Конструирование модуля цифрового устройства

Рассмотрим возможности Редактора Плат.8.3.1 Организация ПроектаСАПР DipTrace – это единое пространство по разработке электронных плат с функциями обновления со схемы проекта и обратной аннотацией. 8.3.2 Позиционирование Корпуса на плате можно расположить вручную, или с помощью инструмента "Позиционирование по списку". Либо сделать это можно автоматически, в соответствии с настройками и оптимальной длинной дорожек. 8.3.3 FanoutК сетям, компонентам и отдельным выводам можно применять автоматическую установку переходов. Эта функция позволяет быстро соединить поверхностные выводы с внутренними слоями платы. 8.3.4 АвтотрассировщикВысокоскоростной shape-based автоматический трассировщик встроен в Редактор Плат. Он имеет множество настроек и с легкостью справляется с задачами любой сложности.8.3.5 Ручная ТрассировкаДорожки можно проводить вручную со стандартными углами 15, 30, 45, 90 градусов, в свободном режиме или в режиме "Дуги/Кривые". Все основные параметры трассировки – режим, форму текущего сегмента, ширину, слой, тип перехода и другие можно менять "на ходу" горячими клавишами. 8.3.6 3D Предпросмотр и экспортВ состав PCB Layout входит модуль 3D предпросмотра с аппаратным ускорением. Он позволяет наблюдать трехмерную модель платы со всеми установленными на ней компонентами на любом этапе разработки. 3D предпросмотр работает с моделями компонентов в форматах *.wrl и *.3ds. 8.3.7 Импорт/ЭкспортПоддержка форматов DXF, Eagle, P-CAD/Altium, PADS и OrCAD. Импортсписковсоединений Accel, Allegro, Mentor, PADS, P-CAD, Protel и Tango.9. Разработка библиотеки компонентов9.1. Разработка библиотеки посадочных мест средствами DipTraceБиблиотека разрабатывается в программе DipTrace Pattern Editor. Запускаем программу и выполним настройки. Настройки в системе команд «Вид».Включаем команды: свойства корпуса, стандартная, объекты, рисование, показывать комментарий, размеры корпуса, начало координат, сетка.Выполним установки:Вид - номера контактных площадок - скрыть,Вид - номера контактных площадок – шрифт – автоВид - единицы измерения – ммВид-отображение сторон – контрастВид - измерение стандартных – установим набор стандартных значений шагов координатной сетки 0,05; 0,5; 1,0; 1,25; 2,5мм и 0,635; 1,27; 2,54 мм. Это сделано по причине того, что в схеме присутствуют элементы российских и иностранных стандартов.Ширина линий рисования по умолчанию: 0,2 ммНастройку в системе команд «Корпус» настроим в соответствии с пунктами 7.7.1 и 7.7.5, т.к. в этих пунктах описаны диаметры отверстий и контактных площадок для каждого элемента, присутствующего в схеме. При выполнении каждого элемента, будем руководствоваться информацией из таблиц, и менять значения в соответствии с данными.9.2. Разработка библиотеки компонент средствами DIPTRACEБиблиотека разрабатывается в программе DipTraceComponent Editor. Запускаем программу и выполним настройки. Запустим программу и выполним настройки.Выполнить следующие настройки в системе команд «Компонент»:Компонент - номера выводов - показатьВыполнить следующие настройки в системе команд «Вид»:Включить команды:Вид - свойства компонентаВид - стандартнаяВид - объектыВид - показывать комментарийВид - начало координатВид - сеткаВыполнить установки:Вид - номера выводов – показатьВид - номера выводов - шрифт - 8пВид - единицы измерения-ммВид-изменение стандартных - установить набор значений шагов координатной сетки 0,05; 0,5; 1,0; 1,27, 2,0; 2,5; 2,54 и 10 мм. Шаг сетки выбирается в процессе работы оперативно из стандартной панели из заданного ряда.Изменим настройки в пункте «Объекты»:Объекты - параметры установки выводов - тип – noneОбъекты - параметры установки выводов - показывать имяОбъекты - параметры установки выводов - размер-3,81 ммОбъекты - параметры установки выводов - расстояние по х – 2,54 мм.Объекты - параметры установки выводов - расстояние по y – 2,54 мм.Ширина линий рисования по умолчанию: 0,25 мм.После отрисовки всех компонент, к ним необходимо привязать корпуса по соответствию из библиотеки посадочных мест.Технологический контроль топологии печатной платы в САПРТехнологический редактор служит для автоматического создания и редактирования печатных плат – изменение положения элементов, толщины некоторых дорожек разводки и др. Редактор способен создать проект новой печатной платы из списка соединения, находящегося в схемном редакторе Schematic. Редактор предназначен непосредственно для редактирования печатной платы, а не для размещения и разводки ПП. [6]Контроль печатной платы может производиться во время трассировки или по её завершению.Программа может следить за соблюдением установленных зазоров, наличие узких мест, ширины проводников, разрывов цепей, отмечать неоправданно длинные проводники, сообщать об ошибках при выполнении переходных отверстий, и т.д. Перечень контролируемых параметров и объектов устанавливается конструктором. Для каждой электрической схемы может быть установлен набор общих конструктивных параметров, распространяющихся на весь проект. Кроме общих параметров, для отдельных элементов и цепей могут быть установлены частные конструктивные параметры, которые будут индивидуально связаны с отдельными элементами схемы(компонентами и цепями). Эти параметры затем будут использованы при конструировании печатной платы и для её контроля.Для предварительной настройки нужно открыть диалог UtilsDesignRuleCheck (служебная программа контроля правил конструирования.) Оперативное включение (выключение) программы контроля осуществляется щелчком по кнопке OnlineDRC (одновременный контроль) на панели инструментов. Только после этого щелчка по этой кнопке программа будет следить за правильностью ваших действий, и фиксировать ошибки. Те, что были сделаны раньше, в данном случае не проверяются.Обнаруженные ошибки будут записываться в специальном файле, который может быть открыт на любом этапе работы. Если на вкладке OnlineDRC установить флажок в окне ViewReport (показывать сообщения), то при ручной трассировке, по завершению каждой трассы, выполненной с ошибками, будет автоматически открываться текстовое сообщение с указанием всех ошибок для этой цепи.В конце текста приводится общее количество ошибок и предупреждений. Если будет включен режим визуального контроля, то ошибки будут отмечаться специальным знаком (окружность с косым крестиком) непосредственно при прокладке цепи. Руководствуясь установленной конструктором стратегией трассировки, программа выполнит любую трассировку. [2]В данном курсовом проекте при разработке топологии печатной платы технологический контроль помог обнаружить: узкие места и нарушения установленных зазоров. Коррекция топологии была произведена, ошибки исправлены.10. Выполнение электрической принципиальной схемы средствами P-CADЭлектрическая принципиальная схема выполняется в соответствиями с правилами ЕСКД. Размеры и начертания условных графических обозначений (УГО) элементов должно соответствовать стандартам. Электрическая принципиальная схема выполняется в P-CADSchematic. Запустим программу. Подключим ранее созданную библиотеку в программу. Для этого выбрать команду «Библиотека - подключение библиотек».Укажем следующие настройки для программы:Система единиц – ммШирина линий для рисования:Линии связи: 0,2ммЛинии шины: 0,6ммДиаметр узлов: 1ммРамка и штамп: 0,6ммЛинии таблицы: 0,2ммТип шрифта: векторный 8ptОсновной шаг координатной сетки – 1мм Вводимые атрибуты:МеткаТип (только для микросхем и транзисторов)Значение (только для резисторов, конденсаторов)10.1. Заполнение углового штампаЗаполнить угловой штамп в соответствии с ЕСКД. Заполним графы:Графа 1: шифр чертежа. Шифр чертежа содержит 4 позиции.цифробуквенный код предприятия: НГТУцифровой код изделия по классификатору промышленных изделий: 437212 - Извещатели охранные и охранно-пожарные3-х значный цифровой код номера разработки на данном предприятии: 001 – первая разработкакод схемы – TК1Графа 2: наименование модуля – Программируемый ИК термометрГрафа 3: наименование схемы - Схема электрическая принципиальнаяГрафа 4: литера - О Графа 5: масса Графа 6: масштаб – 1:1 Графа 7: лист – 1 Графа 8: листов – 1 Графа 9: наименование кафедры – Вычислительные системы и технологии11. Выполнение перечня элементов.Перечень элементов представляется в виде самостоятельного документа, выполненного по ЕСКД. Перечень должен содержать 4 графы:позиционное обозначение элементауказываются позиционные обозначения компонент согласно схемы. Компоненты записываются в перечень в алфавитном порядке для позиционных обозначений.наименование элемента с указанием ГОСТ или ТУ, которым соответствует элемент.указывается тип компонента схемы, номинальное значение, допуск и название документа на его применение (ГОСТ, ТУ и прочее). Номинальное значение и допуск указывают для таких компонент, как резистор, конденсатор, индуктивность.количество.указывается количество компонент данного типапримечание.используется для внесения примечанийДопускается одинаковые компоненты указывать одной строкой. Если есть группы однотипных элементов, но разных наименований, то их можно указывать группой, а группу именуют, например, резисторы.12. Выполнение чертежа печатной платы.Чертеж печатной платы выполняется в масштабе: 1:1, 1:2, 1:4 на нескольких листах ( В максимальном случае на 6 листах).Первый лист:На первом листе изображается основная и боковая проекции платы без топологии рисунка. Указываются габаритные размеры, крепежные отверстия и даются общетехнические требования. На первом листе могут быть показаны сечения платы с крепежными и монтажными отверстиями. Второй и третий листы:На листах 2 и 3 располагают топологические рисунки с контактными площадками сторон А и Б соответственно. На этих листах также может быть представлена таблица для указания ширины проводников. На чертежах должна присутствовать координатная сетка. Если применяются импортные микросхемы с дюймовым шагом координатной сетки, то применяют шаги:n*2,54 мм, или n*0,635 мм.Оцифровка координат координатной сетки должна присутствовать на всех листах, кроме первого, где указываются только габаритные размеры. На листах 2 и 3 элементы маркировки не указывать.Четвёртый и пятый листы: На 4,5 листах располагают слои маркировки сторон А и Б соответственно. Если маркировка на слое Б отсутствует, то лист 5 не исполняется. Шестой лист:На листе 6 размещается чертёж печатной платы с условными обозначениями отверстий и таблица для указания параметров отверстий. 13.Сборочный чертёжСборочный чертеж и спецификация разрабатываются с помощью программы P-CADPCB.Выполняется в масштабе: 1:1, 2:1, 2.5:1, 4:1.На первом листе размещается главный вид модуля и боковая проекция со всеми крепежными деталями. Размещение компонент на этом рисунке не указывается. На 2 и 3 ем листах представляются стороны А и Б с размещением компонент. Для модулей с односторонним размещением компонент допускается компоненты показывать непосредственно на рисунке с главным видом. В этом случае чертеж выполняется на одном листе.Сборочный чертеж должен давать полное представление о конструкции модуля, поэтому чтобы показать сложные конструктивные участки, например, элементы крепления, фиксации и пр. необходимо показывать разрезы в этих местах. На чертеж наносят габаритные, установочные и присоединительные размеры, предельные отклонения, позиционные обозначения. Компоненты изображаются в упрощенном виде. Всем составным частям присваивают позиционные номера, которые указывают с помощью выносок вне поля платы. Сборочный чертеж должен содержать технические требования по монтажу и сборке.14. Спецификация на модуль.Спецификация представляет собой таблицу, содержащую перечень всех составных частей, входящих в данное изделие, и конструкторских документов. Она выполняется на листах формата А4.Спецификация содержит следующие графы:«Формат» -заполняется только для документации, при этом указывается формат, на котором выполнен документ.«Зона» -используется для больших и сложных сборочных чертежей, в которых поле чертежа разбивается на зоны. Используется редко.«Поз.»-указывается позиция на сборочном чертеже. Позиции обозначают цифрами в порядке возрастания.«Обозначение» -указывают децимальный номер документа. Заполняется только для документации.«Наименование»-указывается наименование документа, детали . компонента и прочее. Для компонент в этой графе указывают также ГОСТ или ТУ, по которым выполнен компонент. «кол.» - указывают количество одотипных элементов.«Примечание» -указывают позиционные обозначения для компонент согласно электрической принципиальной схемы. 15. Распечатка конструкторских документов.Распечатку конструкторских документов следует выполнять согласно рекомендациям 16. Поверочные расчеты.Под средней наработкой на отказ понимают среднее время, которое прибор проработает до отказа.Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что в определенных условиях в пределах заданной продолжительности работы отказов не возникает.Так, как внезапные и постепенные отказы независимы, тогде: -вероятность безотказной работы по отношению к внезапным отказам за время t, при условии, что внезапных отказов не было;-вероятность безотказной работы;Произведем расчеты интенсивности отказов (БЛ, час-1), средней наработки на отказ (час) и вероятности безотказной работы Р(t) для платы баровысотомера.Данные о надежностных характеристиках элементов сведем в табл. 3.6. 1. Интенсивность отказов платы вычисляется по формуле:,где Ni – количество элементов, i – интенсивность отказов элемента. Учет влияния неблагоприятных факторов на надежность осуществляется с помощью поправочных коэффициентов при расчете рабочей интенсивности отказов каждого элементагде 0i – интенсивность отказов при нормальных условиях и номинальном режиме работы; Кмех , Квл , Кдавл- поправочные коэффициенты, учитывающие влияние механических нагрузок, влажности и пониженного давления на интенсивность отказов элементов; t- поправочный тепловой коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки и температуры окружающей среды. Результаты расчета рабочих интенсивностей отказов элементов системы сведены в таблицу.Таблица 16.1 – Расчет надежности устройства№Наименование типа элементовЧисло элементовniНоминальная интенсивность λ0i(10-6 1/час)К=Кмех Квл КдавРежим эл. нагрузкиИнтенсивностьс учетом поправочных коэффициентов λр (10-6 1/час)tКнаг1Конденсатор керамический101,41,80,60,70,243,3022082Конденсатор электролитический22,41,80,650,60,642,1565443Резисторы непроволочные160,51,80,50,50,423,49654Транзисторы131,80,50,30,41,9444Микросхемы цифр10,21,80,50,50,81,656Микросхемы аналог20,81,80,30,70,81,451525Соединение штепсельное20,0021,80,60,30,30,00116646Индикаторы11,31,80,40,50,20,28087Тумблеры40,061,80,50,50,30,0324Подставляя в формулу данные из таблицы 3.6. получаем:БЛ = 14,3210-6 час-12. Средняя наработка на отказ:,Т = 69826,75 часов.3. вероятность безотказной работы за время t, равное 5000 часам равно:,P(t) = 0,97 > =0,95Таким образом, расчет показал, что требования по надежности, предъявляемые к разрабатываемому прибору, выполняются.16.2. Расчет уровня стандартизации и унификации.Уровень стандартизации и унификации определяется по формуле:, где: - уровень стандартизации и унификации в процентах. - число стандартных деталей. - число деталей, заимствованных из предыдущих изделий, выпускаемых данным предприятием. - число покупных изделий (компонент). - общее число деталей. Включает также уникальные детали.Общее число деталей, согласно спецификации, составляет шт. Уникальной деталью является только ПП. Остальные детали - покупные. Исходя из этого, уровень стандартизации и унификации составляет:Значение соответствует требованиям технического задания.16.3.Тепловой расчет.Для проведения предварительного расчета не требуются точные данные о конструкции. В качестве исходных данных используются:мощность, рассеиваемая блоком. Вычисляется на этапе анализа электрической схемы.габаритные размеры печатной платы с установленными на ней компонентами,максимальную температуру внешней среды с учетом перегрева корпуса прибора.минимальную допустимую рабочую температуру компонента16.3.1 Находим температуру допустимого перегрева субблока.Значение определяется по формуле: , где: - допустимая рабочая температура компонента. Выбирается по самому наихудшему компоненту по критерию устойчивости к повышенной температуре. - максимальная для заданной климатической зоны температура внешней среды. - температура перегрева корпуса, в который будет установлена плата. Для учебных целей .Верхнее значение температуры для данной климатической зоны(ТС) .Наименее устойчивыми к повышенной температуре являются микросхемы . 16.3.2 Находим мощность, рассеиваемую субблоком.где pi – мощность, рассеиваемая i-ым компонентом, однако мы знаем максимально возможную силу тока и напряжения источника: 25мА, 1.5В, тогда Вт16.3.3 Находим площадь, через которую будет рассеиваться тепло.Печатную плату с установленными на ней компонентами условно представляем моделью в виде пластины и считаем, что площадь рассеивания равна двум площадям платы:, где H и L – габаритные размеры платы. Считаем, что тепло распределяется по поверхности платы равномерно.16.3.4 Находим удельную мощность рассеивания на единицу площади.По диаграмме находим точку, характеризующую тепловой режим работы субблока и определяем зону, в которую она попала.Точка попала в зону 1, следовательно, достаточно естественного воздушного охлаждения.17. Заключение и выводыВ ходе выполнения курсового проекта была разработана печатная плата программируемого ИК термометра. Была разработана рабочая документация: чертеж печатной платы, сборочный чертеж, спецификация, перечень элементов и принципиальная электрическая схема. Была разработана интегрированная библиотека компонент для системы автоматизированного проектирования P-CAD 2006. Также были освоены входящие в данный пакет программы: PCBLyout, Schematic, ComponentEditor, PatternEditor.