thể xem trước bản vẽ PCB và bản 3D của linh kiện khi nhấn chuột phải vào từng linh kiện.

Bản 2D của linh kiện

Bản 3D(nhấn nút để xem)

• Sau khi chọn xong thông số bản thiết kế, chọn “Apply, Save Schematic & Continue”, rồi chọn OK.

4. Thiết kế mạch in (PCB Editor)

• Sau khi vẽ xong mạch nguyên lý, nhấn F8 hoặc Tools -> Update PCB from schematic để chuyển mạch nguyên lý sang mạch in:

• Người dùng tự sắp đặt vị trí thiết bị phù hợp, nên đặt các thiết bị gần nhau, tránh tốn diện tích, dây dẫn.

• Sau khi sắp xếp, người dùng nhấn để đi dây thiết bị. Ở mạch PCB đã có những đường mờ hướng dẫn người dùng nên nối dây giữa các nút nào. Chỉ cần theo chỉ dẫn là được.

• Trong trường hợp muốn thay đổi kích thước dây, chọn “Track -> Edit pre-defined sizes” rồi tự chọn độ rộng dây.

• Để vẽ đường bao mạch, chọn rồi vẽ.

• Để vẽ đường đi dây, chọn , mỗi lựa chọn là 1 lớp đường dây.

Sau khi đi dây xong

• Ở mô hình 3D còn thiếu biến trở R2, để thêm mô hình 3D vào, người dùng có thể tải file 3D trên grabcad.com/library, người dùng nhập linh kiện cần tải mô hình về và download file .STEP.

• Sau khi tải file mô hình 3D, nhấn đúp vào biến trở trong mạch, vào tab 3D Models -> chọn đường dẫn file mô hình, nhấn OK

 

III. Tính năng nổi bật:

• Vẽ sơ đồ nguyên lý (schematic)

• Thiết kế mạch in (PCB)

• Thư viện linh kiện phong phú

• Kiểm tra lỗi thiết kế

• Xem linh kiện 3D

• Xuất file sản xuất (định dạng Gerber).

• Mã Nguồn mở, miễn phí.

IV. Tài liệu đọc thêm.

• Documentation | KiCad