Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний авіаційний університет

Аерокосмічний інститут

Кафедра автоматизації та енергоменеджменту

Механіко-енергетичний факультет

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ з дисципліни:

«Проектування систем автоматизації »

на тему: «Частотомір - цифрова шкала з рідкокристалічним індикатором»

Виконала: Студентка групи

МЕФ-403 Дягель О.В.

Перевірив: Захарченко Ю.А.

Київ 2015



Зміст

Вступ

Технічне завдання

1. Аналіз і опис етапів конструкторського проектування за допомогою САПР P-CAD-2001

2. Функціонування схеми

Висновок

Список літератури

Додаток

індикатор температурний монтаж конструкторський



Вступ

Основною метою дисципліни «Проектування систем автоматизації» є вивчення принципів проектування систем і засобів управління, а також знайомство з сучасними програмними засобами автоматизованого проектування. Метою курсового проекту є розвиток у студентів теоретичних знань та практичних навичок, що дозволяють розуміти і застосовувати фундаментальні та передові знання та наукові принципи, що лежать в основі сучасних засобів і систем автоматизації та управління при формулюванні і розв'язанні інженерних завдань. У даному курсовому проекті, відповідно до варіанту обраним викладачем, необхідно розробити на основі імпортної елементної бази принципову схему «Індикатора аварійних температурних режимів» з подальшою розводкою друкованого монтажу. Проектування схеми було виконано за допомогою САПР P-CAD-2001 з використанням пакетів системи, таких як: Symbol Editor, Pattern Editor, Library Executive, Schematic, PCB, а також системи SPECCTRA.



Технічне завдання

В якості курсового завдання пропонується розробити на основі імпортної елементної бази принципову схему з подальшою розводкою друкованого монтажу. Виконання курсових проектів має творчий характер. Всі студенти починають розробку з загальних вихідних даних - схеми принципової електричної, але варіанти схем у всіх різні. Наступний розвиток робіт характеризується великою свободою у виборі елементної бази і конструктивних рішень, завершуються роботи створенням розводки друкованого монтажу і розробкою конструкторської документації.

Зміст курсового проекту:

Курсовий проект складається з графічного матеріалу і пояснювальної записки.

Графічний матеріал містить принципову електричну схему і креслення конструктивну ПП.



1. Аналіз і змістовний опис етапів конструкторського проектування за допомогою САПР P-CAD-2001

(призначення P-CAD і використовуваних пакетів системи, таких як Symbol Editor, Pattern Editor, Library Executive, Schematic, PCB, а також системи SPECCTRA);

САПР P-CAD призначена для наскрізного проектування ПП. Вона дозволяє формувати принципові електричні схеми та топологію ПП, а також є можливість оформлення конструкторської документації. Вихідні дані використовуються для виведення інформації на різні пристрої: принтери, плотери, фотоплотери (для виготовлення фотошаблонів), свердлильні верстати та ін.

Основні можливості P- CAD 2001:

* Зручний інтерфейс користувача, схожий на більшість популярних програм для Windows.

* Зберігання проектної інформації в бінарних і текстових файлах.

* Зручна довідкова система.

* Проект схеми може містити 999 аркушів проект плати - до 999 шарів (11 з них стандартних).

* Число ланцюгів в проекті - до 64000.

* Число вентилів у компоненті - до 5000.

* Максимальна кількість висновків у компоненту - 10000.

* Максимальні розміри листа схеми або креслення друкованої плати 60х60 дюймів.

* Підтримка дюймової і метричною систем заходів.

* Граничне дозвіл 0.0001 дюйма (0.1 мила) або 0.01 мм (10 мікрон).

* Мінімальний кут повороту компонентів на платі - 0.1 град.

* Довжина імен компонентів - до 30 символів, максимальний обсяг текстових написів і атрибутів - до 20000 символів.

* Механізм перенесення змін друкованої плати на схему і навпаки (Engineering Change Order, ECO).

* Бібліотеки компонентів, що містять більше 27 000 елементів і сертифіковані за стандартом ISO 9001.

Створення електронного пристрою включає в себе наступні етапи:

* Формування технічного завдання (ТЗ) на розробку, визначення структури та алгоритмів функціонування системи.

* Розробка принципової електричної схеми, переліку елементів і випуск відповідної документації.

* Моделювання або макетування окремих вузлів або всього пристрою в цілому.

* Розробка конструкції друкованої плати і випуск комплекту конструкторської та технологічної документації.

* Підготовка до виробництва та виготовлення друкованих плат.

* Збірка, налаштування і регулювання виробу.

Кожен тип файлу містить відповідну інформацію про проектованому об'єкті:

SYM - символьне зображення радіоелектронного компонента ( РЕК ),

PAT - конструкторсько-технологічний образ РЕК,

LIB - бібліотека РЕК,

SCH - принципова електрична схема,

PCB - топологія ПП.

ECO - зміни принципової електричної схеми в редакторі.

P-CAD Schematic передаються в P-CAD PCB для внесення змін в друковану плату, а також внесення змін з PCB в Schematic.

Першим етапом проектування будь-якого пристрою є формування технічного завдання та розробка структури об'єкта. на цьому етапі основною є текстова документація, яка супроводжується випуском структурних або функціональних схем. В системі P-CAD-2001 існує можливість створення такої документації за допомогою редакторів P- CAD Schematic і P-CAD PCB. Це зручно, оскільки не доводиться налаштовувати засоби виведення конструкторської документації ( струменевий плоттер) на роботу з іншим пакетом, іншими словами відпадає необхідність в адаптації периферії. Вся конструкторська документація повинна відбуватись строго у відповідно до стандартів прийнятими у замовника. У Росії такими вимогами є єдина система конструкторської документації (ЕСКД).

При колективному проектуванні необхідно серйозно продумувати тактику і стратегію використання САПР для того щоб уникнути нестиковок між розробником схеми, конструктором і технологом. Тому перед тим як приступити до проектування плати необхідно узгодити всі деталі пов'язані з її передачею в виробництво. Після вироблення технічного завдання та випуску функціональної та структурної схем починається етап створення принципової електричної схеми. Яка повинна бути придатна, для подальшого трасування і передаватися в пакет моделювання. Після створення принципова електрична схема перевіряється на наявність грубих помилок (замикання на «землю» виходу логічного елемента). Решта помилок при створенні принципової електричної схеми є наслідком неуважності проектувальника (90%), тому процес створення схеми вимагає ретельності і дуже серйозної уваги від проектувальника. При проектуванні великих об'єктів розробка різних частин принципової електричної схеми ведеться кількома проектувальниками. У P-CAD-2001 легко здійснюється об'єднання декількох файлів проекту в один. Після створення принципової електричної схеми настає етап безпосереднього проектування друкованої плати та розміщення РЕК. Для цього в P-CAD-2001 використовуються відповідний графічний редактор P-CAD-PCB. При колективній роботі над проектом використовується спрощений графічний редактор P-CAD-RELAY, за допомогою якого можна виконати попереднє розміщення радіоелектронного компонента, задати необхідні зазори між провідниками і виконати трасування найбільш відповідальних ланцюгів.

Основна робота з розміщення РЕК проводиться в графічному редакторі P-CAD -PCB. Трасування ланцюгів здійснюється за допомогою потужного трасувальника SPECCTRA. Проектування будь-якого об'єкта в САПР супроводжується складанням різних звітів, генерацією текстових конструкторських документів (перелік, специфікації), корекцією баз даних, автоматичної генерації бібліотечних компонентів, конвертація в формати інших САПР, аналізом електромагнітної сумісності і т.д.

До складу системи P-CAD - 2001 входить програма Document Toolbox, яка розширила можливості випуску технічної документації. Крім цього в системі є механізм, вбудований в графічні редактори, для коригування проекту.

Основна робота з розміщення РЕК проводиться в графічному редакторі P-CAD -PCB. Трасування ланцюгів здійснюється за допомогою потужного трасувальника SPECCTRA. Проектування будь-якого об'єкта в САПР супроводжується складанням різних звітів, генерацією текстових конструкторських документів (перелік, специфікації), корекцією баз даних, автоматичної генерації бібліотечних компонентів, конвертація в формати інших САПР, аналізом електромагнітної сумісності і т.д. До складу системи P-CAD - 2001 входить програма Document Toolbox, яка розширила можливості випуску технічної документації. Крім цього в системі є механізм, вбудований в графічні редактори, для коригування проекту.

Можливості з оформлення конструкторської документації в P-CAD-2001 все ще недостатні. Друкована плата є складальної одиницею складного об'єкта і її конструктив інтегрується в конструктив всього об'єкта, який можливо проектувався в іншій САПР. При цьому виникає необхідність в перенесенні файлів не тільки у внутрішньому форматі P-CAD-2001, але і в іншому форматі, який повинен бути доступний для більшості систем (DXF і т.п.). Для цього до складу P-CAD-2001 входить велика група службових програм-утиліт, які утворюють інтерфейс DBX (Date Base Exchange). Ці програми дозволяють витягти дані з файлів схем і плат, провести їх обробку, видати статистику і перекодувати в формат третіх фірм. У P-CAD-2001 існує опція, що дозволяє перед виведенням на друк переглядати конструкторські документи, а також архівувати файли схем (*.sch) і файли плат (*.pcb) при бажанні проектувальника. КРІМ цього відбувається безумовне архівування Gerber-файлів і керуючих файлів для свердлильних верстатів забезпечується їх сумісність з PKZip.

2. Функціонування схеми

ЧАСТОТОМІмР (герцметр)- прилад для вимірювання частот періодичних процесів або частот гармонічних складових спектра сигнала. Застосування РКІ індикатора для даного приладу дозволило знизити споживаний струм, зменшити рівень перешкод, зменшити габарити, а також спростити схему і конструкцію приладу.

Рис. 1 Частотомір - цифрова шкала з РКІ

Звільнивши PIC контролер від рутинної роботи по скануванню індикатора вдалося розширити діапазон допустимих частот опорного кварцового генератора і істотно спростити процес калібрування. Основні параметри частотоміра в порівнянні з конструкцією на світлодіодному індикаторі наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Параметр	Частотомір з РКІ	Частотомір зі світлодіодним індикатором
Діапазон вимірюваних частот	10 Гц … 40 МГц	10 Гц … 40 МГц
Чутливість	75 … 150 мВ	100 … 200 мВ
Час вимірювання	0,1 - 1 - 10 сек	0,1 - 1 - 10 сек
Допустимі значення ПЧ	0 … 800 МГц	0 … 100 МГц
Частота опорного кварцу	1 … 20 МГц	3,8 … 4,2 МГц
Параметри, що вводяться при калібруванні	Частота кварцу	9 констант
Максимальний споживаний струм	30 мА	130 мА

При використанні приладу у якості цифрової шкали в його енергонезалежну пам'ять можна записати до 15 проміжних частот у діапазоні від 0 до 800МГц. Їх значення вводяться з точністю до 100Гц і в будь-який момент можуть бути змінені користувачем за допомогою 3-х кнопок, розташованих на передній панелі приладу. При цьому показники індикатора будуть визначатися формулою:

[Fвх * Кд + / - Fпч], де:

Fвх-вхідна частота;

Кд-коефіцієнт розподілу зовнішнього дільника;

Fпч - проміжна частота.Віднімання здійснюється за абсолютною величиною, тобто з більшого значення віднімається менша. При використанні приладу у якості цифрової шкали час вимірювання може бути 0,1 сек або 1сек. Межа 10сек призначений для проведення точних вимірювань відносно низьких частот. Для цифрової шкали така точність не потрібна, тому свідчення на межі 10сек визначаються формулою:

[Fвх * Кд]. У частотоміри передбачена можливість програмної калібрування, що дозволяє використовувати будь-які кварцові резонатори у діапазоні 1 … 20МГц.Верхня межа визначається можливостями використовуваного PIC контролера. Значення всіх проміжних частот, коефіцієнт ділення використовуваного зовнішнього дільника, а також калібрувальні константи можуть змінюватися користувачем без застосування будь-яких додаткових пристроїв. Вони зберігаються в енергонезалежній пам'яті PIC контролера. Принцип дії частотоміра - класичний: вимір кількості імпульсів вхідного сигналу за певний інтервал часу. Принципова схема приладу показана на рис.2.

Рис. 2 Частотомір - цифрова шкала з РКІ

Управління приладом здійснюється за допомогою 3-х кнопок, виведених на передню панель і 5-і перемикачів. Кнопки SB1 … SB3 служать для перемикання часу вимірювання. При натисканні на SB1 включається межа 0,1 сек, а при натисненні на SB2 або SB3 - 1cек або 10сек відповідно. Нове значення на індикаторі з'явиться через 0,1; 1 або 10сек після відпускання SB1, SB2 або SB3. Якщо натиснути і утримувати одну з цих кнопок, поточне значення частоти зафіксується на індикаторі.

Використаний РКІ індикатор призначений для телефонів. Він виконаний на основі контролера HT1613 фірми "Holtek" і випускається Зеленоградський фірмою "Телесистеми". Ви можете завантажити фірмову документацію на цей індикатор [3]. Імпортний аналог імовірно KO-4B від телефону "PANAPHONE". Поряд зі своїми достоїнствами - 10 розрядів, економічність, простота управління, він має і суттєві недоліки - Може відображати лише 16 символів і не має десяткових точок.

Тому для полегшення сприйняття виводиться інформації сотні герц на індикаторі відділяються від одиниць кілогерц порожнім знакомісць. Крім того, в прилад введено 3 світлодіода HL1 … HL3, які індиціюється включений межа вимірювання. HL4 використовується як стабілітрон на 1,5 В. Замкнутий стан перемикача SA5 відповідає роботі приладу із зовнішнім СВЧ дільником, а розімкнутого - без. При використанні дільника змінюється ціна молодшого розряду наступним чином:

Час вимірювання	Кд = 1 … 2	Кд = 3 … 20	Кд = 21 … 255
0,1 сек	100 Гц	100 Гц	1 КГц
1 сек	1 Гц	10 Гц	100 Гц
10 сек	0,1 Гц	1 Гц	10 Гц

SA1 … SA4 служать для вибору одного з 15 заздалегідь запрограмованих значень ПЧ. Відповідний номер ПЧ набирається в коді 1-2-4-8. Якщо перемикачі SA1 … SA4 розімкнуті, ПЧ = 0 (режим частотоміра). Висновки SA5 приєднані до вільних контактів роз'єму, до якого включається СВЧ дільник. На відповідної частини роз'єму між цими контактами встановлена перемичка. Таким чином автоматично визначається підключення дільника. При необхідності на плату можна встановити DIP перемикачі для вибору ПЧ і дільника.

Перелік елементів:

КОНДЕНСАТОРИ:

C1-0.15 Mk

C2-68

C3-0.047 Mk

C4-100 Mk

C5-4700

C6-68

C7-150

C8-4-15

C9-22

C10-27

C11-4.7

C12-0.047 Mk

C13-100 Mk

C14-220 Mk

РЕЗИСТОРИ:

R1-20 K

R2-820 K

R3-1.3 M

R4-220

R5-150

R6-56

R7-56 K

R8-56 K

R9-390

R10-33

R11-10 K

R12-10 K

R12-10 K

R13-470

R14-10 K

R15-3.9 K

R16-3.9 K

R17-1 K

R18-47 K

R19-1 K

ТРАНЗИСТОРИ:

VT1-КП131А

VT2-RN368БМ

VT3-КТ368БМ

ДІОДИ:

VD1-КД522Б

VD2-КД522Б

VD3-КД522Б

ВИХОДИ:

DD1-74AC14

DD2-PIC16F84

ОПЕРАЦІЙНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ:

DA1-7805

КВАРЦЕВИЙ ЕЛЕМЕНТ:

ZQ1-4 МГц

ТОЧКА:

XN1

СВІТЛОДІОДИ:

HL1-”10”

HL2-“0.1”

HL3-“1”

HL4(HL1…HL4-АЛ307Б)

Транзистор VT1 - польовий з ізольованим затвором, каналом n-типу і напругою затвор-витік 0 … 2в при струмі стоку 5мА - КП305А, Б, В; КП313А, Б; VT2, VT3 - КТ316, КТ368 і ін з граничною частотою не менше 600МГц. DD1 - 74AC14 можна замінити на КР1554ТЛ2 або КР1554ТЛ3. В останньому випадку буде потрібно підкоригувати малюнок друкованої плати. Невикористані входи всіх елементів DD1 слід підключити до +5 в. Застосування ТТЛ аналогів в даній схемі небажано, тому що це різко знижує верхню межу робочих частот (до 10 … 15МГц). Світлодіоди HL1 … HL4 червоного кольору світіння.

Рис. 3 Друкована плата частотоміра



Висновок

В результаті виконання курсового проекту, було розроблено друковану плату в САПР P- CAD -2001. Отримала знання та вміння про сучасні інформаційні технологіях в області проектування радіоелектронних засобів. Виконання курсового проекту сформували навички самостійної роботи і дало як теоретичну, так і професійну підготовку в галузі САПР.

У результаті вивчення даної дисципліни оволоділа знаннями про:

· загальну термінологію САПР;

· міждисциплінарний характер САПР, як систематичним використанням комп'ютера в інженерної діяльності та раціонального розподілу функцій між користувачем і комп'ютером;

· значеннями самоосвіти як гаранта підвищення своєї кваліфікації;

Вдосконалила:

· загальні прийоми роботи за комп'ютером;

· загальні питання конструювання вузлів приладу (у тому числі й електронних );

· роботу з довідковою літературою;

· здатність розбивати загальну задачу на простіші.



Додаток

Рис. 4 Друкована плата частотоміра

Рис. 5 Розміщення деталей на платі

Рис. 6 Друкована плата в масштабі 1:1 (вид з боку деталей)

Рис. 7 Друкована плата в масштабі 1:1 (вид з боку монтажу).



Список літератури

1. «Проектирование печатных плат в САПР P-CAD-2002: Методическое пособие», Санкт-Петербург 2007, Иванова Н.Ю., Романова Е.Б.

2. Яншин А.А. Теоретичні основи конструювання, технології та надійності ЕВА: Учеб. посібник для вузів. М.: Радіо і зв'язок, 1983. 312 с.

3. Партала О.М. довідник "Радіокомпоненти та матеріали", Москва, Радіозв'язок, 1998. 300 с.

4. http://bezkz.su/publ/300135-31-1-0-135.html.



Звіт по проектуванню принципової схеми

Размещено на Allbest.ru

...