Федеральное агентство по образованию
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет автоматики и электромеханики
Кафедра автоматизированных вычислительных систем
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Конструкторско-технологическоеобеспечение производства ЭВМ»
Тема проекта «Разработка устройства “Светодиодныйпробник p-n переходов”»
Расчетно-пояснительная записка
ВОРОНЕЖ 2009
Содержание
Задание на курсовой проект
Замечание руководителя
Введение
1. Описание работы устройства
2. Создание интегрированной библиотеки компонентов
2.1 Создание символов компонентов
2.2 Создание посадочных мест компонентов
2.3 Формирование таблиц выводов компонентов
3. Создание принципиальной электрической схемы
3.1 Настройка редактора P-CAD Schematic
3.2 Ввод принципиальной электрической схемы устройства
3.3 Верификация схемы
3.4 Оформление чертежа схемы по ЕСКД
4. Создание печатной платы
4.1 Настройка редактора P-CAD PCB
4.2 Упаковка принципиальной электрической схемы на печатную плату
4.3 Размещение компонентов на печатной плате
4.4 Трассировка печатной платы
4.5 Верификация печатной платы
4.6 Добавление рамки со штампом
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ А
ПРИЛОЖЕНИЯ Б
ПРИЛОЖЕНИЯ В
ПРИЛОЖЕНИЯ Г
ВВЕДЕНИЕ
Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат(ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-СAD входят четыреосновных модуля – P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательныхпрограмм.
P-CAD Schematic и P-CADPCB – соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем иПП. Редакторы имеют системы всплывающих меню в стиле Windows, а наиболее частоприменяемым командам назначены пиктограммы.
Автотрассировщики вызываются из управляющей оболочки P-CAD РСВ, где ипроизводится настройка стратегии трассировки. Информацию об особенностяхтрассировки отдельных цепей можно с помощью стандартных атрибутов ввести наэтапах создания принципиальной схемы или ПП. Трассировщик QuickRoute относитсяк трассировщикам лабиринтного типа и предназначен для трассировки простейшихПП. Трассировщик Shape-Based Autorouter — бессеточная программаавтотрассировки ПП. Программа предназначена для автоматической разводкимногослойных печатных плат с высокой плотностью размещения элементов.Эффективна при поверхностном монтаже корпусов элементов, выполненных вразличных системах координат. Имеется возможность размещения проводников подразличными углами на разных слоях платы, оптимизации их длины и числапереходных отверстий.
1. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА
Светодиодный пробник p-n переходов
Позволяет проверить “обычные” диоды и транзисторы (например серии КД522,КТ503, КТ801), но и многие кремневые биполярные высокочастотные транзисторы идиоды. (не рекомендуется проверять некоторые германиевые высокочастотные исверхчастотные маломощные транзисторы (серии ГТ341, ГТ 346, ГТ387 и т.п.) икремневые сверхвысокочастотные(серии КТ3115, 2Т3124 и др.), требующие особобережного обращения.
Принцип работы.
Питающее напряжение переменного тока поступает на выпрямитель из диода VD1 и сглаживающего конденсатора C1, а также на цепочку R2VD2VD3,ограничивающего амплитуду импульсов подводимых к зажимам X1,X2 до 3.5-4.2В.
Когда к зажимам ничего не подключено или проверяемый переход имеет обрыв(сгорел), плюсовые полуволны напряжения проходят через диоды VD5, VD4 и заряжают конденсатор C3 до напряжения около 1.5 В. Полевой транзистор VT1 закрывается, а биполярный VT2 открывается. Зажигается зеленыйкристалл светодиода.
В то же время полуволны минусовой полярности проходят через диоды VD6, VD7 и заряжают конденсатор C2. Открывается транзистор VT3, зажигается кристалл красного цвета. В итоге одновременногосвечение обоих кристаллов приводит к тому, что зеленый и красный цвета,смешиваясь, дают желтый цвет свечения.
Если к зажимам подключить исправный диод в показанной на схемеполярности, амплитуда минусовых полуволн будет ограничена на уровне падениянапряжения, на открытом переходе диода. Тогда диоды VD6,VD7 окажутсязакрытыми, что приведет к разрядке конденсатора C2 и закрытию транзистора VT3. Индикатор Hl1светится зеленым цветом. Когда диод окажется подключенным к зажимам в обратнойполярности, откроется транзистор VT1, аVT2 закроется. Индикатор будетсветиться красным цветом.
В случае короткого замыкания проверяемого перехода оба биполярныхтранзистора окажутся закрытыми, что приведет к погасанию светодиода.
Резистор R3 способствуетболее полному открыванию транзистора VT1, что позволяет, использовать на его месте транзистор с небольшимначальным током стока.
/>
Рисунок 1 — Схема электрическая принципиальная
2. СОЗДАНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ БИБЛИОТЕКИ КОМПОНЕНТОВ
Создание компонентов схемы в системе P-CAD производится спомощью трех редакторов:
1. P-CAD Symbol Editor (Редактор символов). В этом редакторе создаютсяусловно-графические обозначения (символы) компонентов схемы.
2. P-CAD Pattern Editor (Редактор шаблонов). В этом редакторе создаются посадочныеместа (шаблоны) компонентов схемы.
3. P-CAD Library Executive (Менеджер библиотек). В данном редакторе заполняютсятаблицы соответствия выводов между символами и их шаблонами.
2.1 Создание символов компонентов
Если есть готовые библиотеки, то символы компонентов можно взять из этихбиблиотек. Если в библиотеке нужного символа нет (или нет библиотеки), то егонужно создать и записать в библиотеку (или создать новую библиотеку). Символыкомпонентов принципиальной электрической схемы создаются в редакторе P-CAD Symbol Editor.
Для выполнения задания необходимы следующие символы компонентов схемы:
1. Электролитический конденсатор.
2. Конденсатор.
3. Резисторы мощностью 0,125 и 0,25.
4. Транзистор p-n-p.
5. Двухцветный светодиод L799.
6. Диод.
7. Транзистор полевой p-n-p.
8. Стабилитрон.
8. Контакты.
9. Питание.
10. Заземление.
Вначале необходимо создать библиотеку, в которую будут записыватьсясоздаваемые компоненты, в том числе и их символы. Для этого нужно выбрать пунктменю Библиотека/Новый и в стандартном диалоговом окне сохранения файлов ввестиимя новой библиотеки (MyPCAD.lib) и сохранить ее.
Далее устанавливаются следующие настройки редактора в пункте меню Параметры:
1. Размер рабочейобласти окна – А4.
2. Единицы – mm.
3. Шаг сетки – 2,5 мм и 1,25 мм.
4. Толщина линии – 0,6 мм.
5. Стиль текста – DefaultTTF.
В результате формируется требуемый символ, который необходимо сохранить всозданной ранее библиотеке MyPCAD.lib.
2.2 Создание посадочных мест компонентов
Если есть готовые библиотеки, то посадочные места компонентов можно взятьиз этих библиотек. Если в библиотеке нужного шаблона компонента нет (или нетбиблиотеки), то его нужно создать и записать в библиотеку (или создать новуюбиблиотеку). Посадочные места компонентов создаются в редакторе P-CAD Pattern Editor.
Для выполнения задания необходимы следующие шаблоны компонентов схемы:
1. Сглаживающий конденсатор 470 мкФ.
2. Конденсатор 10мкФ * 6.3 В, 0,22 мкФ.
3. Резисторы 39, 820 Ом; 22, 2.7, 1.2, 12, 56 КОм; 5.1 Мом.
4. Транзисторы КТ3107И.
5. Двухцветный светодиод L799.
6. Диоды КД103А.
7. Диод КД209А.
8. Транзистор 2П103Б.
9. Стабилитроны КС133А.
10. Контакты.
11. Питание ±12 В.
12. Заземление.
Перед тем как создавать посадочные места нужно создать файлтехнологических параметров, в котором задаются стили контактных площадок истили переходных отверстий. Предварительно устанавливаются следующие настройкив пункте меню Параметры:
1. Размер рабочейобласти окна – 80 мм x 80 мм.
2. Единицы – mm (миллиметры).
3. Шаг сетки – 2,5 мм и 1,25 мм.
4. Ширина дорожки – 0,25 мм.
5. Размер, форма идиаметр контактной площадки.
6. Стиль текста – DefaultTTF.
7. Слой – Top Silk.
В таблице 1 приведены посадочные места и символы, используемые в проекте.
Таблица 1 — Посадочные места и символыНазвание компонента Символ Посадочное место Двухцветный светодиод L799
/>
/> Конденсатор 0,22 мкФ
/>
/> Контакты
/>
/> Диод КД103А
/>
/> Диод КД209А
/>
/> Стабилитрон КС133А
/>
/>
/>
/> Резистор мощностью 0,125
/>
/> Резистор мощностью 0,25
/>
/> Транзистор КТ3107И
/>
/> Питание ±12 В
/>
/> Заземление
/>
2.3 Формирование таблиц выводов компонентов
При решении задачи формирования таблиц выводов компонентов используетсяредактор P-CAD Library Executive.
Для выполнения задания необходимы библиотеки, содержащие следующиекомпоненты:
1. Сглаживающийконденсатор 470 мкФ.
2. Конденсатор 10мкФ* 6.3 В, 0,22 мкФ.
3. Резисторы 39, 820Ом; 22, 2.7, 1.2, 12, 56 КОм; 5.1 МОм.
4. ТранзисторыКТ3107И.
5. Двухцветныйсветодиод L799.
6. Диоды КД103А.
7. Диод КД209А.
8. Транзистор 2П103Б.
9. СтабилитроныКС133А.
10. Питание ±12 В.
11. Заземление.
Сформируем таблицы выводов созданных элементов с помощью редактора P-CAD Library Executive. Для начала открывается библиотека ссозданными элементами в этом редакторе. В результате получается список всехсозданных элементов.
/>
Рисунок 2 — Заземление
/>
Рисунок 3 — Резисторы39 Ом, 12 КОм, 22 КОм, 56 КОм, 2.7 КОм, 1.2 КОм, 820 Ом
/>
Рисунок 4 — Резистор 5.1 МОм
/>
Рисунок 5 — Сглаживающий конденсатор 470мкФ
/>
Рисунок 6 — Диод КД 209А
/>
Рисунок 7 — Стабилитрон КС 133А
/>
Рисунок 8 — Диод КД103А
/>
Рисунок 9 — Конденсатор 10 мк * 6,3 В
/>
Рисунок 10 — Конденсатор 0,22 мкФ
/>
Рисунок 11 — Биполярный транзистор КТ3107И
/>
Рисунок 12 — Полевой транзистор 2П103Б
/>
Рисунок 13 — Двухцветныйсветодиод L799
3. СОЗДАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
3.1 Настройка редактора P-CAD Schematic
Принципиальная электрическая схема создается в P-CAD Schematic (Редакторе схем).
Устанавливаются следующие настройки редактора в пункте меню Параметры:
1. Размер рабочейобласти окна – А2.
2. Единицы – mm (миллиметры).
3. Шаг сетки – 2,5 мм.
4. Толщина линии – 0,25 мм.
5. Стиль текста – DefaultTTF.
Для ввода схемы электрической принципиальной необходимо подключитьсозданную библиотеку (MyPCAD.LIB). Это производится выбором пунктаменю Библиотека/Настройка и добавлением в открывшемся окне данной библиотеки.
3.2 Ввод принципиальной электрической схемы
С помощью пиктограммы “поместить” элемент к схеме добавляются элементы,которые берутся из подключенной библиотеки. Расстановка этих элементовпроизводится согласно исходной схеме (рисунок 1). Затем элементы соединяютсямежду собой с помощью пиктограммы “поместить” провод. В результате получаетсясхема электрическая принципиальная.
3.3 Верификация схемы
При создании сложных электрических схем практически трудно избежатьошибок при вводе всех объектов схемы. Поэтому всегда необходимо производитьпроверку схемы на наличие синтаксических ошибок («висячие» цепи и контактыкомпонентов, одноконтактные цепи и т. п.). Проверку схемы выполняют по команде Утилиты/ERC (Electrical Rules Check — проверкаправильности электрических соединений).
3.4 Оформление чертежа схемы по ЕСКД
Предварительно необходимо выбрать из имеющихся файлов форматов (формат SCH) требуемый и создать из него шаблонрамки и штампа по следующему правилу:
1. Открыть документ с форматом в P-CAD Schematic.
2. Выбрать пункт меню Файл/Сохранить как.
3. В поле имени файла заменитьрасширение SCH на TTL и взять все имя с расширением в кавычки.
4. Сохранить в папке Titles программы P-CAD.
Добавление рамки и штампа к схеме в программе P-CAD Schematic осуществляются при помощи окна Опцииповерхностей, входящего в состав диалогового окна Конфигурация опций (Параметры/Конфигурация)и вызываемого с помощью режима Редактировать листы заголовков в поле Листызаголовка. В списке Sheets необходимовыбрать лист, для которого требуется рамка. С помощью кнопки “Выбор…” в поле Блокзаглавия выбирается рамка в папке Titles, расположенной в каталоге P-CAD 2001. Затем необходимо нажать кнопку “Модификация” взакладке “Заголовки”.
С помощью кнопки “Поля” вызывается окно “Информация” о проекте, в которомво вкладке “Поля” заполняются основные надписи на чертеже. Заполнить требуетсяте поля, которые отмечены в столбце Value. В результате получается схема, оформленная по ЕСКД, котораяпредставлена в приложении А.
4. СОЗДАНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
4.1 Настройка редактора P-CAD PCB
Устанавливаются следующие настройки редактора в пункте меню Параметры:
1. Размер рабочейобласти окна – 200 мм х 200 мм.
2. Единицы – mm (миллиметры).
3. Шаг сетки – 2,5 мм и 1,25 мм.
4. Толщина линии – 0,25 мм.
5. Стиль текста – DefaultTTF.
Правила проектирования
Стиль контактной площадки и стиль переходного отверстия – устанавливаютсяпри подключении файла технологии проекта в меню Файл/Параметры технологиипроекта (KpkProj.DTP).
4.2 Упаковка принципиальной электрической схемы на печатную плату
Для упаковки схемы требуется в редакторе P-CAD Schematic в пункте меню Утилиты/Генерироватьсписок соединений создать файл списка соединений формата P-CAD ASCII (KpkProj.net). Затем в редакторе P-CAD PCB этот файл надо загрузить при помощи пункта меню Утилиты/Загрузитьсписок соединений. В результате получим упакованную электрическуюпринципиальную схему на монтажно-коммутационное поле печатной платы (ПриложениеБ).
4.3 Размещение компонентов на печатной плате
Далее рисуется контур (размер приведен в техническом задании) печатнойплаты. Это производится с помощью пиктограммы Поместить дорожку в слое Board. Сам файл с данным контуромназывается KpkProj.pcb. Его требуется только изменить под свои размеры,указанные в задании.
Размещение компонентов проводится вручную. При этом используетсяпроцедура автоматического выравнивания. Для этого необходимо выбратькомпоненты, которые нужно выровнять, и с помощью контекстного меню выбратьсначала точку выбора, а затем параметры выравнивания, выбрав в контекстном менюпункт Align.
4.4 Трассировка печатной платы
Перед трассировкой печатной платы проводится процедура оптимизациисвязей, вызываемая из пункта меню Утилиты/Оптимизировать сети. В результатеполучается вид размещения компонентов с оптимизированными связями.
Трассировку можно провести несколькими способами:
1. Ручнаятрассировка.
2. Интерактивнаятрассировка.
3. Автоматическаятрассировка.
Автоматическая трассировка может быть проведена с помощью как минимумдвух программ (утилит):
1. QuickRoute.
2. Shape-BasedRouter.
3. Результатытрассировки 90° представлены в приложении Г. Результаты трассировки 45° представленыв приложении В.
4.5 Верификация печатной платы
После завершения разработки топологии печатной платы и передформированием данных для выпуска фотошаблонов необходимо проверить плату насоответствие принципиальной схеме, правилам проектирования и технологическимограничениям, т. е. тем правилам, которые установлены командой Параметры/Правилапроектирования. Проверка производится с использованием утилиты DRC (Design RuleCheck) Запускается утилита командой Утилиты/DRC.
Затем можно проверить на идентичность схему электрическую принципиальнуюи печатную плату. Для этого выбирается пункт меню Утилиты/Сравнить списоксоединений. В появившемся окне выбирается список соединений, с которым будетсравнена печатная плата. В области Атрибуты выбираются категории, по которымбудет сравниваться печатная плата. После завершения сравнения выдаетсятекстовый отчет о наличии различий в схеме и печатной плате.
4.6 Оформление чертежа печатной платы по ЕСКД
Предварительно необходимо выбрать из имеющихся файлов форматов (формат PCB) требуемый и создать из него шаблонрамки и штампа по следующему правилу:
1. Открыть документ с форматом в P-CAD PCB.
2. Выбрать пункт меню Файл/Сохранить как.
3. В поле имени файла заменить расширение PCB на TBK 4сохранить в папке Titles программы P-CAD.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Учебное пособие“Автоматизация проектирования электронных средств”.
2. Самоучитель по P-CAD.
3. А. В. Лопаткин. “Проектирование печатных плат в системе P-CAD 2001”. Учебное пособие для практических занятий. НГТУ, 2002 год.
4. А.С. Уваров,“Автотрассировщики печатных плат” Издательство: ДМК пресс. 2006.
5. Александр В.Лопаткин “P-CAD 2004”. Издательство: БХВ-Петербург. 2006.
Приложение А
/>
Приложение Б
/>
ПРИЛОЖЕНИЕ В
/>
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
/>