Разработка конструкции печатной платы типового элемента замены
Анализ архитектурного исполнения микроконтроллера 8031АН: функциональная схема, архитектура процесса, назначение портов. Расчет ориентировочной площади печатной платы, выбор ее размеров. Выбор типа материала, расчет элементов проводящего рисунка.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.02.2017 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
Государственное бюджетное профессиональное
образовательное учреждение города Москвы
«Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова»
(ГБПОУ ПК им. Н.Н. Годовикова)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема «Разработка конструкции печатной платы (ПП) типового элемента замены (ТЭЗ)»
Наименование профессионального модуля ПМ 02 «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»
Специальность (код, наименование) 230113 Компьютерные системы и комплексы
Выполнил:
Студент 4-го курса,
группа 4К-4
Кормышов С.Р.
г. Москва 2015
ВВЕДЕНИЕ
В этом проекте разраотана конструкция печатной платы типового элемента замены ЭВМ. Каждое электронное устройство содержит в себе печатную плату, поэтому данная тема актуальна.
Целью данного проекта является разработка печатной платы по заданному варианту и изучение основной микросхемы.
Микропроцемссор -- процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в отличие от реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Первые микропроцессоры появились в 1970-х годах и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-битныхслов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х годов создать первые бытовые микрокомпьютеры.
Дополнительные сведения: История вычислительной техники
Долгое время центральные процессоры создавались из отдельных микросхем малой и средней интеграции, содержащих от нескольких единиц до нескольких сотен транзисторов. Разместив целый процессор на одном чипе сверxбольшой интеграции, удалось значительно снизить его стоимость. Несмотря на скромное начало, непрерывное увеличение сложности микропроцессоров привело к почти полному устареванию других форм компьютеров. В настоящее время один или несколько микропроцессоров используются в качестве вычислительного элемента во всём, от мельчайших встраиваемых систем и мобильных устройств до огромных мейнфреймов и суперкомпьютеров. микроконтроллер печатный плата порт
В космических программах полётов к Луне «Аполлон» в 1960-х и 1970-х годов, все бортовые вычисления для первичного наведения, навигации и управления были предоставлены небольшими специализированными процессорами бортового компьютера Аполлон.
Микроконтроллер.
С начала 1970-х годов широко известно, что рост мощности микропроцессоров следует закону Мура, который утверждает, что число транзисторов на интегральной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев. В конце 1990-х главным препятствием для разработки новых микропроцессоров стало тепловыделение (TDP).
Некоторые авторы относят к микропроцессорам только устройства, реализованные строго на одной микросхеме. Такое определение расходится как с академическими источниками, так и с коммерческой практикой (например, варианты микропроцессоров Intel и AMD в корпусах типа SECC и подобных, такие как Pentium II, были реализованы на нескольких микросхемах).
В настоящее время, в связи с очень незначительным распространением процессоров, не являющихся микропроцессорами, в бытовой лексике термины «микропроцессор» и «процессор» практически равнозначны.
С появлением однокристальных микро-ЭВМ связывают начало эры массового применения компьютерной автоматизации в области управления. По-видимому, это обстоятельство и определило термин «контроллер» (англ. controller -- регулятор, управляющее устройство).
В связи со спадом отечественного производства и возросшим импортом техники, в том числе вычислительной, термин «микроконтроллер» (МК) вытеснил из употребления ранее использовавшийся термин «однокристальная микро-ЭВМ».
Первый патент на однокристальную микро-ЭВМ был выдан в 1971 году инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам американской Texas Instruments. Именно они предложили на одном кристалле разместить не только процессор, но и память с устройствами ввода-вывода.
В 1976 году американская фирма Intel выпускает микроконтроллер i8048. В 1978 году фирма Motorola выпустила свой первый микроконтроллер MC6801, совместимый по системе команд с выпущенным ранее микропроцессором MC6800. Через 4 года, в 1980 году, Intel выпускает следующий микроконтроллер: i8051. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием -- в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086.
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРНОГО ИСПОЛНЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА 8031AH
Регистровый файл быстрого доступа содержит 32х8-разрядных регистра общего назначения, доступ к которым осуществляется за один машинный цикл. Поэтому за один машинный цикл исполняется одна операция АЛУ. Два операнда выбираются из регистрового файла, выполняется операция, результат ее записывается в регистровый файл - все за один машинный цикл.
Шесть из 32 регистров можно использовать как три 16-разрядных указателя в адресном пространстве данных, что дает возможность использовать высокоэффективную адресную арифметику (16-разрядные регистры X,Y и Z). Один из трех адресных указателей (регистр Z) можно использовать для адресации таблиц в памяти программ.
АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, с константами и регистрами. Операции над отдельными регистрами также выполняются в АЛУ.
Кроме регистровых операций, для работы с регистровым файлом могут использоваться доступные режимы адресации, поскольку регистровый файл занимает адреса $00-$1F в области данных, обращаться к ним можно как к ячейкам памяти. Пространство ввода/вывода состоит из 64 адресов для периферийных функций процессора, таких как управляющие регистры , таймеры/счетчики и другие. Доступ к пространству ввода/вывода может осуществляться непосредственно, как к ячейкам памяти расположенным после регистрового файла ($20- $5F).
Процессоры AVR построены по гарвардской архитектуре с раздельными областями памяти программ и данных. Доступ к памяти программ осуществляется при помощи одноуровнего буфера. Во время выполнения команды следующая выбирается из памяти программ. Подобная концепция дает возможность выполнять по одной команде за каждый машинный цикл. Память программ - это внутрисистемная загружаемая флэш-память.
(Рисунок 1)
При помощи команд относительных переходов и вызова подпрограмм осуществляется доступ ко всему адресному пространству. Большая часть команд AVR имеет размер 16-разрядов, одно слово. Каждый адрес в памяти программ содержит одну 16- или 32-разрядную команду.
Рисунок 1. AVR RISC архитектура
При обработке прерываний и вызове подпрограмм адрес возврата запоминается в стеке. Стек размещается в памяти данных общего назначения, соответственно размер стека ограничен только размером доступной памяти данных и ее использованием в программе. Все программы пользователя должны инициализировать указатель стека (SP) в программе выполняемой после сброса (до того как вызываются подпрограммы и разрешаются прерывания). 8-разрядный указатель стека доступен для чтения/записи в области ввода/вывода.
Доступ к статическому ОЗУ, регистровому файлу и регистрам ввода/вывода осуществляется при помощи пяти доступных режимов адресации поддерживаемых архитектурой AVR.
Все пространство памяти AVR является линейным и непрерывным.
1.1 8-разрядный элемент управления - ориентированного микроконтроллера
8031AH18051AH18051AHP,
8032N + 18052N,
8751W8751H-8,
8751BW8752BI.
¦ Высокая производительность ОПЗ процесса ,
¦ внутренние таймеры / счетчики событий ,
¦ 2 уровня приоритета прерывания,
¦ 32 1/0 линии (четыре 8-разрядных порта),
¦ 64K Внешняя внутренние пространство памяти ,
¦ Функция Security защищает EPROM частей.
Против пиратства программного обеспечения
Boolean Процессор,
Бит-Адресные RAM,
Программируемый Full Duplex Серийный канал,
111 Инструкции (64 за один цикл),
64K External Data Space памяти,
Расширенный температурный диапазон (-40 "С до +85" С).
MCS @ 51 контроллеров оптимизированы для задач управления. Байт-обработки и числовые операции по небольшие структуры данных облегчается с помощью различных режимов адресации быстро для доступа к внутренней памяти.
Основные требования, которые потребители предъявляют к управляющим блокам приборов можно сформулировать следующим образом:
* низкая стоимость,
* высокая надежность,
* высокая степень миниатюризации,
* малое энергопотребление,
* работоспособность в жестких условиях эксплуатации;
* достаточная производительность для выполнения всех требуемых функций. В отличие от универсальных компьютеров к управляющим контроллерам, как правило, не предъявляются высокие требования к производительности и программной совместимости. Выполнение всех этих довольно противоречивых условий одновременно затруднительно, поэтому развитие и совершенствование техники пошло по пути специализации и в настоящее время количество различных моделей управляющих микроконтроллеров чрезвычайно велико. Однако можно выделить некоторые черты архитектуры и системы команд, общие для всех современных микроконтроллеров, это:
* так называемая Гарвардская архитектура - то есть раздельные области памяти для хранения команд (программы) и данных. Они могут иметь разную разрядность, в системе команд для обращения к ним предусмотрены различные команды и т.д.
* интеграция в одном корпусе микросхемы (на одном кристалле) практически всех блоков, характерных для полнофункционального компьютера - процессора, ПЗУ, ОЗУ, устройств ввода- вывода, тактового генератора, контроллера прерываний и т.д. Поэтому в русскоязычной литературе подобные устройства часто называются однокристальные ЭВМ (ОЭВМ). Микроконтроллеры обычно классифицируют по разрядности обрабатываемых чисел
* четырехразрядные- самые простые и дешевые,
* восьмиразрядные - наиболее многочисленная группа (оптимальное сочетание цены и возможностей), к этой группе относятся микроконтроллеры серии MCS-51 (Intel) и совместимые с ними, PIC (MicroChip), HC68 (Motorola), Z8 (Zilog) и др.
* шестнадцатиразрядные - MCS-96 (intel)и др. - более высокопроизводительные но более дорогостоящие
* тридцатидвухразрядные - обычно являющиеся модификациями универсальных микропроцессоров, например i80186 или i386EX.
1.2 Обзор архитектуры процессора
Регистровый файл быстрого доступа содержит 32х8-разрядных регистра общего назначения, доступ к которым осуществляется за один машинный цикл. Поэтому за один машинный цикл исполняется одна операция АЛУ. Два операнда выбираются из регистрового файла, выполняется операция, результат ее записывается в регистровый файл - все за один машинный цикл.
Шесть из 32 регистров можно использовать как три 16-разрядных указателя в адресном пространстве данных, что дает возможность использовать высокоэффективную адресную арифметику (16-разрядные регистры X,Y и Z). Один из трех адресных указателей (регистр Z) можно использовать для адресации таблиц в памяти программ.
АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, с константами и регистрами. Операции над отдельными регистрами также выполняются в АЛУ.
Кроме регистровых операций, для работы с регистровым файлом могут использоваться доступные режимы адресации, поскольку регистровый файл занимает адреса $00-$1F в области данных, обращаться к ним можно как к ячейкам памяти. Пространство ввода/вывода состоит из 64 адресов для периферийных функций процессора, таких как управляющие регистры , таймеры/счетчики и другие. Доступ к пространству ввода/вывода может осуществляться непосредственно, как к ячейкам памяти расположенным после регистрового файла ($20- $5F).
Процессоры AVR построены по гарвардской архитектуре с раздельными областями памяти программ и данных. Доступ к памяти программ осуществляется при помощи одноуровнего буфера. Во время выполнения команды следующая выбирается из памяти программ. Подобная концепция дает возможность выполнять по одной команде за каждый машинный цикл. Память программ - это внутрисистемная загружаемая флэш-память.
При помощи команд относительных переходов и вызова подпрограмм осуществляется доступ ко всему адресному пространству. Большая часть команд AVR имеет размер 16-разрядов, одно слово. Каждый адрес в памяти программ содержит одну 16- или 32-разрядную команду.(Рисунок 2)
Гибкий модуль прерываний имеет собственный управляющий регистр в пространстве ввода/вывода, и флаг глобального разрешения прерываний в регистре состояния. Каждому прерыванию назначен свой вектор в начальной области памяти программ. Различные прерывания имеют приоритет в соответствии с расположением их векторов. По младшим адресам расположены векторы с большим приоритетом. (Рисунок 3)
Рисунок 3. Карты памяти 8031ah
1.3 Назначение портов микроконтроллера и обмен информацией по внешним и внутренним магистралям
VCC - вывод источника питания
GND - земля
Port B (PB5..PB0) - Порт B является 6-битовым двунаправленным портом ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта B могут поглощать ток до 20мА. Если выводы PB0..PB5 используются как входы и извне устанавливаются в низкое состояние, они являются источниками тока, если включены внутренние подтягивающие резисторы. Кроме того Порт B обслуживает некоторые специальные функции, которые будут описаны ниже.
Port С (PС5..PС0) - Порт С является 6-битовым двунаправленным портом ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта С могут поглощать ток до 20мА. Если выводы PС0..PС5 используются как входы и извне устанавливаются в низкое состояние, они являются источниками тока, если включены внутренние подтягивающие резисторы. Кроме того Порт С обслуживает аналоговые входы АЦП.
Port D (PD5..PD0) - Порт D является 8-битовым двунаправленным портом ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта B могут поглощать ток до 20мА. Если выводы PD0..PD7 используются как входы и извне устанавливаются в низкое состояние, они являются источниками тока, если включены внутренние подтягивающие резисторы. Кроме того Порт D обслуживает некоторые специальные функции, которые будут описаны ниже.
RESET - Вход сброса. Удержание на входе низкого уровня в течение двух машинных циклов (если работает тактовый генератор), сбрасывает устройство.
XTAL1 - Вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешнего тактового сигнала.
XTAL2 - Выход инвертирующего усилителя генератора.
AVCC - Вывод источника питания АЦП. Этот вывод через фильтр низкой частоты должен быть подключен к выводу питания процессора.
AREF - Вход опорного напряжения АЦП. Напряжение, подаваемое на этот вывод лежит в пределах 2.7В...AVCC.
AGND - Если плата имеет отдельный слой аналоговой земли, к нему подключается этот вывод. В противном случае этот вывод соединяется с GND.
1.4 Файл регистров общего назначения
Все команды оперирующие регистрами прямо адресуются к любому из регистров за один машинный цикл. Единственное исключение - пять команд оперирующих с константами SBCI, SUBI, CPI, ANDI, ORI и команда LDI, загружающая регистр константой. Эти команды работают только со второй половиной регистрового файла.
Арифметико-логическое устройство - АЛУ
АЛУ процессора непосредственно подключено к 32 регистрам общего назначения. За один машинный цикл АЛУ производит операции между регистрами регистрового файла. Команды АЛУ разделены на три основных категории - арифметические, логические и битовые.
EEPROM память данных
8031AH содержат 256 байт электрически стираемой энергонезависимой памяти (EEPROM). EEPROM организована как отдельная область данных, каждый байт которой может быть прочитан и перезаписан. EEPROM выдерживает не менее 100000 циклов записи/стирания.
Статическое ОЗУ данных
При обращении к памяти используются пять различных режимов адресации: прямой, непосредственный со смещением, непосредственный, непосредственный с предварительным декрементом и непосредственный с постинкрементном. Прямая адресация имеет доступ ко всей памяти данных. Непосредственная адресация со смещением используется для доступа к 63 ячейкам базовый адрес которых задается содержимым регистров Y или Z. Для непосредственной адресации с инкрементом и декрементом адреса используются адресные регистры X, Y и Z.
Указатель стека SP
Этот 8-разрядный регистр хранит указатель стека процессора. Указатель стека указывает на область памяти в которой расположен стек вызова подпрограмм и прерываний.
1.5 Сброс и обработка прерываний
В процессоре предусмотрены 13 источников прерываний. Эти прерывания и сброс имеют различные векторы в области памяти программ. Каждому из прерываний присвоен отдельный бит разрешающий данное прерывание при установке бита в 1, если бит I регистра состояния разрешает общее обслуживание прерываний.
Обработка прерываний
8031AH имеют два регистра маскирования прерываний GIMSK общий регистр маски прерываний и TIMSK - регистр маски прерываний от таймеров/счетчиков. Когда возникает прерывание, бит глобального разрешения прерываний I сбрасывается и все прерывания запрещаются.
Внешние прерывания
Внешние прерывания управляются выводами INT0 и INT1. Прерывания обрабатываются даже тогда, когда выводы сконфигурированы как выходы. Это позволяет генерировать программные прерывания.
Таймеры/счетчики
В 8031AH предусмотрены два таймера/счетчика общего назначения. 8-разрядный и 16-разрядный. Каждый из таймеров индивидуально подключается к одному из выходов 10-разрядного предварительного делителя частоты. Оба таймера могут использоваться как таймеры с внутренним источником импульсов или счетчики импульсов поступающих извне.
Сторожевой таймер
Сторожевой таймер работает от отдельного встроенного генератора, работающего на частоте 1MHz (это типовое значение частоты для питания 5В). Управляя предварительным делителем сторожевого таймера можно задавать интервал сброса таймера от 16 до 2048 mS. Команда WDR сбрасывает сторожевой таймер. Для работы сторожевого таймера можно выбрать одно из 8-ми значений частоты, что позволяет в широких пределах изменять время между исполнением команды WDR и сбросом процессора.
Последовательный интерфейс SPI
Интерфейс SPI позволяет производить высокоскоростной синхронный обмен данными между 8031AH и периферийными устройствами или несколькими процессорами. Система имеет одиночный буфер в направлении передачи и двойной в направлении приема. Передаваемый символ не записывается в регистр данных SPI до тех пор, пока передача не завершится. При приеме до завершения операции сдвига данные должны быть прочитаны из регистра данных. Иначе предыдущий символ теряется.
1.6 Универсальный асинхронный приемо-передатчик
В состав 8031AH входит универсальный асинхронный приемо-передатчик (UART), его основные особенности:
- генерация произвольных значений скорости
- высокая скорость при низких тактовых частотах
- 8 или 9 бит данных
- фильтрация шума
- Определение переполнения
- Детектирование ошибки кадра
- Определение неверного стартового бита
- Три раздельных прерывания - завершение передачи, очистка регистра передачи и завершение приема.
- Режим мультипроцессорного обмена.
Аналоговый компаратор
Аналоговый компаратор сравнивает входное напряжение на положительном входе PD6 (AIN0) и отрицательном входе PD7(AIN1). Когда напряжение на положительном входе больше напряжения на отрицательном, устанавливается бит ACO (Analog Comparator Output).
Аналого-цифровой преобразователь
8031AH имеют 10-разрядный АЦП последовательного приближения. АЦП подключен к выходу шестивходового мультиплексора. Мультиплексор позволяет подключать на вход АЦП любой из входов порта C. В состав АЦП входит усилитель выборки-хранения, который позволяет сохранять на входе АЦП уровень напряжения постоянный за время преобразования. АЦП имеет два отдельных вывода питания AVCC и AGND. ФПТВ должен подключаться к GND, напряжение на AVCC не должно отличаться от VCC более чем на +-0.3В.
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Прежде чем приступать к проектированию ПП, необходимо определить ее размеры, рассчитать элементы проводящего рисунка и выбрать тип разъемного соединения для ее подключения к остальным блокам аппаратуры.
Площадь платы не может быть меньше, чем суммарная площадь компонентов, которые будут на нее установлены.
Размеры проводящего рисунка зависят от класса точности изготовления ПП, который, в свою очередь, определяется тем технологическим оборудованием, которое будет использоваться для изготовления ПП.
Тип разъемного соединения определяется, прежде всего, условиями эксплуатации разрабатываемой аппаратуры и выбирается студентом самостоятельно. Разъёмные соединения позволяют многократно соединять и разъединять механические детали конструкций без повреждения её элементов.
2.1 Расчет ориентировочной площади печатной платы и выбор ее размеров
Расчет ориентировочной площади ПП () выполняется по формуле:
,
где - площадь i-го компонента, которая определяется его габаритными размерами, указанными в соответствующей справочной литературе;
ni - количество однотипных ЭРЭ;
- площадь зазора вокруг i-го компонента. На практике этот зазор составляет 2…3 мм;
N - общее количество однотипных ЭРЭ.
Расчет площади ПП, на которой будут размещены следующие компоненты:
1. Микроконтроллер 8031АН - Y4XTAL -1шт.
2. Резистор МЛТ-0,125-9шт.
3. Диодный мост D10 KBU 405-1шт.
4. Стабилитрон КС156а-4шт.
5. Силовой диод Д112-3шт.
6. Конденсатор КМ6б-0,1-5шт.
7. Предохранитель ATP-L-2шт.
8. Трансформатор ТС-10-1шт.
9. Header 2-3шт.
10. Header 3-1шт.
11. Микросхема М24СО2BN6-1шт.
12. Микромонитор DS1232-1шт.
13. Стабилизатор напряжения L78L05ABZ-1шт.
14. Цифровой индикатор DS-5 DPY16-SEG-1шт.
15. Полевой транзистор IRF540S-1шт.
16. Кварцевый резонатор Y4XTAL-1шт.
17. Транзистор 2n3904-1шт.
2.2 Типоразмеры элементов печатной платы
- Диодный мост D10 KBU 405
Рисунок 5. Диодный мост D10 KBU 405
- конденсатор 226МО
Рисунок 6. Конденсатор
- резистор МЛТ 0,125-10 кОм±10%
Рисунок 7. Резистор
-DS1232
Рисунок 8. Микромонитор DS123
-at90s4433-8pc
Рисунок 9. Микроконтроллер 8031АН - Y4XTAL
Рисунок 10. Кварцевый резонатор Y4XTAL
- стабилизатор напряжения L78L05ABZ
Рисунок 11. Стабилизатор напряжения L78L05ABZ
- DS-5 DPY16-SEG
Рисунок 12. Цифровой индикатор
- КС 156а
Рисунок 13. Стабилитрон
- Д 112
Рисунок 14. Силовой диод
- ATP-L
Рисунок 15. Предохранитель
- ТС 10
Рисунок 16. Трансформатор
- Header 2
Рисунок 17. Header 2
- Header 3
Рисунок 18. Header 3
- IRF540S
Рисунок 17. Полевой транзистор
- 2n3904
Рисунок 17. Транзистор
Чертеж детали двусторонней печатной платы.
2.3 Расчет площади, занимаемой компонентами на ПП
Расчет площади, занимаемой компонентами на ПП, сведен в таблице ниже:
Таблица 3
Определение общей площади печатной платы
|
Наименование компонентов |
Количество в схеме, шт. |
Размер компонента, мм |
Площадь компонента с учетом зазора, мм2 |
Общая площадь, занимаемая однотипными компонентами, мм2 |
|
|
Резисторы МЛТ-0,125 кОм±10% |
9 |
4.7x8.5 |
42.95 |
386.5 |
|
|
Конденсаторы 226МО |
5 |
3x6 |
21 |
105 |
|
|
Диодный мост D10 KBU 405 |
1 |
12x9.5 |
114 |
114 |
|
|
Стабилизатор напряжения L78L05ABZ |
1 |
1.8x1.1 |
1.98 |
||
|
Цифровой индикатор DS-5 DPY16-SEG |
1 |
15x10 |
150 |
150 |
|
|
Полевой транзистор IRF540S |
1 |
4.83x10 |
48.3 |
48.3 |
|
|
Кристаллический резонатор Y4XTAL |
1 |
5x7 |
35 |
35 |
|
|
Трансформатор ТС-10 |
1 |
53x53 |
2809 |
2809 |
|
|
Транзистор 2n3904 |
2 |
5.2x5.2 |
27.04 |
54.08 |
|
|
Микромонитор DS1232 |
1 |
9.91x7.87 |
77.9 |
77.9 |
|
|
Стабилитрон КС156а |
4 |
7.5x3 |
22.5 |
90 |
|
|
Силовые диоды Д112 |
3 |
29x12 |
348 |
1044 |
|
|
Предохранитель ATP-L |
2 |
19x19 |
361 |
722 |
|
|
Header 2 |
3 |
2.54x2.54 |
6.45 |
19.35 |
|
|
Header 3 |
1 |
2.54x2.54 |
6.45 |
6.45 |
|
|
Микросхема М24СО2BN6 |
1 |
10x12 |
120 |
120 |
|
|
Итого |
5783.56 |
В соответствии с ГОСТ 10317-79 печатная плата будет иметь размеры: ширина - 60; длина -100 мм. (См. Графический лист 2)
В приложении А приведены рекомендуемые размеры ПП.
2.4 Выбор типа материала печатной платы
Для изготовления печатных плат химическим и комбинированным методами необходимо иметь листовой материал в виде изоляционного основания с приклеенной к нему металлической фольгой. В зависимости от назначения печатной платы в качестве изоляционного основания используют в основном гетинакс и стеклотекстолит различной толщины. Фольгу делают из меди, так как она обладает хорошими проводящими свойствами.
Материалом для изготовления печатной платы служит стеклотекстолит, так как для устройств вычислительной техники рекомендуется использовать именно его.
В таблице 4 приведены основные параметры фольгированного стеклотекстолита:
Таблица 4.
Параметры фольгированного стеклотекстолита
|
Наименование |
Марка |
ГОСТ.ТУ или нормаль |
Толщина материала, мм |
Толщина фольги, мкм |
|
|
Гетинакс фольгированный |
ГФ-1-50ГФ-2-50ГФ-1-35ГФ-2-35 |
ГОСТ 10316-70 |
1.3 - 3.01.5 - 3.01.5 - 3.01.5 - 3.0 |
50503535 |
|
|
Стеклотексталит фольгированный |
СФ-1-35СФ-2-35СФ-1-50СФ-2-50СФ-1Н-50СФ-2Н-50 |
ГОСТ 10316-70 |
0.8 - 3.00.8 - 3.00.5 - 3.00.5 - 3.00.8 - 3.00.8 - 3.0 |
353550505050 |
|
|
Фольгированный диэлектрик тонкий |
ФДТ-1ФДТ-2 |
ТУ ИЖ47-64 |
0.5 |
50 |
|
|
Фольгированный диэлектрик для микроэлектронной аппаратуры |
ФДМЭ-1 |
ТУ ИЖ54-67 |
0.1 |
35 |
|
|
Фольгированный диэлектрик для многослойного печатного монтажа |
ФДМ-1ФДМ-2 |
ТУ ИЖ51-66 |
0.200.25 |
35 |
|
|
Фольгированный диэлектрик для многослойного монтажа, травящийся |
ФДМТ-1 |
ТУ ИЖ67-70 |
0.100.200.25 |
35 |
|
|
Стеклоткань прокладочная |
СП-1СП-2 |
ТУ 16503085-71 |
0.0250.060 |
- |
|
|
Стеклоткань прокладочная, травящаяся |
СПТ-3 |
ТУ 16503085-71 |
0.0600.025 |
- |
|
|
Лента медная |
М1 |
ГОСТ 1173-70 |
- |
50; 80 |
Примечание. Допускается применение других материалов, прошедших соответствующие испытания
2.5 Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы
Размещено на http://www.allbest.ru
Основными данными для расчета элементов печатного монтажа являются: класс точности, установочные характеристики компонентов и допуски на отклонения размеров координат элементов печатного монтажа от номинальных значений. Область печатного монтажа между двумя соседними контактными площадками показана на рисунке 1, где Dk - диаметр контактной площадки; t - ширина печатного проводника; S - расстояние между соседними элементами печатного монтажа; п - число проводников между соседними контактными площадками; l - расстояние между двумя контактными площадками для прокладки n-проводников.
Минимальный диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле:
,
где : d - диаметр отверстия;
dво - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (устанавливается в соответствии с табл.7);
dmp - глубина подтравливания диэлектрика для многослойных печатных плат (принимается равной 0,03мм);
b - гарантийный поясок (табл.6);
tво - верхнее предельное отклонение ширины проводника от номинального значения (табл.8);
tно - нижнее предельное отклонение ширины проводника от номинального значения (табл.8);
- диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения узла координатной сетки (табл.9);
- диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно его номинального положения (табл.10).
В таблице 5 приведены основные параметры фольгированных стеклотекстолита и гетинакса после выдержки в течение 24 часов при температуре 40°С и относительной влажности до 98%.
Таблица 5.
Параметры фольгированных стеклотекстолитов
|
Наименование параметра, единица измерения |
Материал |
||
|
ГФ |
СФ |
||
|
1. Удельное объемное сопротивление, Омсм, не менее |
1109 |
51012 |
|
|
2. Тангенс угла диэлектрических потерь, не более |
0,07 |
0,03 |
|
|
3. Прочность сцепления фольги с основанием, Н/см2,не менее |
9,0 |
10,0 |
Таблица 6
Номинальные значения основных параметров элементов конструкции печатной платы для узкого места.
|
Параметры элементов печатного монтажа |
Размеры элементов проводящего рисунка для классов точности, мм |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
Ширина проводника, t |
0,75 |
0,45 |
0,25 |
0,15 |
|
|
Расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка, S |
0,75 |
0,45 |
0,25 |
0,15 |
|
|
Гарантийный поясок, bН |
0,30 |
0,20 |
0,10 |
0,05 |
|
|
Гарантийный поясок, bВ |
0,15 |
0,10 |
0,05 |
0,03 |
Таблица 7
Предельные отклонения размеров диаметров монтажных и переходных отверстий
|
Размер |
Наличие |
Класс точности |
||||
|
отверстия, мм |
металлизации |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Нет |
0,10 |
0,10 |
0,05 |
0,05 |
||
|
1,0 |
Есть |
+ 0,10 - 0,15 |
+ 0,10 - 0,15 |
+ 0,05 - 0,10 |
+ 0,05 - 0,10 |
|
|
Нет |
0,15 |
0,15 |
0,10 |
0,10 |
||
|
> 1,0 |
Есть |
+0,15 - 0,20 |
+ 0,15 - 0,20 |
+ 0,10 - 0,15 |
+ 0,10 - 0,15 |
Таблица 8
Предельное отклонение ширины проводника от номинального значения
|
Наличие покрытия |
Класс точности |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
без покрытия |
0,15 |
0,10 |
+ 0,03 |
0,03 |
|
|
- 0,05 |
|||||
|
с покрытием |
0,25 |
0,15 |
+ 0,10 |
0,05 |
|
|
- 0,08 |
Таблица 9
Диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения
|
Размер большой стороны платы, мм |
Класс точности |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
L 180 |
0,20 |
0,15 |
0,08 |
0,05 |
|
|
180 < L 360 |
0,25 |
0,20 |
0,10 |
0,08 |
|
|
L > 360 |
0,30 |
0,25 |
0,15 |
- |
Таблица 10
Диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно номинального
|
Вид платы |
Размер большей стороны, мм |
Класс точности |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
одно- и двусторонние |
L 180 |
0,35 |
0,25 |
0,20 |
0,15 |
|
|
180 < L 360 |
0,40 |
0,30 |
0,25 |
0,20 |
||
|
L > 360 |
0,45 |
0,35 |
0,30 |
- |
||
|
многослойные |
L 180 |
0,40 |
0,35 |
0,30 |
0,25 |
|
|
180 < L 360 |
0,50 |
0,45 |
0,40 |
0,35 |
||
|
L > 360 |
0,55 |
0,50 |
0,45 |
- |
Расчет минимального расстояния для прокладки n-ого количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами Dk1 и Dk2 производится по формуле:
,
где: n - количество проводников;
- диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения (табл.11)
Таблица 11
Диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения, мм
|
Вид плат |
Класс точности |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
Одно- и двусторонние |
0,15 |
0,10 |
0,05 |
0,03 |
|
|
Многослойные |
0,20 |
0,12 |
0,07 |
0,05 |
Необходимо рассчитать минимальный диаметр контактной площадки для металлизированного отверстия диаметром 0,46 мм и минимальное расстояние между центрами двух отверстий при прохождении двух проводников на печатной плате третьего класса точности размером 60x100 мм.
Расчеты:
Спецификация
|
Поз. обозначение |
Наименование |
Кол. |
Примечание |
||||
|
Резонаторы кварцевые |
|||||||
|
Y1 |
Y4XTAL |
2 |
32768kHz |
||||
|
Конденсаторы |
|||||||
|
С1…С8 |
226MO |
5 |
|||||
|
Резисторы |
|||||||
|
R1...R6 |
МЛТ 0,125 |
9 |
10 кОм±10% |
||||
|
Микросхемы |
|||||||
|
U2 |
М24СО2BN6 |
1 |
|||||
|
U4 |
DS1232 |
1 |
|||||
|
U1 |
L78L05ABZ |
1 |
|||||
|
U15 |
PIC16C62X |
1 |
|||||
|
Транзисторы |
|||||||
|
Q2 |
IRF540S |
1 |
|||||
|
Q1 |
2n3904 |
1 |
|||||
|
Диоды |
|||||||
|
VD1,VD2 |
Стабилитрон |
3 |
|||||
|
D1,D2,D3,D4 |
Силовой диод |
4 |
|||||
|
D10 |
D10 KBU 405 |
1 |
|||||
|
Предохранители |
|||||||
|
F1,F2 |
ATP-L |
2 |
|||||
|
Цифровой индикатор |
|||||||
|
DS-5 DPY16-SEG |
1 |
||||||
|
Микромонитор |
|||||||
|
U13 |
DS1232 |
1 |
|||||
|
Header |
|||||||
|
P2….P4 |
Header 2 |
3 |
|||||
|
P5 |
Header 3 |
1 |
|||||
|
Лист |
|||||||
|
Изм |
Лист |
№ докум. |
Подп |
Дата |
ЕК2.000.000 - ПЭ3 |
||
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте была разработана конструкция печатной платы типового элемента замены. Печатная плата имеет размеры 50х90.
Был изучен микроконтроллер 8031АН.
Одним из основных направленийкомпании является производство контроллеров семейства PIC, которое представлено 8-и, 16-и и 32-битными микроконтроллерами и цифровыми сигнальными контроллерами dsPIC.
Микроконтроллеры PIC построены по RISC архитектуре. Это предполагает, что все инструкции имеют одну длину и выбираются за один машинный цикл.
Преимущество данного микроконтроллера: высокая производительность и RISC архитектура с низким энергопотреблением.
Отличительной особенностью PIC контроллеров является хорошая преемственность как внутри, так и между семействами. Это и программная совместимость и совместимость по выводам, по отладочным средствам.
Набор инструкций этих микроконтроллеров широкий, тщательно подобранный специально для задач управления. Гарвардская архитектура процессора, широкое слово инструкции, очередь команд, RISC набор команд - все это позволило добиться очень высокого быстродействия и получить очень компактный код. Все команды микроконтроллера, за исключением команд перехода, выполняются за один машинный цикл, который составляет 4 периода тактового генератора.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
Основная литература
1. «Методические указания и варианты заданий».
2. Микроконтроллер PIC16C62X (перевод с англ. Ю.Андриенко)
3. Технический паспорт “PIC16C62X”
4. Усатенко СТ., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнениеэлектрических схем по ЕСКД: Справочник. - М.: Издательство стандартов, 2009.
5. Щеголева Л.И., Давыдов А.Ф. «Основы вычислительной техники и программирования». 2008г.
Интернет-ресурсы:
1. http://mkdevelop.ru
2. http://www.alldatasheet.com
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Линейные размеры печатных плат, мм
|
Ширина |
Длина |
Ширина |
Длина |
Ширина |
Длина |
Ширина |
Длина |
Ширина |
Длина |
Ширина |
Длина |
|
|
10 |
1010203040 |
45 |
4550607075808590170 |
80 |
80859095100110120130140150160180200240 |
100 |
180190200240280 |
135 |
240 |
180 |
180190200220240260280300320340360 |
|
|
140 |
140150160170180190200220240260280320360 |
|||||||||||
|
110 |
110120130135140150160170180190200220 |
|||||||||||
|
15 |
15202530 |
|||||||||||
|
50 |
50607580859095100 |
|||||||||||
|
20 |
2025304045506080 |
|||||||||||
|
200 |
200220240260280300320340360 |
|||||||||||
|
150 |
150160170180190200300 |
|||||||||||
|
85 |
859095100 |
|||||||||||
|
120 |
120130140150160170180190200220240280320360 |
|||||||||||
|
60 |
607580859095100110120140160180 |
|||||||||||
|
30 |
30404550608090 |
90 |
9095100110120130140150160170180 |
|||||||||
|
160 |
160170180190200220240260280300320360 |
220 |
220240260280300320340360 |
|||||||||
|
40 |
404550607580100120140160 |
|||||||||||
|
240 |
240260280300320340360 |
|||||||||||
|
75 |
7580859095100170 |
100 |
100110120130140150160170 |
130 |
130140150170180190200260 |
|||||||
|
170 |
170175180190200340 |
Примечания.
1. Выделенные размеры печатных плат являются предпочтительными.
2. В технически обоснованных случаях допускается применять печатные платы формы отличной от прямоугольной.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности создания библиотеки элементов. Основные приемы и функции графических редакторов данной среды, основы создания библиотек, PCB-проектов, принципиальных схем, элементов. Принципиальная электрическая схема и разработка топологии печатной платы.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 16.03.2019Рассмотрение принципов конструирования ЭВМ. Расчет теплового режима блока, параметров электрических соединений. Разработка технологического процесса изготовления устройства; выбор метода изготовления печатной платы. Анализ технологичности конструкции.
курсовая работа [97,4 K], добавлен 07.01.2015Особенности конструирование модуля первого уровня электронно-вычислительной машины. Анализ назначения, области применения, условий эксплуатации ЭВМ. Принципиальная схема и характеристики ИМС и РЭ, выбор аппаратных средств, типа конструкции печатной платы.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 06.02.2011Создание первичной документации для сопровождения изготовления уже разработанной печатной платы "Стабилизатора напряжения". Создание библиотеки компонентов. Добавление в библиотеку элемента "конденсатор электролитический". Трассировка печатной платы.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 19.12.2011Разработка алгоритма работы микроконтроллерного устройства или микроконтроллерной системы. Код программы на языке СИ. Создание библиотеки компонентов в Pattern.exe, Symed.exe. Выбор материала печатной платы. Определение конструктивных параметров платы.
дипломная работа [513,6 K], добавлен 16.06.2017Этапы создания печатных плат принтера. Матричные, струйные и лазерные принтеры. Программное обеспечение для лазерных принтеров. Лазерный принтер Canon LBP-3200. Расчет затрат на усовершенствования печатной платы принтера. Расчет материальных затрат.
дипломная работа [380,9 K], добавлен 10.07.2010Описание устройства дистанционного управления освещением. Обоснование выбора сопряжения с ПК. Расчёт печатной платы. Трассировка печатных проводников, метод изготовления печатной платы, расчет конструктивных параметров. Конструктивные элементы изделия.
курсовая работа [24,3 K], добавлен 16.01.2009Описание схемы электрической принципиальной. Разработка монтажа элементов электронного блока. Компоновка элементов на печатной плате. Проектирование сборочного чертежа электронного блока, разработка спецификации и проведение моделирования его работы.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 16.10.2012Назначение и принцип действия устройства. Выбор и обоснование метода производства печатной платы. Расчет емкостных и взаимоиндуктивной помех в цепях изделия, длины участка связи, электромагнитного экрана. Определение тепловых режимов работы аппарата.
курсовая работа [1006,8 K], добавлен 15.12.2014Разработка структурной и принципиальной схемы. Блок-схема основной программы и подпрограмм обработки прерываний. Имена переменных, используемых в них. Результаты моделирования работы устройства в программе ISIS пакета Рroteus. Разработка печатной платы.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 13.11.2016Цепи управления вентиляторами. Выбор конденсаторов для радиоэлектронных устройств. Обоснование выбора элементов схемы, конденсаторов, микросхем и транзисторов. Расчет теплового сопротивления корпуса. Обоснование разработки трассировки печатной платы.
дипломная работа [698,0 K], добавлен 26.01.2011Выбор конструкционных материалов, элементной базы и алгоритм изготовления печатной платы шлюза для связи центрального процессора с периферийными устройствами. Предварительный расчет массогабаритных характеристик. Конструкция РЭМ, оценка качества изделия.
курсовая работа [169,2 K], добавлен 14.08.2012Характеристика особенностей радиоэлектронной аппаратуры. Рассмотрение метода изготовления печатной платы. Анализ программы для подготовки ее производства. Ознакомление с нормами времени на нанесение паяльной маски. Изучение процесса травления меди.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 14.11.2017Характеристика микроконтроллера: тип, корпуса и выводы, перечень битов конфигурации и идентификаторов. Разработка и изготовление лабораторного блока для программирования бутлоадера в микроконтроллер: блок-схема устройства, изготовление печатной платы.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 07.06.2012Обоснование основных конструктивно-технологических характеристик изделия. Подбор вида печатной платы и класса точности, электрических соединителей и материала для изготовления платы. Вычисление электрических и тепловых характеристик печатного узла.
курсовая работа [899,5 K], добавлен 14.06.2015Создание библиотеки элементов электрической схемы и настройка редактора схем Schematic. Разработка топологии печатной платы в программе P-СAD PCB; построение символов и корпусов микросхем. Создание компонентов в программе P-CAD Library Executive.
методичка [4,4 M], добавлен 12.09.2011Анализ структур шифраторов. Описание принципиальной электрической схемы и разработка функциональный схемы. Описание работы базового логического элемента ИС 155. Технология изготовления печатной платы. Особенности монтажа на односторонних печатных платах.
курсовая работа [375,6 K], добавлен 08.05.2019Модуль связи GSM/GPRS Sim900D. Приемник местоположения GPS. Среда разработки для микроконтроллера. Сравнительный анализ разрабатываемого устройства и аналогов по характеристикам и цене. Создание печатной платы. Алгоритм работы трекера. Код программы.
дипломная работа [7,8 M], добавлен 11.07.2013Обзор схемы конструкции автоматизированного мобильного робота. Выбор компонентов конструкции. Общая классификация роботов; виды двигателей. Выбор типа микроконтроллера. Осуществление программирования на основе расчётов по математической модели робота.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.05.2015Характеристики элементов вычислительной машины для выполнения офисных операций. Выбор процессора, расчет его мощности на 60 GFLOPS. Выбор материнской платы, системы охлаждения для процессора, физической и оперативной памяти для хранения информации.
контрольная работа [43,6 K], добавлен 11.11.2015
