Меню

Поиск

Параллельный программатор для микроконтроллеров Atmel серии АТ89

Составим матрицу параметров X:

Параметры матрицы Х должны быть приведены в таком виде, чтобы большему значению параметра соответствовало лучшее значение параметра серии интегральных схем. Параметры не удовлетворяющие этому условию пересчитываются по формуле (1.1) и записывается новая матрица Y:

Нормируем параметры матрицы Y по формуле (1.2) и запишем новую матрицу нормированных параметров А:

Определим значение оценочной функции для каждой серии ИС.

QK155=0.32; QK531=0.44; QK555=0.217

Лучшей серии интегральных микросхем соответствует меньшее значение оценочной функции Qi. Из данных расчетов следует, что стоит выбрать серию К555. Это объясняется в первую очередь малым током потребления, широким диапазоном температур и высокой прочностью, что очень важно для нашего программатора.

2. Разработка конструкции программатора.

2.1. Выбор конструкции печатной платы и числа слоев.

Выбор конструкции печатной платы (ПП) мы будем осуществлять по таким критериям:

ü габаритный;

ü критерий плотности рисунка печатных проводников;

ü материал основания;

ü число слоев;

ü технологичность конструкции.

Размеры ПП выбираются исходя из плотности компоновки размещения N (ИС/см2), которая зависит от размеров печатной платы, и исходя из требований к температурным диапазонам работы печатной платы, механической прочности, разрешающей способности фотолитографии, и др.

Геометрические размеры печатных проводников (ширина, расстояние между проводниками и др.) определяются классом плотности печатного монтажа. По этому критерию печатные платы делят на 5 классов. Исходя из всех основных требований к печатному узлу (быстродействие, минимальная стоимость и габариты, надежность) выбираем 3-ий класс плотности печатного монтажа:

ü плотность монтажа – средняя;

ü минимальная ширина проводника b, мм – 0,25;

ü расстояние между краями проводников S, мм – 0,25;

ü разрешающая способность RС, пр/мм – 2;

ü предельный размер печатной платы, мм – 200х200.

Оптимальным решением для данного устройства есть выбор двухсторонней печатной платы (ДПП) с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. Этот тип плат характеризуется высокими коммутативными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы.

Применение ДПП позволяет значительно облегчить трассировку, оптимально разместить элементы навесного монтажа, уменьшить габариты платы, уменьшить расход материала, обеспечить надежность соединений.

2.2. Выбор материала печатной платы.

Материал ПП должен соответствовать ряду требований: высокие электроизоляционные свойства; механическая прочность; обрабатываемость; стабильность параметров под воздействием агрессивной среды; себестоимость.

Для изготовления ПП широкое распространение получили слоистые диэлектрики, состоящие из наполнителя и связующего вещества – гетинакс и стеклотекстолит.

В качестве материала основания был выбран двухсторонний фольгированный стеклотекстолит (СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316–78) толщина фольги – 35 мкм, толщина основы – 1,5 мм. Этот материал был выбран благодаря его высоким характеристикам: широкий диапазон рабочих температур (-60…+1500С), низкое водопоглощение (0,2%...0,8%), высоким объемным и поверхностным сопротивлением.

2.3. Конструкторско-технологический расчет элементов печатного монтажа.

2.3.1. Расчет элементов печатного монтажа по постоянному току.

1). Определение минимальной ширины печатного проводника по постоянному току:

bmin = (2.1)

jдоп = 48 A/мм2 – допустимая плотность тока с hф = 35 мкм, изготовленных комбинированным позитивным методом;

t – толщина проводника: t =hф + hхм + hгм (2.2)

hхм – (0,0050,008) мм толщина химически осаждённой меди;

hгм – (0,050,06) мм толщина гальванически осаждённой меди;

t = 0,035 +0,0065 + 0,055 = 0,0965 мм

Imax – максимальный постоянный ток в проводнике определяем из анализа схемы:

Таблица 4.

К555ИР35

К555ИР23

К555ИД14

К555АП3

К555АП5

кол-во

I,mA

13.5

=13,6 + 3×13,6 + 13 + 15 + 15 = 193,5 mA.

bmin = = 0,042 мм

2). Определение минимальной ширины печатного проводника исходя из допустимого падения напряжения на нём:

bmin = (2.3)

l – длина самого длинного проводника;

= 5% Епит; r = 0,0175 Ом×мм2/м

bmin = = 0,063 мм

2.3.2. Определение номинального значения монтажных отверстий.

d = (2.4)

– максимальный диаметр вывода конструктивного элемента;

– нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;

r – разность между минимальным диаметром монтажного отверстия и максимальный диаметром вывода

Для ИС: d = 0,6+0,1+0,5 = 0,8

2.3.3. Определение диаметра контактной площадки для двухсторонних ПП изготовленных комбинированным позитивным методом.

Dmin = D1 min + 1.5hф + 0.03 (2.5)

D1 min – минимально эффективный диаметр площадки

D1 min = 2(bно + dmax/2 + dq + dp) (2.6)

dmax = d + Dd + (0.1 ¸ 0.15) – максимальный диаметр просверленного отверстия (1.4.4.3);

Dd = +0,05 для d 1 мм – допуск на отверстия;

dq, dp – допуски на расположение отверстий и контактных площадок;

dmax = 0,8 + 0,05 +0,15 = 1

D1 min = 2(0,1 + 1/2 + 0,015 +0,005) » 1,2

Dmin = 1,2 + 1,5×1,5 + 0,03 = 1 » 1,3

Dmax = Dmin + (0.02 ¸ 0.06) = 1.32

2.3.4. Определение ширины печатного проводника.

Минимальная ширина печатного проводника для ДПП изготовленных комбинированным позитивным методом:

bmin = + 1.5hф +0.03 = 0,25 + 1,5×0,035 + 0,03 = 0,33

максимальная ширина:

bmax = bmin + (0.02 ¸ 0.06) = 0.33 + 0.02 = 0.35

2.3.5. Определение минимального расстояния между элементами проводящего рисунка.

а) минимальное расстояние между проводником и КП:

S1 min = L0 – (Dmax/2 + dp + bmax/2 + dсп) (2.7)

L0 = 1,25 мм – расстояние между линиями координатной сетки, на которых расположены проводники и центры контактных площадок

S1 min = 1,25 – (1,32/2 +0,05 +0,35/2 + 0,05) = 0,315

б) минимальное расстояние между КП:

S2 min = L1 – (Dmax + 2dp) (2.8)

L1 = 2,5 мм – расстояние между центрами контактных площадок, кратное шагу координатной сетки

S2 min = 2,5 – (1,32 +2×0,05) = 1,08

в) минимальное расстояние между проводниками:

S3 min = L0 – ( bmax + 2dсп) = 1,25 – (0,35 + 2×0,05) = 0,8

При максимальном диаметре контактной площадки и координатной сетке 1,25 мм между выводами ИС можно провести печатный проводник.

2.4. Электрический расчёт печатной платы.

2.4.1. Определение падения напряжения на печатных проводниках.

r = 0,0175 Ом×мм2/м – удельное сопротивление меди;

lпрмах – самый длинный проводник.

2.4.2. Определение мощности потерь.

=2×3,14××10-6×52×0,002=0,045 мВт

f =1(для шины питания);

Еп – напряжение питания; F – суммарная площадь металлизации;

hпп – толщина печатной платы.

2.4.3. Определение взаимной емкости параллельных проводников.

(2.9)

(S=0,8 мм – зазор между краями проводников, lп – длинна взаимного перекрытия проводников).

2.4.4. Определение взаимной индуктивности печатных проводников.

(lшп – суммарная длина ШП и ШЗ)

Lшп = 2×880(2.3×lg+ 0.2235+0.5)×10-3 = 0,137 мкГн

Составленная схема печатных проводников удовлетворяет заданным условиям, так как полученные расчётные значения наиболее важных электрических параметров не превышает допустимых значений для данного типа печатной платы.

2.5. Тепловой расчет ПП

Компонентом с максимальной выделяющейся тепловой мощностью является микросхемный стабилизатор КР142ЕН5А.

Тепловая мощность, выделяемая микросхемой равна сумме мощностей, одна из которых собственно мощность, обусловленная начальным током стабилизации, другая - мощность равная произведению разности напряжений входа и выхода на ток потребления остальной части

РТЕПЛ = РСТАБ + РПОТР = UAK×ICTAБ + (UAKK - UПИТ) IИНД (2.11)

РТЕПЛ = 12×0,01 + 7×0,1935 = 1,4745 Вт.

Т.к. микросхема способна рассеивать тепловую мощность до 5 Вт, приходим к выводу о нецелесообразности применения радиатора. Но для улучшения теплового режима в качестве радиатора используем фольгу печатной платы.

3. Проектирование печатного узла в САПР PCAD – 2001.

Проектировщик узла ПП радиоэлектронных средств (РЭС) обычно вместе с техническим заданием на проектирование получает на бумажном носителе и исходную электрическую схему. При этом состав электронной библиотеки с условными схемными обозначениями элементов в проектном подразделении может быть либо неполным, либо вообще отсутствовать. В этом случае такая библиотека должна пополняться силами сотрудников самого подразделения. Поэтому проектировщик должен владеть всем арсеналом средств системы (от создания условных графических элементов схем до получения рисунка печатной платы) и уметь в нужный момент использовать тот или иной программный модуль.

В одном из вариантов использования модулей системы P-CAD 2001 при выполнении процедур проектирования узлов печатных плат порядок выполнения следующий.

1). Создание условных графических обозначений (УГО) отдельных элементов электрических схем с помощью редактора символов Р-CAD Symbol Editor.

Графический редактор P-CAD Symbol Editor содержит набор команд, позволяющих создавать символы электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Symbol Editor работает с файлами отдельных символов (.sym) и библиотек (.lib).

2). Разработка посадочных мест для всех конструктивных электрорадиоэлементов электрической принципиальной схемы с помощью редактора корпусов P-CAD Pattern Editor.

Графический редактор P-CAD Pattern Editor имеет набор команд, позволяющих создавать и редактировать посадочные места для установки ЭРЭ на печатных платах. Программа работает с файлами отдельных посадочных мест (.pat) и библиотек (.lib).

Посадочное место (ПМ) — это комплект конструктивных элементов печатной платы, предназначенный для монтажа отдельного ЭРЭ. В него входят в различных сочетаниях контактные площадки (КП), металлизированные отверстия, печатные проводники на наружных слоях и гладкие крепежные отверстия. Кроме этого ПМ может включать в себя параметры защитной и паяльной масок, элементы маркировки и графические элементы сборочного чертежа.

3). Упаковка выводов конструктивных элементов (перенос схемы на ПП) средствами программы P-CAD Library Executive.

При проектировании печатных плат необходимы сведения о схемных образах ЭРЭ и посадочных местах для них. Программы размещения и трассировки должны иметь информацию о соответствии каждого конкретного вывода условного графического обозначения выводу в корпусе элемента. В версии P-CAD 2001 эта работа выполняется автоматически программой Library Executive (Администратор библиотек). Для этого соответствующие данные заносятся в так называемые упаковочные таблицы, указывающие основные характеристики используемых ЭРЭ. В программе предусмотрены эффективные приемы работы, аналогичные приемам программных продуктов Microsoft Office. Эта программа не является графическим редактором. Она лишь сводит введенную ранее графическую информацию в единую систему — библиотечный элемент, в котором сочетаются несколько образов представления элемента: образ на схеме, посадочное место и упаковочная информация.

4). Разработка схемы электрической принципиальной с помощью графического редактора P-CAD Schematic.

Графический редактор P-CAD Schematic предназначен для разработки электрических принципиальных схем с использованием условных графических обозначений элементов. При этом УГО ЭРЭ могут извлекаться из соответствующей библиотеки или создаваться средствами самой программы.

Если не разрабатывается узел печатной платы, то при вычерчивании схем берутся УГО элементов, не связанные с их конструктивной базой. Такая схема может использоваться как иллюстративный материал. При возникновении необходимости разработки ПП ее надо дополнить соответствующей конструкторско-техноло-гической информацией.

При выполнении проекта с разработкой узла ПП схема должна формироваться из библиотечных элементов, которые включают полную информацию о конструктивных особенностях ЭРЭ и их посадочных местах на ПП.

5). Формирование контура печатной платы и размещение конструктивных элементов на ней с помощью графического редактора печатных плат P-CAD PCB.

Графический редактор P-CAD РСВ предназначен для выполнения работ, связанных с технологией разработки и конструирования узлов печатных плат. Он позволяет упаковывать схемы на плату, задавать размеры ПП, ширину проводников и величину индивидуальных зазоров для разных проводников, задавать размеры контактных площадок и диаметры переходных отверстий, экранные слои. Редактор позволяет выполнять маркировку ЭРЭ, их размещения, неавтоматическую трассировку проводников и формировать управляющие файлы для технологического оборудования.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6

Новости

Мои настройки

Наверх