Membuat Rangkaian dan PCB

Pokok Bahasan :

Mengenal Software Protel DXP

Membuat dokumen PCB

1.1 Mengenal Software Protel DXP

Ada banyak cara untuk membuat sebuah rangkaian elektronika pada papan PCB (Printed Circuit Board), mungkin Anda pernah menggunakan cara biasa waktu duduk di bangku sekolah SLTP, yaitu dengan spidol permanen, atau rugos. Tapi dengan perkembangan jaman, bermunculan software yang mudah dan handal, dan juga sangat membantu kita untuk rangkaian yang rumit sekalipun. Kunci

BAB

1

1

pertama bagi Anda yang ingin menguasai elektronika ialah kemampuan membuat rangkaian menggunakan software, antara lain Protel ( silahkan kunjungi www.altium.com).

Untuk membuat rangkaian elektronika, software yang paling terkenal dan lengkap ialah Protel. Software Protel terbaru ialah Protel DXP 2004. Pada bab ini, Anda akan belajar bagaimana membuat rangkaian mikrokontroler sederhana, hingga jadi sebuah PCB.

1.1.1 Spesifikasi Protel DXP

Anda memerlukan sebuah komputer dengan spesifikasi minimum Pentium III 800 MHz dengan RAM minimum 512 MB. Perlu diingat, menjalankan program ini membutuhkan resource yang cukup besar, agar prosesnya dapat berjalan dengan cepat.

Tahapan Pembuatan PCBAda beberapa tahapan yang harus diperhatikan dalam membuat sebuah desain PCB menggunakan program Protel DXP, yaitu:

1. Pertama, membuat file skematik (.sch) rangkaian dengan komponen atau library yang sudah pada program tersebut.

2. Kedua, mengkonversikan skematik kedalam PCB (.pcb) yang berupa footprint komponen.

3. Ketiga, Routing komponen dimana jalur PCB dibuat pada tahap ini.

4. Keempat, mencetak hasil (print) dengan menggunakan file (.cam) dimana ukuran komponen sesuai ukuran hasil yang telah dicetak.

5. Kelima, menggunakan teknik sablon pada papan PCB dengan menggunakan hasil print yang telah dibuat sebelumnya.

6. Keenam, Melarutkan PCB kedalam larutan Feri Cloride.

7. Ketujuh, Membersihkan papan PCB dengan larutan tiner.

8. Kedelapan, komponen siap untuk di tempatkan dan disolder.

Untuk memulai suatu desain, setelah Anda menginstal Protel DXP, pilih Program » Altium » DXP 2004 pada Start Menu Windows. Maka akan muncul tampilan kerja langsung.

3

System Menu DXP

View Navigation

Workspace Panel

Home View

Panel Control

Workspace Panel

Gambar 1.1 Workspace dari Protel

Beberapa item yang penting dari gambar diatas ialah :

Menu Sistem DXP, digunakan untuk men-setup sistem DXP yang ada pada menu dan toolbar agar disesuaikan dengan dokumen yang akan diedit.

Workspace Panel, terdapat file dan panel-panel project, klik pada tab dibawah untuk menampilkan isi dari panel.

Panel Control, untuk menambah panel-panel yang spesifik pada workspace panel.

Home Navigation, klik tanda panah untuk melihat dokumen yang telah dibuka sebelumnya atau sesudahnya.

1.1.2 Membuat Proyek Baru

Proses pembuatan proyek baru sama seperti anda membuat jenis proyek lainnya, sebagai contoh pertama buatlah file proyek terlebih dahulu. Kemudian buat sheet skematik kosong yang nantinya akan diisi kedalam file proyek yang

kosong. Dalam bab berikutnya akan dibahas tentang pembuatan file PCB.

1. Pilih File » New » PCB Project dari toolbar Menu. Atau klik Blank (PCB Project) pada New workspace panel Files, apabila anda tidak menemukannya klik Files tab di bawah panel Design Manager.

Gambar 1.2 Membuat proyek baru

2. Blank Project (PCB_Project1.PrjPCB) telah disiapkan namun belum ada dokumen didalamnya.

5

Gambar 1.3 Tampilan Blank Project

3. Berikan nama proyek tersebut sesuai yang anda inginkan pada ekstensi .prjPCB kemudian simpan kedalam direktori hardisk Anda, sebagai contoh berikan nama AVR.prjPCB dengan memilih File » Save Project As.

Membuat Skematik Rangkaian Baru

Buatlah skematik rangkaian yang baru dengan langkah sebagai berikut:

1. Pilih File » New » Schematic atau Anda dapat langsung memilih pada workspace panel bagian New (Schematic Sheet), dan secara otomatis akan menjadi bagian dari ekstens proyek Anda.

Gambar 1.4 Membuat skematik baru

2. Simpan dokumen skematik kedalam harddisk yang telah ditentukan, dan simpan pula file proyek dengan memilih File » Save Project As atau dengan klik kanan pada dokumen.

Gambar 1.5 Menyimpan proyek

Mengenal Lingkungan Schematic Sheet

Apabila Anda akan membuat skematik rangkaian pada sebuah dokumen ekstensi .schdoc maka ada beberapa penggunaan toolbar yang mudah digunakan, diantaranya sebagai berikut:

7

Gambar 1.6 Schematic Sheet

Bagian-bagian penting pada gambar diatas ialah:

Place Wire, toolbar digunakan untuk menghubungkan komponen dengan komponen lainnya.

Place Bus, toolbar ini berfungsi sebagai pipa yang didalamnya terdapat banyak kabel, sehingga mengurangi banyak wire yang dipakai,

Place Bus Entry, digunakan sebagai masukan Bus.

Place Part, digunakan untuk menempatkan komponen-komponen yang ada pada library.

Net Label, digunakan untuk memberi label pada Wire maupun Bus.

Merubah ukuran kertas pada skematik

Sebelum menempatkan komponen pada bidang skematik, bidang skematik dapat anda ganti sesuai dengan ukuran kertas yang akan anda gunakan.

1. Dari Menu Bar pilih Design » Document Option, setelah muncul ubahlah kebentuk format standar A4. Dalam tab Sheet Option carilah Standard Styles, kemudian klik tanda panah untuk memilih format lainnya.

2. Pilih format A4 dan klik tombol OK untuk menutup jendela document option serta mengganti format yang telah anda buat.

3. Untuk melihat dokomen keseluruhan pilih Menu bar View » Fit Document. Untuk cara cepat anda bisa menekan pada keyboard V,D.

Gambar 1.7 Sheet options

9

Mencari Komponen pada Library

Sebelum anda menempatkan komponen pada bidang, ada beberapa hal yang anda harus ketahui seperti tipe datasheet komponen, dan keadaan ini apabila tidak dtemukan pada default library, maka anda dapat menemukannya pada folder library. Adapun langkah-langkahnya sebagai berikut:

1. Klik Place Part yang ada pada toolbar atau klik kanan pada bidang skematik lalu klik Place Part, kemudian klik Browse Library pada sebelah kanan box History.

2. Atau pilih View » Workspace Panel » System » Libraries, setelah itu pilih box Libraries… pada jendela Avaliable Libraries tab Project.

3. Pilih Add Library dengan file *.IntLib yang ada pada folder C:\Program Files\Altium 2004\Library beragam jenis IC dapat anda temukan, sebagai contoh IC ATMEGA8535 AVR, carilah pada folder C:\Program Files\Altium 2004\Library\Atmel\Atmel Microcontroler 8-bit AVR.

4. Atau anda pilih Menu Tools » Find Component pada tab Search dan tentukan Path sebagai contoh C:\Program Files\Altium 2004\Library\ Atmel\Atmel Microcontroler 8-bit AVR, ceklis pada checkbox Name dan tentukan Name pada frame Search Criteria kemudian tulislah dengan menggunakan Prefix dan Suffix “*……

*”, sebagai contoh *ATMega8535* lalu tekan tombol Search.

Gambar 1.8 Mencari library

5. Dalam tab result akan diperlihatkan hasil yang telah anda cari apabila parameter komponen ditulis dengan benar, Klik tombol Install Library apabila library belum di install sehingga skematik dapat di Compile. Dan juga pastikan footprint atau kaki komponen sesuai dengan yang anda pilih.

6. Tutuplah jendela Search Libraries. Tambahan Library akan muncul di sebelah atas panel Libraries. Komponen yang sudah ada pada panel Libraries dapat cepat dicari.

11

Menempatkan Komponen pada Skematik

Komponen pertama yang akan anda tempatkan adalah IC ATmega8535, pastikan Panel Libraries diaktifkan dengan cara klik tab Libraries.

1. Pilih Atmel Microcontroler 8-bit AVR.intLib dan ketik pada parameter dibawahnya *ATMega8535* ,setelah tampil pastikan footprint yang anda inginkan sesuai dengan kaki IC yang anda miliki, sebagai contoh model 40P6 adalah model pin IC 40 kaki yang biasa digunakan untuk kalangan umum.

2. Tekan tombol Place, atau klik dua kali pada nama komponen, lalu komponen siap di tempatkan pada bidang skematik.

Gambar 1.9 Salah satu library ATmega

3. Sebelum menempatkan komponen pada bidang, tekan tombol TAB pada keyboard, maka akan membuka jendela Component Properties dan ini digunakan untuk memberikan penjelasan lebih lanjut tentang komponen tersebut.

Gambar 1. 10 Component Properties

4. Pada frame Properties, set nilai untuk komponen atau IC pertama dengan merubah parameter Designator, dengan mengetik U1.

5. Pastikan footprint yang digunakan adalah 40P6 dan tutuplah jendela Component

13

Properties dengan meninggalkan parameter lain dalam keadaan default, lalu klik OK.

6. Untuk memutar komponen 90o tekan SPACEBAR, untuk flip horizontal tekan X dan untuk flip vertical tekan Y. Lanjutkan untuk komponen-komponen selanjutnya, seperti:

a. Header (Miscellaneous Connector.IntLib)

b. X-Tal (Miscellaneous Devices.IntLib)

c. LED (Miscellaneous Devices.IntLib)

d. Kapasitor (Miscellaneous Devices.IntLib)

e. Push Button(Miscellaneous Devices.

IntLib). Simpan File skematik anda dengan memilih

File » Save [untuk shortcut tekan F, S].

PB0 (XCK/T0)1

PB1 (T1)2

PB2 (AIN0/INT2)3

PB3 (AIN1/OC0)4

PB4 (SS)5

PB5 (MOSI)6

PB6 (MISO)7

PB7 (SCK)8

RESET9

PD0 (RXD)14

PD1 (TXD)15

PD2 (INT0)16

PD3 (INT1)17

PD4 (OC1B)18

PD5 (OC1A)19

PD6 (ICP)20

PD7 (OC2)21

XTAL212

XTAL113

GND 11

PC0 (SCL) 22

PC1 (SDA) 23

PC2 24

PC3 25

PC4 26

PC5 27

PC6 (TOSC1) 28

PC7 (TOSC2) 29

AREF 32AVCC 30

GND 31

PA7 (ADC7) 33PA6 (ADC6) 34PA5 (ADC5) 35PA4 (ADC4) 36PA3 (ADC3) 37PA2 (ADC2) 38PA1 (ADC1) 39PA0 (ADC0) 40

VCC 10

U1

ATmega8535-16PC

1 23 45 67 89 10

JP1

ISP Header

18pF

C1

18pF

C2

12

Y111.0592 MHz

1 23 45 67 89 10

JP2

PORT A

1 23 45 67 89 10

JP3

PORT B

1 23 45 67 89 10

JP4

PORT C

1 23 45 67 89 10

JP5

PORT D

1 23 45 67 89 1011 1213 1415 16

JP6

LCD

123

JP7

AVCC

123

JP8

AREF

123

JP9

AGND

MOSIMISOSCK

RST

PB0PB1PB2PB3PB4

PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7

X2X1

GND

VCC

AGND

AVCCAREF

PA0PA1PA2PA3

PA5PA4

PA6PA7

PC0PC1PC2PC3PC4

PC6PC5

PC7

PA0PA2PA4PA6

PA1PA3PA5PA7

MOSIMISO SCK

PB0 PB1PB2 PB3PB4

PC0 PC1PC2 PC3PC4PC6

PC5PC7

PD0 PD1PD2 PD3PD4 PD5PD6 PD7

PD7PD5 PD6

PC4 PC5PC6 PC7

MOSI

AVCC

AREF

AGND

RSTSCKMISO

DS1LED1

Gambar 1.11 Komponen yang telah ditempatkan

Menghubungkan komponen dengan menggunakan Wire & LabelSetelah anda menempatkan komponen-komponen didalam skematik ada beberapa langkah lagi yang harus anda lakukan yaitu menghubungkan atau teknik pengkabelan (Wiring) pada komponen beserta pemberian nama (Labeling) dengan menggunakan Net Label. Net label dapat anda tempatkan pada Wire atau pada Bus, bedanya pada Wire pemberian nama antar kedua kaki komponen harus sama dengan yang akan anda hubungkan, dan jika menggunakan Bus, caranya berikan label D[0..7], pada setiap Bus yang anda gunakan. Ikutilah langkah berikut:

1. Gunakan PAGE UP atau PAGE DOWN apabila jarak pandang bidang skematik terlihat baik menurut anda, atau dengan menekan Ctrl dan gerakkan roda scroll mouse.

2. Pertama Pilihlah pada menu Place » Wire untuk membuat hubungan antar komponen [shortcut P, W].

3. Setelah komponen terhubung, berilah label pada masing-masing kaki komponen sesuai dengan kebutuhan dengan memilih Place » Net Label [shortcut P, N].

15

4. Gunakan Bus Entry untuk menghubungkan Bus Dengan Bus atau Bus dengan Wire

[shortcut P, U].

Gambar 1.12 Hasil rangkaian

Untuk memeriksa apakah dalam rangkaian terdapat kesalahan dan sekaligus mengkompile rangkaian yang dibuat kedalam bentuk file .pcb maka pilih Menu Project » Compile Document Sheet1.SchDoc. Apabila tidak ada pesan error maka skematik telah dibuat dengan baik, dan siap untuk langkah selanjutnya. Cobalah untuk menambah rangkaian Catu Daya buatan Anda dalam satu rangkaian yang anda buat sebelumnya seperti gambar di bawah ini hanya dengan

PB0 (XCK/T0)1

PB1 (T1)2

PB2 (AIN0/INT2)3

PB3 (AIN1/OC0)4

PB4 (SS)5

PB5 (MOSI)6

PB6 (MISO)7

PB7 (SCK)8

RESET9

PD0 (RXD)14

PD1 (TXD)15

PD2 (INT0)16

PD3 (INT1)17

PD4 (OC1B)18

PD5 (OC1A)19

PD6 (ICP)20

PD7 (OC2)21

XTAL212

XTAL113

GND11

PC0 (SCL)22

PC1 (SDA)23

PC224

PC325

PC426

PC527

PC6 (TOSC1)28

PC7 (TOSC2)29

AREF32

AVCC30

GND31

PA7 (ADC7)33

PA6 (ADC6)34

PA5 (ADC5)35

PA4 (ADC4)36

PA3 (ADC3)37

PA2 (ADC2)38

PA1 (ADC1)39

PA0 (ADC0)40

VCC10

U3

ATmega8535-16PC

12

Y1XTAL

18pF

C1

Cap

18pF

C2

Cap

MOSIMISOSCK

RST

GND

390R2

DS1LED1

VCC

AGND

AVCCAREF

PB0PB1PB2PB3PB4

PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7

X2X1

PA0PA1PA2PA3

PA5PA4

PA6PA7

PC0PC1PC2PC3PC4

PC6PC5

PC7

X2

X1

1 23 45 67 89 10

JP6

PORT A

1 23 45 67 89 1011 1213 1415 16

JP10

LCD

VCC

1 23 45 67 89 10

JP7

PORT B

VCC

1 23 45 67 89 10

JP8

PORT C

VCC

1 23 45 67 89 10

JP9

PORT D

VCC

VCC

PD7PD5 PD6

PC4 PC5PC6 PC7

5K

R1RPot

VCC

PA0PA2PA4PA6

PA1PA3PA5PA7

MOSIMISO SCK

PB0 PB1PB2 PB3PB4

PC0 PC1PC2 PC3PC4PC6

PC5PC7

PD0 PD1PD2 PD3PD4 PD5PD6 PD7

D[0..7]

D[0

..7]

D[0

..7]

D[0..7]

D[0

..7]

D[0

..7]

D[0..7]

D[0..7]

D[0..7]

D[0..7]

D[0

..7]

D[0

..7]

D[0

..7]

D[0..7]

1 23 45 67 89 10

JP2

Header 5X2

MOSI

D[0

..7]

D21N4148

PC0

PC1

PC2

PC3

D[0

..7

]

S1

SW-PBS2

SW-PBS3

SW-PBS4

SW-PB

123

JP3

Header 3

AVCC

123

JP4

Header 3

VCC

AREF

VCC

123

JP5

Header 3

AGND

VCC

VCC

RSTSCKMISO

VCC

menambah library untuk IC 7805 dapat anda cari pada library ST Power Mgt Voltage Regulator.IntLib.

Gambar 1.13 Rangkaian Catu Daya

Setting Project Option

Parameter yang ada pada bagian ini digunakan untuk memastikan bahwa skematik yang Anda buat dapat dicompile, diantaranya error reporting,, konektifitas matriks, Comparator, ECO (Engineering Change Order) Generation, Ouput Paths, Netlist, dan parameter lainnya. Perlu anda ketahui bahwa apabila settingan default sudah dapat anda compile dan tidak terdapat pesan error maka tidak perlu Anda setting. Namun sebaliknya ada beberapa parameter yang perlu diketahui,yaitu Error Reporting, Connection Matrix, dan Comparator. Buka menu Project » Project Option.

Ada beberapa langkah setting Project Option diantaranya:

1. Bagian Error Reporting digunakan untuk memeriksa rangkaian apakah terdapat

17

12

JP1

Header 2

IN1

3

OUT2

GND

U2 L78M05CP

390R3

DS2LED0

470uFC3

100uFC4

VCCVIN

kesalahan rancangan, Anda dapat mengubah mode Report sesuai dengan keinginan, disarankan pada bagian ini digunakan settingan default.

2. Bagian Connection Matrix digunakan untuk memeriksa hubungan port, pin dan sheet entry komponen, Klik pada tab Connection Matrix, ubahlah Mode Report menjadi No Report pada Passive Pin VS Unconnected.

3. Bagian Comparator tab digunakan untuk memeriksa adakah perbedaan antar file-file yang akan diabaikan atau direport apabila project telah dicompile, Ubahlah menjadi Ignore Differences pada bagian Changed Room Definition, Extra Room Definition, Extra Componnent Classes.

4. Project siap untuk dicompile.

Gambar 1.14 Connection Matrix

19

Gambar 1.15 Tampilan Comparator

1.2 Membuat Dokumen PCB

Selangkah lebih maju, Anda telah memasuki sub Bab untuk membuat file PCB, oleh karena itu penulis menyarankan agar untuk memperhatikan desain awal pembuatan File PCB tersebut, cukup mudah untuk diikuti hanya membutuhkan sedikit improvisasi.

1. Klik Workspace Panel Files pada toolbar sebelah kiri Program Protel, dan cari PCB

Board Wizard pada bagian New From Template.

Gambar 1.16 PCB Board Wizard

2. Setelah anda klik, maka akan tampil Jendela New Board Wizard lalu klik Next.

Gambar 1.17 Tampilan Protel DXP Board Wizard

21

3. Tampilan berikutnya adalah memilih jenis pengukuran pilih Metric untuk pengukuran Milimeter.

4. Pilih Custom untuk memilih ukuran PCB sesuai keinginan Anda.

5. Tentukan Bentuk dan ukuran PCB yang Anda inginkan, pilih Rectangular dengan ukuran Width 100.0 mm dan Height 100.0 mm. Klik

Next.

Gambar 1.18 Memilih Detail Board

6. Default PCB Board Wizard adalah 2 layer, maka pilih Signal Layers = 2 dan Power Planes = 0. Klik Next.

7. Jendela berikutnya untuk memilih Via Style, Pilih TruHole Vias Only. Klik Next.

Gambar 1.19 Memilih Via Style

8. Simpan dokumen PCB berikan nama File, Gabungkan dengan File Proyek Anda.

Gambar 1.20 Menyimpan dokumen PCB

9. Pastikan File telah anda simpan, Pilih Menu Design » Update PCB Document SysMin AVR.PCBDOC.

23

Gambar 1.21 Engineering Change Order

10. Pada tampilan ECO (Engineering Change Order), Klik Validate Changes.

11. Lanjutkan dengan Klik Execute Changes untuk menampilkan komponen pada File PCBDOC.

Gambar 1.22 Tampilan komponen

12. Aturlah tata letak komponen sesuai dengan keinginan Anda.

Gambar 1.23 Komponen yang kita atur manual

1.2.1 Routing Komponen

Sebelum Anda melakukan Routing antar komponen ada beberapa hal yang harus dilakukan yaitu diantaranya:

1. Untuk mengubah Gridlines yang tampak pada file PCB yang berupa kotak garis, Anda dapat mengubuah ukurannya dengan memilih Menu Design » Board Option, ubahlah Visible Grid 1 dan 2.

2. Pilih Menu Design » Board Layers & Colors untuk memilih layer yang aktif. Klik Used On. Klik OK.

3. Pilih Design » Rules untuk mengubah besarnya jalur antar komponen dan jarak antar jalur tembaga yang akan dilewati arus

25

listrik. Pada tampilan PCB Rules and Constraints Editor cari Clearance dan Width. Ubah ukuran sesuaikan dengan ukuran papan PCB.

Gambar 1.24 PCB Rules and Constraints

4. Lakukan Proses Routing dengan memilih Menu AutoRoute » All, Pilih Routing Strategies yang tersedia. Pilih Default 2 Layer Board » Route All.

Gambar 1.25 Situs Routing Strategies

Gambar 1.26 Hasil Routing

27

5. Tunggu proses beberapa saat. Setelah proses routing selesai pilih menu Tools » Preferences pada tab Display dan Ceklis pada bagian Single Layer Mode untuk melihat tampilan layer satu persatu. Klik OK.

Gambar 1.27 Menseting Single Layer Mode

6. Simpanlah dokumen proyek Anda.

1.2.2 Mencetak Hasil (Print Out) dengan File CamStatic

Untuk mencetak hasil routing pada papan PCB Anda dapat menggunakan File CamStatic yang sudah terintegrasi dalam Program Protel DXP 2004 untuk menggunakan File tersebut diantaranya:

1. Tambahkan File pada Proyek anda dengan memilih Menu File » New » Output Job File, simpanlah dokumen tersebut.

2. Pilih Menu File » Fabrication Outputs » Gerber Files.

3. Pada tab General pilih satuan pengukuran pada bagian Unit dan Pilih tingkat resolusi pada bagian Format.

4. Untuk menampilkan hasil Print Out tampak atas atau Top Layer pada papan PCB, centang layer antara lain Top Layer, Top Paste, Top Solder Mask, Keep Out Layer. Klik OK.

5. Ulangi langkah No. 4 untuk menampilkan Tampak Bawah atau Bottom Layer.

29

Gambar 1.28 Mencetak Layer

6. Pilih Menu File » Print untuk mencetak hasil akhir dengan skala 1.0.

Gambar 1.29 Tampak Top layer

Selanjutnya Anda dapat menggunakan Kertas PCB sistem setrika, rugos PCB atau PCB yang sudah ada positifnya dengan harga yang cukup murah. Jika hanya 1 layer, saya merekomendasikan Anda menggunakan PCB yang sudah ada positifnya saja, karena hasilnya terlihat lebih bagus, sayangnya PCB yang beredar di pasaran tersebut hanya single

layer. Namun jika double layer, ada baiknya Anda menggunakan sistem setrika/sablon. Selamat mencoba, hanya dengan mencoba Anda menjadi bisa dan berpengalaman.

LATIHAN :

1. Buatlah sebuah rangkaian sistem minimum mikrokontroler berbasis ATmega16, dimana salah satu port terhubung ke 8 buah led, dan menggunakan IC MAX232 untuk komunikasi serial. Buatlah PCB yang mendukung through hole.

2. Cetak layer PCB yang telah Anda buat dalam mode negatif dan positif.

3. Cobalah menggunakan PCB proboard yang sudah ada positif 20 dengan cara disinari, serta menggunakan kertas PCB system setrika, amati mana hasil yang paling bagus.

31