Реферат Лабораторний макет
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Вступ.. 5
1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ.. 5
2 РОЗРОБКА ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ ПРИСТРОЮ... 5
2.1 Розрахунок розмірів друкованої плати, вибір матеріалу та способу виготовлення.. 5
2.1.1 Вибір типу друкованої плати.. 5
2.1.2 Вибір і обґрунтування класу точності 5
2.1.3 Вибір матеріалу друкованої плати.. 5
2.2 Інженерний розрахунок друкованої плати.. 5
2.2.1 Вибір методу проектування друкованої плати.. 5
2.2.2 Розрахунок діаметрів контактних площадок.. 5
2.2.3 Розрахунок ширини друкованих провідників. 5
2.2.4 Розрахунок на завадостійкість. 5
2.3 Отримання топології друкованої плати.. 5
3 РОЗРОБКА КОРПУСУ ПРИСТРОЮ... 5
3.1 Розрахунок розмірів корпусу, вибір матеріалу та способу виготовлення.. 5
3.1.2 Вибір матеріалів, що використовуються для виготовлення приладу.. 5
4 РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ ПРИСТРОЮ 5
4.1 Розрахунок часу виготовлення пристрою при партії в 1000 одиниць. 5
4.2 Інженерний розрахунок технологічності пристрою... 5
Висновки.. 5
Перелік посилань. 5
Вступ
Темою даного курсового проекту є : «Лабораторний макет для вивчення роботи мікроконтролера». Ця тема є дуже актуальною і цікавою в наш час в навчальних закладах.
Важливе місце у схемотехніці електронних систем посідають системи керування з мікропроцесорами та мікроконтролерами, які дозволяють реалізувати складні закони керування електронними пристроями. Знання схемотехніки аналогових та цифрових систем створює базу для вивчення принципів побудови мікропроцесорних систем керування. Перевага мікропроцесорних систем керування - їх гнучкість: систему, розроблену для виконання конкретного завдання керування, легко пристосувати для вирішення інших завдань зміною програмного забезпечення.
Перший мікропроцесор (МП) Intel 4004 з'явився 1971 року. Він працював на частоті 750 кГц, умішував 2300 транзисторів і мав 4-розрядну шину даних. Цей винахід визнано одним з найбільших досягнень XX сторіччя. Сучасні мікропроцесорні великі інтегральні схеми (ВІС), наприклад одно-кристальні мікроконтролери (ОМК), містять усі складові ЕОМ - МП, пам'ять даних, пам'ять програм, інтерфейсні схеми - та ефективно використовуються в системах керування промислового та побутового обладнання.
Розширення функцій мікропроцесорних систем (МПС) потребувало вдосконалення знань спеціалістів різних профілів у цьому напрямі. Тому вивчення основ побудови та програмування мікропроцесорів є неодмінною складовою підготовки спеціалістів вищих навчальних закладів. Незважаючи на велику різноманітність типів МП та функцій, що вони виконують, логіка побудови систем і створення програмного забезпечення залишається незмінною. Вивчення загальних принципів побудови, особливостей архітектури, використання різних видів пам'яті та програмування мікропроцесорних комплектів дає теоретичну базу для розробки і використання мікропроцесорних систем різних типів.
Розробка лабараторного макету актуальна тому що це забезпечить закріплення у студентів не лише теоретичних знань по програмуванню мікроконторолерів, а надасть можливість отримати навички в апаратній реалізації програмування завдяки макету.
1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Важливе місце у схемотехніці електронних систем посідають системи керування з мікропроцесорами та мікроконтролерами, які дозволяють реалізувати складні закони керування електронними пристроями. Знання схемотехніки аналогових та цифрових систем створює базу для вивчення принципів побудови мікропроцесорних систем керування. Перевага мікропроцесорних систем керування - їх гнучкість: систему, розроблену для виконання конкретного завдання керування, легко пристосувати для вирішення інших завдань зміною програмного забезпечення.
Перший мікропроцесор (МП) Intel 4004 з'явився 1971 року. Він працював на частоті 750 кГц, умішував 2300 транзисторів і мав 4-розрядну шину даних. Цей винахід визнано одним з найбільших досягнень XX сторіччя. Сучасні мікропроцесорні великі інтегральні схеми (ВІС), наприклад одно-кристальні мікроконтролери (ОМК), містять усі складові ЕОМ - МП, пам'ять даних, пам'ять програм, інтерфейсні схеми - та ефективно використовуються в системах керування промислового та побутового обладнання.
Розширення функцій мікропроцесорних систем (МПС) потребувало вдосконалення знань спеціалістів різних профілів у цьому напрямі. Тому вивчення основ побудови та програмування мікропроцесорів є неодмінною складовою підготовки спеціалістів вищих навчальних закладів. Незважаючи на велику різноманітність типів МП та функцій, що вони виконують, логіка побудови систем і створення програмного забезпечення залишається незмінною. Вивчення загальних принципів побудови, особливостей архітектури, використання різних видів пам'яті та програмування мікропроцесорних комплектів дає теоретичну базу для розробки і використання мікропроцесорних систем різних типів.
Розробка даного макету підвищить рівень обізнаності студентів чи радіолюбителів з програмуванням мікроконтролерів.
Основними параметрами лабараторного макету є :
· напруга живлення 5 В;
· підтримка при відладці початкових кодів на асемблері чи на Сі;
· оновлення програми з AVR Studio;
· робота в реальному часі;
· підтримка символічної відладки;
· простота схеми;
· малі економічні затрати при виготовлені;
· розмір друкованої плати, мм.
В якості аналогів даного приладу розглянемо деякі прилади які фірма Atmel виготовляє для апаратної підтримки розробок на основі мікроконтролерів AVR.
Для апаратної підтримки розробок на основі мікроконтролерів AVR фірма Atmel пропонує широкий спектр засобів, які можна класифікувати як за призначенням, так і за вартістю усередині кожного класу. Можна виділити наступні класи апаратних засобів по їх призначенню:
· Стартові набори розробника (Starter Kits);
· Внутрішньосхемні емулятори (In-Circuit Emulators);
· Внутрішньосхемні програматори (In-System Programmers);
· Спеціалізовані набори розробника.
Деякі апаратні засоби є універсальними і одночасно можуть бути віднесені до декількох класів, наприклад до стартових наборів розробника і внутрішньосхемних програматорів.
STK100
Набір призначений для макетування і відладки пристроїв на базі мікроконтролерів сімейства ATtiny і AT90. Підтримуються наступні мікроконтролери: ATtiny10, ATtiny11, ATtiny12, ATtiny15, ATtiny22, ATtiny28, AT90S2323, AT90S2333, AT90S2343, AT90S4433. До складу набору входять кристали Атtiny11-6pc і AT90S2343-10PC.
STK100 працює під управлінням програми AVR ISP v3.31, яка забезпечує зв'язок з персональним комп'ютером як через LPT-, так і через COM-порт. STK100 також може бути використаний як зовнішній внутрішньосхемний програматор для пристроїв, що розробляються. В даний час STK100 знятий з виробництва.
STK500
/
STK501
Зі всіх стартових наборів розробника, пропонованих фірмою Atmel, найбільш універсальним пристроєм є STK500. Універсальність STK500 дозволяє використовувати його як налагоджувальну плату, як паралельний програматор (для всіх типів мікроконтролерів AVR), і як послідовний внутрішньосхемний програматор (для мікроконтролерів AVR, що має режим послідовного внутрішньосхемного програмування).
Цей пристрій підтримує мікроконтролери AVR, що все випускаються на сьогоднішній день (для підтримки мікроконтролерів, що випускаються тільки в корпусах TQFP64, наприклад ATmega103 або ATmega128, потрібна плата розширення STK501).
Функції внутрішньосхемного програмування і управління STK500 реалізовані на двох мікроконтролерах : AT90S1200-12SC і AT90S8535-8AC. Окрім них на платі STK500 змонтовані наступні пристрої:
· Панелі для установки мікроконтролерів в корпусах DIP8, DIP20, DIP28 і DIP40;
· Стабілізоване джерело живлення з керованою програмно вихідною напругою;
· Перетворювачі рівнів сигналів (для випадку, коли напруга живлення цільового мікроконтролера відрізняється від напруга живлення мікроконтролерів, що управляють);
· Кероване програмно джерело опорної напруги для внутрішнього мікроконтролера АЦП;
· Мікросхема DataFlash AT45D021;
· Двоканальний формувач рівнів сигналів інтерфейсу RS232 (один канал використовується для зв'язку STK500 з персональним комп'ютером, що управляє, інший може бути використаний в застосуванні, що розробляється);
· Вісім кнопок і вісім світлодіодів для організації введення і відображення вихідної інформації;
· Роз'єми розширення для підключення зовнішніх пристроїв.
AVR
ICE
200
Внутрішньосхемний емулятор AVR ICE 200 – потужній засіб для проектування, що дозволяє скоротити час розробки пристроїв на основі 8-розрядних AVR RISC мікроконтролерів. AVR ICE 200 має всі можливості для забезпечення користувачеві повного управління AVR-мікроконтролером спільно з призначеним для користувача інтерфейсом AVR Studio. Це робить AVR ICE 200 ідеальним засобом для розробки додатків на базі 8-розрядних RISC-микроконтроллеров AVR.
Емулятор AVR ICE 200 підтримує наступні пристрої AVR: ATtiny11, ATtiny12, AT90S1200, AT90S2313, AT90S2333, AT90LS2333, AT90S4414, AT90S4433, AT90LS4433, AT90S4434, AT90LS4434, AT90S8515, AT90S8535, AT90LS8535.
AVR ICE 200 емулює всі функції AVR-микроконтроллеров. Він забезпечує доступ на читання/запис до всіх ресурсів, наприклад, флеш-память, EEPROM, регістри, пристрої введення-виводу, програмний лічильник, внутрішнє і зовнішнє статичне ОЗУ.
Використання внутрішньосхемних емуляторів дозволяє відладжувати додатки, в яких задіяні периферійні вузли і режими мікроконтролерів, підтримка яких відсутня в програмному симуляторі.
Проаналізувавши аналоги ми можемо зробити висновок, що наш прилад, враховуючи покладену на нього задачу, хоч і поступається деякими параметрами і функціями, задовільняє наші вимоги. Його переваги над аналогами:
· значно менші витрати на виробництво;
· компактність яка забезпечується тим що в даному приладі реалізовується лиш, програмування МК і виконання певних запрограмованих функцій МК для виконання яких на платі наявні дві кнопки, 2 світлодіода і LPT індикатор (2х16);
· легкість виготовлення (можлива навіть в домашніх умовах, що зручно для радіолюбителів що цікавляться МК і хочуть покращити свої навики в прошивані МК).
В порівняні з аналогами до недоліків можна віднести те, що в даному пристрої МК не змінний і порівняно малої потужності, але враховуючи ціль розробки ми можемо спокійно знехтувати даним недоліком.
2 РОЗРОБКА ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ ПРИСТРОЮ
2.1 Розрахунок розмірів друкованої плати, вибір матеріалу та способу виготовлення
2.1.1 Вибір типу друкованої плати
При виборі типу друкованої плати потрібно врахувати техніко-економічні показники. В якості економічного показника використовують зміну трудомісткості виготовлення 1 дм3 площі друкованої плати. Із графіка, наведеного в літературі [8-10] робимо висновок, що найбільш економічними у виробництві є односторонні плати – 0,5 н.год/дм2, а найбільш дорогими є багатошарові і більше – 2,5 н.год/дм2.
При конструюванні блоків такого рівня розміщення провідників у площинах х і у, а це можливо здійснити тільки по двосторонній технології.
Багатошаровий варіант дозволить зменшити площу монтажу приблизно в 1,5 рази, але трудомісткість збільшується в 4 рази.
Оскільки перед нами стоїть задача одержання пристрою з мінімальними витратами, але цей прилад не призначений для серійного чи малосерійного виробництва то вибираємо одностороній варіант друкованої плати.
2.1.2 Вибір і обґрунтування класу точності
По точності виконання конструкції друкованих плат діляться на три класи точності.
Друковані плати першого та другого класів найбільш прості у виконанні. Друковані плати третього класу і вище вимагають використання високоякісних матеріалів, інструментів і устаткування, але мають високу розподільну здатність.
Одностороні плати виготовляються, зазвичай, хімічним методом. Устаткування цього методу оснащені практично усі заводи радіоелектронної промисловості. Хоча цей метод дозволяє одержати високий клас точності, але ми в подальших розрахунках, будемо використовувати усі параметри, що відповідають першому класу.
Для даного виробу, з огляду на ускладнене трасування оптимальним але з достатньо великим розміром плати оптимальним варіантом буде вибір 1 класу точності друкованої плати (не вимагає використання високоякісних матеріалів, інструменту та обладнання).
Даний клас характеризується наступними елементами конструкції:
а) ширина провідника в широких місцях ____________0,65 мм;
б) ширина провідника у вузьких місцях _____________0,5 мм;
в) відстань між двома провідниками ________________0,5 мм;
г) гарантійний поясок зовнішнього шару _____________0,2 мм;
д) гарантійний поясок внутрішнього шару ___________0,05 мм.
2.1.3 Вибір матеріалу друкованої плати
Проектуючи конструкцію пристрою, необхідно звернути увагу на матеріали, конструктивні форми й розміри деталей.
В якості матеріалу для друкованої плати можна використовувати:
1) гетинакс;
2) текстоліт;
3) склотекстоліт.
Розглянемо основні властивості цих матеріалів і виберемо з них оптимальний варіант для матеріалу друкованої плати. Основні властивості цих матеріалів занесемо до таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 – Основні властивості матеріалів друкованої плати
| Властивості | Гетинакс | Текстоліт | Склотекстоліт |
| Густина, Мг/м3 | 1,3-1,4 | 1,3-1,45 | 1,6-1,75 |
| Теплостійкість по Мартенсу °С, не менше | 150 | 125 | 180 |
| Холодностійкість, °С | -60 | -60 | -60 |
| Границя міцності, МПа: при розтягу на згин | 80-100 130-150 | 50-65 90-120 | 120-180 200 |
| Питома ударна в‘язкість, кДж/м2 | 15-20 | 20-27 | 75 |
| Питомий об‘ємний опір, Омּм | 108-1011 | 106-108 | 1011 |
| Діелектрична проникність | 6-7 | 8 | 7 |
| Тангенс кута діелектричних втрат при 106 Гц | 0,035-0,08 | 0,07 | 0,02 |
| Електрична міцність (перпендикулярно шарам), МВ/м, не менше | 33 | 4-8 | 18 |
Отже в якості матеріалу друкованої плати доцільно вибирати склотекстоліт, оскільки він має кращі характеристики, ніж у гетинаксу та в текстоліту. Склотекстоліт допускає короткочасну експлуатацію при 200 °С. Електрична міцність склотекстоліту майже в три рази вища, ніж у текстоліту.
Для друкованої плати рекомендовано використовувати фольгований склотекстоліт СФ2-1,5-35 ГОСТ10316-78 [5].
Основні характеристики:
Ø поверхневий електричний опір - не менше 1х1012Ом;
Ø об‘ємний питомий електричний опір – 1х104 Ом*м;
Ø тангенс кута діелектричних втрат при частоті 1 МГц – не більше 0,025;
Ø діелектричний проникність при частоті 1 МГц – не більше 6.
Він найбільше підходить для виготовлення друкованих плат за показниками надійності, технологічності, економічності і собівартості всієї конструкції. Склотекстоліт в якості матеріалу для друкованої плати має переваги над фольгованим гетинаксом та іншими матеріалами, тому що він має більш вищу механічну міцність і жорсткість, електричні та технологічні якості, і до того ж має більш вищі якісні параметри після обробки, ніж гетинакс [6]. В якості припою необхідно використовувати припій рекомендується для пайки більшості елементів технічними умовами.
Для кращої герметизації встановлені електрорадіо елементи покриті одним із вологозахисних лаків типу СБ-1С. Він робить покриття тривким, стійким до вологи, тому що спеціально призначений для вологозахисту текстоліту. Робочі температури від -60 до +150°С, що задовольняє технічному завданню й умовам експлуатації.
2.2 Інженерний розрахунок друкованої плати
2.2.1 Вибір методу проектування друкованої плати
Установка навісних елементів на друкованій платі здійснюється згідно з ОСТ4.ГО.010.030 та ОСТ4.ГО.010.009. При розташуванні елементів необхідно враховувати наступні фактори: забезпечення високої надійності, мінімізація габаритних розмірів, забезпечення тепловідводу та ремонтопридатності.
Під час трасування провідників необхідно досягти мінімальних довжин зв’язків, мінімізації паразитних зв’язків між провідниками та елементами і, якщо можливо, то потрібно виконати рівномірне розподілення навісних елементів на платі.
У зв’язку з ускладненим трасуванням вибираємо крок координатної сітки
2.2.2 Розрахунок діаметрів контактних площадок
Діаметр контактних площадок розраховується відповідно до діаметру отворів за формулою:
ΔDКП = dотв + Δdотв+ 2в + Dtв+ Dtтр+
де dотв – діаметр отвору;
Δdотв – верхній допуск на діаметр отвору, Δdотв = +
в – ширина гарантійного пояска, в = 0,2 мм;
Dtв – верхній допуск на ширину провідника, D
tв = 0,1 мм;
Dtтр – допуск на підтравлювання діелектрика в отворі, D
tтр = 0;
Тd – позиційний допуск розміщення отворів, Тd = 0,08 мм;
ТD – позиційний допуск розміщення центрів контактних площадок,
ТD = 0,5 мм;
Dtнв – нижній допуск на ширину провідника, D
tнв = 0,1 мм.
Визначаємо загальний допуск:
ΔDКП = 0 + 2´0,2 + 0,1 + 0 +
Діаметри отворів розраховуються за формулою:
d = dвив + (0,2...0,4),
де dвив – діаметри виводів радіоелементів.
В даному приладі елементи мають наступні діаметри виводів:
0,5; 0,6; 0,7 мм.
Здійснюємо оптимізацію діаметрів отворів:
d1= 0,5 + 0,4 = 0,9 мм;
d2= 0,6 + 0,3 = 0,9 мм;
d3= 0,7 + 0,2 = 0,9 мм;
Маємо діаметри отворів:
d1 =d2=d3= 0,9 мм;
Знаходимо діаметри контактних площадок:
D1 = 0,9 + 1,02 = 1,92 мм;
2.2.3 Розрахунок ширини друкованих провідників
Розрахунок ширини провідників проводиться за максимальним струмом і за падінням напруги, а також ширина задається і технічно, виходячи із класу точності друкованої плати. Тоді ширина провідника:
B = max {bmin1, bmin1, bтех}. (2.3)
За максимальним струмом, що протікає через провідник:
де jДОП – допустима густина струму, для одностороньої плати, виготовленої хімічним методом, jДОП = 48 А/мм2,
t – товщина провідника, t = 35 мкм,
Iмах – максимальний постійний струм, який проходить через провідник, Імах = 0,36 А.
Bmin1 =
Визначимо мінімальну ширину провідника з умови допустимого падіння напруги :
Bmin=
де r – питомий опір провідників, r = 0,05 Ом×мм2/м ,
Імах – струм, який проходить по провіднику, Імах = 0,36 А,
lмах –максимальна довжина провідника, lмах =
Uдоп – допустиме падіння напруги (становить не більше 5% від напруги живлення Uдоп = 5×0,05 = 0,25 В),
t – товщина провідника.
Розраховані значення ширини провідників не перевищують технологічне, тому: B = bтех = 0,65мм.
2.2.4 Розрахунок на завадостійкість
Для оцінки завадостійкості на друкованій платі визначають паразитну ємність між друкованими провідниками і паразитну взаємоіндукцію між ними [16-18].
Паразитна ємність між двома друкованими провідниками:
де l1 – довжина взаємного перекриття провідників, l1= 0,065 м;
e – діелектрична проникність середовища для провідників:
e =
де eп – діелектрична проникність матеріалу плати, eп = 6;
eL – діелектрична проникність матеріалу лаку, eл = 4.
Маємо: e =
Паразитна індуктивність між двома друкованими провідниками:
де l2 – довжина провідника, l2 » 6,5 см.
Отримані значення ємності та індуктивності заземлення становлять менші за допустимі величини.
2.3 Отримання топології друкованої плати
Топологію друкованої плати можна здійснювати вручну, що не є швидким способом проектування. Скористаємось системою автоматичного проектування OrCAD 15.7. Таким чином, створивши електричну принципову схему пристрою в OrCAD CAPTURE і промоделювавши її частину, приступаємо до розробки друкованої плати.
Завантаживши OrCAD Layout, вибираємо опцію File / New. Спершу вводимо ім’я технологічного шаблону – default.tch із стандартного набору OrCAD. Далі вибираємо із робочої директорії файл списку з’єднань Impuls.mnl, в якому у вигляді таблиці описано усі електричні з’єднання між елементами для трасування. Після цього задаємо назву файлу плати, яку створимо – він матиме розширення *.max; для спрощення називаємо його Impuls.mах.
Під час завантаження списку з’єднань для кожного символу схеми в бібліотеках корпусів компонентів *.LLB (Footprint Libraries) обирається відповідний корпус (що контролюється за допомогою атрибута PCB Footprint чи з допомогою файлу System.prt).
Після завершення завантаження списку з’єднань на робочому екрані OrCAD Layout отримали корпуси компонентів даного проекту з електричними зв’язками.
Задаємо в меню Options / Sistem Settings міліметрову сітку поля, що дозволить зручніше рисувати та здійснювати розміщення компонентів.
Обираємо команду Tool / Obstacle / New і рисуємо межу для розміщення компонентів і трасування.
Далі розміщуємо компоненти, які повинні мати фіксовані посадочні місця на платі. Це – роз’єми та змінний резистор, мікросхеми. Здійснюємо цю операцію за допомогою команди Tool / Component / Select Tool – по черзі ставимо компоненти на відповідне місце, обов’язково фіксуючи їх командою Tool / Component / Fix, щоб після автоматичного розміщення вони не змістилися.
Потім командою Auto / Place / Board задаємо програмі самій розмістити компоненти, що лишилися, у вільну задану область.
Тепер задаємо в закладках ширину провідників і т. д., щоб перейти до безпосереднього трасування плати.
А ще по команді Options > Route Strategies > Route Layers у таблиці трасування відключаємо три “нижніх” шари – адже плата має бути одностороньою, і чотири шари для трасування не потрібні.
Командою Auto / Autoroute / Board запускаємо на виконання програму автоматичного трасування плати. Глобальні параметри стратегії автотрасування задані в діалоговому вікні, яке відкривається по команді Options > Route > Setting. Всі інші параметри задані в діалогових вікнах, що відкриваються по командах Options > Route Strategies.
По закінченню починаємо редагування отриманого результату за допомогою команд Options > Route Strategies > Manual Route i Tools > Sketch a Track, та оформляємо креслення згідно з вимогами ГОСТ.
Далі за допомогою інструментів для малювання на панелі інструментів проводимо контури плати, і далі роботу із графічними зображеннями здійснюватимемо у програмах “Visio-2003” , де зручно працювати із шарами і є додаткові можливості у порівнянні з програмами САПР.
3 РОЗРОБКА КОРПУСУ ПРИСТРОЮ3.1 Розрахунок розмірів корпусу, вибір матеріалу та способу виготовлення
Конструкція має пластмасовий корпус. Плата розміщена у горизонтальній площині, модуль індикатора у вертикальній площині.
Кришка і корпус кріпляться за допомогою защімлення. Для естетичного вигляду підібрано чорний колір пластмаси задля запобіганню забруднення і легкості зберігання.
Перевагами даної конструкції є простота виготовлення деталей і зборки корпусу, прийнятні масогабаритні характеристики, задовільна ціна, простота експлуатації.
Недоліком конструкції є те, що прилад має не підібрані антропометричні форми.
Розрахунок габаритних розмірів пристрою.
Для розрахунку висоти корпуса визначимо з таблиці –– максимальну висоту радіоелемента. В даному випадку –– це LCD індикатор і кнопки:
hмах1 = 30 мм
hмах2 = 5 мм.
Габаритні розміри приладу визначаємо наступним чином.
Внутрішній об’єм залежить від об’єму, який займає плата з радіокомпонентами (плюс певний запас).
Плата матиме розміри 140х100.
зовнішні габарити (із врахуванням товщини корпуса):
а) висота hзовн1 = hвн1 + 2∙tстінки = 30 + 2∙2,5
=35 мм;
hзовн2 = hвн2 + 2∙tстінки = 5 + 2∙2,5 =10 мм;
б) довжина l
зовн
= авн + 2∙tстінки = 140 +5 = 145 мм;
в) ширина bзовн = bвн1 +bвн2 + 2∙tстінки = 47+53 +5
= 105 мм.
Об’єм корпуса:
Vкорп = 3,5∙4,7∙14,5+1∙5,3∙14,5 =315,375 (см3).
Об’єм пристрою:
VІприст = Vкорп = 315,375 (см3).
Рисунок 3.1- Конструкція корпусу
Складальний вузол—збірка друкованої плати з контактними частинами показано на кресленні.
3.1.2 Вибір матеріалів, що використовуються для виготовлення приладу
Найчастіше для виготовлення друкованої плати використовують склотекстоліт і гетинакс.
Товщина ж друкованої плати визначається товщиною вихідного матеріалу і вибирається залежно від елементної бази та навантажень [8].
На друкованій платі розміщено 20 радіоелементів, 2 роз’єм. Мінімальний діаметр отворів для монтажу РЕ складає
Товщина ДП розраховується за формулою:
де
V — співвідношення діаметру отвору до товщини плати (для склотекстоліту V ≥ 0,4).
Плата буде односторонньою і має механічне та вібраційне навантаження та, враховуючи особливості деяких радіоелементів і те що буде часто під’єднуватись розьєм на програматор, натискатись кнопки, за матеріал для друкованої плати обираємо склотекстоліт фольгований двосторонній марки СФ-2-35-1,5, який має товщину фольги 35 мкм, товщина матеріалу з фольгою
Вибір матеріалів для виготовлення корпуса.
Прилад експлуатується на лабараторних роботах, отже буде піддаватись частому перенесеню, інтенсивному використаню. Виходячи з вище наведеного, існує досить широкий вибір матеріалів[9], які застосовуються в машинобудівній промисловості. Розглянемо їх характеристики в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 – Порівняння параметрів матеріалів
| Параметр | АБС-пластик | Алюміній |
| Міцність, МН/м2 а) при розтяжінні б) при згинанні | 55 60 | 88 50 |
| Теплостійкість, оС | 88 | 100 |
| Водопоглинання за | 1,00 | 0,74 |
Отже , оберемо для виготовлення корпусу пластмас. Оскільки корпус виготовляється методом штамповки Рентабельність виготовлення такого корпусу при серійному виробництві достатньо висока. Крім того, цей матеріал допускає вторинне використання, що забезпечує економію ресурсів при переробці.
4 РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ ПРИСТРОЮ
4.1 Розрахунок часу виготовлення пристрою при партії в 1000 одиниць
Визначити час виготовлення партії електронних блоків (в нашому випадку автомобільних зарядних пристроїв) у кількості 1000 штук при паралельно послідовному сполученні операцій, якщо норми часу по окремим операціям складають: Т1=8хв, Т2=7хв,Т3=10хв, Т4=2хв, Т5=1хв.
При цьому Т1-час виготовлення плати
Т2-час нанесення елементів на плату
Т3-виготовлення корпусу
Т4-розташування плати у корпусі
Т5-закриття корпусу кришкою.
При паралельно-послідовному сполученні операцій, час циклу по партіях складає:
(4.1)
Час зсуву при паралельно-послідовному сполученні операцій обчислюється так:
(4.2)
Отже, час виготовлення партії приладів становить 11018 хвилин.
4.2 Інженерний розрахунок технологічності пристрою
Однією з найважливіших характеристик РЕА є технологічність конструкції, під якою необхідно розуміти сукупність властивостей РЕА, що дозволяють оптимально використовувати кошти, матеріали і час при технічній підготовці виробництва, виготовлення, експлуатації і ремонті в порівняні з відповідними показниками однотипних конструкцій того ж призначення.
Для оцінки технологічності РЕА використовують відносні показники Кi і комплексний показник Кk, що розраховується за середньозваженим значенням відносних показників із врахуванням коефіцієнтів ji, що характеризують вагову значимість показників, тобто ступінь їх впливу на трудомісткість виготовлення виробів.
Значення відносних показників Кi знаходиться в межах 0 £ Кi £1, при цьому ріст показників відповідає вищій технологічності РЕА[19-21]. Вираз для розрахунку відносного показника може мати вигляд або простого відношення
Перший вираз використовується в тих випадках, коли величина наближується до b, що відповідає підвищенню технологічності РЕА, другий – коли наближення величина a до b знижує технологічність. Коефіцієнт j розраховується за формулою:
де і – порядковий номер показника технологічності в рангованій послідовності .
Базовими показниками технологічності для блоків радіотехнічного класу є наступні: коефіцієнт підготовки радіоелементів КПРЕ (для нього j
= 1), коефіцієнт автоматизації монтажу КАМ (j
= 1), коефіцієнт складності збірки КС ЗБ (j
= 0,75), коефіцієнт механізації контролю КМК (j
= 0,5), коефіцієнт прогресивності формоутворення КФ (j
= 0,31), коефіцієнт повторюваності радіоелементів КПОВ РЕ (j
= 0,185), коефіцієнт складності обробки КС ОБ (j
= 0,11). Обчислимо дані коефіцієнти за нижче наведеними формулами.
1. Коефіцієнт підготовки ЕРЕ:
де NМ ПРЕ – кількість радіоелементів, виводи яких формуються автоматизовано;
NРЕ – загальне число радіоелементів у виробі;
2. Коефіцієнт автоматизації монтажу:
де NАМ – кількість монтажних з’єднань, виконаних автоматизовано;
NМ – загальна кількість з’єднань;
3. Коефіцієнт складності збірки:
де NТСК – кількість типорозмірів вузлів, які під час складання потребують регулювання;
NТВ – загальна кількість типорозмірів вузлів;
4. Коефіцієнт механізації контролю:
де NМК – кількість автоматизованих контрольних операцій;
NК – загальна кількість контрольних операцій;
5. Коефіцієнт прогресивності формоутворення:
де NПР – кількість деталей, виконаних прогресивним методом (у нашому випадку це – корпус і кришка із пластмаси);
N0 – загальна кількість деталей;
6. Коефіцієнт повторюваності радіоелементів:
де NТРЕ – кількість типорозмірів радіоелементів;
NРЕ – загальна кількість радіоелементів;
7. Коефіцієнт складності обробки:
де NСТР – кількість деталей, виготовлених методом зняття стружки;
N0 – загальна кількість деталей;
В число показників, що обираються за базові, повинні включатися показники, які здійснюють найбільший вплив на технологічність конструкції РЕА певного призначення і умов використання [10].
Склад базових показників технологічності, їх рангова послідовність за значимістю, коефіцієнти значимості jі для радіотехнічних виробів приведені в таблиці 4.1.
Таблиця 4.1- Базові показники технологічності
| Тип | КПРЕ | КАМ | КС ЗБ | КМК | КФ | КПОВ РЕ | КС ОБ |
| jі | 1 | 1 | 0,75 | 0,5 | 0,31 | 0,185 | 0,11 |
| Кi | 0,90 | 0,73 | 1 | 0 | 0,75 | 0,40 | 1 |
Основний показник, що використовується для оцінки технологічності конструкції – комплексний показник, який визначається на основі базових показників за формулою:
де Кі – базовий показник відповідного класу блоків РЕА;
і – порядковий номер показника в рангованій послідовності;
S – загальне число взятих базових показників технологічності;
За відомим нормативним комплексним показником оцінка технологічності РЕА виражається відношенням досягнутого Кk до нормативного КН, причому це відношення повинно задовольняти умові
Для оцінки технологічності для даної конструкції встановлюється Кн= 0,5, обчислюємо:
Як бачимо з розрахунків, 1,46 ³ 1 – задовольняє умові, тобто технологічність є достатньою і не потребує заходів для її підвищення.
Висновки
В даному курсовому проекті було розроблено лабараторний макет для вивчення роботи мікроконтролера.
В першому розділі проекту було проаналізовано основні параметри пристрою, які порівняні з параметрами аналогів і визначені переваги та недоліки даного пристрою з наведеними. Напруга живлення для приладу, що був розроблений, обрано 5 В,. Розмір друкованої плати 140x100 мм.
В другому розділі було розроблено друковану плату даного пристрою. Обраний одностороній тип друкованої плати, оскільки перед нами стояла задача одержання пристрою з мінімальними витратами і високим рівнем практичності приладу. Одностороні плати виготовляються хімічним методом, оскільки цей метод дозволяє одержати третій клас точності, та ми в подальших розрахунках, використовували усі параметри, що відповідають першому класу. Далі було проведено інженерний розрахунок друкованої плати, де було обрано метод проектування друкованої плати, розраховано діаметр контактних площадок, ширину друкованих провідників. Проведений розрахунок на завадостійкість та отримано топологію друкованої плати. Я скористався системою автоматичного проектування OrCAD 15.7. Таким чином, створивши електричну принципову схему пристрою в OrCAD CAPTURE, і, промоделювавши її частину, розробила друковану плату.
У третьому розділі було розроблено корпус даного пристрою. Розраховано розмір корпусу, вибрано матеріал та спосіб виготовлення. Конструкція має пластмасовий корпус. Плата розміщена у горизонтальній площині. Кришка і корпус кріпляться за допомогою защімлення. Для естетичного вигляду підібрано чорний колір . Перевагами даної конструкції є простота виготовлення деталей і зборки корпусу, прийнятні масогабаритні характеристики, задовільна ціна, простота експлуатації. Недоліком конструкції є те, що прилад має не підібрані антропометричні форми. За матеріал для друкованої плати обираємо склотекстоліт фольгований двосторонній марки СФ-2-35-1,5, який має товщину фольги 35 мкм, товщина матеріалу з фольгою
В четвертому розділі була проведена розробка технологічного процесу виготовлення пристрою. Розраховано час виготовлення пристрою при партії в 1000 одиниць, який становить 11018 хвилин. Розраховано технологічнічність пристрою. Основний показник, що використовується для оцінки технологічності конструкції – комплексний показник, який визначається на основі базових показників-Кк, який становить 0,73. Для оцінки технологічності для даної конструкції встановлюється Кн= 0,5. Кк/Кн=1,46>1, тобто технологічність є достатньою і не потребує заходів для її підвищення.
Перелік посилань
1. Базовий принцип конструирования РЭА/ Под ред. Е.М. Парфенова -М.: Радио и связь, 1981. – 120 с.
3. Гель П.П, Иванов-Есипович Н.К. Конструирование электронной аппаратуры. – Л.: Энергия, 1972. – 176 с.
4. Горобец А.И. Справочник по конструированию радиоелектронной аппаратуры (печатные узлы). – К.: Техника, 1985. - 312 с.
5. Горохов В.А. Комплексная микроминиатюризация в электросвязи. – М.: Радио и связь, 1987. - 280 с.
6. ГОСТ 2.721-74. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
7. ГОСТ 2.702-75. ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.
8. ГОСТ 23751-86. Платы печатные, основные размеры
конструкции.
9. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “Основи конструювання радіоелектронних засобів телекомунікаційних систем” для студентів бакалаврського напрямку 6.0910 – “Електронні апарати ” / укладач Р.Ф. Лободзінська, О.А. Герцій, - Вінниця: ВДТУ, 2002.
10. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств.- М.: Высшая школа, 1990. – 462 с.
І1. Общетехнический справочник /Под ред. Е. А. Скороходова - 2-е
изд. - М.: Машиностроение, 1982. - 416 с.
12. Ольхов Б.О. Основы проектирования сборочных единиц ЭВМ.
Учебное пособие. – М.: Машиностроение, 1980. - 255 с.
13. ОСТ 4.010.030-81. Установка навесных элементов на печатные платы. Конструирование.
16. Парфенов Е.М., Камышная Е.Н., Усачев В.П. Проектирование конструкций РЭА - М.: Радио и связь, 1989. - 272 с.
17. Разработка и оформление РЭА /Под ред. Э.Т.Романычевой. - М.: Радио и связь, 1989. - 448 с.
18. Рощин Г.И. Несущие конструкции и механизми РЭА. – М.: 1981. - 375с.
19. Сборник задач и упражнений по технологии РЭА. Учебное пособие под ред. Е.М.Парфенова.- М.: Высшая школа, 1982. -255 с.
20. Справочник конструктора РЕА. Общие принципи констру-ирования. /Под ред. Р.Г. Варламова.- М.: Советское радио, 1980. - 400 с.
21 Барась С.Т., Лободзінська Р.Ф., Лазарєв О.О. Конструювання радіоелектронних засобів телекомунікаційних систем. Навчальний посібник. - Вінниця: ВНТУ, 2004. – 82 с.
