Резисторы обеспечивают достаточный ток, чтобы смутно освещать светодиод, подключенный к пин, который был сконфигурирован как вход. Если светодиоды в проекте работают, но очень слабо, это, скорее всего, что программист забыл использовать pinMode (), чтобы установить контакты с выходами.

Резисторами контролируются те же регистры (внутренние ячейки памяти чипа), которые контролируют, будет ли вывод высоким(HIGH) или низким(LOW). Следовательно, пин, который настроен на подтягивающие резисторы, включен, когда пин является входом. Пин будет иметь контакт настроенный как высокий, если контакт поменяется из входа в выход вместе с pinMode (). Это работает также и в другом направлении.

Свойства пина настроенного как выход.

Пины, настроенные как выход с pinMode (), находится в состоянии с низким-импедансом. Это означает, что они могут обеспечить значительное количество тока с другими цепями схемы. Atmega выводы могут обеспечит положительный ток или обеспечивать отрицательный ток до 40 мА с другими устройствами. Это достаточный ток, чтобы ярко загорался светодиод, или запустить большое количество датчиков, но не достаточный ток для запуска большинства реле, соленоидов или двигателей.

Короткое замыкание на контактах Arduino, или попытки запустить устройства с высоким током от них, могут повредить или уничтожить выходы транзисторов на контактах или повредить внутренний чип Atmega. Часто это приводит к "мертвому" контакту микроконтроллера, но оставшийся чип по-прежнему будет работать адекватно. По этой причине подключение выходных контактов к другим устройствам с резисторами 470 Ом или 1 кОМ, если максимальный ток от контактов не требуется для конкретного приложения.

Аналоговые входные контакты.

Описание аналоговых входных пинов на чипе Arduino (Atmega8, Atmega168, ATmega328, или ATmega1280).

А / Ц преобразователь.

Atmega контроллеры используются для Arduino содержащие бортовой 6-канальный аналого-цифровой (А / Ц) преобразователь. Преобразователь имеет разрешение 10 бит, возвращая целые числа от 0 до 1023. В то время как основная функция аналоговых контактов для большинства пользователей Arduino является чтение аналоговых датчиков. Аналоговые контакты также имеют все функции общего назначения ввода / вывода (GPIO) пинов (так же, как цифровые выводы 0 - 13).

Следовательно, если пользователю необходимы более общие назначения контактов ввода-вывода, и все аналоговые контакты не используются, аналоговые контакты могут быть использованы для GPIO.

Pin отображение.

Аналоговые выводы могут быть использованы идентично с контактами цифрового, используя псевдонимы A0 (для аналогового входа 0), A1 и т. д. Например, код будет выглядеть следующим образом, чтобы установить аналоговый пин 0-ем на выход и установить его высоким(HIGH):

pinMode(A0, OUTPUT);

digitalWrite(A0, HIGH);

Подтягивающие Резисторы.

Аналоговые контакты также имеют подтягивающие резисторы, которые работают идентично подтягивающим резисторам на цифровых выводах. Они задействованы путем таких команд, как:

digitalWrite(A0, HIGH); // set pullup on analog pin 0

в то время как пин является входом.

Имейте в виду, что включение подтягивающего резистора повлияет на значения analogRead ().

Подробности и предостережения.

AnalogRead команда не будет работать правильно, если контакт уже был установлен ранее как выход, так что если это так, установите его обратно на вход перед использованием analogRead. Аналогично, если пин был установлен на HIGH, как выход, при подтягивающем резисторе переключите обратно на вход.

PWM.

Широтно-импульсная модуляция или ШИМ, это техника для получения аналоговых результатов цифровыми значениями. Цифровое управление используется для создания прямоугольных импульсов, сигнал включается и выключается. Этот двухпозиционный рисунок может имитировать напряжения между 5В и 0В. Продолжительность "на время" называется шириной импульса. Чтобы получить различные аналоговые значения, нужно изменить, или смодулировать длительность импульса. Если вы повторите это включение-выключение модели достаточно быстро со светодиодом, результат, как если бы сигнал являлся постоянным напряжением от 0 до 5V ,это управление яркостью светодиодов.

На рисунке 08, зеленые линии представляют очередной период времени. Этот период является обратной частотой ШИМ. Другими словами, с частотой ШИМ Arduino примерно 500 Гц, то отрезок между зелеными линиями будут равны 2 мс. Операция analogWrite () является по шкале от 0 - 255, так что analogWrite (255) просит 100% рабочий цикл (всегда), а analogWrite (127) просит 50% рабочего цикла (на половину времени).

Рисунок 8. Широтно-импульсная модуляция

1.2 Конструкторско-технологическая часть

1.2.1 Проектирование печатной платы

Печатная плата была спроектирована программой P-CAD 2006.

P-CAD - программа для моделирования печатных плат со встроенными подсистемами (средами), которые позволяют подготовить все необходимые элементы для трассировки печатных плат.

В программу входят такие системы как:

· Symbol Editor

· Pattern Editor

· Library Executive

· Schematic

· PCB

Symbol Editor - подсистема P-CAD, в которой инженер рисует символы для электрической принципиальной схемы.

Pattern Editor - подсистема P-CAD, в которой инженер рисует символы радиоэлементов, т.е. их физические габариты для размещения их на печатной плате.

Library Executive - подсистема P-CAD, в которой инженер объединяет символы и паттерны в один элемент.

Schematic - подсистема P-CAD, в которой инженер рисует схему электрическую принципиальную и создает NetList.

PCB - подсистема P-CAD, в которой инженер трассирует печатную плату, перед этим загрузив NetList.

Более подробно о программе написано в разделе «Решение задач на ЭВМ».

Проектирование начиналось с подсистемы Symbol Editor. Выбирается удобная сетка для моделирования символов. Но рекомендуется брать 0.5мм, так как достаточно удобно чертить линии. Могут возникать трудности с тем, что приходится выставлять сетку 0.01мм, так как у большинства радиоэлементов расстояние между металлизированными отверстиями = 1 дюйм = 2.54 мм, вот 0.04 мм и приходится достраивать при выставлении сетки 0.01мм, но это больше относится к подсистеме Pattern Editor.

Далее мы выбираем опцию на панели инструментов PlaceLine или PlaceArc в зависимости, что мы хотим начертить линию или дугу(круг). После построения элемента, выбираем панель PlacePin для того, чтобы поставить выводы для элементов.

Обязательно выбираем RefPoint - это точка привязки к сетке, она нужна для того, чтобы позже в подсистеме Schematic не было проблем. Более того, подсистема не даст вам сохранить элемент без точки привязки, т.к. она должна быть в обязательном порядке. Удобней всего её ставить на первый вывод проводника.

Добавляем необходимые атрибуты опцией Place Attribute такие как - RefDes,Type и Value - некоторые атрибуты можно ставить на свое усмотрение. Также можно вставлять текст на символах функцией PlaceText - это дает возможность написать назначение контакта, например на каких-нибудь символах микроконтроллеров, вилок, переходников.

После того как символ готов, нужно создать библиотеку. Создается вкладкой сверху Library > New.

Сохраняем в эту библиотеку все символы, которые создали. Удобно иметь одну библиотеку со всеми необходимыми символами, чтобы не подключать в дальнейшем много библиотек и не разбираться в большом количестве ненужных символов в одной библиотеке, т.к. найти нужный символ может усложнить процесс моделирования.

Переключаться между системами можно через ту подсистему, в которой вы находитесь через вкладку Utils и выбираем нужную среду.

Рисунок 9. Готовый символ вилки IDC10

Переключаемся в среду Pattern Editor. Как и в предыдущей среде, нужно выбирать подходящий шаг сетки.

Основное отличие от Symbol Editor, то, что в данной подсистеме очень важно выбирать слой, которым рисуются линии. Существует различие между слоями, т.к. в дальнейшем эти слои учитываются в среде PCB.

Top - верхний слой платы, обычно это проводники, полигоны

Bottom - нижний слой платы, обычно это проводники, полигоны

Top Silk - верхний слой, показывающий в основном ограничения физических габаритов радиоэлементов и макетирование

Bot Silk - нижний слой, показывающий в основном ограничения физических габаритов радиоэлементов и макетирование

Top Mask - маска для верхнего слоя

Bot Mask - маска для нижнего слоя

Top Paste - паста для верхнего слоя

Bot Paste - паста для нижнего слоя

Top Assy - верхний слой в сборке

Bot Assy - нижний слой в сборке

Board - внешний слой всей платы, обычно это верхний и нижний слой вместе.

Пользуясь Datasheet'ами и инструкциями потому как смоделировать радиоэлементы в P-CAD, они чертятся также как и в Symbol Editor. Однако добавляются такие функции как:

Place Pad - Поставить контактную площадку, они могу быть квадратными, либо сквозными и круглыми. Аналогично Place Pin в Symbol Editor - это площадки для подключения проводников.

Place Via - Установить сквозное металлизированное отверстие. Обычно это требуется в PCB для перехода проводника с верхнего слоя в нижний или наоборот. Либо вообще объединить проводник с каким-либо полигоном, который отвечает за питание, землю, или ещё какой проводник. Имеется ввиду не обязательно, что именно с верхнего слоя проводник идёт на нижний. Это многоуровневая система может взаимодействовать между друг другом, благодаря этим сквозным отверстиям.

Place Glue Point - Расположение места, где будет наноситься клей. Обычно устанавливается, чтобы закрепить радиоэлемент на плате и защитить его от механических и вибрационных воздействий, подразумевая, что под этим местом, желательно не проводить проводники.

Place Pick Point - Расположение посадочного места. Устанавливается в центре радиоэлемента.

Place Test Point - Расположение тестируемой точки, с которой будут проводить испытания на сигнал.

Place Keepout - Расположение полигона, который изолирует прохождение проводников, через него. Устанавливается слой такой же как на какой стороне будет расположен элемент.

Place Cutout - Расположение сквозного отверстия через которое проводники не могут проходить.

Нумеруем контактные площадки, ставим точку привязки к сетке.

Рисунок 10. Готовый паттерн вилки IDC10

Аналогично среде Symbol Editor все паттерны сохраняем в ту же библиотеку. Все меры удобства также аналогичны. Библиотека разбирается в подсистемах.

Заходим в подсистему Library Executive. В этой системе нужно загрузить библиотеку или библиотеки, если вы нашли эти элементы, созданные другими пользователями P-CAD.

В этой среде во вкладке Component>New мы создаем новый компонент. Выбираем библиотеку, из которой мы будем брать символ и паттерн, именно поэтому удобно использовать одну библиотеку под один проект. Это увеличивает скорость работы и экономит время в поиске нужного символа или паттерна.

Выбрав символ и паттерн, назначаем значение Pin'ы символа и Pad'ы паттернов в соответствие. Также выставляем Gate# и GateEq,их можно поставить 0 или 1,причём оба должны быть одинаковыми, это функция говорит о том, что один Pin-Pad имеет одно назначение. В простых резисторах, конденсаторах и катушках можно ничего не ставить, т.к. какой стороной вы соедините в схеме не важно, если это не предусмотрено инструкцией или обратное подключение имеет другой эффект в схеме.

Рисунок 11. Компонент подстроечного резистора 3266

Создав компонент, сохраняем их в библиотеку и так с каждым компонентом. Заполнив библиотеку необходимыми компонентами. Мы создали базу, в которой каждый символ, отвечает соответственному паттерну и наоборот, делая его одним целым.

Далее переходим в подсистему Schematic. Возможности этой подсистемы велики, но в данной работе опишем необходимые, которые были использованы в проекте.

В данной среде первым образом загружаем библиотеку, из которой будут выбраны символы для моделирования схемы электрической принципиальной. Желательно выставить шаг сетки такой, в которой шаг будет равен шагу Pin'а в вилках, микроконтроллерах и других элементов (устройств), которые имеют только выводы.

Опишем важнейшие функции данной подсистемы:

Place Part - добавление символа из библиотеки

Place Wire - проводка проводников

Place Bus - проводка общей шины

Остальные функции существуют также как и в подсистеме Symbol Editor.

Рисунок 12. Электрическая принципиальная схема проекта

Такой панелью инструментов и создается принципиальная электрическая схема. Затем сохраняем схему для предусмотрительности что-либо, изменить. После сохранения обязательно нужно создать NetList - Utils>Generate Netlist - он нужен для подсистемы PCB, чтобы создались линии связи, заданные в Schematic.

Загружаемся в среду PCB, где и происходит трассировка печатной платы. В первую очередь загружаем только что сгенерированный Netlist. Программа автоматически выставляет в ряд паттерны компонентов и синие тонкие линии - это и есть линии связи. Они показывают, какой проводник, подключен к какому. Для удобства в боковой панели следует убрать линию связи - GND. Так как при разводке платы эти линии могут мешать трассировке вручную. В этой среде интерфейс очень похож на Pattern Editor, но сложнее и с дополнительными функциями и инструментами.

Route Manual/Advanced - трассировка проводника. Manual - ручная трассировка, программа не обращает внимание на заданные ей в памяти правила трассировки. Вся трассировка происходит вручную. В данном случае, нужно быть очень аккуратным, т.к. проводник может попасть туда, где его не должно быть, нужно тщательно выбирать маршрут проводника. Advanced - ручная продвинутая трассировка, программа пытается найти кратчайший путь от одной точки к другой, при этом выполняя все правила трассировки, т.е. максимальный угол поворота 45%, не заходить за заступ проводника или отверстия, которые заданы в программе. Функция Irnore Rules во вкладке сверху для Route Advanced, снимает ограничение на прохождение проводника по другим проводникам и отверстиям.

Place Component - расположение компонента, зачастую бывают доработки с платой, чтобы избежать всего процесса трассировки с «0» достаточно добавить ещё один компонент или компоненты.

Place Connection - установить связь контактной площадки с другой, землей или питанием. Очень удобно использовать, если этот компонент не нарисован в Schematic, чтобы не редактировать его достаточно добавить компонент в PCB и установить линии связи.

Place Copper Pour - заливка полигона. Очень полезно 2-х-слойную плату использовать таким образом, что одна сторона питание, вторая земля. Заливкой полигона мы избавляемся от контактов, которые подключены к питанию или земле. Программа автоматически, залив полигон, подключает все необходимые проводники.

Остальные функции схожи с Pattern Editor.

Функции данной среды очень разнообразны, но основные функции были представлены, чтобы смоделировать простую печатную плату.

Рисунок 13. Смоделированная готовая печатная плата

Сохранив печатную плату, можно приступать непосредственно к производству.

1.2.2 Разработка конструкции макета

После проектирования печатной платы производится монтаж радиоэлементов к ней. Монтаж производится непосредственно пайкой, тестируется на качество сигнала и погрешности и этот печатный узел корпусируется в пластиковую коробку, которая защищает ПУ от внешних воздействий и устройство приобретает надлежащий вид.

Рассмотрим монтаж более подробно.

Контакты, соединяемые пайкой, должны быть облужены. Рекомендуется, чтобы контакты имели направляющие пазы, отверстия, канавки и подобные детали, которые обеспечивают надлежащее закрепление проводов и выводов к контактам. Пазы и полые цилиндрические контакты не должны дорабатываться для установки в них проводников с размерами, превышающими допустимые для данных контактов. Проводники не должны дорабатываться для подгонки к контактам, предназначенным для проводников меньшего размера. Контакты из латуни должны иметь медное или никелевое покрытие.

Выводы и провода рекомендуется механически закреплять на контактах перед пайкой. Данным механическим креплением рекомендуется предотвращать перемещение частей соединения во время операции пайки.

Широкие проводники, подходящие к контактным площадкам, могут помешать хорошему пропаиванию элементов, так как тепло будет «уходить» с площадки по широкому проводнику - в результате пайка получится «холодной». Поэтому часто используются узкие проводники, соединяющие непосредственно контактную площадку и широкий проводник. Ширина подводящего «узкого» проводника может варьироваться в пределах от 0,25 до 0,125 мм (зависит от технологических возможностей производителя печатных плат).

Вокруг контактной площадки со всех сторон наносят паяльную маску, которая препятствует перемещению расплавленного припоя вдоль проводника.

Для визуального контроля некоторых технических требований, предъявляемых к печатным узлам, могут предусматриваться вспомогательные средства увеличения.

Рекомендуется использовать бинокулярную систему технического зрения, допускается ее использовать совместно с единичным пространственным (полевым) увеличителем. Должно использоваться не менее трехкратного (3х) увеличение для обычных печатных узлов.

Навесные перемычки.

Данный раздел устанавливает критерии для процесса прокладки навесных проводников (известных как навесные перемычки), используемых для соединения компонентов в тех местах платы, где отсутствует проводящий рисунок. Они будут использоваться как временные проводники, не участвующие в конечном виде платы. Эти проводники будут соединять вилку IDC10 с проводниками для программирования микроконтроллера, далее будут отпаяны.

Подразделы данного раздела рассматривают следующие проблемы:

· выбор провода;

· прокладка проводов;

· крепление проводов;

· пайка проводов.

Допускается устанавливать навесные перемычки в металлизированные отверстия, на подпорки контактов, на контактные площадки печатного монтажа или закреплять на выводах компонентов. Навесные перемычки рекомендуется считать компонентами и указывать на сборочном чертеже. Навесные перемычки должны быть по возможности короткими и не должны устанавливаться над или под другими съемными компонентами. Навесные перемычки должны в обязательном порядке "наглухо" закрепляться на печатных платах с промежутками, не более 25 мм, и во всех точках изменения направления прокладки. Допускается не изолировать навесные перемычки длиной менее 25 мм, чья трасса не проходит над проводящими участками и не нарушает требования разработчика к зазору. Изоляция на навесных перемычках должна быть совместима с влагозащитным покрытием.

Выбор провода

Следующие требования рекомендуется выполнять при выборе проводов для перемычек:

a) провод рекомендуется изолировать при его расположении между контактными площадками или выводами компонентов или, если его длина более 25 мм;

b) не рекомендуется применять посеребренный скрученный провод, если в условиях эксплуатации возможна коррозия;

c) рекомендуется выбирать провод минимального диаметра с учетом необходимой нагрузки по току;

d) рекомендуется, чтобы изоляция провода выдерживала температуру пайки, имела определенную прочность к истиранию, имела сопротивление более сопротивления изоляционного материала платы.

Прокладка проводов.

Если высокочастотными или высокоскоростными требованиями не задано иное, то навесные перемычки прокладываются к точкам соединения по возможно кратчайшему пути, состоящему из прямых отрезков в системе координат X- Y, и в стороне от контрольных точек. Рекомендуется предусматривать достаточную длину провода для выполнения требований к прокладке, зачистке и конечному соединению.

На стороне компонентов не допускается прокладывать навесные перемычки над или под любым компонентом. На стороне компонента допускается проход навесных перемычек над паяными контактными площадками при условии, что перемычки слабо натянуты, и их можно отодвинуть от контактных площадок для замены компонента.

Должен быть исключен контакт с теплоотводами, для которых характерна высокая температура, создаваемая компонентами.

На стороне пайки, за исключением соединителей на краях платы, не рекомендуется прокладывать навесные перемычки через посадочные места компонентов, если компоновка электронного модуля не запрещает прокладку проводов на других участках.

На стороне пайки перемычки не должны проходить над контактными площадками с припоем.

Крепление проводов.

a) Навесные перемычки должны закрепляться на основном материале (или на его теплоотводе, или на крепежном элементе) с применением указанного в технических требованиях клея: перемешивание клея должно выполняться в соответствии с инструкциями поставщика; весь клей должен полностью затвердеть перед приемкой.

b) Капли клея рекомендуется располагать таким образом, чтобы их галтель была достаточной для того, чтобы предохранить провод от чрезмерного захождения на смежные контактные площадки или компоненты.

c) Не допускается осуществлять крепление к компоненту, выводу компонента и контактной площадке с компонентом; допускается крепление к неиспользуемому переходному отверстию и неиспользуемой контактной площадке.

d) Навесные перемычки не должны закрепляться на движущихся деталях или касаться любых движущихся деталей в пределах радиуса каждого изгиба для каждого изменения направления разводки.

e) Для ограничения перемещения провода навесные перемычки должны закрепляться на расстоянии не более 6 мм от своих соединений и с промежутками около 25 мм, а также при всех изменениях направления прокладки.

f) Провода не должны нависать над краем платы.

Пайка проводов.

Навесные перемычки допускается закреплять любым способом, однако способ, используемый для печатного узла любого типа должен указываться на сборочном чертеже.

Концы навесных перемычек допускается закреплять на выступающих частях выводов компонентов. Конец перемычки рекомендуется формировать полной петлей от 180° до 360° вокруг вывода компонента. У навесных перемычек, закрепленных на компонентах, за исключением компонентов с осевыми выводами, провод должен припаиваться к выводу компонента внахлест. Длина паяного соединения и зазор электрической изоляции должны удовлетворять минимальным или максимальным требованиям допустимого состояния.

Для обеспечения допустимого состояния паяного соединения навесной перемычки должны выполняться следующие требования:

a) существование надлежащего смачивания навесной перемычки и вывода или контактной площадки;

b) минимальная длина паяного соединения между концом провода и выводом или контактной площадкой должна соответствовать длине для компонентов с выводами или для безвыводных компонентов;

c) натяжение навесной перемычки должно быть таким, чтобы ее нельзя было приподнять над соседними компонентами при оттягивании; не рекомендуется проводить рядом более двух навесных перемычек;

d) отсутствие трещин на паяном соединении (прикрепление перемычки к выводу, концевому контакту, переходному отверстию).

Производство пластиковых корпусов.

Для изготовления пластиковых корпусов для РЭА используются различные виды пластиков: АБС, ПЭНД, ПЭВД, полипропилен, полиацеталь, поликарбонат, полиамид. Процесс литья пластмасс происходит под давлением на современном высокоточном оборудовании, что особенно важно для пластиковых корпусов для радиоэлектронных устройств.

Литье пластиковых корпусов выполняется как на базе пресс-форм заказчика, так и при использовании пресс-форм, изготовленных чьей-либо компанией.

Пресс-формы для пластиковых корпусов.

Изготовление пресс-форм для литья алюминиевых и пластиковых корпусов осуществляется на высокоточном металлообрабатывающем оборудовании, что позволяет предоставить заказчику не только сжатые сроки производства, но и доставки готовых пресс-форм для пластиковых корпусов.

Герметизированные корпуса из поликарбоната и АБС-пластика.

Основные характеристики:

· Герметизация корпусов обеспечивается соединителем типа «выступ-паз» на крышке\корпусе и наличием неопренового уплотнителя;

· Отверстия для крепежа на стену и для фиксирования крышки находятся вне герметизированной области;

· Соответствие стандартам IP-65 (IEC 529) и NEMA4 (защита от пыли и влаги);

· Внутри корпуса находятся направляющие пазы для вертикальной установки плат;

· Внутренняя часть основания корпуса имеет отливы для горизонтального крепления печатной платы, подсоединения клемм и пр. Отливы имеют отверстия с запрессованными латунными втулками с резьбой.

· Крепление крышки осуществляется винтами М4 из нержавеющей стали (немагнитные), которые вкручиваются в латунные втулки с резьбой.

Температурный диапазон (^оС)

Поликарбонат - 40-100

АБС - 20-100

Характеристики могут отличаться в зависимости от моделей корпусов и их материала. Так как основная цель работы это создание ПУ, то более тщательного разбора корпусов продолжаться не будет.

Законченное устройство в корпусе имеет:

Вырезы для 2-х дисплеев и вырез сбоку для подключения удаленной клавиатуры.

LED-дисплей - основной дисплей для тестирования пользователей.

LCD-дисплей - вспомогательный дисплей, осуществляющий оценку и статистику.

Удаленная клавиатура от блока. Клавиатура удалена для изменении расстояния тестируемых при проведении исследования.

1.2.3 Технология изготовления печатной платы

Существует много технологий и способов изготовления печатных плат.

Основные технологические методы изготовления печатных плат:

1. аддитивный;

2. субтрактивный;

3. комбинированный;

4. полуадцитивный, сочетающий преимущества субтрактивного и аддитивного методов.

Рассмотрим аддитивный метод - метод, который используется для изготовления ПП в ВКР.

Аддитивные методы.

Токопроводящий рисунок наносится на диэлектрическое основание. Эти методы достаточно разнообразны, рассмотрим их разновидности. Их отличие лишь в разных способах металлизации.

Токопроводящие элементы рисунка можно создать:

· избирательным фотоочувствлением (через фотошаблон или сканирующим лучом) катализатора, предварительно нанесенного на всю поверхность основания (для фотоаддитивного метода ТХМ);

· вакуумным или ионно-плазменным напылением;

· переносом рисунка, предварительно сформированного на металлическом листе, надиэлектрическую подложку (метод переноса);

· нанесением токопроводящих красок или паст или другим способом печати;

· фотолитографией (через фотошаблон) фоторезиста, закрывающего в нужных местах участки поверхности основания, неподлежащие металлизации (для метола толстослойной химической металлизации - ТХМ);

· восстановительным вжиганием металлических паст в поверхность термостойкого диэлектрического основания из керамики и ей подобных материалов;

· выштамповыванием проводников. Избирательность осаждения металла можно обеспечить:

· химическим восстановлением металлов на катализированных участках диэлектрического основания (толстослойная химическая металлизация -- ТХМ);

· трафаретной печатью (для паст и красок);

· масочные защиты (для вакуумной и ионогшазменной металлизации).

Фотоаддитивный процесс.

Схема процесса фотоаддитивной технологии (как пример одного из вариантов аддитивного метода):

· вырубка заготовки;

· сверление отверстий под металлизацию;

· нанесение фотоактивируемого катализатора на все поверхности заготовки и в отверстия;

· активация катализатора высокоэнергетической экспозицией через фотошаблон-негатив;

· толстослойное химическое меднение активированных участков печатной платы (печатных проводников и отверстий);

· отмывка платы от остатков технологических растворов и 11еак-тивированного катализатора;

· глубокая сушка печатной платы;

· нанесение паяльной маски;

· нанесение маркировки;

· обрезка платы по контуру;

· электрическое тестирование;

· приемка платы - сертификация.

Преимущества:

· возможность воспроизведения тонкого рисунка;

· использование нефольгированных материалов.

Недостатки:

· длительность процесса толстослойного химического омеднения;

· длительный контакт открытого диэлектрика с технологическими растворами металлизации, ухудшающими характеристики электрической изоляции без дополнительных мер по отмывке.

Печатная плата была сделана по технологии негативного фоторезиста ПВ-ВЩ.

Подготавливается рисунок печатной платы при помощи программы P-CAD, вставляется пленка и выбирается негативная печать.

Примечание: Печатать лучше на струйном принтере, так как лазерный принтер печатает хорошо дорожки, но заливка печатается плохо в силу своей уникальности печатать заливку по контуру.

Подготавливаем ПП, протирая её наждачной бумагой, чтобы избавиться от поверхностных окислений, протираем тряпкой или сушим феном. Накладываем фоторезист, желательно подальше от прямого попадания света с запасом на плате около 10мм.

Прогреваем ламинатор или утюг для дальнейшего.

Берем кусочек заготовки фоторезиста и снимаем матовую часть пленки, но не выкидываем, а оставляем. Кладем заготовку на плату и, прижимая пальцем в центре платы, от центра по краям раскатываем валиком пузыри, если они остаются, лучше переделать.

Ламинатор или утюг прогрелись, чистым листом бумаги ограничиваем соприкосновение фоторезиста с утюгом или ламинатором и прогреваем. 2-3 раза и фоторезист приклеен к плате.

Далее нужна УФ лампа, которая будет засвечивать фоторезист, поэтому кладется плата на неё рисунок платы, сверху стекло для плотного прилежания и ставится УФ лампа на расстоянии 5-10 см. Просвечивать нужно около 5-10 минут в зависимости от расстояния УФ лампы от платы. Также нужно создать проявочный раствор. Наливается горячая вода в тару и добавляется немного кальцинированной соды, размешивается. Кладем плату, и кисточкой очищается фоторезист, точнее рисунок. И все белые части рисунка остаются фоторезистом на плате, а чёрные очищаются кисточкой.

Примечание: Стеклотекстолит, желательно, обрезать с запасом от рисунка, так как могут быть обрывы или откалывания фоторезиста по краям, что приводит к ухудшению электрических свойств.

зрительный матричный печатный схема

2. Охрана труда

2.1 Меры безопасности при работе с дисплеями

Дисплей можно отнести к средству отображения информации (СОИ), это следует из ГОСТ-27833-88.

СОИ - Устройство, обеспечивающее отображение информации в виде, пригодном для зрительного восприятия.

Примечание. Под электронными средствами отображения информации понимают СОИ, выполненные на электронных приборов: полупроводниковых, электронно-лучевых, газоразрядных и др.

Опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме, острому отравлению или другому внезапному резкому ухудшению здоровья или смерти.

Вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях может привести к заболеванию, снижению работоспособности и (или) отрицательному влиянию на здоровье потомства.

Примечание. В зависимости от количественной характеристики (уровня, концентрации и др.) и продолжительности воздействия вредный производственный фактор может стать опасным.

Требования безопасности к визуальным параметрам.

Яркость знака должна быть не менее 35 кд/м² для дисплеев на ЭЛТ (электронно-лучевые приборы) и не менее 20 кд/м² для плоских дискретных экранов.

Неравномерность яркости рабочего поля экрана непосредственно должна быть не более 20 %.

Неравномерность яркости элементов знака должна быть не больше 20%.

Яркостный контраст изображения должен быть не менее 3:1 (для плоских дискретных экранов при угле наблюдения от -40° до +40°). Яркостный контраст внутри знака и между знаками должен быть не менее 3:1.

Ширина контура знака должна быть от 0,25 до 0,5 мм.

Примечание. Если в документации на дисплей не оговорено проектное расстояние наблюдения, то его принимают равным 50 см (обычно это расстояние от конца самого длинного пальца до локтя) для дисплеев с размером экрана по диагонали 14" - 17" и 75 см - для экранов 19" - 21". Однако желательно использовать расстояние вытянутой руки.

Временная нестабильность изображения (мелькания) для дисплеев на ЭЛТ и на плоских дискретных экранах не должна быть зафиксирована. Для дисплеев на ЭЛТ частота обновления изображения должна быть не менее 75 Гц при всех режимах разложения, гарантируемых нормативной документацией на конкретный тип дисплея и от 60 Гц для дисплеев на плоских дискретных экранах.

Требования к качеству восприятия информации, отображаемой на дисплеях.

Для точного определения информации и обеспечения удобных условий ее восприятия. Работа с дисплеями должна проводиться при таких пропорциях значений яркости и контраста изображения, внешней освещенности дисплея, углового размера знака и угла наблюдения дисплея, которые входят в оптимальные или номинально допустимые (при кратковременной работе) диапазоны.

Допустимые диапазоны значений внешней освещенности дисплея, углового размера знака и угла наблюдения дисплея для типов дисплеев прописан в ГОСТ Р 50923. Для других типов дисплеев - по ТУ на конкретный тип дисплея.

Требования к параметрам экранировки.

Ослабление напряженности электростатического поля (поверхностного электростатического потенциала) - не менее 95%.

Ослабление напряженности электрической составляющей переменного электромагнитного поля в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц - не менее 90%, в диапазоне частот от 2 до 400 кГц - не менее 60%.

Требования безопасности к параметрам создаваемых полей.

Электростатический потенциал экрана дисплеев на ЭЛТ должен быть не более ±500 В.

Напряженность электрической составляющей переменного эл\м поля дисплея должна быть не более:

25 В/м - в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц (для дисплеев на ЭЛТ - в точке, расположенной по нормали к центру экрана на расстоянии 0,5 м от экрана дисплея, а для дисплеев портативных компьютеров - в точке, расположенной по нормали к центру экрана на расстоянии 0,4 м от центра клавиатуры портативного компьютера);

2,5 В/м - в диапазоне частот от 2 до 400 кГц (для дисплеев на ЭЛТ - в точках, имеющих координаты 0°, 90°, 180°, 270° на расстоянии:

r = a/2 + 0,5м,

где а - габаритный размер дисплея, измеряемый по нормали к центру экрана. Для дисплеев портативных компьютеров - в точках, имеющих те же координаты, но на расстоянии 0,4 м от центра клавиатуры портативного компьютера.

Плотность магнитного потока должна быть не более:

250 нТл - в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц;

25 нТл - в диапазоне частот от 2 до 400 кГц.

Плотность магнитного потока переменного электромагнитного поля дисплея на ЭЛТ устанавливают для обоих диапазонов частот в 48 точках (в горизонтальной плоскости, проходящей через центр экрана, а также в горизонтальных плоскостях, расположенных на 30 см выше и ниже указанной плоскости). Плотность магнитного потока переменного эл\м поля дисплея портативного компьютера устанавливают для обоих диапазонов частот в тех же 48 точках.

Требования к конфиденциальности.

Отображаемое на экране СОИ изображение должно исключать восприятие информации с экрана (становиться темным, размытым) при угле наблюдения более 30° относительно нормали к центру экрана.

3. Экологическая часть

3.1 Утилизация батареек

Так как устройство в дальнейшем работает на батарейках, то этот раздел служит для защиты дикой природы от мусора, химикатов и вредных веществ, находящихся в батарейках (гальванических элементах).

Типы гальванических элементов:

Угольно-цинковые элементы.

Угольно-цинковые элементы (марганец-цинковые) являются самыми распространенными сухими элементами. В угольно-цинковых элементах электролит состоит из хлорида аммония и катода из цинка, используется пассивный (угольный) коллектор тока в контакте с анодом из двуокиси марганца (MnO2). Достоинством угольно-цинковых элементов является их относительно низкая стоимость. К существенным недостаткам следует отнести значительное снижение напряжения при разряде, невысокую удельную мощность и малый срок хранения. Низкие температуры снижают эффективность использования гальванических элементов, а внутренний разогрев батареи его повышает. Повышение температуры вызывает химическую коррозию цинкового электрода водой, содержащейся в электролите, и высыхание электролита, что способствует ухудшению электрических свойств батарейки.

Щелочные элементы.

Как в угольно-цинковых, так и в щелочных элементах используется анод из двуокиси марганца MnO2 и цинковый катод с разделенным электролитом. Отличие щелочных элементов от угольно-цинковых заключается в применении щелочного электролита, вследствие чего газовыделение при разряде фактически отсутствует, и их можно выполнять герметичными, что очень важно для целого ряда их применений. Напряжение щелочных элементов примерно на 0,1В меньше, чем угольно-цинковых, при одинаковых условиях. Следовательно, эти элементы взаимозаменяемы. Элементы с щелочным электролитом также имеют более высокие удельную энергию (65...90 Втч/кг), удельную мощность (100...150 кВтч/м3) и более длительный срок хранения.

Ртутные элементы.

Ртутные элементы очень похожи на щелочные элементы. В них используется оксид ртути (HgO). Катод состоит из смеси порошка цинка и ртути. Эти элементы имеют длительные сроки хранения и более высокие емкости (при том же объеме). Напряжение ртутного элемента примерно на 0,15В ниже, чем у щелочного. Ртутные элементы отличаются высокой удельной энергией (90...120 Втч/кг, 300...400 кВтч/м³), стабильностью напряжения и высокой механической прочностью. Имеются модификации элементов, в которых вместо цинкового порошка (отрицательный электрод) используются сплавы индия и титана. Так как ртуть дефицитна и токсична, ртутные элементы не следует выбрасывать после их полного использования. Они должны поступать на вторичную переработку.

Серебряные элементы.

Они имеют "серебряные" катоды из Ag₂O и AgO. Напряжение у них на 0,2В выше, чем у угольно-цинковых при сопоставимых условиях.

Литиевые элементы.

В них применяются литиевые аноды, органический электролит и катоды из различных материалов. Они обладают очень большими сроками хранения, высокими плотностями энергии и работоспособны в широком интервале температур, поскольку не содержат воды. Так как литий обладает наивысшим отрицательным потенциалом по отношению ко всем металлам, литиевые элементы характеризуются наибольшим номинальным напряжением при минимальных габаритах. К недостаткам литиевых элементов следует отнести их относительно высокую стоимость, обусловленную высокой ценой лития, особыми требованиями к их производству (необходимость инертной атмосферы, очистка неводных растворителей). Следует также учитывать, что некоторые литиевые элементы при их вскрытии взрывоопасны.

Опасность от батареек.

Несмотря на то, что батарейка может взорваться, протечь и повредить ваше оборудование, или быть проглоченной маленьким ребенком, основной вред она нанесет, если не будет правильно утилизирована. Вообще, батарейки -- это химические устройства, элементы которых вступают в реакцию, давая на выходе электричество, которым мы и пользуемся. Элементы эти, в основном, токсичны и опасны.

· свинец (накапливается в организме, поражая почки, нервную систему, костные ткани)

· кадмий (вредит легким и почкам)

· ртуть (поражает мозг и нервную систему)

· никель и цинк (могут вызывать дерматит)

· щелочи (прожигают слизистые оболочки и кожу) и другие.

После выбрасывания металлическое покрытие батарейки разрушается от коррозии, и тяжелые металлы попадают в почву и грунтовые воды, откуда уже недалеко и до рек, озер и прочих водоемов, используемых для питьевого водоснабжения. Ртуть -- один из самых опасных и токсичных металлов, имеет свойство накапливаться в тканях живых организмов и может попасть в организм человека как непосредственно из воды, так и при употреблении в пищу продуктов, приготовленных из отравленных растений или животных. А если батарейку сожгут на мусоросжигательном заводе, то все содержащиеся в ней токсичные материалы попадут в атмосферу. Хранить дома не рекомендуется, так как происходит выделение опасных веществ в воздух. По правилам, их необходимо утилизировать на специальных предприятиях.

Утилизация батареек.

Батарейки необходимо перерабатывать на специальных заводах. Проблема состоит в том, что переработка стоит дороже, чем последующая продажа полученного сырья. В России таких заводов, пока нет. В качестве промежуточной меры в России существует несколько полигонов, куда свозятся эти самые отработанные аккумуляторы и изолируются.

4. Решение задач на ЭВМ

4.1 P-CAD - программа трассировки печатной платы

P-CAD -- система автоматизированного проектирования электроники (EDA) разработки компании Personal CAD Systems Inc. Предназначена для проектирования многослойных печатных плат вычислительных и радиоэлектронных устройств. Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-СAD входят четыре основных модуля - P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ.

Рисунок 14. Обзор P-CAD Schematic

Система P-CAD 2006 выполняет полный цикл проектирования печатных плат, а именно:

· графический ввод электрических схем;

· смешанное аналого-цифровое моделирование на основе ядра SPICE3;

· упаковку схемы на печатную плату;

· интерактивное размещение компонентов;

· интерактивную и автоматическую трассировку проводников;

· контроль ошибок в схеме и печатной плате;

· выпуск документации;

· анализ целостности сигналов и перекрестных искажений;

· подготовку файлов Gerber и NC Drill для производства печатных плат;

· подготовку библиотек символов, топологических посадочных мест и моделей компонентов.

Основные возможности P-CAD 2006:

Удобный пользовательский интерфейс, похожий на большинство популярных программ для Windows.

· Хранение проектной информации в бинарных и текстовых файлах.

· Удобная справочная система.

· Проект схемы может содержать 999 листов, проект платы - до 999 слоев (11 из них стандартных).

· Число цепей в проекте - до 64000.

· Число вентилей в компоненте - до 5000.

· Максимальное число выводов у компонента - 10000.

· Максимальные размеры листа схемы или чертежа печатной платы 60х60 дюймов.

· Поддержка дюймовой и метрической систем мер.

· Предельное разрешение 0.0001 дюйма (0.1 мила) или 0.01 мм (10 микрон).

· Минимальный угол поворота компонентов на плате - 0.1 град.

· Длина имен компонентов - до 30 символов, максимальный объем текстовых надписей и атрибутов - до 20000 символов.

· Механизм переноса изменений печатной платы на схему и наоборот (Engineering Change Order, ECO).

· Библиотеки компонентов, содержащие более 27000 элементов и сертифицированные по стандарту ISO 9001.

Новые возможности версии P-CAD 2006

В P-CAD 2006 появились новые мощные возможности, например, работа с дифференциальными парами и мультимаршрутная трассировка с учетом заданных правил проектирования, добавлена возможность ортогонального перетаскивания проводников. В редакторе схем улучшена структура управления многолистовыми проектами. Новая версия позволяет выполнять проекты с более высокими требованиями.

Определение дифференциальной пары.

Дифференциальная пара определяется в редакторе печатных плат через Options > Net Classes. В этом диалоговом окне вы создаете класс цепей как дифференциальную пару, выделяя класс цепей и включая опцию Differential Pair checkbox. В созданном классе цепей должны присутствовать две цепи, соответственно для прямого и обратного сигнала. Как только будет создана дифференциальная пара, к ней сразу же будут добавлены новые атрибуты, присущие только дифференциальной паре. Атрибут DiffPairGap определяет зазор между двумя проводниками в дифференциальной паре, а атрибут IsDifferentialPair - идентифицирует вновь созданный класс, как дифференциальную пару.

Трассировка дифференциальной пары.

Трассировка двух проводников, выполненных в виде дифференциальной пары, выполняется одновременно с помощью команды Route > Differential Pair. Для начала трассировки необходимо выбрать любой электрический примитив одной из цепи пары. Дифференциальная пара преодолевает препятствие, обводя проводники вокруг него или как бы `обнимая' с обеих сторон. Для перехода пары на другой сигнальный слой используется клавиша L.

Ортогональное перемещение проводников.

В программе введен принципиально новый режим ортогонального перетаскивания объектов, позволяющий быстро редактировать результаты автотрассировки в интерактивном режиме. Выбирается данный режим в Options > Configure > Route.

Улучшенные возможности выбора объектов.

Значительно упрощена процедура выбора отдельных типов объектов. Как и раньше выбор типа объектов выполняется с помощью:

Options > Selection Mask, но в новой версии появились более детальные команды: Exclude Sub Objects - исключать суб-объекты Include Sub Objects - включать суб-объекты Sub Objects Only - только суб-объекты

Под этим понимается выбор панелей компонентов, атрибутов, линий и т.п. или выбор только компонента, как основного объекта.

Новый инструментарий по созданию контура платы.

В P-CAD 2006 введены два новых инструмента в панель Placement Toolbar: Place Board Outline -создание контура платы Place Board Cutout - проектирование крепежных и иных отверстий в контуре платы. Ранее данная процедура выполнялась рисованием контура в слое Board и имела многочисленные недостатки, которые были устранены добавлением описанных компонентов.

Данные инструменты более просты в использовании, чем команда Place line. При нажатии правой клавиши мыши в режиме рисования контура платы предлагаются следующие возможности:

· Complete - завершает создание контура, опция доступна только при нарисованном замкнутом контуре без пересечения линий контура.

· Cancel - отмена создания контура, при этом удаляется весь контур созданный за данный цикл.

· Unwind - удаление последнего нарисованного сегмента.

· Add Arc - переход в режим рисования дуги, при нажатии запрашивается угол дуги.

· Reverse Arc - редактирование угла дуги при размещении.

· Create Circle - рисование окружности.

Полигоны.

В данной версии использован принципиально новый алгоритм заливки полигонов, позволяющий создавать более сложные условия заливки и поддерживающий большое количество полигонов. Имеется опция, включающая режим поддержки полигонов плат разработанных на старых версиях программы.

4.2 Microsoft Word - программа оформление пояснительной записки

Microsoft Word (часто -- MS Word, WinWord или просто Word) -- выпускается корпорацией Microsoft в составе пакета Microsoft Office. Текстовый процессор, предназначенный для создания, просмотра и редактирования текстовых документов, с локальным применением простейших форм таблично-матричных алгоритмов.

Microsoft Word является одной из самых востребованных программ современности, из используемых в офисной работе. Данный текстовый редактор - наиболее мощный и распространенный. Сама программа входит в состав пакета Microsoft Office, который помимо Word включает в себя:

· Microsoft PowerPoint - предназначен для создания презентаций;

· Microsoft Excel - позволяет работать с электронными таблицами;

· Microsoft Outlook - позволяет принимать и отправлять электронную почту.

Однако наиболее часто используемая программа из этого пакета это Microsoft Word. Выгодными особенностями программы являются ее функциональность и простота использования, благодаря чему даже неопытный пользователь способен легко разобраться в ней.

Будучи текстовым редактором, она позволяет существенно облегчить работу по написанию текстов. Ведение корреспонденции, обработка текста, создание деловой и официальной переписки - все это стало проще проводить благодаря Microsoft Word. Microsoft Word обеспечивает простое и удобное форматирование текстового файла за счет продуманных инструментов и понятного интерфейса. Благодаря широкому спектру функций текстовый процессор Microsoft Word напоминает настольную издательскую систему. Среди функциональных возможностей программы можно отметить:

· наличие способов выделения текста;

· наличие целого ряда шрифтов разного размера и начертания символов;

· возможность проведения автоматической проверки правописания, подбора синонимов;

· возможность установить параметры абзацев, междустрочные интервалы;

· автоматическая нумерация страниц и переносы слов на новую строку; возможность создания таблиц и гипертекста со ссылками и многое другое.

Как видно, функционал данной программы очень разнообразен, благодаря этому текст будет иметь привлекательный вид, удобный для чтения и понимания. Кроме того, возможность автоформатирования, применения стилей, а также заранее подобранные шаблоны позволяют сделать работу с Microsoft Word гораздо проще и удобнее. Таким образом, программа Microsoft Word - это самый удобный вариант для создания текста и его последующего форматирования с возможностью гибкой настройки шрифта, стиля написания, оформления самой страницы.