Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Технология проектирования в системе P-CAD

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Конструирование и производство радиоаппаратуры»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Информационные технологии проектирования

радиоэлектронных средств»

Р2КП.468232.020ПЗ

Руководитель проекта

_______А.Н. Антропов

Автор проекта

студент группы КРБ-418

________Ткаченко И.С.

Омск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизированное проектирование (АП) – одно из направлений научно технического прогресса в области автоматизации проектирования, к ней относится далеко не всякое применение ЭВМ. Для АП характерно систематическое использование ЭВМ для решения типовых задач проектирования при рациональном распределении функций между человеком и ЭВМ так, чтобы применение ЭВМ становилось удобным и эффективным.

Автоматизация проектирования позволяет:

повысить качество проектирования;
сокращение сроков проектирования;
снижение материальных затрат на проектирование;
уменьшение численного состава проектировщиков при одновременном повышении производительности их труда.

Система автоматизированного проектирования (САПР) – это организационно–техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации и проектных подразделений и выполняющая автоматизированное проектирование.

Одним из современных и используемых средств САПР является система PCAD, которая объединила в себе ряд взаимосвязанных пакетов прикладных программ. Эта система позволяет выполнить полный цикл проектирования ПП, включающий создание условных графических обозначений (УГО) электрорадиоэлементов (ЭРЭ), разработку посадочных мест ЭРЭ на ПП, размещение ЭРЭ на печатных платах, ручную, интерактивную и автоматическую трассировку проводников, контроль ошибок в схеме и на ПП и выпуск конструкторско-технологической документации.

P-CAD Shematiс – графический редактор ПП. Он предназначен для разработки электрических принципиальных схем и может применяться для создания УГО отдельных ЭРЭ.

P-CAD PCB — графический редактор ПП. Предназначен для проектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся: задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактных площадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев, маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников и формирование управляющих файлов технологическим оборудованием.

P-CAD Autorouters предназначен для автоматической трассировки проводников ПП. Включает два автотрассировщика: программу Quick Route для проектирования рисунка ПП не очень сложных электрических схем и бессеточный трассировщик Shape-Based Router, предназначенный для проектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ.

Symbol Editor — редактор символов элементов (файлы с расширением .sym). Предназначен для создания условных графических обозначений символов ЭРЭ электрических схем.

Pattern Editor — редактор посадочных мест (файлы с расширением .pat). Предназначен для разработки посадочных мест для конструктивных ЭРЭ на ПП.

Цель данного курсового проекта: исследование, изучение и освоение системы автоматизированного проектирования P-CAD.

Задачи:

Анализ схемы и конструкции автоматического разрядно-зарядного устройства.
Подготовка и формирование библиотеки компонентов.
Разработка формализованного задания.
Реализация технологии проектирования.

1 АНАЛИЗ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Анализ конструкции ПП как подготовительная стадия перед выполнением автоматизированного проектирования в первую очередь направлен на выявление тех особенностей ПП, которые определяют контролируемые в автоматическом режиме параметры и конструкторско-технологические ограничения.

Система сигнализации, предназначена для применения в небольших офисах, частных домах, квартирах. Особенностью данной сигнализации является извещение об изменении состояния охранного шлейфа (как замыкание, так и его обрыв) с помощью набора заранее указанных телефонных (до 4-х) номеров и извещение хозяина звуком сирены в тел. линию. Программирование телефонных номеров для извещения, смена пароля, просмотр содержимого памяти номеров осуществляется с помощью клавиатуры из 5 кнопок и 10 разрядного жидкокристаллического дисплея.

Номера телефонов могут быть как городскими, так и междугородними, сотовыми, при наборе первой восьмерки (выход на межгород) – выдерживается пауза 2 секунды для ожидания гудка готовности МТС.

Охранная сигнализация выполнена на основе микроконтроллера фирмы «Microchip» - 16F628-04P,(I/P) и весь основной функционал заложен в программном обеспечении для данного микроконтроллера. На транзисторах VТ1, VТ3 выполнен узел опроса охранного шлейфа, реализующий функцию реагирования на его обрыв и замыкание. Узел сопряжения с телефонной линией выполнен на транзисторе VТ2, оптронах U1, U2. Применение оптронов позволило гальванически изолировать телефонную линию от охранного устройства, что немаловажно для надежности системы, особенно если используется воздушная телефонная линия. Пьезокерамический излучатель BF1 служит для озвучивания и информирования нажатия клавиш и основных функций. Светодиод VD6 – для получения напряжения питания ЖКИ - 1,5В, VD4 – сигнализатор работы устройства. ЖКИ индикатор – 10 разрядный на основе микросхемы Holtek HT1613. В данном случае применен индикатор типа КО4В2.

Питание осуществляется от напряжения 12В, стабилизатор DA1 обеспечивает подачу устойчивого напряжения 5В, а конденсаторы C1, C3 используются в качестве фильтров.

Полная принципиальная схема охранной сигнализации представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Полная принципиальная схема охранной сигнализации.

Проектирование печатного модуля начинается с определения площади печатной платы, которая вычисляется по формуле S=S S_УСТi / К_ЗАП, где

S - площадь ПП, мм ;

S_УСТi - установочная площадь i-го элемента, мм ;

К_ЗАП - коэффициент заполнения ПП (0,33...1);

Площадь пьезоизлучателя PKM13EPYH4000-A0 = 100 мм²;

Площадь конденсаторов К10-17Б = 37,5 мм² х 3 = 112,5 мм²;

Площадь конденсаторов К50-35 = 25 мм² х 4 = 100 мм²;

Площадь стабилизатора КР142ЕН5А = 22 мм²;

Площадь микросхемы PIC16F84A = 250 мм²;

Площадь светодиодов КИПД42Б-Л = 6 мм² х 2 = 12 мм²;

Площадь катушки индуктивности L = 144 мм²;

Площадь резисторов C1-4 = 70 мм² х 17 = 1190 мм²;

Площадь кнопок TC-0104 = 49 мм² х 5 = 245 мм²;

Площадь оптронов PC817 = 49 мм² х 2 = 98 мм²;

Площадь диодов 1N4002 и стабилитронов 1N4728A, 1N4733A =

70 мм² х 7 = 490 мм²;

Площадь транзисторов КТ315 = 40 мм² х 2 = 80 мм²;

Площадь транзисторов A1013, КТ503 = 40 мм² х 2 = 80 мм²;

Площадь на разъёмы XS = 250 мм²;

Площадь кварцевого резонатора HC-49U = 60 мм²;

КЗАП примем равным 0,4; тогда площадь зоны разрешенной для размещения компонентов и прокладки печатных проводников:

S=3233,5/0,4=7358,25 мм

;

Длину печатной платы необходимо принять фиксировано в размере 100 мм. По контуру печатной платы установлен отступ в 2 мм. Тогда длина зоны доступной для размещения проводников равна:

100 мм - (2 мм x 2) = 96 мм;

Для упрощения расчетов прибавим площадь под отверстия в углах ПП к площади, разрешенной для прокладки проводников:

7458,25 мм² + ((6 мм + 6мм) х 4) = 7502,25 мм²;

Рассчитаем ширину зоны доступной для размещения проводников:

7502,25 мм²/96 мм = 78 мм;

Тогда ширина печатной платы:

78 мм + (2 мм х 2) = 82 мм.

Печатную плату рекомендуется разрабатывать прямоугольной формы с размерами не более 100×82 мм. В качестве материала печатной платы, как правило, выбирается стеклотекстолит либо гетинакс.

Стеклотекстолит наиболее выгоден в конструкциях, где повышены механические нагрузки, где нужна прочность на отслаивание фольги и для нашего устройства это необходимо. Исходя из этого, для конструкции охранной сигнализации выбран материал стеклотекстолит

СФ-2-35-2 ГОСТ 10315-78.

двухсторонний;
толщиной 2 мм;
толщина медной фольги 35мкм;
размером 100×82 мм.

Эскиз печатной платы приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Эскиз печатной платы.

Монтажные отверстия Æ2,5 мм и расположены в углах печатной платы. Шаг координатной сетки берем равным 2,5 мм. При определении ширины печатных проводников основываются на анализе электрической схемы, особенности размещения ЭРЭ на ПП, способу установки ПП в корпусе устройства и на соображения экономической целесообразности. Ширину печатных проводников определяют по классам точности, которые подразделяются по плотности проводящего рисунка на основе ГОСТ23751-86. Данная печатная плата будет проектироваться по второму классу точности. Выпуск печатных плат 2-го класса осуществляется на рядовом оборудовании, а иногда даже на оборудовании, не предназначенном для изготовления печатных плат. Такие ПП с невысокими (и даже с низкими) конструктивными параметрами предназначены для недорогих устройств с малой плотностью монтажа. К этому классу относятся печатные платы любительского и макетного уровня, часто единичного или мелкосерийного производства.

2 ПОДГОТОВКА И ОФОРМЛЕНИЕ БИБЛИОТЕКИ КОМПОНЕНТОВ

2.1 Формирование УГО компонента

УГО компонента представляет собой его изображение на электрической схеме, формируемой в среде системы P-CAD. Отдельные УГО сводятся в библиотеки и доступны для применения в различных проектах.

Библиотечное описание УГО компонента имеет строго регламентированную структуру и включает:

условное графическое изображение компонента на схеме (его символ);
обозначения выводов (точек подключения символа) и атрибуты выводов;
точку привязки символа – графический элемент, маркирующий характерную точку символа, которая позволяет правильно оценить местоположение и ориентацию символа при его размещении на поле схемы (рекомендуется в качестве точки привязки указывать первый вывод УГО);
местоположение позиционного обозначения компонента;
местоположение идентификационного параметра компонента.

Процедура выполняется в среде схемного редактора Schematic.

Порядок выполнения работы

Процедура выполнения работы с необходимыми пояснениями приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Процедура формирования УГО компонента.

Следуя этой процедуре, были сформированы УГО всех компонентов, входящих в конструкцию.

2.2 Формирование КТО компонента

КТО компонента представляет собой его графическое изображение на печатной плате, а также на видах расположения и на сборочных чертежах. Отдельные КТО сводятся в библиотеки и доступны для применения в различных проектах.

Библиотечное описание КТО компонента имеет строго регламентированную структуру и включает:

цоколевочный образ компонента (иначе называемый посадочным местом компонента), определяющий взаимное расположение контактных площадок для установки компонента на печатную плату;
графика корпуса компонента;
точку привязки КТО – графический элемент, маркирующий характерную точку КТО, которая позволяет правильно оценить местоположение и ориентацию компонента при его размещении на поле печатной платы (рекомендуется в качестве точки привязки указывать первую контактную площадку КТО);
местоположение позиционного обозначения компонента;
местоположение идентификационного параметра компонента.

Процедура выполняется в среде подсистемы проектирования печатного монтажа РСВ.

Эскизы ЭРЭ применяемых для формирования КТО приведены в приложении Г.

Порядок выполнения работы

Процедура выполнения работы с необходимыми пояснениями приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Процедура формирования КТО компонента.

Следуя этой процедуре, были сформированы КТО всех компонентов, входящих в конструкцию.

2.3 Формирование интегрального образа компонента

Для автоматического преобразования информации об электрических связях на схеме, в информацию об электрических соединениях между выводами конструктивных компонентов, размещенных на печатной плате, необходимы сведения о соответствии выводов компонентов схемы выводам конструктивных компонентов (в конечном итоге контактным площадкам посадочных мест компонентов).

Указанная задача имеет несколько уровней сложности. Наиболее просто она решается для дискретных компонентов (в этом случае в корпусе упакован один схемный компонент). Сложнее с интегральными схемами (в корпусе микросхемы могут быть упакованы несколько однотипных, а то и разнотипных секций).

После установления указанного соответствия УГО и КТО образуют интегральный образ компонента, которых затем заносится в библиотеку.

Процедура упаковки реализуется с применением утилиты Library Executive.

Порядок выполнения работы

Процедура выполнения работы с необходимыми пояснениями приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Процедура формирования интегрального образа компонента.

3 Разработка формализованного задания и выполнение проектирования

3.1 Разработка формализованного задания

Формализованное задание состоит из разделов, первый (PATH = «путь»;) указывает путь доступа к библиотеке конструкторско-технологических образов компонентов, вторая (BOARD = «плата»;) – содержит ссылку на описание конструктива. Далее следует раздел PARTS, устанавливающий соответствие между именами файлов конструкторско-технологических образов компонентов (PRT-файлов) и позиционными обозначениями компонентов на принципиальной схеме ( «имя PRT образа компонента» = «перечислить компоненты через запятую»; ). Следующий раздел формализованного задания – NETS – содержит описание электрических цепей («номер цепи» = «элемент»/«номер вывода»;). Окончанием описания формализованного задания служит оператор ENDSHEET. При составлении формализованного задания необходимо убедиться, что описания применяемых типов компонентов есть в библиотеке.

Ниже представлео текстовое описание схемы электрической принципиальной для подсистемы САПР P-CAD PCB:

BOARD = PLATA.BRD;

SHEET A;

PARTS

1N4002 = VD2, VD3, VD4, VD5, VD7;

1N4728A = VD1;

1N4733A = VD6;

A1013 = VT2;

BF = BF1;

C1-4 = R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17;

HC-49 = ZQ1;

K50-35-1 = C2, C4;

K50-35-2 = C1, C3;

K10-17B = C5, C6, C7;

KIPD42B = HL1, HL2;

KT315 = VT1, VT3;

KT503 = VT4;

L = L1;

PC817 = U1, U2;

PIC16F84A = DA2;

RK142EN5A = DA1;

TC-0104 = SB1, SB2, SB3, SB4, SB5;

XSA1 = XS1, XS2, XS3, XS4;

XSA2 = XS5;

NETS

1 = XS1/1 XS4/1 C1/1 DA1/1 VD7/2;

2 = XS2/1 C3/1 DA1/3 R8/1 C5/1 DA2/14 DA2/4 R15/1;

3 = XS2/2 R2/1 VD1/2;

4 = XS3/1 VD2/2 VD4/1;

5 = XS3/2 VD3/2 VD5/1;

6 = VD1/1 R1/1 R3/1;

7 = VD2/1 VD3/1 L1/1 C4/2;

8 = R2/2 VT1/2 C2/1 R6/1 VT3/1;

9 = R3/2 VT1/1;

10 = VD4/2 VD5/2 R4/1 VT2/3;

11 = L1/2 U1/2 VD6/1 U2/2;

12 = R4/2 VT2/1 R5/1;

13 = R5/2 U1/1;

14 = VT2/2 VD6/2 R9/1;

15 = R7/1 DA2/2;

16 = R7/2 U1/3;

17 = VT3/2 R8/2 DA2/3;

18 = R10/2 HL1/2;

19 = R9/2 C4/1 U2/1;

20 = C6/1 ZQ1/2 DA2/16;

21 = C7/2 ZQ1/1 DA2/15;

22 = HL1/1 DA2/17;

23 = DA2/1 R11/1;

24 = R11/2 U2/3;

25 = DA2/18 R12/1;

26 = R12/2 VT4/1;

27 = XS4/2 VT4/2 VD7/1;

28 = DA2/6 SB1/1;

29 = DA2/7 SB2/1;

30 = DA2/8 SB3/1;

31 = DA2/9 SB4/1;

32 = DA2/10 SB5/1;

33 = DA2/11 R14/1;

34 = DA2/12 R13/1;

35 = DA2/13 BF1/1;

36 = R14/2 R16/1 XS5/1;

37 = R13/2 R17/1 XS5/2;

38 = R15/2 HL2/1 XS5/3;

GND = XS1/2 C1/2 DA1/2 C3/2 R1/2 VT1/3 C2/2 R6/2 VT3/3 U1/4 C5/2 R10/1 C6/2 C7/1 U2/4 VT4/3 DA2/5 SB1/2 SB2/2 SB3/2 SB4/2 SB5/2 BF1/2 R16/2 R17/2 HL2/2 XS5/4 XS5/5;

ENDSHEET;

Формализованное задание печатается в любом текстовом редакторе и сохраняется с расширением *.ALT.

3.2 Упаковка схемы на плату

Перед выполнением размещения необходимо выполнить ряд подготовительных операций.

Исходным для выполнения настоящей работы состоянием проекта является наличие в рабочем директории файла с описанием графики электрической принципиальной схемы *.SCH (или файла с текстовым описанием схемы *.ALT).

Вначале выполняем генерацию списка соединений (подсистема Schematic), затем загрузку списка соединений (подсистема PCB). Эта процедура называется упаковкой схемы на плату.

Следующий этап работы – формирование графики конструктива с указанием внешнего контура печатной платы, контура зоны, разрешенной для размещения компонентов и прокладки печатных проводников и контуров зон, запрещенных для трассировки (если это необходимо).

Далее выполняется собственно размещение компонентов на поле печатной платы.

Порядок выполнения работы

Процедура выполнения работы с необходимыми пояснениями приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Процедура упаковки схемы на плату.

Результат упаковки схемы на плату представлен в приложении А.

3.3 Процедура автоматической трассировки печатной платы

Практическое выполнение процедуры автоматической трассировки печатного монтажа выполняем с применением программы Shape-Based Router.

Особенностью этой программы является возможность настройки с учетом особенностей проектируемого объекта. Совокупность настроечных параметров образует стратегию трассировки.

Порядок выполнения работы

Процедура выполнения работы с необходимыми пояснениями приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Процедура автоматической трассировки печатной платы.

Результат трассировки печатной платы представлен в приложении Б, В.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте реализован процесс автоматизированного проектирования в системе P-CAD для проектирования печатной платы датчика прибытия автомобиля.

В ходе выполнения курсового проекта была разработана печатная плата со следующими характеристиками:

размер ПП: 100×82 мм;
материал ПП: односторонний фольгированный стеклотекстолит
СФ-2-35-2 ГОСТ 10315-78;
класс точности – 3;
шаг координатной сетки – 2,5.

Реализованы следующие задачи проектирования:

Создана библиотека компонентов:

сформированы УГО компонентов;

сформированы КТО компонентов;
сформированы интегральные образы компонентов.

Разработано формализованное задание:

выполнено аннотирование схемы электрической принципиальной;
составлено описание схемы электрической принципиальной в текстовом виде;

Реализована технология проектирования (Приложение А, Б, В):

сформирована графика конструктива печатной платы;
выполнена упаковка схемы на плату;
выполнено размещение элементов;
произведена автоматическая трассировка, назначена стратегия трассировки;
выполнено редактирование автоматической трассировки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ГОСТ 23752-79 Платы печатные. Общие технические условия.
ГОСТ 29137-91 Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. Общие требования и нормы конструирования.
ГОСТ 23751-86 Платы печатные. Основные параметры конструкции.
ОСТ 4.010.022-85 Платы печатные. Методы конструирования и расчета.
Антропов А. Н. Интерактивное проектирование РЭС: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003. 56с.
Вычислительная техника и информационные технологии. Метод. указания к лабораторным работам. Сост. А.Н. Антропов. – Омск, ОмГТУ, 2010.
Лопаткин А. В. Проектирование печатных плат в системе P-CAD 2001. Учеб. пособие. Нижний Новгород, НГТУ, 2002. 190с.
Мактас М.Я. Восемь уроков по P-CAD-M.:СОЛОН-ПРЕСС, 2003. 224с.
Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1990. — 288 с.: ил.
Резисторы: Справочник. Четвертиков И.И., Терехова В.М. – М.: Радио и связь, 1991. – 528 с.
Справочник по электрическим конденсаторам. Четвертиков И.И., Смирнов В.Ф. – М.: Радио и связь, 1983. – 576 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Расположение элементов на печатной плате

На рисунке А.1 изображен эскиз расположения элементов на печатной плате в системе P-CAD.

Рисунок А.1 – Расположение элементов на печатной плате.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Вид трассировки со стороны элементов.

На рисунке Б.1 изображен эскиз трассировки печатной платы со стороны элементов (в P-CAD cлой Top).

Рисунок Б.1 – Вид трассировки ПП со стороны элементов.
ПРИЛОЖЕНИЕ В

Вид трассировки со стороны пайки

На рисунке В.1 изображен эскиз трассировки печатной платы со стороны пайки (в P-CAD cлой Bottom).

Рисунок В.1 – Вид трассировки ПП со стороны пайки .
ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Эскизы применяемых ЭРЭ

Пьезоизлучатель звука PKM13EPYH4000-A0

На рисунке Г.1.1 изображен эскиз пьезоизлучателя из официальной документации с проставленными размерами, на рисунке Г.1.2 изображен эскиз КТО в системе P-CAD. В таблице Г.1.1 указаны: диаметр вывода, диаметр контактной площадки и диаметр необходимого отверстия в ПП. В таблице Г.1.2 приведена упаковочная таблица в системе P-CAD для данного элемента.

Рисунок Г.1.1 – Эскиз элемента.

Рисунок Г.1.2 – эскиз КТО.

Таблица Г.1.1.

Диаметр вывода, мм	Диаметр КП, мм	Диаметр отверстия, мм
0,5	1,8	0,9

Таблица Г.1.2.

	Pad #	Pin Des	Gate #	Sym Pin #	Pin Name	Gate Eq	Pin Eq	Elec. Type
1	1	1	1	1	a	1		Passive
2	2	2	1	2	b	1		Passive

Конденсаторы К50-35

На рисунке Г.2.1 изображен эскиз конденсатора К50-35 из официальной документации с проставленными размерами. На рисунке Г.2.2 изображен эскиз КТО в системе P-CAD для конденсаторов номиналом 220мФ, на рисунке Г.2.3 изображен эскиз КТО для номиналов 10 и 22мФ. В таблице Г.2.1 указаны: диаметр вывода, диаметр контактной площадки и диаметр необходимого отверстия в ПП. В таблице Г.2.2 приведена упаковочная таблица в системе P-CAD для данного элемента.

Габаритные размеры (мм) D; L; F; d.

F, мФ/V,B	10	16
10	5; 11; 2; 0.5	5; 11; 2; 0.5
22	5; 11; 2; 0.5	5; 11; 2; 0.5
220	6.3; 11.; 2.5; 0.5	6.3; 11.; 2.5; 0.5

Рисунок Г.2.1 – эскиз элемента с габаритными размерами.

Рисунок Г.2.2 – эскиз КТО для

К50-35-16-10; К50-35-16-22.

Рисунок Г.2.3 – эскиз КТО для

К50-35-16-220; К50-35-10-220.