Проектирование платы устройства управления вентиляторами компьютера через порт

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс"

УНИИ ИТ

Кафедра "Электроника, вычислительная техника и информационная безопасность"

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

"ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВС"

Тема: "Проектирование платы устройства управления вентиляторами компьютера через порт LPT в САПР DipTrace"



Исходные данные к курсовому проекту

Кафедра "Электроника, вычислительная техника и информационная безопасность"

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВС"

Тема теоретической части проекта: Задачи размещения. Использование метода квадратичного назначения в задачах размещения.

Тема практической части курсового проекта: Порядок проектирования устройства управления вентиляторами компьютера через порт LPT в САПР DipTrace, разработка топологии печатной платы устройства управления вентиляторами компьютера через порт LPT САПР DipTrace

Исходные данные к курсовому проекту:

* принципиальная электрическая схема;

* перечень элементов;

* технические требования: (размер ПП - 140/80; расстояния между краями соседних элементов проводящего рисунка - 0, 45мм.; минимальный диаметр отверстий - 0,6 мм.; минимальная ширина металлизации - 0,2 мм. Число крепежных отверстий - 4, диаметром - 5 мм.

Оглавление

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Назначение и область применения устройства

1.2 Техническое задание

1.3 Анализ технического задания

2. Практическая часть

2.1 Порядок проектирования печатных плат в системе DipTrace

2.2 Порядок создания библиотеки радиоэлектронных компонентов в системе DipTrace2.3 Порядок создания электрической принципиальной схемы в системе DipTrace

2.3 Порядок создания электрической принципиальной схемы в системе DipTrace

2.4 Формирование топологии ПП в системе DipTrace

2.5 Порядок размещения ЭРЭ на печатной плате в системе DipTrace

2.6 Трассировка цепей ПП в системе DipTrace

2.7 Проверка ПП в системе DipTrace

Заключение

Список используемой литературы



Введение

В настоящее время при проектировании радиоэлектронной аппаратуры важную роль приобретает использование систем автоматизированного проектирования (САПР) на базе новых информационных технологий.

На сегодняшний день основной проблемой при проектировании печатных плат, является их повышенная сложность и резкое сокращение сроков проектирования при постоянно возрастающем требовании к их качеству. Появление микросхем в корпусах с малым шагом, с шариковыми выводами (ВGA), возрастание требований к быстродействию схем и электромагнитной совместимости, совершенствование технологии производства и изготовления печатных плат на импортном оборудовании, приводит к использованию различных САПР, обладающих целым рядом принципиально новых возможностей и преимуществ в сравнении с разработкой ПП на бумаге. Сравнительно недорогим и эффективным программным пакетом разработки ПП является система DipTrace

Этот программный пакет позволяет выполнить полный цикл проектирования ПП, включающий создание условных графических обозначений (УГО) электро-радиоэлементов (ЭРЭ), разработку посадочных мест ЭРЭ на ПП, ввод и редактирование электрических схем, упаковку схем на ПП, размещение ЭРЭ на ПП, ручную и автоматическую трассировку проводников, контроль ошибок в схеме и на ПП и создание конструкторско-технологической документации.

Целью данного курсового проекта является разработка печатной платы устройства управления электронагревательным прибором в САПР DipTrace



1. Теоретическая часть

1.1 Назначение и область применения устройства

Высокая плотность размещения элементов ЭВА создает большие трудности при реализации соединений между ними. В этой связи задача размещения элементов на плоскости определяет быстроту и качество трассировки. Оптимальное размещение элементов обеспечивает повышение надежности ЭВА, уменьшение размеров конструктивных единиц, минимизацию взаимных наводок, задержек сигналов, уменьшение общей длины соединений и.т.п.

Формально задача размещения заключается в определении оптимального варианта расположения элементов на плоскости в соответствии с введенным критерием, например с минимальной взвешенной длиной соединений.

В общем виде задача размещения может быть сформулирована следующим образом: в монтажном пространстве задана область, которая разбивается на множество позиций (посадочных мест) P={p1, …, pq}, число которых должно быть не меньше числа размещаемых элементов. Очевидно, что каждый элемент может занимать не более одного посадочного места, расстояние между которыми описывается симметричной матрицей расстояний D=|di,j|. Имеющееся множество элементов X={x1, x2, …, xn}, связанных между собой множеством электрических цепей Е={е1, е2, …, еm}, представлены в виде графа G=(X, E) на рисунке 1. Необходимо таким образом отобразить на множестве P, чтобы обеспечился экстремум целевой функции качества размещения.



E12 E25

E15

E13 E24 E45 E56

E34

E46

Рисунок 1 - граф G

Исходными данными при решении задачи размещения являются прямоугольная конструкция (ячейка, кристалл, панель), число элементов, которое получено в результате компоновки, т.е. разбиение графа схемы на части, и граф схемы соединений элементов или его матричный (списковый) эквивалент. На прямоугольную конструкцию накладывается декартова система координат с осями s и t, определяющая граф Gr, представляющий собой координатную решетку. Расстояние di,j между узлами i и j этого графа описывается выражением:

di,j=|si-sj|+| ti-tj|

где si, sj и ti, tj--координаты вершин xi, xj Є X.

Задача размещения сводится теперь к отображению заданного графа схемы

G=(X, Е)

в решетку Gr представленной на рисунке 2, таким образом, чтобы вершины множества X размещались в узлах решетки и, например, суммарная длина были наименьшими для возможных способов отождествления вершин графа и узлов решетки:

где ci,j--вес ребра.

t

1

0

s

1 2

Рисунок 2 - Отображение графа G в Gr

Для подсчета суммарной длины L(G) ребер графа

G=(X, E),

отображенного в решетку Gr, введем понятие матрицы геометрии Dг.

Матрица геометрии Dг представляет собой часть матрицы расстояний D, в которой исключены элементы di,j, если вершины xi, xj Є X не смежны в графе G.

Для построения матрицы геометрии Dг графа G необходимо каждый элемент матрицы D умножить на соответствующий элемент матрицы смежности R:

Dг=|ri,j, di,j|

Квадратная таблица

R=|ri,j|

называется матрицей смежности, если ее элементы образуются по правилу

ri,j=

Алгоритмы квадратичного назначения

Алгоритмы квадратичного назначения основаны на использовании методов нелинейного программирования. Пусть задано множество конструктивных элементов

R=(r1,r2,…,rn)

и множество связей между ними

V=(v1,v2,…,vp),

а также множество установочных мест на плате

T=(t1,t2,…,tk).

Без потери общности будем считать, что n=k. Взаимное расположение элементов на плате можно описать матрицей расстояний D=|df g|, где df g -- расстояние между позициями tf и tg (f, g =1, 2, …,k). Произвольное размещение конструктивных элементов на позициях множества T представляет собой некоторую перестановку ш, заданную на множестве натуральных чисел

ш={ш(1), ш(2), …, ш(k)},

где элемент перестановки ш(i) определяет номер позиции, присвоенной ri.

Геометрически в

к2 - мерном пространстве перестановка ш отображается точкой. Каждая точка соответствует матрица ш=|шi j|, в которой

шi j=

Следовательно, в матрице ш только один элемент в каждой строке и столбце может быть отличен от нуля и равен единице (данный элемент шi j соответствует установке ri и tj), т.е.

C учетом введеных обозначений задача сводится к нахождению такой перестановочной матрицы ш0, которая минимизирует целевую функцию

Т.е к задаче квадратичного назначения.

В настоящее время для ее решения разработано достаточное число точных и приближенных алгоритмов, среди которых наибольшее распространение получили алгоритмы, основанные на методе ветвей и границ. Однако, несмотря на высокую эффективность этого метода, подобные алгоритмы практически неприемлимы уже при k>25 в связи с быстрым возрастанием машинного времени при увеличении k. Для повышения эффективности таких алгоритмов желательно иметь качественное начальное размещение элементов, что позволяет сразу исключить из множества допустимых перестановок большой процент "худших".

К достоинствам этой группы алгоритмов относятся возможность получения глобального экстремума целевой функции, а также наличие типовых программ решения задач квадратичного назначения. Необходимость качественного начального размещения и сравнительно большие затраты машинного времени, не позволяющие решать задачи большой размерности, являются недостатки метода, ограничивающими область его практического применения.

1 Назначение и область применения устройства

Разрабатываемое устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT представляет собой самостоятельное устройство, позволяющее регулировать частоту вращения одного-трех вентиляторов системного блока вручную или автоматически, пользуясь в последнем случае информацией о температуре, формируемой работающей параллельно программой SpeedFan.

К тому же благодаря отдельному расположению непосредственно разрабатываемого устройства оно легко подвергается усовершенствованию и ремонту.

Данное устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT может использоваться в любых компьютерах.

1.2 Техническое задание

Расширенное техническое задание

1. Наименование изделия: устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT.

2. Назначения: устройство предназначено для использования в быту.

3. Комплектность: один блок.

4. Технические параметры:

- напряжение питания - 12 В;

- напряжения подаваемые на вентиляторы - 5.. .11,7 В;

- частота вращения вентиляторов - 10.. .20 Гц;

- число подключаемых вентиляторов - 3;

- период цикла изменения частоты - 3 с.

5. Требования к конструкции:

- внешний вид устройства должен отвечать современным требованиям к аппаратуре;

- масса не более 0,1 кг;

- габаритные размеры не более 150х100х40 мм.

6. Характеристики внешних воздействий:

- окружающая температура 0...+70°С;

- относительная влажность 80% при температуре +25°С.

7. Среднее время наработки на отказ должно быть не менее 90000 ч.

8. Тип производства - мелкосерийный.

1.3 Анализ технического задания

Выбор метода изготовления ПП определяет не только их конструктивно-технологические параметры, но и электрические характеристики проводящего рисунка. Использованная методика расчета параметров печатного рисунка соответствует комбинированному методу получения двусторонних печатных плат (ДПП).

При расчете параметров проводников печатного монтажа учитывается плотность монтажа ПП. По полученной предварительно трассировке определяем, что минимальное расстояние между центрами элементов печатного монтажа составляет приблизительно 1 мм. Это соответствует 3 классу плотности.

При расчете параметров проводников печатного монтажа следует учитывать плотность монтажа ПП в соответствии со следующими классами, приведенными в таблице 1.



Таблица 1 - Классы плотности ПП

Проводник ПП	1 класс	2 класс	3 класс	4 класс
1.Ширина, мм	0,6	0,45	0,25	0,15
2.Расстояние между печатными проводниками	0,6	0,45	0,25	0,15
3.Ширина ободка контактной площадки	0,3	0,2	0,1	0,05

Выбираем материал платы: СТФ-2-35 - стеклотекстолит фольгированный.

Исходные данные:

Метод изготовления - комбинированный позитивный;

Способ нанесения рисунка - фотоэлектрохимический;

Толщина материала диэлектрика с фольгой - 1.5 мм;

Толщина фольги - 0.035мм.

Расчет минимального диаметра металлизированного отверстия

Минимальный диаметр металлизированного отверстия определяется по формуле:

,(1)

где Н - толщина печатной платы (для двусторонних ПП равна толщине диэлектрика), Н = 1,5 мм.

- отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы, для 3-ого класса плотности печатного монтажа = 0,4.

Подставляя численные значения в формулу (), получим:

мм

Для двусторонних ПП, изготовленных комбинированным позитивным методом при фотохимическом способе получения рисунка минимальный диаметр контактных площадок вычисляется по формуле:

,(2)

где hпм - толщина слоя предварительно осаждённой меди (0.005 мм);

hр - толщина слоя металлического резиста (0.02 мм);

D1min - минимальный эффективный диаметр контактной площадки, мм;

hф - толщина фольги (0.35 мм).

D1min рассчитывается по формуле:

,(3)

где bм - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (0.025 мм);

dmax - максимальный диаметр просверленного отверстия, мм;

дотв - погрешность расположения отверстий;

дкп - погрешность расположения контактной площадки.

Максимальный диаметр просверленного отверстия находится по формуле:

,(4)

где dсв - диаметр сверла, мм;

Дd - погрешность диаметра отверстия (0,01 мм).

С учетом толщины металлизации в отверстии и усадки диэлектрического материала принимают:

,(5)

где dм.отв - диаметр металлизированного отверстия (0,6 мм).

dсв= 0.6+0.1 = 0.7(мм);

dmax= 0.7+0.02 = 0.72(мм).

Погрешность расположения отверстия готв определяется следующим образом:

,(6)

где до - погрешность расположения отверстий относительно координатной сетки (0,02 мм);

до - погрешность базирования плат на сверлильном станке (0,02 мм).

(мм).

Погрешность дкп определяется по формуле:

,(7)

где дш - погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадки (0,02 мм);

дэ - погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое (0,01 мм);

дп - погрешность расположения базовых отверстий в фотошаблоне (0,01 мм);

дз - погрешность расположения базовых отверстий на заготовке (0,02 мм).

Подставляя численные значения последовательно в формулы, получим:

(мм);

(мм);

(мм).

Минимальный и максимальный диаметры окна фотошаблона для контактной площадки соответственно определяются по формулам:

,(8)

,(9)

где ДDш - погрешность изготовления окна фотошаблона (0,03 мм).

Подставляя численные значения в формулы (8), (9), получим:

(мм),

(мм).

Максимальный диаметр контактной площадки для ДПП определяется следующим образом:

,(10)

где ДЭ - погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка (0.03 мм);

hр - толщина слоя металлического резиста (0,02 мм).

(мм).

Расчет ширины печатных проводников

Расчет минимальной ширины проводников для двухсторонних ПП проводится по формуле:

,(11)

где t1nmin - минимальная эффективная ширина проводника,

экспериментально для ПП 3-ого класса принимают равным 0.18 мм.

(мм).

Минимальная ширина на фотошаблоне определяется по формуле:

,(12)

(мм).

Максимальная ширина линий на фотошаблоне:

,(13)

где Дtш - погрешность изготовления линий фотошаблона (0,06 мм);

(мм).

Максимальная ширина проводника при комбинированном позитивном методе при получении рисунка фотолитографическим способом определяется по формуле:

,(14)

(мм).

Расчет расстояний между элементами проводящего рисунка

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой определяется по формуле:

,(15)

где L0 - расстояние между центрами рассматриваемых элементов (0.5 мм);

дшt - погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника (0.03 мм).

0.45 мм. Минимальное расстояние между двумя контактными площадками определяется по формуле:

,(16)

мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками определяется по формуле:

,(17)

мм.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотошаблоне определяется по формуле:

,(18)

мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками на фотошаблоне определяется по формуле:

,(19)

мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками на фотошаблоне определяется:

,(20)

мм.

Расчет минимального расстояния между элементами проводящего рисунка

Минимальное расстояние для прокладки проводников между двумя контактными площадками металлизированных отверстий определяется по формуле:

,(21)

где D1max, D2max - максимальные диаметры контактных площадок металлизированных отверстий;

nn - количество проводников;

Smin - расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой, проводником и металлизированным отверстием (0.25 мм);

мм.

Минимальное расстояние для прокладки проводников между двумя металлизированными отверстиями:

,(22)

где d1max, d2max - максимальные диаметры металлизированных отверстий;

а - расстояние от края платы до элемента печатного монтажа (1,5 мм);

мм.

Минимальное расстояние для прокладки проводников между контактной площадкой металлизированного отверстия и не металлизированным отверстием определяется по формуле:

, (23)

мм.

Минимальное расстояние для прокладки проводников между контактной площадкой металлизированного отверстия и краем платы:

, (24)

мм.

Минимальное расстояние для прокладки проводников между не металлизированным отверстием и краем платы определяется по формуле:

,(25)

мм.



2. Практическая часть

2.1 Порядок проектирования печатных плат в системе DipTrace

Создание любого электронного устройства включает в себя следующие этапы:

- Формирование технического задания (ТЗ) на разработку, определение структуры и алгоритмов функционирования системы.

- Разработка принципиальной электрической схемы, перечня элементов и выпуск соответствующей документации.

- Разработка конструкции печатной платы и выпуск комплекта конструкторской и технологической документации.

- Подготовка к производству и изготовление печатных плат.

- Сборка, настройка и регулировка изделия.

Одним из вариантов использования модулей системы DipTrace при проектировании узлов печатных плат является следующий порядок выполнения операций:

1. Создание библиотеки радиоэлектронных компонентов включает в себя три этапа:

- Создание условного графического обозначения (УГО) символа компонента;

- Создание посадочного места и корпуса радиоэлектронного компонента (РЭК);

- Упаковка РЭК и формирование библиотеки.

2. Разработка схемы электрической принципиальной с помощью графического редактора Schematic Capture.

После создания принципиальная электрическая схема проверяется на наличие грубых ошибок (замыкание на "землю" выхода логического элемента). Остальной тип ошибок при создании принципиальной электрической схемы является следствием невнимательности проектировщика (90%), поэтому процесс создания схемы требует тщательности и очень серьезного внимания от проектировщика.

3. Формирование контура ПП и размещение конструктивных элементов на ней с помощью графического редактора PCB Layout.

4. Трассировка проводников ПП:

- в ручном и интерактивном режимах средствами графического редактора PCB Layout;

- в автоматическом режиме программами модуля PCB Layout Autorouters, вызываемым из управляющей оболочкиPCB Layout.

2.2 Порядок создания библиотеки радиоэлектронных компонентов в системе DipTrace2.3 Порядок создания электрической принципиальной схемы в системе DipTrace

DipTrace имеет интегрированные библиотеки, которые содержат графическую информацию о символах и типовых корпусах компонентов и текстовую упаковочную информацию. В интегрированной библиотеке каждому символу могут быть сопоставлены несколько вариантов корпусов. Библиотеки легко пополняются с помощью графических редакторов, а упаковочная информация о цоколевке компонентов, логической эквивалентности выводов и т.п. координируется администратором библиотек.

Создание и редактирование библиотек компонентов и их посадочных мест осуществляется с помощью программ Component Editor и Pattern Editor. Также в эти программы входят средства поиска, импорта атрибутов компонентов, верификация библиотек, составление списков соответствий выводов символов и корпусов компонентов и средства просмотра параметров компонентов.

Символьное изображение (файл .eli) представляет собой условное графическое изображение компонента и используется при создании принципиальной электрической схемы.

Конструкторско-технологический образ компонента (файл .lib) представляет собой сведения о типе выводов (штыревые или планарные) и конструктиве (форме) корпуса.

Конструкторско-технологические образы для отдельных типов компонентов могут совпадать (когда разные компоненты упаковываются в одинаковые корпуса), но символьные изображения все равно отличны друг от друга. печатный плата квадратичный вентилятор

Информация об именах выводов, номерах выводов подключающихся к земле и питанию и о типе корпуса берется из соответствующих справочников.

Новая библиотека создается следующим образом:

- Запускается редактор Component Editor.

- Выполняется команда Новая библиотека и задается его имя Библиотека.eli.

Для примера рассмотрим порядок создания УГО резистора.

Сначала задается название и метка компонента, используя соответствующие поля на панели свойств компонента (Рисунок 2.1.

Рисунок 2.1 - панель свойств компонента

Выбирается "Вывод" в правом верхнем углу окна, затем, перемещая курсор в область построения, размещаются два вывода щелчком левой кнопки мыши. Существует возможность вращения вывода, нажимая клавишу "R".

Выбирается "Прямоугольник" и размещаются границы резистора в слое шелкографии. Выводы должны быть установлены по сетке 0.1, поэтому прямоугольник нужно сделать по сетке 0.05 (Ctrl+, Ctrl - для быстрого изменения сетки). Символ резистора готов (Рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - УГО резистора

Далее необходимо присоединить корпус (предварительно созданный в редакторе Pattern Editor) для возможности создания платы из схемы, содержащей данный резистор: Выбирается "Компонент / Привязка к корпусу" в главном меню. В появившемся диалоговом окне производится соединение выбранного корпуса из списка добавленных библиотек с УГО резистора (Рисунок 2.3). Также можно уточнить связь между выводами символа и корпуса используя список связей, этот метод более предпочтителен для средних и больших компонентов. Номера выводов могут быть заданы и с помощью таблицы выводов (выбрать "Компонент / Таблица выводов" в главном меню и открыть ее) или из диалога свойств вывода.

Рисунок 2.3 - Привязка корпуса к УГО резистора

Резистор готов и содержит и символ схемотехники и корпус для PCB.

Создание корпуса в редакторе PCB Layout осуществляется похожим способом.

2.3 Порядок создания электрической принципиальной схемы в системе DipTrace

Принципиальная электрическая схема определяет полный состав элементов и связей между ними и дает детальное представление о принципах работы объекта проектирования. Принципиальная электрическая схема служит основанием для разработки других конструкторских документов: схемы соединений, чертежей печатных плат и перечня элементов.

Каждая схема должна быть оформлена как самостоятельный конструкторский документ, которому присваивается обозначение по ГОСТу 2.201-80 (АБВГ.ХХХХХХ.ХХХ ЭЗ).

На каждом документе (внизу справа) помещают основную надпись. В графах основной надписи указывают:

1) наименование изделия и документа в именительном падеже единственного числа. Наименование, состоящее из нескольких слов, начинают с имени существительного. Например, "Блок комбинированный. Схема электрическая принципиальная".

2) обозначение документа, составленное в соответствии с ГОСТ 2.201--80; на всех листах одного документа указывают одно и то же обозначение.

3) обозначение материала. Графу заполняют только на чертежах деталей.

4) наименование или различительный индекс предприятия- разработчика. Графу не заполняют, если различительный индекс содержится в обозначении документа.

На схеме изображают все элементы, в виде условных графических обозначений. Каждый элемент схемы должен иметь позиционно-буквенное обозначение. Порядковые номера присваиваются, начиная с 1-го для каждого типа РЭК (DD1, DD2 или С1,С2), в соответствии с последовательностью расположения элементов на схеме сверху вниз, в направлении слева направо.

Позиционное обозначение проставляется рядом с графическим изображением, с правой стороны или сверху. При изображении элемента разнесенным способом его позиционное обозначение проставляется около каждой части (DD1.1, …DD1.4).

При выпуске документа принципиальной электрической схемы обязательно совместно с ней выпускается перечень элементов, который помещают на первом листе схемы или выполняют в виде самостоятельного документа. Перечень оформляют в виде таблицы заполняемой сверху вниз.

В графах таблицы указывают следующие данные:

- в графе "Поз. Обозначение" - позиционные обозначения элементов функциональных групп;

- в графе "Наименование" - для элемента: наименование в соответствии с документом, на основании которого этот элемент применен, и обозначение этого документа (основной конструкторский документ, государственный стандарт, отраслевой стандарт, технические условия) - для функциональной группы "наименование";

- в графе "Примечание" - рекомендуется указывать технические данные элемента, не содержащиеся в его наименовании. В последнее время, в связи с широким применением импортной элементной базы, в этой графе указывают аналоги или альтернативную фирму-производителя.

При выполнении перечня элементов на первом листе схемы его располагают, как правило, над основной надписью. Расстояние между перечнем элементов и основной надписью должно быть не менее 12 мм. Продолжение перечня элементов помещают слева от основной надписи, повторяя шапку таблицы.

При выпуске перечня элементов в виде самостоятельного документа его код должен состоять из буквы "П" и кода схемы, к которой выпускают перечень, например, код перечня элементов к принципиальной электрической схеме - ПЭЗ. При этом в основной надписи указывают наименование изделия, а также наименование документа "Перечень элементов".

На принципиальной электрической схеме изображают РЭК либо в виде условных графических обозначений, либо в виде прямоугольников. Линии взаимосвязи, буквенно-цифровые обозначения, таблицы, текстовую информацию, например, о питании интегральных микросхем, и помещают в основную надпись. Условные графические обозначения элементов выполняются в соответствии с ЕСКД.

Толщина линий выбирается в пределах 0,2..1,0 мм. Рекомендуемая ширина 0,3..0,4 мм. Условные графические обозначения и линии соединений выполняются одной толщины. Утолщенными линиями обычно выполняются общие шины.

Тип линии определяется изображаемым объектом:

- сплошной линией - обозначают электрические связи, условные графические обозначения элементов и т.п.;

- штриховой линией - электрические, магнитные экраны и механические связи;

- штрихпунктирной линией - функциональные группы компонентов.

При выполнении схемы устанавливается просвет между соседними линиями условных графических обозначений не менее 1 мм, между отдельными линиями условных графических обозначений - не менее 2 мм, между соседними линиями связи (цепями) - не менее 3 мм. Линии соединений должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков, для некоторых схем в виде исключения допускается выполнение линий связи под углом 45°. Линии связи должны иметь минимальное количество пересечений и изломов.

Создание схемы электрической принципиальной:

1. Запустить графический редактор Schematic Capture.

2. Настроить конфигурацию графического редактора. Для этого необходимо:

- Установить размер страницы и чертежной рамки: Файл / Параметры страницы. Затем в нижней части окна установить "Показывать рамку и штамп" и "Показывать лист".

- Выбрать шаг сетки 1,25 из раскрывающегося списка: Вид/Шаг сетки.

3. Установить элементы. Для этого наводим курсор мыши на панель библиотек и из нужной библиотеки выбираем нобходимый элемент и размещаем на рабочее пале.

4. Провести связь. Для этого подводим курсор к выводу одного элемента и нажимаем левую кнопку мыши.

5. Провести электрические цепи между выводами элементов. Чтобы соединить выводы элементов, надо щелкнуть левой кнопкой на одном выводе и, переместив курсор ко второму выводу, щелкнуть левой кнопкой еще раз.

6. Проверить возможные синтаксические ошибки, допущенные при создании схемы. Для этого выполнить команды Проверка/Проверка связей (ERC). После этого программой производится поиск ошибок, результаты которого выводятся в текстовом файле с расширением .ERC (Рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - результаты проверки ERC

7. Для записи сформированной схемы выполнить команды Файл/Сохранить как. Откроется диалоговое окно, в котором необходимо указать папку для хранения проекта.

8. Для упаковки схемы на ПП (размещения на ПП корпусов ЭРЭ с указанием электрических связей между ними в соответствии с принципиальной схемой) ее надо записать в виде списка соединений. Последний включает в себя список ЭРЭ и цепей с указанием номеров выводов ЭРЭ, к которым они подключены. Для этого необходимо выполнить команду Файл/Преобразовать в плату. Принципиальная схема JTag - отладчика готова.

2.4 Формирование топологии ПП в системе DipTrace

Топология ПП представляет собой наглядное изображение проектируемой платы. Топология ПП включает: границы ПП, корпуса РЭК с посадочными местами, электрические соединения, печатные проводники, переходные отверстия (ПО) и крепежные отверстия, маркировку элементов, а также другую информацию необходимую для удобства проектирования, изготовления и эксплуатации изделия.

Топологию ПП формируют в графическом редакторе PCB Layout. В системе DipTrace предусмотрена ручная, и автоматическая трассировка соединений ПП.

Система DipTrace включает несколько программ автоматической трассировки печатных проводников, которые вызываются из редактора PCB Layout. Программа Grid Router реализует сеточную технологию и позволяющая разводить несложные платы, в том числе с перемычками. Трассировщик Shape Router основан на бессеточной технологии и реализует принципы оптимизации нейронных сетей. Программа реализует такие алгоритмы, которые стремятся получить 100% трассировки соединений. Работает программа в автоматическом, интерактивном и ручном режимах.

Критериями качества результатов трассировки являются следующие: процент реализованных соединений; суммарная длина проводников; число монтажных слоев; число межслойных переходов; равномерность распределения проводников; минимальная область трассировки; минимизация длины параллельных участков близко лежащих проводников и др. При трассировке необходимо их учитывать.



2.5 Порядок размещения ЭРЭ на печатной плате в системе DipTrace

Разработка печатной платы начинается с экспорта созданной принципиальной схемы в программу PCB Layout При этом на рабочем поле отображаются корпуса всех элементов, из которых состоит принципиальная схема, и связи между ними (Рисунок 2.5)

Рисунок 2.5 - принципиальная схема, экспортированная в PCB Layout

Осуществить компоновку элементов схемы можно как вручную, так и автоматически. Для запуска автоматического позиционирования элементов необходимо выполнить Позиционирование/Запуск авто-позиционирования. Перед запуском авто компоновки можно редактировать параметры позиционирования: Позиционирование/Настройки позиционирования. В результате программа находит оптимальное расположение компонентов (минимум пересечения связей, минимальная длина связей) (Рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 - Результаты авто-позиционирования

При осуществлении компоновки печатной платы более оптимальным вариантом является сочетание авто компоновки и позиционирования компонентов вручную.

2.6 Трассировка цепей ПП в системе DipTrace

Далее осуществляется трассировка линий связей между компонентами. Программа PCB Layout позволяет трассировать плату как в ручном, так и в автоматическом режиме. Перед тем, как начать трассировку ПП необходимо нарисовать ее границы: Объекты/границы платы. Для осуществления авто-трассировки выберем Shape Router трассировщик: Трассировка/Выбор авто-трассировщика/Shape Router (Рисунок 2.7). Перед выполнением команды определимся с ее параметрами: Трассировка/параметры авто-трассировки. В частности, в параметрах можно указать количество слоев трассировки: 1 или 2.

Рисунок 2.7 - Результаты автотрассировки

2.7 Проверка ПП в системе DipTrace

После разработки рисунка ПП его необходимо проверить на соответствие исходной принципиальной схеме и соблюдение технологических ограничений. Для это необходимо выполнить команду Проверка/Показать ошибки трассировки. Параметры проверки можно задать с помощью команды Проверка/Параметры проверки ошибок. В появившемся окне можно указать:

· Минимальную ширину трасс

· Минимальное расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка

· Минимальные размеры металлизированных отверстий

· Минимальная толщина металлизации

Результат ошибок трассировки отображается в виде таблицы ошибок (Рисунок 2.8)

Рисунок 2.8 - Таблица ошибок трассировки ПП



Заключение

В результате выполнения курсового проекта была создана принципиальная электрическая схема и разработана топология печатной платы устройства управления вентиляторами компьютера через порт LPT в системе автоматизированного проектирования DipTrace. Были систематизированы, закреплены и расширены теоретические знания по предмету "Информационные технологии проектирования РЭС", привиты навыки самостоятельного решения задач автоматизированного проектирования РЭС с помощью САПР DipTrace 2.1.9.3.

Знания, полученные при изучении САПР DipTrace помогут в дальнейшем освоить любые другие САПР.

Список используемой литературы

1. ГОСТ 19.202-78 ЕСПД. Спецификация. Требования к содержанию и оформлению.

2. ГОСТ 19.404-79 ЕСПД. Пояснительная записка. Требования к содержанию и оформлению.

3. ГОСТ 23751-86 ЕСКД. Платы печатные, основные параметры конструкции.

4. ГОСТ 29137-91 ЕСКД. Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы.

5. Грачев, А. А. Конструирование электронной аппаратуры на основе поверхностного монтажа компонентов [Текст]: / А. А. Грачев, А. А. Мельник, Л. И. Панов - М.: НТ Пресс. 2006.

6. Иванова, Н. Ю. Информационные технологии проектирования ЭВС. Методическое пособие [Текст]: / Под ред. Н.Ю. Иванова, Е. Б. Романовой; М-во образования Рос. Федерации. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2007.

7. Книга по работе в DipTrace 2.2. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.diptrace.com/rus/index.php?page=1

8. Лопаткин, А. В. Проектирование печатных плат в системе PCAD 2001. [Текст]: / А.В. Лопаткин; учеб. пособие. - Нижний Новгород: НГТУ. 2002.

9. Медведев, А.М. Печатные платы: конструкции и материалы. [Текст]: / А.М. Медведев - М.: Техносфера. 2005.

10. Сабунин, А.Е. Altium Designer Новые решения в проектировании электронных устройств. [Текст]: / А.Е. Сабунин - М.: Солон-пресс. 2009.

11. Ушаков, Н.Н. Технология производства печатных плат. [Текст]: / Н.Н. Ушаков - М.: Высшая школа. 1991.

Размещено на Allbest.ru