Конструкция микрофарадометра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ схемы и конструкции микрофарадометра

2. Подготовка и оформление библиотеки компонентов

2.1 Формирование УГО компонента

2.2 Формирование КТО компонента

2.3 Формирование интегрального образа компонента

2.4 Формирование схемы электрической принципиальной

3. Выполнение проектирования

3.1 Упаковка схемы на плату

3.2 Процедура автоматической трассировки печатной платы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Автоматизированное проектирование (АП) - одно из направлений научно технического прогресса в области автоматизации проектирования, к ней относится далеко не всякое применение ЭВМ. Для АП характерно систематическое использование ЭВМ для решения типовых задач проектирования при рациональном распределении функций между человеком и ЭВМ так, чтобы применение ЭВМ становилось удобным и эффективным.

Автоматизация проектирования позволяет:

повысить качество проектирования;

сокращение сроков проектирования;

снижение материальных затрат на проектирование;

уменьшение численного состава проектировщиков при одновременном повышении производительности их труда.

Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации и проектных подразделений и выполняющая автоматизированное проектирование. Одним из современных и используемых средств САПР является система PCAD, которая объединила в себе ряд взаимосвязанных пакетов прикладных программ. Эта система позволяет выполнить полный цикл проектирования ПП, включающий создание условных графических обозначений (УГО) электрорадиоэлементов (ЭРЭ), разработку посадочных мест ЭРЭ на ПП, размещение ЭРЭ на печатных платах, ручную, интерактивную и автоматическую трассировку проводников, контроль ошибок в схеме и на ПП и выпуск конструкторско-технологической документации.

Главными задачами курсового проекта будут являться:

Анализ схемы микрофарадометра и его конструкции.

Подготовка и оформление библиотеки компонентов.

Упаковка схемы на плату и автоматическая трассировка печатной платы.

P-CAD Shematiс - графический редактор ПП. Он предназначен для разработки электрических принципиальных схем и может применяться для создания УГО отдельных ЭРЭ.

P-CAD PCB -- графический редактор ПП. Предназначен для роектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся: задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактных площадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев, маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников и формирование управляющих файлов технологическим оборудованием.

P-CAD Autorouters предназначен для автоматической трассировки проводников ПП. Включает два автотрассировщика: программу Quick Route для проектирования рисунка ПП не очень сложных электрических схем и бессеточный трассировщик Shape-Based Router, предназначенный для проектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ.

Symbol Editor -- редактор символов элементов (файлы с расширением .sym). Предназначен для создания условных графических обозначений символов ЭРЭ электрических схем.

Pattern Editor -- редактор посадочных мест (файлы с расширением .pat). Предназначен для разработки посадочных мест для конструктивных ЭРЭ на ПП.

Анализ конструкции ПП как подготовительная стадия перед выполнением автоматизированного проектирования в первую очередь направлен на выявление тех особенностей ПП, которые определяют контролируемые в автоматическом режиме параметры и конструкторско-технологические ограничения. Такие параметры и ограничения устанавливаются при настройке процедур размещения компонентов и трассировки печатного монтажа через определение значений настроечных параметров.

Процесс проектирования включает следующие этапы:

1) настройку среды графического редактора;

2) формирование изображения конструктива платы;

3) размещение компонентов;

4) формирование электрических цепей;

5) корректировка размещения;

6) трассировку печатных соединений.

1. Анализ схемы и конструкции микрофарадометра

Основу прибора составляет микроконтроллер PIC16F876A, выполняющий все основные функции: управление процессом измерения, вычисление его результатов и отображение полученного значения измеряемой емкости на индикаторе. Микроконтроллер DD1 работает по программе. После включения питания и инициализации микроконтроллера устройство работает в автоматическом режиме. Вывод RA3 - вход образцового напряжения компаратора, RC0, RC1 - выходы управления источниками зарядного тока, RC2 - выход включения разрядки измеряемого конденсатора.

Цикл измерения начинается с разрядки конденсатора через транзистор VT2 и резистор R5. Затем включается источник зарядного тока, равного 1 мА, на транзисторе VT3. Напряжение на конденсаторе начинает увеличиваться. При достижении им значения примерно 1 В, равного образцовому напряжению на входе RA3, микроконтроллер DD1 останавливает процесс зарядки и фиксирует его продолжительность. Если напряжения на измеряемом конденсаторе не достигнет образцового в течение 1.2 сек, происходит переход на старший предел измерения: включается источник тока, равного 1 А, на транзисторе VT1 , индикация “х1000” и измерение повторяется. Далее микроконтроллер вычисляет значение измеряемой емкости по времени зарядки, зарядному току и напряжению на конденсаторе с учетом предела измерения и соответствующего ему калибровочного коэффициента. Цикл измерения периодически повторяется.

Динамическая индикация результатов организована на трехразрядном светодиодном индикаторе HG1-HG3, транзисторах VT5-VT7 и портах микроконтроллера RC3-RC5, RB0-RB7 по классической схеме. Кнопки SB1-SB3, подключенные к портам ВА1, ВА2 и ВА5, служат для ввода калибровочных коэффициентов при настройке и поверке прибора. Исходный текст управляющей программы написан на языке С в среде программирования МРLAB IDE версии 6.5, укомплектованной компилятором PICC версии 8.05PL1. Конструктивно прибор оформлен в корпусе от мультиметра М838. Для питания используется выносной выпрямитель (в сетевой вилке), обеспечивающей выходное напряжение 9 … 12 В при токе до 1 А. Проектирование печатного модуля начинается с определения площади печатной платы, которая вычисляется по формуле:

S= S_УСТi / К_ЗАП,

Где, S - площадь ПП, мм;

S_УСТi - установочная площадь i-го элемента, мм;

К_ЗАП - коэффициент заполнения ПП (0,33...1).

Площадь резисторов 0,25ВТ (33 шт.)=1031,25 ммІ, 1Вт(1 шт.)=78,15 ммІ, 2Вт(1 шт.)=100 ммІ,

Площадь диодов КД208А (2 шт.)=180 мм,

Площадь стабилитронов КС133А (2 шт.)=105 ммІ,

Площадь конденсаторов КМ6 (4 шт.)=208 мм,

Площадь микроконтроллера PIC16F876A-IP (1 шт.)=608 мм,

Площадь транзистора КТ3102А (1 шт.)=18,34 ммІ,

Площадь светодиодов АЛ307БМ (2 шт.)=37,68 ммІ,

Площадь транзисторов КТ3107А (4 шт.)=65,31 ммІ,

Площадь кварцевого резонатора (1 шт.)=49,35 ммІ,

Площадь транзистора IRFZ46N (1 шт.)=32,27 ммІ,

Площадь цифровых индикаторов ТР319К (3 шт.)=375 ммІ.

КЗАП примем равным 0,4; тогда площадь ПП:

S=2888,95/0,4=7222,375 мм

Печатную плату рекомендуется разрабатывать прямоугольной формы с соотношением сторон не более 3:1 и размерами не более 120Ч70 мм.

В качестве материала печатной платы, как правило, выбирается стеклотекстолит либо гетинакс СФ-2-35-2 ГОСТ 10315-78.

- двухсторонний,

- толщиной 1,5 мм,

- толщина медной фольги 35мкм.,

- размером 110Ч65 мм.

Монтажные отверстия 4,6 мм и расположены в углах печатной платы по диагонали. Шаг координатной сетки берем равным 1,25 мм. При определении ширины печатных проводников основываются на анализе электрической схемы, особенности размещения ЭРЭ на ПП, способу установки ПП в корпусе устройства и на соображения экономической целесообразности. Ширину печатных проводников определяют по классам точности, которые подразделяются по плотности проводящего рисунка на основе ГОСТ23751-86. Данная печатная плата будет проектироваться по второму классу точности. Выпуск печатных плат 2-го класса осуществляется на рядовом оборудовании, а иногда даже на оборудовании, не предназначенном для изготовления печатных плат. Такие ПП с невысокими (и даже с низкими) конструктивными параметрами предназначены для недорогих устройств с малой плотностью монтажа. К этому классу относятся печатные платы любительского и макетного уровня, часто единичного или мелкосерийного производства.

2. Подготовка и оформление библиотеки компонентов

2.1 Формирование УГО компонента

УГО компонента представляет собой его изображение на электрической схеме, формируемой в среде системы P-CAD. Отдельные УГО сводятся в библиотеки и доступны для применения в различных проектах. Библиотечное описание УГО компонента имеет строго регламентированную структуру и включает:

- условное графическое изображение компонента на схеме (его символ);

- обозначения выводов (точек подключения символа) и атрибуты выводов;

- точку привязки символа - графический элемент, маркирующий характерную точку символа, которая позволяет правильно оценить местоположение и ориентацию символа при его размещении на поле схемы (рекомендуется в качестве точки привязки указывать первый вывод УГО);

- местоположение позиционного обозначения компонента;

- местоположение идентификационного параметра компонента.

Процедура выполняется в среде схемного редактора Schematic.

Порядок выполнения работы:

Рисунок 1. Процедура формирования УГО компонентов

2.2 Формирование КТО компонента

КТО компонента представляет собой его графическое изображение на печатной плате, а также на видах расположения и на сборочных чертежах. Отдельные КТО сводятся в библиотеки и доступны для применения в различных проектах. Библиотечное описание КТО компонента имеет строго регламентированную структуру и включает:

- цоколевочный образ компонента, определяющий взаимное расположение контактных площадок для установки компонента на печатную плату;

- графика корпуса компонента;

- точку привязки КТО - графический элемент, маркирующий характерную точку КТО, которая позволяет правильно оценить местоположение и ориентацию компонента при его размещении на поле печатной платы (рекомендуется в качестве точки привязки указывать первую контактную площадку КТО);

- местоположение позиционного обозначения компонента;

-местоположение идентификационного параметра компонента.

Процедура выполняется в среде подсистемы проектирования печатного монтажа РСВ. Порядок выполнения работы:

Рисунок 2. Процедура формирования КТО компонентов

2.3 Формирование интегрального образа компонента

Для автоматического преобразования информации об электрических связях на схеме в информацию об электрических соединениях между выводами конструктивных компонентов, размещенных на печатной плате, необходимы сведения о соответствии выводов компонентов схемы выводам конструктивных компонентов (в конечном итоге контактным площадкам посадочных мест компонентов). Указанная задача имеет несколько уровней сложности. Наиболее просто она решается для дискретных компонентов (в этом случае в корпусе упакован один схемный компонент). Сложнее с интегральными схемами (в корпусе микросхемы могут быть упакованы несколько однотипных, а то и разнотипных секций). После установления указанного соответствия УГО и КТО образуют интегральный образ компонента, которых затем заносится в библиотеку. Процедура упаковки реализуется с применением утилиты Library Executive.

Рисунок 3. Процедура формирования интегрального образа компонентов

2.4 Формирование схемы электрической принципиальной

Рисунок 4. Процедура формирования схемы электрической принципиальной

3. Выполнение проектирования

3.1 Упаковка схемы на плату

Перед выполнением размещения необходимо выполнить ряд подготовительных операций. Исходным для выполнения настоящей работы состоянием проекта является наличие в рабочем директории файла с описанием графики электрической принципиальной схемы XXX.SCH (или файла с текстовым описанием схемы XXX.ALT. Вначале выполняем генерацию списка соединений (подсистема Schematic), затем загрузку списка соединений (подсистема PCB). Эта процедура называется упаковкой схемы на плату. Следующий этап работы - формирование графики конструктива с указанием внешнего контура печатной платы, контура зоны, разрешенной для размещения компонентов и прокладки печатных проводников и контуров зон, запрещенных для трассировки (если это необходимо). Далее выполняется собственно размещение компонентов на поле печатной платы.

Порядок выполнения работы.

Рисунок 5. Процедура упаковки схемы на плату

3.2 Процедура автоматической трассировки печатной платы

Практическое выполнение процедуры автоматической трассировки печатного монтажа выполняем с применением программы Shape-Based Router. Особенностью этой программы является возможность настройки с учетом особенностей проектируемого объекта. Совокупность настроечных параметров образует стратегию трассировки.

Порядок выполнения работы

Рисунок 6. Процедура автоматической трассировки печатной платы

Заключение

В курсовом проекте была рассмотрена технология автоматизированного проектирования в системе PCAD. В ходе выполнения курсового проекта были решены следующие задачи проектирования:

Проанализирована схема микрофародометра. Создана библиотека КТО: Сформированы УГО компонентов. Сформированы КТО компонентов. Сформированы интегральные образы компонентов. Сформирована схема электрическая принципиальная. Был произведен расчет площади печатной платы. Форма выбрана прямоугольная с размерами 110х65мм. В качестве материала для печатной платы был выбран стеклотекстолит. Реализована технология проектирования: Выполнена упаковка схемы на плату. Выполнено размещение элементов. Произведена автоматическая трассировка. Выполнено редактирование автоматической трассировки. Получена двусторонняя печатная плата с 6 переходными отверстиями.

Получен навык работы в САПР P-CAD.

Список используемой литературы

трассировка плата микрофарадометр

1. Антропов А.Н. Вычислительная техника и информационные технологии: Методические указания /Омск: Издательство ОмГТУ, 2014.

2. Соколов А. Журнал радио №2, 2010, стр. 19-23.

3. ГОСТ 23751-86 Платы печатные. Основные параметры конструкции.

4. ГОСТ 2.743-91 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники.

5. ГОСТ 2.728-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы.

6. ГОСТ 10317-79 Платы печатные. Основные размеры.

7. ГОСТ 29137-91 Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. Общие требования и нормы конструирования.

Размещено на Allbest.ru