Разработка конструкции, технологии изготовления и сборки микропроцессорного отладочного стенда для микроконтроллера ADuC812

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского

Кафедра «Наукоемкие технологии радиоэлектроники»

Реферат

по теме: «Разработка конструкции, технологии изготовления и сборки микропроцессорного отладочного стенда для микроконтроллера ADuC812»

Москва 2006 г.

Содержание

Введение

Актуальность, новизна и практическая ценность разработки

Назначение разработки

Конструктивные особенности устройства

Технические характеристики

Перечень элементов

Список литературы

Введение

Развитие радиоэлектроники является в настоящее время одним из главных условий технического процесса во всех областях, сферах и направлениях научно-производственной деятельности людей.

Основная цель дипломного проектирования - разработка актуальной и имеющей практическую ценность для конкретных отраслей промышленности, предприятий и организаций тематики дипломных проектов в рамках специальности.

Приоритетными направлениями развития современных РЭС являются:

комплексная микроминиатюризация РЭС и интегральная технология с дальнейшим повышением степени интеграции компонентов;

- комплексная автоматизация на всех этапах создания РЭС (от разработки до эксплуатации) на базе автоматизированных систем проектирования, управления, контроля, технологической подготовки производства и др.;

- совершенствование технологии сборки и монтажа РЭС с дальнейшим повышением плотности монтажа до значений, соизмеримых с интеграцией компонентов;

- создание новых типов технологического оборудования, в том числе универсальных сборочных автоматов;

- совершенствование организации методов производства и в том числе средств контроля РЭС на базе вычислительной техники.

Задачи дипломного проектирования:

- повышение уровня общеинженерной, экономической и экологической проработки тем дипломных проектов;

- поиск эффективных путей и выработка конкретных решений и рекомендаций по совершенствованию конструкций, технологий РЭС, организаций их производства.

С 01.09.2005 по 27.10.2005 мной была пройдена преддипломная практика на предприятии «Консультационно-техничестий центр по микроконтроллерам».

Основными направлениями деятельности организации являются поставка электронных компонентов для обеспечения серийного производства, информационное обеспечение процесса разработки, в том числе консультации, разработка и производство отладочных средств, комплектующих изделий, приборов различного назначения.

На данном предприятии было получено задание по разработке микропроцессорного отладочного стенда для микроконтроллера AduC812 фирмы Analog Devices. В ходе прохождения практики, я был включен в группу разработчиков данного устройства, принял непосредственное участие в проектировании рисунка печатной платы.

Актуальность, новизна и практическая ценность разработки

Одной из актуальных проблем радиоэлектроники в области производства устройств на микроконтроллерах является проблема создания работоспособного программного обеспечения и дальнейшего его совершенствования.

Разрабатываемый стенд помогает решить эту проблему с минимальными затратами. Это устройство позволяет создавать модели устройств, построенных на микроконтроллере ADuC812, отлаживать программу для различных приборов, используя всего лишь одну печатную плату.

микропроцессорный стенд микроконтроллер

Назначение разработки

Отладочный стенд представляет собой печатную плату с установленной на ней однокристальной ЭВМ ADuC812. ADuC812 относится к семейству MicroConverter, особенностью которого является интеграция на одном кристалле с i51-совместимым процессорным ядром многоканального АЦП, ЦАП и других дополнительных устройств, превращающих микроконтроллер в полноценную систему сбора и обработки аналоговой информации. Плата служит для освоения возможностей ADuC812, быстрого макетирования устройств его базе, а также может использоваться в качестве основы для мелкосерийного производства таких устройств. Электрическая принципиальная схема данного устройства приведена на рисунке 1.

В состав стенда входят:

микроконтроллер ADuC812;

микросхема статического ОЗУ ёмкостью 128кБ;

2 микросхемы регистров-защёлок для организации 16- и 24- битной адресации внешней памяти;

разъём интерфейса RS232;

микросхема ADM202, служащая для согласования уровней сигналов КМОП и RS232;

посадочные места или панели для операционных усилителей, включённых повторителями входных аналоговых сигналов;

микросхемы 74НС00 и 74НС14, с помощью которых организован процесс программирования;

разъём питания;

разъём интерфейса i2c;

макетное поле, на котором пользователь может собрать специфическую для своей задачи часть устройства;

кабель для подключения к ПК по интерфейсу RS232;

блок питания.

Подсистема памяти состоит из микросхемы статического ОЗУ ёмкостью 128кБ (U7), 2 микросхем регистров-защёлок (U2,U3) и перемычек JP4 и JP5. Регистр U2 служит для организации стандартного алгоритма работы i51-совместимых контроллеров с памятью - защёлкивание младшего байта адреса.

Конструктивные особенности устройства

Данное устройство не требует обеспечения повышенных характеристик эксплуатации. Оно рассчитано на работу в лабораторных условиях, т.е. работа при комнатной температуре, в условиях нормальной влажности и вибрации. Также не требуется повышенная радиационная стойкость и стойкость к механическим ударам.

При разработке аппаратуры учитывались перспективные направления развития радиоэлектроники. При этом ставилась задача уменьшения массогабаритных характеристик и обеспечение эргономичности устройства при наибольшей унификации схемотехнических и системотехнических решений.

В соответствии с электрической принципиальной схемой, прибор состоит из 7 функционально-законченных узлов, которые целесообразно выполнить на одной печатной плате в виде модуля:

Входной фильтр питания

Микропроцессорное ядро

Интерфейс RS-232

Мультиплексорный модуль

Память

Цепь сброса

Разъемы для подключения устройств

Функциональная схема устройства:

Рис. 1

Такое построение позволит спроектировать прибор с минимальными габаритами.

Печатная плата разработана с применением современных импортных компонентов поверхностного монтажа. Также на плате используются разъемы и переключатели для штыревого монтажа, что обеспечивает жесткость конструкции.

Краткое описание технологического процесса и используемого программного обеспечения:

Входной контроль

Подготовка поверхности ПП (расконсервация, очистка от оксидов)

Формирование рисунка ПП

Нанесение паяльной маски

Пайка компонентов

Отмывка платы

Контроль параметров устройства (безошибочность загрузки программы и наличие сигналов на выходах)

При разработке данной ПП использовался пакет САПР P-CAD 2002.

P-CAD - самая известная в России система проектирования печатных плат. Разные модули пакета организуют сквозной цикл проектирования: от ввода принципиальной схемы до получения технологических управляющих файлов. Разные заказные конфигурации позволяют гибко подойти к оснащению рабочих мест специалистов разного профиля.

Пакет программ позволяет:

ввести принципиальную схему,

провести цифро-аналоговое моделирование проектируемого устройства,

разработать топологию,

провести анализ целостности сигналов,

подготовить технологические файлы,

подготовить конструкторскую документацию,

передать информацию в системы 3D-проектирования (SolidWorks, Компас, Pro/E и.т.п.)

разработать собственную элементную базу.

При этом стоит отметить, что P-CAD 2004 является модульным пакетом, то есть разноплановые операции (например, ввод принципиальной схемы и разработка топологии) выполняются в разных модулях, связанных между собой промежуточными файлами (например, список соединений) или DBX-интерфейсом, который ко всему прочему дает пользователю возможность управлять системой P-CAD 2002 из внешних программ. Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-GAD входят

четыре основных модуля - P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library

Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ

Подобное построение пакета делает его менее требовательным к ресурсам и позволяет вносить любые коррективы в проект на базе, упомянутых выше, промежуточных файлов.

P-CAD 2002 позволяет работать как в метрической, так и в дюймовой системе единиц и переключаться между ними в любой момент времени (точность составляет 0.001 мм). При этом поддерживается работа с абсолютной системой координат (левый нижний угол рабочего поля) и относительной: начало координат может быть перенесено пользователем по своему усмотрению в любую точку рабочего поля (например, в левый нижний угол контура печатной платы или в ее центр при проектировании круглых печатных плат). Переключение между абсолютной и относительной системами координат может осуществляться многократно на протяжении всей работы над проектом. При проектировании печатной платы или принципиальной схемы пользователь может использовать любое количество шагов координатной сетки и переключаться между ними нажатием одной клавиши (стоит отметить, что при смене систем единиц шаги сетки будут автоматически пересчитываться в текущие единицы).

P-CAD 2002 является мощнейшим пакетом для проектирования печатных плат.

Технические характеристики

1. Электропитание процессорного ядра осуществляется от источника постоянного тока напряжением от 3 до 5 В. Питание однополярное.

2. Отношение сигнал-шум составляет 70 дБ.

3. Стандартная частота работы ядра 12 МГц. Максимальная 16МГц.

4. Ток, потребляемый ядром в нормальном режиме, составляет 26мА. В спящем режиме порядка 5 мкА.

5. Количество циклов записи во Flash-память 50000.

6. Время хранения информации в памяти (в выключенном состоянии) 10 лет.

7. Количество двунаправленных портов ввода/вывода - 4 шт. по 8 линий.

8. Количество 16-битных таймеров/счетчиков - 3.

9. Количество 12-битных ЦАП - 2.

10. Размер памяти:

8 КБ Flash/EEPROM памяти программы 640 байтная Flash/EEPROM памяти данных 256 байтное ОЗУ

Условия эксплуатации

Аппаратура предназначена для работы в следующих условиях эксплуатации:

нормальная температура среды: рабочей - 298 К (+25С); предельная - 343 К (+70С );

пониженная температура среды: рабочей - 273 К (0С); предельной - 233 К (минус 40С);

рабочая относительная влажность среды при температуре 25С 60-85%

повышенная относительная влажность среды при температуре 25С до 100 %;

Технологические требования

Использование средств защиты от статического электричества при монтаже компонентов.

Температура выводов при пайке в паровой фазе (60 с.) +215С

Температура выводов при инфракрасной пайке (15 с.) +220

Эргономические требования

Должен обеспечиваться беспрепятственный доступ к разъемам портов ввода/вывода и программирования устройства.

Должен обеспечиваться доступ к перемычкам, задающим режим работы устройства, а также к кнопке сброса.

Окраска и шрифт надписей в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

Перечень элементов

Список литературы

1. Федоров В.К., Васильев А.М. «Требования и рекомендации к дипломным проектам. Методические указания к дипломному проектированию по специальности 200800». - М: МАТИ, 2001 г.

Размещено на Allbest.ru