Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Дипломный проект - Программно-аппаратный терминал с CAN-шиной - файл 4 конструктоское проектирование.doc


Дипломный проект - Программно-аппаратный терминал с CAN-шиной
скачать (3931.1 kb.)

Доступные файлы (45):

avr.c
main.c
Programmator.hex
spi_init.c
usart_init.c
1 системотехническое проектирование.doc199kb.22.06.2011 21:36скачать
Programmator.hex
Project1.bpr
Project1.~bpr
Project1.cpp
Project1.~cpp
Project1.obj
Project1.res
TrComPort_BCB.lib
TrComPort.dll
TrComPort.h
Unit1.cpp
Unit1.ddp
Unit1.dfm
Unit1.h
Unit1.obj
2 структурное проектирование.doc170kb.22.06.2011 21:41скачать
3 схемотехническое проектирование.doc1434kb.22.06.2011 21:53скачать
4 конструктоское проектирование.doc75kb.23.06.2011 00:03скачать
5 разработка ПО микроконтроллера.doc93kb.22.06.2011 22:05скачать
6 экономика1.docx98kb.22.06.2011 23:10скачать
7.doc90kb.22.06.2011 23:58скачать
8.doc99kb.23.06.2011 00:02скачать
(A1)ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА.vsd
(A1)ПЛАКАТ.vsd
(A1)ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА1.vsd
(A1)СТРУКТУРНАЯ СХЕМА.vsd
(A1)СХЕМА ПРОГРАММЫ.vsd
(A1)СХЕМА ПРОГРАММЫ(С++).vsd
ВВЕДЕНИЕ.doc42kb.17.06.2011 10:42скачать
Задание - шаблон.doc37kb.23.06.2011 00:16скачать
Заключение.doc32kb.23.06.2011 00:02скачать
ПРОЧИТАТЬ!!!!!!!!!!.txt1kb.03.07.2011 23:28скачать
Содерж.doc65kb.21.06.2011 20:48скачать
список исп. источников.doc34kb.23.06.2011 01:29скачать
текст программы2.doc35kb.20.06.2011 22:09скачать
текст программы.doc36kb.15.06.2011 11:11скачать
текст программы титульник2.doc100kb.20.06.2011 22:05скачать
текст программы титульник.doc100kb.20.06.2011 22:05скачать
Титульный лист и аннотация.docx31kb.17.06.2011 10:27скачать

4 конструктоское проектирование.doc





4 Конструкторско-технологическое проектирование

4.1 Разработка конструкции терминала

На этапе конструкторско-технологического проектирования необходимо, согласно заданию, произвести разработку печатной платы, определить материал для изготовления печатной платы, технологию изготовления печатной платы, её размеры.

Конструирование представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ, при выполнении которых необходимы учет разносторонних требований к конструкции устройства, знание современной технологии, схемотехники, теории надежности и других теоретических и прикладных дисциплин. От успешного решения задач конструирования зависят такие характеристики, как надежность, объем, вес, технологичность, удобство эксплуатации. Качество разработанной конструкции определяется степенью соответствия ее техническим требованиям. Неудачные конструкторские решения могут привести, например, к невозможности обеспечения работоспособности ЭВМ из-за несоблюдения теплового режима или к значительному снижению быстродействия.

Технология производства является совокупностью производственных процессов и документов для изготовления изделия, а также научное описание способов производства (способы изменения формы, размеров, физических и химических свойств, структуры и состава исходного материала). Также технология производства определяет все ресурсы, затраченные на производство изделия (временные, материальные и другие).

Основными задачами при разработке конструкции являются:

  • обеспечение надёжности эксплуатации;

  • обеспечение удобства использования;

  • обеспечение герметичности и стойкости к агрессивным средам;

  • обеспечение широкого температурного диапазона работы.

Таким образом, для обеспечения надёжности, герметичности, удобства и широкого температурного диапазона необходимо выбрать материал для разрабатываемого устройства. В качестве корпуса для терминала хорошо подойдёт полый параллелепипед из пластика. Пластмасса или пластик – это общий термин для широкого диапазона синтетических или полусинтетических изделий полимеризации. Они состоят из органического сгущения синтетической смолы или ступенчато-полимеризованных (аддитивных) полимеров и могут содержать другие вещества, чтобы улучшить износоустойчивость или экономичность. Пластмассы могут быть сформированы в пленки или волокна. Пластмасса может классифицироваться многими способами, но наиболее часто по основам полимера (поливинил хлорид, полиэтилен, метакрилат полиметила и другие акрилаты, силиконы, полиуретаны и т.д.).

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкой электрической и тепловой проводимостью, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей.

Чтобы утилизировать пластик его нужно должным образом сжечь при высоких температурах, единственными произведенными химикалиями будут вода, углекислый газ и углеродистая зола. Если же его сжечь без достаточного количества кислорода или при более низких температурах он может произвести ядовитые пары и другие опасные побочные продукты. Пластик может быть переработан, и из переплавленного материала можно будет сделать скамейки для парка, игрушки и цветочные горшки.

Наличие корпуса у разрабатываемого устройства обеспечит надежность эксплуатации, удобство использования, герметичность и стойкость к агрессивным средам.


^ 4.2 Разработка печатной платы

Исходными данными к разработке топологии печатной платы является схема электрическая принципиальная, установочные размеры радиоэлементов узла и рекомендации по разработке монтажа для выбранной серии микросхем.

Печатные платы предназначены для электрического соединения элементов схемы между собой и в общем случае представляют вырезанный по размеру материал основания, содержащий необходимые отверстия и проводящий рисунок, который может быть выполнен как на поверхности, так и в объеме основания.

Печатные платы классифицируются по нескольким параметрам:

  • по числу проводящих слоев (одно-, двух- и многослойные);

  • по плотности проводников (свободные – ширина проводников и расстояние между ними 0,5 мм, уплотненные – 2,5 мм);

  • по виду материала основы (органический диэлектрик – текстолит, керамические материалы или на основе металлов);

  • по способу изготовления (химическое травление, электрохимическое осаждение);

  • по способу нанесения проводников (обработка фольгированных диэлектриков, нанесение тонких токопроводящих слоев).

Многослойные печатные платы (МПП) обеспечивают существенно большую плотностью размещения печатных проводников, что приводит к уменьшению массы и габа­ритов готового изделия. То же самое относится и к уплотненным печатным платам.

Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного сочетания исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую обработку плат.

При разработке конструкции печатных плат решаются следующие задачи:

  • схемотехнические – трассировка печатных проводников, минимизация количества слоев;

  • радиотехнические – расчет паразитных наводок, параметров линий связи;

  • теплотехнические – температурный режим работы печатной платы, теплоотвод;

  • конструктивные – размещение элементов на печатной плате, контактирование;

  • технологические – выбор метода изготовления, защита.

Высокая сложность современных схем приводит к необходимости автоматизации задач размещения, трассировки, расчета тепловых режимов, электромагнитного взаимодействия компонентов на печатной плате.

По существу, задача размещения и трассировки сводится к перебору (полному или частичному) возможных вариантов размещения соединяемых элементов и нахождения оптимального. Критерием оптимальности является минимальная сумма длин всех размещаемых на плате печатных проводников (либо более сложные целевые функции).

Разрабатываемая печатная плата должна иметь достаточно малые габариты, это определяется стремлением сделать программно-аппаратный терминал как можно меньших размеров без ухудшения его характеристик.

Для того, чтобы уменьшить размер печатной платы, необходимо применять радиоэлементы с маленькой установочной площадью. В качестве большинства таких элементов могут выступать малогабаритные SMD элементы.

Преимущество использования SMD элементов заключается не только в том, что они обладают малыми геометрическими размерами и, как правило, лучшими электрическими характеристиками, по сравнению с классическими выводными элементами, но и в том, что у этих элементов отсутствуют выводы, что позволяет уменьшить паразитные индуктивные и емкостные связи. Малогабаритный SMD элемент, как правило, обладает контактными площадками, которые занимают большой процент их общей площади, что улучшает теплоотведение от этих элементов. Малые размеры этих элементов приводят к тому, что они меньше греются.

SMD элементы на плату крепятся поверхностным монтажом и, как правило, полностью соприкасаются с печатной платой всей своей поверхностью, что обеспечивает лучшее теплоотведение [2]. Так же, малые размеры SMD элементов определяют то, что при изменении температуры окружающей температуры в больших пределах, они обладают малым коэффициентом температурной деформации, так как сами по себе они очень малы. Малая деформация элементов при изменении температуры значительно снижает нагрузку на паяное соединение и на сам элемент, что значительно увеличивает надежность устройства. Однако, вместе с тем, такие элементы очень чувствительны к деформации печатной платы, что порождает ещё одно требование к печатной плате. Печатная плата должна иметь достаточно большую жесткость, чтобы исключить порчу SMD элементов из-за принудительной деформации печатной платы.

Малогабаритные SMD элементы припаиваются на контактные площадки, расположенные со стороны установки элементов. Существует возможность использовать однослойную печатную плату, однако чтобы выполнить требования по обеспечению минимальной ширины печатного проводника и минимального расстояния между печатными проводниками, данные элементы необходимо было бы располагать на достаточно большом расстоянии друг от друга. Большую часть печатной платы занимали бы печатные проводники, которые осуществляют соединение припаиваемых элементов. Такой вариант изготовления печатной платы не приемлем, так как не позволит достичь малых габаритов платы, поэтому необходимо применять двухстороннюю печатную плату, а соединение между слоями осуществлять по средствам металлизированных отверстий.

Печатные проводники, расположенные на разных слоях печатной платы желательно располагать перпендикулярно друг другу либо под углом, так как параллельное размещение проводников на разных слоях приведет к повышению паразитных емкостей между ними, что может сказаться на работе устройства. Однако, не исключено, что на разных слоях платы проводники могут располагаться параллельно, в таком случае, необходимо их разносить на некоторые расстояния друг от друга, либо уменьшать участки, где проводники идут параллельно. Следует учитывать, что, к примеру, параллельное расположение какого либо сигнального печатного проводника и общего печатного проводника на плате не будет давать отрицательного результата, однако взаимное параллельное расположение сигнальных печатных проводников может сильно сказаться на качестве устройства[3].

Как уже говорилось ранее, устанавливаемые элементы имеют достаточно малые геометрические размеры и расстояния между выводами. Разрабатываемая печатная плата согласно ГОСТ 23.751-86 имеет третий класс точности.

Третий класс точности изготовления печатных плат имеет следующие характеристики:

  • минимальная ширина печатного проводника: 0,25 мм;

  • минимальное расстояние между краями соседних элементов разрабатываемого рисунка: 0,25 мм;

  • минимальная гарантированная ширина пояска вокруг отверстия: 0,1 мм;

  • отношение номинального значения диаметра наименьшего из отверстий, к толщине печатной платы: 0,33 мм.

Разводку печатной платы произведем при помощи САПР производства компании Altium P-CAD 2006. Система P-CAD 2006 представляет собой новейшую версию популярного пакета для сквозного проектирования аналоговых, цифро-аналоговых и аналого-цифровых устройств и для автоматизированного проектирования печатных плат. В частности, она позволяет выполнять сле­дующие операции:

  • подбирать элементную базу в соответствии с техническим заданием;

  • вести библиотеки символов, топологических посадочных мест и мо­делей компонентов;

  • осуществлять графический ввод схемы и ее упаковку на печатную плату;

  • выполнять трассировку в ручном, интерактивном и автоматическом режимах;

  • проводить смешанное аналого-цифровое моделирование на основе ядра SPICE3;

  • выявлять ошибки в схеме и печатной плате, вплоть до анализа це­лостности сигналов и перекрестных искажений;

  • выпускать полный комплект конструкторско-технологической до­кументации для передачи на предприятие - изготовитель печатных плат [4].

В состав данного программного комплекса входит несколько тесно интегри­рованных между собой модулей.

Library Executive — диспетчер библиотек, значительно упрощаю­щий процесс подбора элементной базы для конкретного проекта. Библиотеки P-CAD отличаются удобным интерфейсом и позволяют эффективно структурировать в табличной форме упаковочную ин­формацию о нумерации и именовании выводов компонентов, логи­ческой эквивалентности выводов и прочих параметрах. Кроме того, они содержат обширную базу данных о продукции ведущих миро­вых производителей микроэлектроники (Motorola, Analog Devices, AMD, Texas Instr. и т. д.).

Symbol Editor - графический редактор для формирования условно-графических обозначений (УГО) библиотечных компонентов. Осна­щен средствами для автоматизации разработки логических компонентов и для проверки правильности полученных символов.

Pattern Editor - графический редактор для формирования поса­дочных мест компонентов. В его состав входит программа-мастер Pattern Wizard, облегчающая процесс создания корпусов для типо­вых компонентов (например, интегральных микросхем).

Schematic - графический редактор для ввода принципиальных схем изделия. К числу его сильных сторон стоит отнести возможность по­лучения многолистовых схем (в том числе с иерархической структу­рой), наличие средств для проверки проекта и для редактирования библиотек символов компонентов. Применение специально создан­ных шрифтов, удовлетворяющих требованиям российских ГОСТов и внедренных в систему проектирования, позволяет использовать на схеме и ПП надписи на русском языке.

РСВ - графический редактор, позволяющий пользователю само­стоятельно или с помощью набора функций Visual Placement Area (VPA) разместить модули на монтажно-коммутационном поле и провести трассировку проводников в ручном, интерактивном или автоматическом режимах. Осуществляет контроль над соблюдени­ем технологических норм и правил и дает возможность создавать на плате особые участки, в которых не действуют назна­ченные для всего проекта ограничения.

Document Toolbox - включенная в приложения РСВ и Schematic утилита, значительно облегчающая подготовку конструкторской документации. В частности, она предназначена для нанесения на чертежи вспомогательной информации: динамически обновляемых списков и отчетов, диаграмм и таблиц, технологических и учетных сведений, списков соединений, выводов подключения питания т.д.

Автотрассировщики - особые модули для автоматической проклад­ки проводников на печатной плате. Входящее в состав базового па­кета приложение Quick Route позволяет вести трассировку на про­стых двухсторонних печатных платах по фиксированным сеткам. Для более сложных проектов, предусматривающих использование компонентов с большим числом выводов и малым расстоянием меж­ду ними, имеет смысл дополнительно приобрести сеточный трасси­ровщик Pro Route или бессеточный трассировщик Situs.

Interroute Gold и Advanced Route - дополнительные наборы ко­манд для РСВ, позволяющие в интерактивном режиме проклады­вать проводники, автоматически раздвигая помехи. Существенно облегчают и ускоряют ручную и интерактивную трассировку.

Эти мини-программы извле­кают данные из открытых проектов (схем или печатных плат), обра­батывают их, составляют отчеты или добавляют в проект атрибуты или геометрические объекты. В частности, российскими специали­стами разработан комплект DBX-утилит для оформления докумен­тации, отвечающей требованиям национального стандарта ЕСКД, Справочник конструктора (Constructor Reference) и т.д.

InterPlace/PCS - многофункциональная DBX-утилита, облегча­ющая размещение компонентов. Входящий в ее состав инструмент PCS (Parametric Constraint Solver) позволяет на начальной стадии реализации проекта сформулировать набор правил проектирова­ния, которыми впоследствии станут руководствоваться прочие мо­дули системы.

Protel Advanced Sim - основанная на языке описания Spice 3f5 си­стема цифрового, аналогового и цифро-аналогового моделирова­ния. Обеспечивает возможность выполнять анализ по самым раз­личным параметрам (постоянному току, частоте, спектральным ха­рактеристикам, шуму, температуре, переходным процессам), а также статистический анализ методом Монте-Карло, расчет передаточной функции, нулей и полюсов.

Signal Integrity - инструмент для анализа влияния конструкции пе­чатной платы на условия распространения сигналов (задержка, по­тери, паразитные наводки, согласование с источниками и нагрузка­ми).

В P-CAD 2006 используются принципы, отличающие ее от других пакетов для ПК. В частности, имеется возможность доступа ко всем элементам на более низких уровнях иерархии, например, при работе с печатной платой имеется возможность изменить расположение выводов и графику контактных площадок корпусов компонентов. В редакторе PCB существуют режимы ручной и продвинутой (полуавтоматической) трассировки проводников.

Количество элементов и схема электрическая принципиальная обуславливает выбор двухсторонней печатной платы. Так как слои будут соединены между собой при помощи металлизации отверстий, то плата должна быть изготовлена комбинированным методом.

Материал печатной платы выберем согласно ГОСТ 10316-78 c учетом требований к жесткости и стойкости при нагреве. Таким образом, был выбран стеклотекстолит марки СФ-2-35-1,5, представляющий собой стеклотекстолит фольгированный двухсторонний, нагревостойкий, с толщиной фольги 0,35 мм и имеющий толщину 1,5 мм.

Рисунок печатной платы изображен на чертеже БрГТУ.007817.012.






Скачать файл (3931.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации