การออกแบบ PCB Board ด้วย Protel สำหรับผู้เริ่มต้น
เขียนโดย อ.จักรกฤษณ์ แสงแก้ว สาขาสารสนเทศศาสตร์ คณะวิทยาการสารสนเทศ มหาวิทยาลัยมหาสารคาม

บทความนี้จะนำท่านออกแบบ PCB (Printed Circuit Board) ซึ่งเป็นแผ่นพริ้นซ์ที่เรามักเห็นภายในวงจรวิทยุ หรือวงจรโทรทัศน์ทั่วไป เทคโนโลยีการผลิตด้านนี้เป็นศาสตร์ชั้นสูง แต่เราต้องทราบในเบื้องต้นก่อนว่า ยิ่งเทคโนโลยีสูงขึ้นเท่าไร ยิ่งหมายถึงเรามีเครื่องมือที่ดีพร้อมเท่านั้น ในวันนี้นับเป็นโอกาสอันดี ที่ผู้เขียนได้มีโอกาสเขียนบทความนี้ หวังว่าเนื้อหาของบทความจะช่วยให้เยาวชนไทย คนไทย และผู้ที่ใช้ภาษาไทย และรักชาติไทยทุก ๆ ท่าน ได้มีความรู้และใช้เครื่องมือในระดับเดียวกับชาติตะวันตก ขอให้พวกท่านทั้งหลายจงตั้งใจจริง เพื่อเป็นการเปิดช่องสัญญาณในการทรานสเฟอร์ Knowledge ไปยังพวกท่านทั้งหลายอย่างเต็มสปีด ณ บัดนี้

จุดมุ่งหมาย
ผู้เขียนคาดหวังว่าเมื่อท่านอ่านบทความนี้จบลงและปฏิบัติตามขั้นตอนที่ได้ออกแบบไว้ดีแล้วจะสามารถสร้างและออกแบบวงจร PCB ด้วยโปรแกรม Protel ได้
ผู้เรียนต้องเข้าใจความหมายของคำว่า Schematic และ PCB ได้อย่างชัดเจน
ผู้อ่านต้องเข้าใจหลักการพื้นฐานของโปรแกรม Protel หรือโปรแกรมสำหรับออกแบบอื่น ๆ ได้

เครื่องมือและอุปกรณ์
โปรแกรม Protel
ไลบรารี่เสริม (สร้างโดย Giggog_Man จากอิเล็กทูเดย์) ท่านสามารถดาวน์โหลดได้ ที่นี่ !!

หลักการและแนวคิด
ปกติแล้วอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกชนิดต้องมีสัญลักษณ์ซึ่งแสดงถึงตัวตนของอุปกรณ์ต่าง ๆ เหล่านั้น เช่น เมื่อเราวาดสัญลักษณ์ของตัวต้านทานและสัญลักษณ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ลงไปในพื้นที่ทำงานของโปรแกรม Protel จากนั้นเชื่อมต่อสายสัญญาณ ระหว่างอุปกรณ์เหล่านั้น สิ่งที่เราต้องการที่แท้จริงคือ ต้องการให้โปรแกรม Protel ช่วยคำนวณหาเส้นทางในการเชื่อมสายสัญญาณเหล่านั้นโดยไม่ทำให้เกิดการลัดวงจร วิธีการดังกล่าวเีรียกว่า "Auto-Routing" หรือการค้นหาเส้นทางอัตโนมัติ และเมื่อค้นหาเส้นทางให้เสร็จแล้วช่วยทำการเปลี่ยนรูปจากสัญลักษณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ให้เป็นรูปแบบทางกายภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านั้นด้วย การเปลี่ยนจากสัญลักษณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์เป็นรูปตำแหน่งต่าง ๆ ทางกายภาพนี้เรียกว่า "การทำ Foot-Print" ดังนั้นผลลัพธ์สุดท้ายของการออกแบบวงจรจะให้ผลเป็นแผ่นพรินต์ของวงจรที่ได้ออกแบบไปแล้ว เรียกแผ่นพริ้นเหล่านี้ว่า "PCB (Printed Circuit Board)" และพร้อมที่จะนำเข้าสู่เครื่องจักรอุตสาหกรรมรวมถึงสร้างเป็นแผ่นพรินต์ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่อไป

นอกจากโปรแกรม Protel ซึ่งใช้สำหรับการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์และออกแบบแผ่น PCB แล้ว ยังมีโปรแกรมอีกหลายตัวที่ทำงานลักษณะเดียวกัน ได้แก่ OrCAD และ Eagle เป็นต้น

ขั้นตอนการดำเนินงาน
1. บทนำ
2. การเรียกใช้งานโปรแกรม Protel 99 SE
3. สร้างโปรเจ็คใหม่
4. การสร้าง Document ใหม่
5. การเพิ่ม Library
6. การวางสัญลักษณ์ของไมโครคอนโทรลเลอร์ลงบนพื้นที่ทำงาน
7. การวางสัญลักษณ์ของ LED ลงบนพื้นที่ทำงาน
8. การวางสัญลักษณ์ของตัวต้านทานลงบนพื้นที่ทำงาน
9. เชื่อมสายสัญญาณระหว่างคอนโทรลเลอร์และสัญลักษณ์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ
10. การวาดสัญลักษณ์ของกราวนด์ลงบนพื้นที่ทำงาน
11. ลากสายสัญญาณเชื่อมลงกราวนด์
12. การตั้งชื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างอัตโนมัติ
13. การเปลี่ยนแปลงแก้ไขรายการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
14. กำหนด Footprint ให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
15. การอัพเดทรายการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
16. การ Update PCB
17. การวางตำแหน่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลงบน PCB Board
18. การกำหนดกฎเกณฑ์ในการออกแบบ PCB
19. การวาดกรอบ KeepOut บน PCB Board
20. การค้นหาเส้นทางอัตโนมัติ (Auto Route)
21. ผลลัพธ์จากการค้นหาเส้นทางอัตโนมัติ (Auto Route)
22. การแสดงลักษณะทางกายภาพของบอร์ด PCB
23. จบการทำงาน
24. สรุปผล

1. บทนำ
บทความนี้ท่านจะได้ศึกษาการวาดวงจรดิจิตอล ซึ่งประกอบด้วยไมโครคอนโทรเลอร์ (PIC 40 Pin) และเชื่อมต่อเข้ากับ LED จำนวน 8 ดวง โดยคั่นตัวต้านทานระหว่างคอนโทรลเลอร์และหลอด LED ท่านจะได้เรียนรู้ขบวนการที่เกิดขึ้นในการออกแบบวงจรดิจิตอล จนกระทั่งสามารถสร้าง PCB ได้ด้วยตนเอง ผู้เขียนอนุมานว่าท่านไม่เคยใช้งานโปรแกรม Protel ดังนั้น ในการอธิบายจะแสดงให้เห็นภาพทีละขั้นตอน แต่ทั้งนี้เทคนิคและการแก้ปัญหาต่าง ๆ ย่อมอาศัยประสบการณ์ในการใช้งานคอมพิวเตอร์มาพอสมควร ซึ่งจะช่วยทำให้ท่านทำความเข้าใจได้เร็วขึ้น ในตัวอย่างนี้เราทำการกำหนดให้สร้าง PCB เพียงหนึ่งหน้าเท่านั้น เพราะเป็นวงจรที่ไม่ซับซ้อน ขอนำท่านเข้าสู่ศิลปะของการออกแบบและสร้าง PCB ได้ ณ บัดนี้

2. การเรียกใช้งานโปรแกรม Protel 99 SE
ขอให้ท่านเรียกใช้งานโปรแกรม Protel 99 SE โดยเลือก Start -> Programs -> Protel 99 SE จะปรากฎผลลัพธ์ดังภาพต่อไปนี้


เมื่อเลือก Protel 99 SE จะเข้าสู่หน้าจอหลักของโปรแกรม Protel ดังภาพต่อไปนี้

หน้าต่างหลักจะประกอบด้วยแท็บ Explorer ซึ่งจะแสดงรายละเอียดต่าง ๆ ที่ใช้ในการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (Schematic) ตลอดจนรายละเอียดที่เกี่ยวข้องกับขบวนการออกแบบทั้งหมด

3. สร้างโปรเจ็คใหม่
ในการสร้างโปรเจ็คใหม่ สามารถทำได้โดยการเลือกที่ File - New ดังภาพต่อไปนี้


ลำดับถัดมาเป็นการตั้งชื่อโปรเจ็ค ตัวอย่างนี้ผู้เขียนตั้งชื่อว่า First_PCB.ddb ดังภาพต่อไปนี้

โปรเจ็คที่สร้างโดยโปรแกรมโปรเทลจะมีให้เลือกสองแบบคือ MS Access Database ซึ่งจะเก็บไฟล์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องในการออกแบบทั้งหมดไว้ในแฟ้มข้อมูลเพียงหนึ่งไฟล์เท่านั้น และแฟ้มนี้ใช้มาตรฐานการเก็บข้อมูลของไมโครซอฟต์ ดังนั้น โปรเทลให้เครดิต ด้วยการตั้งชื่อรูปแบบการเก็บแบบนี้ว่า MS Access Database และหากท่านต้องการสร้างไฟล์แยกจากกันอย่างชัดเจนสามารถเลือก Design Storage Type เป็นแบบ Windows File System แทน

ผลลัพธ์จากการสร้างโปรเจ็คใหม่จะแสดงได้ดังภาพต่อไปนี้

ท่านจะพบว่าได้มีการแบ่งหน้าต่างวินโดวส์ออกเป็นสองส่วนคือส่วนของ Explorer (ด้านซ้ายมือ) และส่วนของพื้นที่ทำงาน (ด้านขวามือ) ในตัวอย่างนี้พื้นที่ทำงานถูกสร้างขึ้นมาเพียงหนึ่งอย่างคือ first_PCB.ddb แสดงได้ดังภาพด้านบน

4. การสร้าง Document ใหม่
ขอให้ท่านดับเบิ้ลคลิ๊กที่ไอคอน Document ดังภาพด้านล่าง


จากนั้นเลือก New ดังภาพต่อไปนี้


ลำดับแรกเราจะทำการสร้าง Schematic ซึ่งหมายถึงการเชื่อมต่อด้วยสัญลักษณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ เข้าด้วยกัน ให้ท่านเลือก Schematic Document ดังภาพต่อไปนี้

ในการสร้างเอกสารของโปรแกรม Protel มีหลากหลายรูปแบบ เราจะสร้างเอกสารของการวาดวงจรอิเล็กทรอนิสก์ ส่วนเอกสารแบบอื่น ๆ จะได้กล่าวถึงในรายละเอียดที่ลึกลงไป ในขั้นตอนนี้ของให้ท่านเลือกสร้างแบบ Schematic Document จากนั้น กำหนดชื่อ Schematic Document ตามที่ท่านต้องการ ในตัวอย่างนี้ผู้เขียนตั้งชื่อว่า my_schematic ดังภาพต่อไปนี้


หลังจากนั้นให้ท่านดับเบิ้ลคลิ๊กที่ไอคอน my_schematic จะปรากฎหน้าต่างการทำงานดังต่อไปนี้

ท่านจะสังเกตว่าที่วินโดวส์ด้านซ้ายมือ จะมีแท็บ Explorer และ Browse Sch ส่วนพื้นที่ทำงานด้านขวามือจะเริ่มมีแท็บต่าง ๆ เกิดขึ้น ซึ่งจะเกิดขึ้นมากหรือน้อยแล้วแต่นักออกแบบแต่ละท่านว่าได้มีการสร้างเอกสารต่าง ๆ มากน้อยเพียงใด

5. การเพิ่ม Library
บทความนี้ได้ใช้ไลบรารี่ซึ่งสร้างโดย Giggog_Man จากเว็บไซด์ http://www.electoday.com ท่านต้องโหลดไลบรารี่ดังกล่าวเพื่อทำงานร่วมกับบทความนี้ สามารถดาวน์โหลดไลบรารี่ได้ !!

ให้ท่านคลาย ZIP ไฟล์ไว้ในไดเร็คทอรี่ที่ท่านต้องการ ตัวอย่างนี้ผู้เขียนคลายเก็บไว้ที่ C:\Program Files\Design Explorer 99 SE\Library\Sch ซึ่งเป็นไดเร็คที่เก็บไลบรารี่ต่าง ๆ ของโปรแกรม Protel แสดงได้ดังภาพต่อไปนี้


ในการเพิ่ม Library เข้ามาในโปรเจ็คของเรา ท่านสามารถทำได้โดยคลิ๊กที่แท็บ Browse Sch จากนั้นเลือก Add/Remove ดังภาพต่อไปนี้


ในลำดับถัดมาเป็นการเลือกไลบรารี่ใช้งาน ให้ท่านเลือกไฟล์ mon_lib.ddb จากนั้นคลิ๊กปุ่ม Add และตามด้วยปุ่ม OK ตามลำดับ ดังภาพต่อไปนี้

ในการคลิ๊กเลือกที่ปุ่ม Add ท่านจะพบว่าไลบรารี่จะถูกเพิ่มขึ้นมาที่ Selected Files: ดังภาพด้านบน ในตัวอย่างนี้ท่านอาจจะ Remove ไลบรารี่ Miscellaneous Devices.ddb ทิ้งไปได้ แต่ตัวอย่างนี้ผู้เขียนไม่ทำการ Remove แม้จะไม่ได้ใช้งานไลบรารี่ดังกล่าวก็ตาม !!

ท่านจะพบว่าไลบรารี่ได้ถูกเพิ่มเข้ามา ซึ่งในตัวอย่างนี้ได้ตั้งชื่อว่า Adisak_SCH.Lib เมื่อเลือกไลบรารี่ดังกล่าวจะพบรายชื่อสัญลักษณ์ต่าง ๆ ของอุปกรณ์ต่าง ๆ เป็นจำนวนมาก ภาพด้านบนแสดงสัญลักษณ์ของ PIC40P

6. การวางสัญลักษณ์ของไมโครคอนโทรลเลอร์ลงบนพื้นที่ทำงาน
ในลำดับแรกจะวางไอซี PIC ขนาด 40 ขา ลงบนพื้นที่ทำงาน โดยการดับเบิ้ลคลิ๊กที่รายการ PIC40P และวางลงบนพื้นที่ทำงาน ดังนี้

ในการวาดอุปกรณ์ลงบนพื้่นที่ทำงานนั้น ท่านต้องดับเบิ้ลคลิ๊กเลือกอุปกรณ์ต่าง ๆ ด้านขวามือภายในแท็บ Browse Sch ก่อน ในตัวอย่างนี้เราเลือกใช้ PIC40P จากนั้นให้ท่านปล่อยมือ และเล็งว่าจะเริ่มต้นวาดในพื้นที่ทำงานที่ต้องการ และเมื่อเริ่มต้นวาดให้ท่านคลิ๊กซ้ายหนึ่งครั้ง เป็นอันเสร็จสิ้นการวาดอุปกรณ์ PIC40P ท่านสามารถกลับมายังเมนูปกติได้โดยการกด ESC หนึ่งครั้ง หากท่านไม่ทำเช่นนั้น โปรเทลจะเ้ข้าใจว่าท่านกำลังจะวาด PIC40P เพิ่มไปเรื่อย ๆ ดังนั้นท่านต้องกด ESC เพื่อบอกให้โปรเทลยกเลิกอุปกรณ์ PIC40P ทิ้งไป

7. การวางสัญลักษณ์ของ LED ลงบนพื้นที่ทำงาน
เมื่อได้วาด PIC40P ลงบนพื้นที่ทำงานแล้ว ลำดับถัดไปเราจะทำการวาด LED เพื่อเชื่อมเข้ากับคอนโทรลเลอร์ ให้ท่านเลือกสัญลักษณ์ LED (ทำเหมือนขั้นการวางคอนโทรลเลอร์) และวางบนพื้นที่ทำงาน ดังนี้

ให้ท่านวางสัญลักษณ์ LED (Light Emitting Diod) ไว้ด้านขวามือของพื้นที่ทำงาน (อย่างไรก็ตามขึ้นอยู่กับนักออกแบบ) ในเบื้องต้นให้ท่านทำตามบทความนี้อย่างเคร่งครัดเพื่อให้เกิดการเรียนรู้ที่เป็นระบบ หากท่านได้ศึกษาไปแล้วหนึ่งรอบสามารถเปลี่ยนแปลงตำแหน่งต่าง ๆ ได้ตามความต้องการของท่าน

8. การวางสัญลักษณ์ของตัวต้านทานลงบนพื้นที่ทำงาน
หลังจากนั้นเราจะวาดตัวต้านทานคั่นระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และหลอดแสดงผล LED (Light Emiting Diod) ดังภาพต่อไป

ในขั้นตอนนี้ทำเช่นเดียวกับการวางสัญลักษณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ผ่าน ๆ มาลงบนพื้นที่ทำงาน

9. เชื่อมสายสัญญาณระหว่างคอนโทรลเลอร์และสัญลักษณ์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ
การเชื่อมสายสัญญาณระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ เข้าด้วยกัน ให้ท่านเลือก (Placewire) จากกล่องเครื่องมือที่แสดงจากภาพด้านล่างนี้


จากนั้นเชื่อมสายสัญญาณเข้าด้วยกันให้ได้ดังภาพต่อไปนี้

การเชื่อมสายสัญญาณท่านต้องแน่ใจว่าได้มีการเริ่มต้นวาดที่ตำแหน่งขาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเชื่อมไปยังอุปกรณ์อีกอันหนึ่ง ท่านต้องระมัดระวังในการเดินสาย มิฉะนั้นแล้วในขั้นตอนการขึ้นรูป PCB ซึ่งจะทำโดยอัตโนมัติ หากเดินสายไม่ครบจะทำให้เกิดความผิดพลาดขึ้นได้

10. การวาดสัญลักษณ์ของกราวนด์ลงบนพื้นที่ทำงาน
ในการเชื่อมต่อสายกราวนด์เข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขอให้ท่านเลือก จากทูลบ็อก (Toolbox) ดังนี้




ในการวาง Ground ลงบนพื้นที่ทำงาน ค่าปกติจะถูกกำหนดเป็น VCC และในระหว่างที่วางกราวนด์ลงพื้นที่ทำงานให้ท่านกดแป้น Space Bar เพื่อทำการหมุนสัญลักษณ์ของกราวน์ได้ ตัวอย่างนี้ผู้เขียนกด Space bar สองครั้งเพื่อหมุนให้อยู่ในแนวด้านล่าง แสดงได้ดังภาพด้านบนนี้

หลังจากวางสัญลักษณ์ของกราวนด์ลงบนพื้นที่ทำงานแล้ว ให้ท่านดับเบิ้ลคลิ๊กลงบนสัญลักษณ์ VCC จะปรากฎหน้าต่างวินโดวส์ดังนี้

รูปแบบของ Power Port มีหลากหลายชนิดให้ท่านเลือกใช้ ในตัวอย่างนี้ขอให้ท่านเลือก Style เป็นแบบ Power Ground และเปลี่ยนชื่อ Net เป็นคำว่า GND ดังภาพด้านบน

เมื่อท่านกดปุ่ม OK จะพบว่าสัญญลักษณ์ได้เปลี่ยนเป็นสัญลักษณ์ของกราวนด์ ดังภาพต่อไปนี้

สัญลักษณ์ที่ปรากฎนี้ (เส้นประล้อมรอบ) หมายถึงสัญลักษณ์ของกราวน์ด

11. ลากสายสัญญาณเชื่อมลงกราวนด์
ให้ท่านเลือก (Placewire) จากกล่องเครื่องมือและวาดระหว่างปลายของ LED ที่อยู่บนสุดไปถึงตำแหน่งขากราวนด์ ดังภาพต่อไปนี้

ในขั้นตอนนี้ให้ท่านเลือกเดินสายจากตำแหน่งที่ 1 ลงมายังตำแหน่งขาของกราวนด์ได้เลย จุดการเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นระหว่างกลางจะถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติจากโปรแกรมโปรเทล

12. การตั้งชื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างอัตโนมัติ
ในการตั้งชื่ออุปกรณ์อย่างอัตโนมัติเราสามารถทำได้โดยการเลือก Tool -> Annotate ดังภาพต่อไปนี้


จากนั้นจะพบวินโดวส์ดังต่อไปนี้ ในการกำหนดทิศทางของอุปกรณ์ต่าง ๆ จะถูกนำมาใช้สำหรับกำหนดหมายเลขลำดับของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ผู้เขียนเลือกใช้แบบ 2 Down then across ดังภาพต่อไปนี้


เมื่อกดปุ่ม OK โปรแกรม Protel จะทำการสังเคราะห์หมายเลขอุปกรณ์ให้เราอัตโนมัติ และสร้างไฟล์ใหม่ชื่อ my_schematic.ref ขึ้นมาแสดงรายละเอียดชื่ออุปกรณ์ต่าง ๆ ดังภาพต่อไปนี้


13. การเปลี่ยนแปลงแก้ไขรายการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ก่อนอื่นให้ท่านกลับมาที่แท็บ my_schematic ดังภาพต่อไปนี้


จากนั้นเลือก Edit -> Export Spread ดังภาพต่อไปนี้

ในการ Export เป็น Spread Sheet นั้นจะช่วยให้ท่านสามารถแก้ไขรายชื่ออุปกรณ์ต่าง ๆ ได้อย่างสะดวกเพราะอยู่ในรูปแบบเซล์เหมือนโปรแกรม EXcel ของไมโครซอฟต์เวิร์ดทั่วไป

โปรแกรม Protel จะนำท่านเข้าสู่เมนูอัตโนมัติเพื่อสร้างตารางรายการอุปกรณ์ต่าง ๆ ดังภาพต่อไปนี้


ในตัวอย่างนี้เราจะเลือกให้แสดงเฉพาะ Part เท่านั้น ดังภาพต่อไปนี้


เลือกข้อมูลที่ต้องการถูกแสดงภายในตาราง ในตัวอย่างนี้ผู้เขียนเลือกทั้งหมดดังภาพด้านล่าง


ระบบสร้างรายการข้อมูลอัตโนมัติได้เสร็จเรียบร้อยแล้ว


14. กำหนด Footprint ให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ขอให้ท่านพิมพ์ชื่อ FootPrint ให้กับอุปกรณ์แต่ละชนิด ตัวอย่างนี้ Mr.Giggog_Man ผู้ออกแบบไลบรารี่ ได้กำหนดให้คอนโทรเลอร์ PIC 40 Pin มีชื่อว่า DIP40L และกำหนดให้หลอด LED มีชื่อว่า LED3MM ในขณะที่ตัวต้านทานกำหนดให้มีชื่อว่า R1/4W ดังภาพต่อไปนี้ ให้ท่านกรอกตามรายการด้านล่าง

ดังที่ได้กล่าวแล้วในตอนต้นว่าการแก้ไขอุปกรณ์ต่าง ๆ ด้วย Spread Sheet นั้นทำได้ง่ายดาย เพราะเราไม่ต้องตามไปดับเบิ้ลคลิ๊กและเปลี่ยนชื่ออุปกรณ์ต่าง ๆ เหล่านั้นทีละตัว โดยเราสามารถแก้ไขภายใน Spread Sheet ได้โดยตรง ทำให้สะดวกรวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

15. การอัพเดทรายการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เมื่อกรอกข้อมูลครบเรียบร้อยแล้ว ให้ท่านอัพเดทข้อมูลอุปกรณ์ต่าง ๆ โดยการเลือก File -> Update ดังภาพต่อไปนี้

เมื่อเราแก้ไขข้อมูลต่าง ๆ ภายใน Spread Sheet เสร็จแล้วต้องไม่ลืมที่จะอัพเดทข้อมูลเหล่านั้นด้วย โดยเลือกที่ File -> Update

16. การ Update PCB
ในลำดับถัดไปเป็นการอัพเดท PCB โดยเราจะกำหนดให้ Protel ทำการค้นหาเส้นทางให้เราโดยอัตโนมัติ แต่เราจำเป็นต้องบอกโปรเทลว่า ต้องการให้อุปกรณ์ใด ๆ เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไหนบ้าง ขอให้ท่านกลับมาที่แท็บ Schematic ดังภาพต่อไปนี้


จากนั้นเลือก Design -> Update PCB ดังภาพต่อไปนี้


ในขั้นตอนนี้เป็นการตรวจสอบว่าการเชื่อมสายสัญญาณได้มีการกำหนดไว้ถูกต้องหรือไม่ ขอให้ท่านคลิ๊ก Preview Change เพื่อตรวจสอบความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายหลังที่ได้มีการ Update ข้อมูลไปแล้ว


ถ้ามีข้อผิดพลาดที่เกิดจากการเชื่อมต่อสายสัญญาณจะแสดงที่คอลัมน์ Error ดังภาพด้านล่าง แต่หากไม่มีข้อผิดพลาดจะแสดงค่าว่างเปล่าดังภาพต่อไปนี้


นอกจากนั้นท่านสามารถตรวจสอบเฉพาะข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นได้ โดยการคลิ๊กเลือก Only Show Errors ดังภาพต่อไปนี้

หากท่านพบข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในรายการด้านบนให้ท่านพิจารณาแก้ไขตามรายการผิดพลาดนั้น ๆ ซึ่งข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นโดยมากจะเป็นการลง FootPrint ผิดพลาดเพระาไม่มีในไลบรารี่เป็นต้น

17. การวางตำแหน่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลงบน PCB Board
เมื่ออัพเดท PCB (Update PCB) แล้วจะปรากฎแท็บ PCB ในตัวอย่างนี้คือ my_schematic.Pcb ดังภาพต่อไปนี้ ซึ่งจะแสดงรายการอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันให้เห็นเป็นเส้นโครงสร้างคร่าว ๆ ของการเชื่อมต่อสัญญาณ


ขอให้ท่านลบบล็อกสี่เหลี่ยม (Room) ทิ้งไปเพราะจะใช้กรณีที่มีการออกแบบ Schematic ที่มีความซับซ้อนมาก ๆ มาเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน โดยการคลิ๊กที่สี่เหลี่ยมสีเขียวจากนั้นกดแป้น Delete


ผลลัพธ์จากการลบ ROOM ทิ้งไปแล้วจะเหลือเฉพาะอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เราได้เขียนเอาไว้ใน Schematic ซึ่งแสดงได้ดังภาพต่อไปนี้


ขั้นตอนนี้เป็นการจัดวางอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้ได้ตามลักษณะทางกายภาพที่ต้องการ ผู้เขียนจัดเรียกให้อุปกรณ์ RES (Resistor) วางเรียงไว้ด้านบนเป็นสองแถว และให้หลอด LED (Light Emitting Diod) ไว้ในแถวเดียวกันทั้งหมดแปดดวง ดังภาพต่อไปนี้

ในการหมุนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วยโปรแกรม Protel นั้นให้ท่านเลือกอุปกรณ์ที่ต้องการหมุน ซึ่งอาจจะเลือกเป็นกลุ่มก้อนโดยการลากป้ายให้ครอบอุปกรณ์ที่ท่านต้องการ จากนั้นกดแป้น Space Bar เพื่อทำการหมุน (Rotate) อุปกรณ์ต่าง ๆ ให้อยู่ในตำแหน่งที่ท่านต้องการ ขอให้ท่านพิจารณาวางตำแหน่งอุปกรณ์ใด้ได้ตามตัวอย่างด้านบนนี้

18. การกำหนดกฎเกณฑ์ในการออกแบบ PCB
ในการกำหนดกฎเกณฑ์ต่าง ๆ ให้กับโปรแกรม Protel เพื่อทำการสร้างแผ่น PCB ให้เราโดยอัตโนมัตินั้น ถือว่ามีความสำคัญอย่างมาก ท่านควรศึกษารายละเอียดในหัวข้อนี้เพิ่มเติมในโอกาสต่อ ๆ ไป สำหรับบทความนี้จะกล่าวถึงเฉพาะหัวข้อที่มีความจำเป็นในเบื้องต้นเท่านั้น
ขอให้ท่านเลือกเมนู Design -> Rules ดังภาพต่อไปนี้


จากนั้นให้ท่านเลือกแท็บ Routing และเลือกหัวข้อ Routing Layers ดังภาพต่อไปนี้

ในตัวอย่างนี้เราจะกำหนดให้มีการทำการค้นหาเส้นทางของสายสัญญาณเพียงหนึ่งหน้า ดังนั้นเราจะกำหนดให้โปรเทลทราบเงื่อนไขดังกล่าว โดยการเลือกปุ่ม Properties ซึ่งจะแสดงรายละเอียดเกี่ยวกับเลเยอร์ของ PCB ดังภาพต่อไปนี้

ดังที่ได้กล่าวแล้วว่าตัวอย่างนี้เราต้องการออกแบบ PCB เพียงหน้าเดียว ดังนั้นจึง ไม่ใช้เลเยอร์ในชั้น TopLayer ให้ท่านเลือก Not Used ดังภาพด้านบน
ส่วน Bottom Layer เป็นเลเยอร์ด้านล่าง ให้ท่านเลือก Vertical ดังภาพต่อไปนี้


19. การวาดกรอบ KeepOut บน PCB Board
ขั้นตอนการวาดเส้นครอบ KeepOutLayer เป็นขั้นตอนที่บอกให้ Protel ทราบว่าเราจะ route เส้นทางของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในช่วงที่กำหนดไว้เท่านั้น ให้ท่านเลือกแท็บ KeepOutLayer ดังภาพต่อไปนี้


ในการวาดกรอบให้กับ KeepOutLayer ขอให้ท่านเลือกเมนู View->Toolbars-> Placement Tools

จากนั้นท่านจะพบหน้าต่างทูลบ็อก ดังภาพต่อไปนี้

ให้ท่านเลือกไอคอน และวาดกรอบสี่เหลี่ยมครอบพื้นที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุก ๆ ตัวดังภาพต่อไปนี้


20. การค้นหาเส้นทางอัตโนมัติ (Auto Route)
ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนสำคัญเพราะ Protel จะทำการ route (ค้นหาเส้นทาง) ให้เราโดยอัตโนมัติ ให้ท่านเลือกเมนู Auto Route -> เลือก All ดังภาพต่อไปนี้


หลังจากนั้นท่านจะพบวินโดวส์แสดงการตั้งค่า Auto-Route ดังภาพต่อไปนี้

รายละเอียดการตั้งค่าต่าง ๆ ยังไม่กล่าวถึงในตอนนี้แต่จะกล่าวถึงในรายละเอียดต่อ ๆ ไป ให้ท่านเลือก Route All ซึ่งระหว่างนี้โปรแกรม Protel จะเริ่มทำการค้นหาเส้นทางและเชื่อมต่อสายสัญญาณให้เราโดยอัตโนมัติ เมื่อทำงานเสร็จสมบูรณ์จะแสดงผลลัพธ์เกี่ยวกับการ route ดังภาพต่อไปนี้

จากตัวอย่างนี้โปรเทลได้บอกให้เราทราบว่าสามารถค้นหาเส้นทางได้ 100 % มีการเชื่อมต่อทั้งหมด 23 เส้นทาง ไม่มีเส้นทางใดที่ยังไม่ถูกทำการเชื่อมต่อสายสัญญาณ (connections Remaining : 0) และรายละเอียดเวลาที่ใช้ในการทำการเชื่อมโยงสัญญาณข้อมูลทั้งหมด

21. ผลลัพธ์จากการค้นหาเส้นทางอัตโนมัติ (Auto Route)
ผลลัพธ์จากการทำ Auto-Route สามารถแสดงได้ดังภาพต่อไปนี้

ในขั้นตอนนี้ท่านจะพบว่าโปรแกรม Protel ได้ทำการ Auto - Route ให้เราอัตโนมัติและทำตามเงื่อนไขที่ได้ตั้งไว้คือ ทำการ Route เพียงด้านเดียวของแผ่น PCB ผลลัพธ์ที่ได้นี้อาจจะไม่สวยงาม ท่านต้องทำการแก้ไขต่อไปเพื่อความสวยงามยิ่งขึ้นก่อนส่งโรงงานผลิตต่อไป

22. การแสดงลักษณะทางกายภาพของบอร์ด PCB
นอกจากนั้นท่านสามารถตรวจสอบดูกายภาพของบอร์ดได้ โดยการเลือก View->Board in 3D ในขั้นตอนนี้ท่านต้องแน่ใจว่ากำลังทำงานอยู่ที่แท็บการออกแบบ PCB (my_schematic.pcb) ดังภาพต่อไปนี้


ผลลัพธ์จากการแสดงผลสามมิติ (กายภาพของตำแหน่งต่าง ๆ ของอุปกรณ์) แสดงได้ดังนี้

ภาพด้านบนนี้เป็นผลลัพธ์จากการจำลองภาพสามมิติของบอร์ดที่ได้มีการออกแบบไปในตอนต้น ซึ่งจะช่วยให้ท่านมองเห็นผลลัพธ์คร่าว ๆ ได้ นอกจากนั้นท่านยังสามารถหมุนบอร์ด PCB ไปในทิศทางที่ท่านต้องการแบบสามมิติได้อีกด้วย โปรแกรม Protel ได้ใช้ไลบรารี่ของ OpenGL ซึ่งเป็นหนึ่งในหลาย ๆ มาตรฐานด้านการเขียนภาพกราฟิกสามมิติ และได้ใช้อัลกอริทึมการเรนเดอร์แบบฟงค์เฉดดิ่ง (Phong Shading) ในการแสดงผลด้วย รายละเอียดเกี่ยวกับอัลกอริทึมการวาดภาพสามมิติศึกษาได้ในหลักการและทฤษฎีของคอมพิวเตอร์กราฟิก

23. จบการทำงาน
สุดท้ายนี้ เป็นการจบการใช้งาน Protel ให้ท่านคลิ๊กเลือก File -> Exit ในขั้นตอนนี้โปรเทลจะถามท่านเกี่ยวกับรายละเอียดการบันทึกไฟล์ที่ได้เปิดค้างในโปรเจ็คของท่าน ให้ท่านพิจารณาตอบคำถามเหล่านั้นว่าจะบันทึกหรือไม่ด้วยตัวท่านเอง


คลิ๊กเพื่อดาวน์โหลดซอร์สโค๊ดได้ที่นี่ !!

24. สรุปผล
บทความนี้ได้นำท่านออกแบบวงจรดิจิตอลด้วยโปรแกรม Protel สำหรับผู้เริ่มต้น ท่านได้พบว่าขั้นตอนการออกแบบเริ่มต้นที่การวาด Schematic ซึ่งเป็นแผนภาพวงจรดิจิตอล จากนั้นกำหนด FootPrint ซึ่งจะใช้แสดงอุปกรณ์ต่าง ๆ เหล่านั้นบนแผ่นปรินต์ และในขั้นสุดท้ายเป็นการทำ Auto Route (การค้นหาเส้นทางอัตโนมัติ)

ก่อนจากกันในวันนี้ผู้เขียนหวังว่าบทความนี้จะเป็นประโยชน์ต่อนักพัฒนาในบ้านเมืองไทย และหวังเป็นอย่างยิ่งว่าท่านทั้งหลายจะสามารถเรียนรู้และใช้งานโปรแกรม Protel ในขั้นสูงได้อย่างรวดเร็ว ขอเป็นแรงใจให้กับทุกความพยายามของนักพัฒนาชาวไทยครับ สวัสดี !!