Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Практика разработки печатных узлов в среде сквозного проектирования PROTEUS

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Конструирование и технология производства приборов и аппаратов»

Гренков В.Л. Кафедра «Биомедицинские приборы и компьютерные технологии», 2011г

 

Лабораторная работа № 2.

Практика разработки печатных узлов в среде сквозного проектирования PROTEUS

2.1. Цель работы.

Изучение интерфейса графического редактора ARES программной среды PROTEUS. Прио­бре­тение навыков разработки печатных узлов в PROTEUS.

2.2. Содержание работы и методика её выполнения.

Работа заключается в освоении методики разработки печатных узлов по готовой принципиаль­ной схеме, экспортированной из редактора ISIS в редактор ARES программной среды PROTEUS.

В рамках выполнения задания данной лабораторной работы предложен упро­щен­­ный метод проектирования печатных узлов без создания новых корпусов электрорадио­элементов ЭРЭ и редактирования базы данных, в результате которого можно допол­нять библиотеку компонентов, используемых при конструировании печатных узлов.

Возможности редактора PROTES по пополнению библиотек, по созданию новых компо­нентов и по работе с ними кратко изложены в приложении1, в конце насто­ящего описания. В имеющейся же базе данных представлены только зарубежные компоненты. Виды корпусов, обозначения, параметры ЭРЭ, естественно, также соответствуют зарубеж­ным стандартам. Номенклатура элементов довольно ограничена в данной версии пакета PROTEUS, в более поздних версиях она значительно шире. Тем не менее для учебных целей нет необходимости гнаться за новейшими пакетами САПР в ущерб стабильности работы, тем более, что принципы и методика работы в них практически одинаковы.

(В то же время версия 7.2, применяемая в данном лабораторном практикуме в отличие от последующих легко устанавливается и устойчиво работает).

Конструирование печатного узла заключается в размещении на рабочем поле окна редактора ARES корпусов элементов, импортированных из электрической схемы, разра­ботанной ранее в редакторе ISIS, и последующей трассировке, то есть прокладыванию печатных проводников (дорожек) между контактами элементов. Для всех конст­руктив­ных элементов устанавливаются контактные площадки, к которым должны подводиться соеди­ни­тельные печатные проводники. Для основных компонентов, таких как микросхемы, транзисторы, резисторы и прочие ЭРЭ, контактные площадки устанавливаются под их выводы автоматически, сразу после фиксирования самих компонентов на рабочем поле. Вспомогатель­ные элементы, такие как клеммы (зажимы) представлены только контакт­ными площадками (разной конфигурации).

Упорядоченное размещение ЭРЭ на печатной плате (сначала это просто пустое рабочее поле редактора) называется компоновкой. В редакторе ARES предусмотрено два способа компоновки: в автоматическом режиме – через меню TOOLS/ AutoRouter, либо в ручном режиме (когда этот пункт меню не используется). Ручной режим предпочти­тель­нее, так как автоматический – дает результат далекий от оптимального.

После компоновки следует этап трассировки. Но непосредственно перед ней нуж­но тщательно проверить все настройки редактора ARES и изменить некоторые из них в соот­ветствии с конкретной решаемой задачей. Перед трассировкой, в частности, корректируют настройки в меню VIEW/ Layers (которое дублируется инструментом Edit Layers Colours/ Visibility в верхней панели инструментов). Следует иметь в виду, что для двухслойной разводки печатных плат (двухслойных плат) достаточно использование двух основных альтернативных слоев: Top Copper (для верхних проводников) и Bottom Copper для нижних проводников). Также применяются дополнительные слои (фиктивные). Это слой Edge – для созда­ния бордюра – границ платы, крепежных отверстий и различных вырезов на плате с помо­щью примити­вов, слой Keepout – для создания запрещенных зон требуемой конфигурации, где не должны быть размещены проводники, слой Repped – резервный слой для временного сохранения незавершенных вариантов автотрассировки.

В меню LIBRARY не следует вмешиваться, оно предназначено для создания новых компонентов, отсутствующих в библиотеке и редакти­рования библиотеки. Изме­нять вну­тренние настройки меню SYSTEM (системные настро­й­ки) нужно с осторожно­стью и только те, изменение которых крайне необходимо.

В меню TOOLS нужно сбросить флажок п. Design Rule Checker – проверку выполнения правил трассировки. Эту проверку следует запретить, так как она в данной комплектации пакета PROTES работает некорректно и препятствует выполнению разводки платы (трассировке).

Трассировка возможна как автоматическая – через меню TOOLS/ Auto Plaser (дублируется одноименным инструментом в верхней панели инструментов), так и ручная (когда этот инструмент не выбран). Автоматическая трассировка довольно эффективна при разводке несложных плат. Однако, если печатный узел сложный, автотрассировка мо­жет дать недостаточно хороший результат (неоптимальное размещение проводников), а иногда и вовсе не дать положительного результата (разводка невозможна или возможна, но в результате многократного повторения попыток с учетом рекомендаций редактора).

Для простых печатных узлов можно применять автоматическую трассировку с по­сле­дующей доработкой ее результата вручную. Это ускоряет процесс разработки печат­ного узла, так как несложно выполнить локальное исправление неудачных результатов трассировки.

Функции меню, назначение и принципы пользования инструментами редактора в целом изложены в материалах практических занятий. Приёмы их исполь­зования должны быть предварительно освоены в процессе подготовки к данной лабора­торной работе. Общую методику работы в редакторе ARES можно проследить на конкрет­ном примере.

 

ЗАДАЧА.

Создать конструкторский чертеж печатной платы электронного узла, готовая электри­ческая схема которого подготовлена в редакторе ISIS и сохранена в программной среде PROTEUS как файл Primer1.dsn. Компоновку и трассировку печатного узла выпол­нить в ручном режиме.

РЕШЕНИЕ.

2.2.1. Открыть редактор ISIS (запуск файла isis.exe из папки BIN пакета PROTEUS) и выбрать меню FILE / OPEN DESIGN – открыть проект. В открывшемся окне выбрать файл Primer1.dsn, < OK>.

2.2.2. Выбрать меню TOOLS/ Netlist to Ares или дублирующий его инструмент Netlist Transfer to Ares на левой панели инструментов – для передачи списка компо­нентов схемы из файла Schema1.dsn. В результате этого откроется окно редактора ARES со спис­ком компонентов, размещенным под кнопками«Р» и «L», рядом с левой боковой панелью инструментов редактора (при этом должен быть активен инструмент «Стрелка».

2.2.3. Выбрать инструмент Edit Layers Colours/ Visibility в верхней панели инструментов «Редактирование слоев». В открывшемся окне сбросить флажки Vectors – отображение векторов связей элементов и Ratsnest – «резиновые нити» - демонстрацион­ное отображение прокладываемых текущих соединений на плате. Включать их отображе­ние целесообразно только, когда есть подозрение на ошибки в соединениях; постоянное же отображение загромождает рисунок платы и тем затрудняет ее разводку. Проследить, чтобы был включен флажок Pin Numbers – для автоматической нумерации выводов компо­нентов при компоновке и трассировке. Также обязательно должны быть включены слои Top Copper, Bottom Copper(для верхних проводников), Top Silk, Bottom Silk (фиктивные слои для размещения компонентов), Keepout (слой для запрещенных зон) и Board Edge (слой для работы с основанием платы). (Слой Repped не критичен, если трассировку выполнять только в руч­ном режиме).

2.2.4. Подготовить черновой вариант ориентировочного размещения компонентов разрабатываемого печатного узла на листе бумаги, например, как на рис.2.1. Это облегчит компоновку и разводку печатной платы.

 

Рис 2.1. Ориентировочное размещение компонентов.

 

2.2.5. Установить сетку (в меню VIEW кнопка Greed должна быть затемнена, что сви­детельствует о включенной сетке) и установить шаг сетки 25 th, что соответствует 1мм в метрической системе мер (меню VIEW/ Snap 25 th).

2.2.6. Снять флажки Auto Trace Selection (автоматическая трассировка), Auto Track Necking (автоматический учет минимальных зазоров между контактными площадками, контактами ЭРЭ и проводниками контактами) и флажок Design Rule Checker (проверка со­блюдения правил конструирования, заложенных в установках по умолчанию редактора).

2.2.7. Проверить, что настройки меню System/ Set Strategies соответствуют следую­щим установкам по умолчанию:

В разделе Priority (приоритет) установлено 1 (наивысший приоритет);

В разделе Strategy установлено Signal;

В разделах Trace Style (ширина дорожки) и Via Style (диаметр переходных отверстий) установлено Default:

В разделе Neck Style (ширина дорожки в узких местах) установлено (None);

В разделе Pair1 (пара1) установлено Top Copper для (Hoz) и Bottom Copper для (Vert);

В разделах Pair2, Pair3, Pair4 (пары слоев) установлено (None);

В разделе Vias (переходные отверстия) установлено Normal;

В разделе Tactics (тактика прокладки проводников) установлено Signal;

В разделе Corners (угловые участки) установлены флажки Optimize и Diagonal;

В разделе Design Rules установлены для зазоров сверху вниз соответственно 10 th, 10 th, 10 th, 15 th, 15 th.

Здесь же нужно отменить показ связей («резиновых нитей»), установив флажок Hidden для Ratsnest (там же задан их цвет – зеленый по умолчанию)

2.2.8. Выполнить компоновку ЭРЭ. Для это сначала пооче­редно разместить компоненты U1, C1, R1, R2, R3, R4 на рабочем поле редактора ARES, ориен­тируясь на рис. 2.1. В левой панели инструментов должен быть активен инструмент «Стрелка», а в селек­торе слоев Layer Selector, размещенном в левом нижнем углу окна редактора – выбрана (по умолчанию) верхняя сторона платы Component side, в которой размещен верхний слой для будущих печатных проводников Top Copper. В контекстном меню рабочего поля ре­дактора (новый лист с именем файла UNTITLED.LYT в строке состояния в нижней части окна) выбрать п. Place/ Components, в открывшемся списке выбрать ком­по­нент U1 и щел­ч­ком мыши разместить его на плате. Повторить то же самое для остальных компонентов схемы. Далее, по-возможности, оптими­зировать размещение всех компонентов платы из соображений максимальной компактности печатного узла при усло­вии обеспечения доста­точ­ных зазоров между токоведущими элементами платы (контакт­ными площадками, про­вод­никами, выводами компонентов).

2.2.9. Дополнить плату контактными площадками под клеммы:

- для зажимов питания +12 В и -12 В;

- для входных зажимов int1 и int2;

- для выходных зажимов out1 и out2.

Для этого на левой панели инструментов выбирается инструмент Клеммы» Square Through-Hole Pad Mode (конфигурация клемм может быть разной), далее из списка рядом выбрать типоразмер клеммы S80-40 и двойным щелчком по плате клемма фиксируется на ней. Здесь удобно все клеммы выбрать одного вида и типоразмера, поэтому за один прием устанавливаются все 4 клеммы. Заметим, что клеммы и контактные площадки под выводы ЭРЭ по умол­чанию доступны всем слоям, на что указывает селектор слоев (ALL). Это не­об­хо­димо для двухслойного (или, при необходимости, многослойного) монтажа.

2.2.10. Установить окончательные размеры платы и установить на плате крепежные отвер­стия, для чего в селекторе слоев выбрать слой Board Edge, затем – примитив, инструмент 2D Graphics Box Mode на боковой панели инструментов (в виде квадрата) и, с его помо­щью ограничить размер платы, закрепив щелчком мыши. Аналогично отображаются четыре крепежных отверстия по углам платы (см. рис. 2.1)

2.2.11. Создать запрещенные зоны вокруг крепежных отверстий с помощью при­ми­тива 2D Graphics Arc Mode, предварительно устано­вив слой Keepout в селекторе объек­тов. (В дан­ном случае очевидно, что проводники и так не смогут наложиться на места с от­версти­ями, то есть в этом нет необходимости. Но это полезно в учебных целях, так как в общем случае запрещенные зоны могут понадобиться и размещаться произвольно).

2.2.12. Приступить к ручной трассировке, то есть к выполнению соединений кон­та­к­тных площадок печатными проводниками. Этой цели отвечает инструмент

Рис 2.2. Пример электрической схемы, полученной в редакторе ISIS.

«Проводник» Track Mode.

Выполнить все соединения в соответствии со схемой рис.2.2, полу­чен­ной в резуль­тате решения задачи, описанной в лабораторной работе №1 в качест­ве при­­ме­ра (это рас­печатка электрической схемы из файла Primer1.dsn). Для этого выбрать указанный инст­румент в списке параметров слева возле боковой панели инструментов, далее в списке рядом выбрать типоразмер Default (типоразмеры в списке задают ширину проводника), щелкнуть мышью по началу сое­ди­нения, затем провести линию до его конечной точки и следующим щелчком закрепить проводник. При этом нужно следить за тем, в каком слое лежит проводник, по селектору слоев. Сначала по умолчанию он должен быть в нижнем слое Bottom Copper. В общем случае проводник можно провести в любом слое, установив соответствующий слой по селектору слоев. Так, например, если установить теку­щий слой Top Copper по селектору слоев для проводников, то новые проводники будут попадать в этот (в верхний) слой.

Направление проводника всегда можно изменить на 90 или на 45 градусов, щелкнув мышью в любой точке его следования, это позволяет находить оптимальные варианты трассировки.

При необходимости (это бывает при большой плотности монтажа) несложно в любом месте по пути следования проводника сделать переход от одного слоя к другому, если исполнить двойной щелчок мышью. При этом в плате будет сделано отверстие и продолжение проводника автоматически оказывается в альтернатив­ном слое.

2.2.13. Добавить поясняющие надписи ко всем клеммам (см. рис. 2.2) через их контекстные меню (названия для клемм ввести в строку Number).

2.2.14. Добавить поясняющие надписи на плате около входных и выходных зажимов печатного узла, соответственно, INPUT и OUTPUT с помощью примитива 2D Graphics Text Mode, предварительно выбрав слой Board Edge.

2.2.15. Подкорректировать расположение элементов и проводников на плате, стремясь, по-возможности, снизить размер платы, избегая при этом слишком малых зазоров между всеми токопроводящими элементами.

2.2.16. Проверить окончательно правильность всех соединений и надписей, после чего сохранить результат как файл Schema1.LYT.

* Замечание1.

Если по каким –либо причинам не удается активизировать тот или иной инстру­мент боковой панели инструментов (это иногда бывает), можно вызвать его через контек­стное меню рабочего листа редактора ARES (щелчком правой кнопки мыши по листу).

* Замечание2.

Редактор ARES позволяет задавать новые размеры для переходных отверстий (диаметр), для печатных проводников (ширину), для зазоров (минимально допустимое расстояние между токопроводящими участками), но в данной работе делать это не рекомендуется, так как требует достаточного опыта работы с редактором.

* Замечание3.

При затруднениях в работе с инструментами редактора следует пользоваться клавишей ESC либо переходом от левой кнопки мыши к правой для смены действий над объектами, а также инструментом «Стрелка» перед сменой инструментов.

На рис.2.3. в качестве примера приведен результат разработки печатного узла.

 

 

Рис 2.3. Результат конструирования печатного узла

 

2.3. Задание к выполнению работы.

2. 3.1. Домашняя подготовка.

2.3.1.1. Ознакомиться с меню и инструментами редактора ARES пакета Proteus 7.2.

2.3.1.2. Проверить действие отдельных рабочих функций редактора ARES на примере рабо­тами с простейшим шаблонами из папки Samples редактора, руководствуясь лекционным материалом и материалом практических занятий по данной дисциплине.

2.3.1.3. Распечатать или вручную перерисовать эскиз и электрические схемы, представлен­ные на рис 2.1 и рис. 2.2 данного описания для последующего конструирования.

2. 3.2. Аудиторное задание.

2.3.2. 1. Запустить редактор ARES пакета Proteus 7.2 и проверить его исходные настройки. При необходимости установить настройки, используемые в разделе 2.2. настоящего описания.

2.3.2.2. Открыть меню Fie/ New Layout, а затем выбрать меню Fie/ Load Netlist и в открыв­шемся окне перейти к папке с проектом Schema1.dsn, в которой запустить файл Schema1.SDF (файл со списком компонентов электрической схемы, подготовленной ранее в редакторе ISIS), в результате чего список компонентов (Netlist) должен быть передан в редактор ARES для создания новой конструкции печатного узла.

2.3.2.3. Разместить переданные в ARES компоненты электрической схемы в рабочем окне редактора (на листе Untiitle.LYT).

2. 3.2.4. Дополнить лист Untitled.LYT, добавив в него входные, выходные клеммы и клеммы питания.

2.3.2.5. Выполнить компоновку разрабатываемого печатного узла.

2.3.2.6. Установить границы печатного узла и крепежные отверстия.

2.3.2.7. Установить запрещенные зоны на печатной плате.

2.3.2.8. Оптимизировать размещение компонентов на печатной плате.

2.3.2.9. Выполнить ручную трассировку печатного узла.

2.3.2.10. Разместить все необходимые поясняющие надписи на печатной плате.

Оптимизировать компоновку печатного узла, результаты трассировки и внешний вид печатного узла.

2. 3.2.11. Сохранить готовый печатный узел в папке C: \ PROTEUS_7-2\Trening как файл Schema1.LYT и предъявить результат преподавателю.

2.3.2.12. Оформить отчет по работе, где отразить тему работы, задание, полученные резуль­таты в виде распечаток исходной электрической принципиальной схемы и конструкции печатного узла, созданного в редакторе.

2.3.2.13. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

2.3.2.14. Ознакомиться с материалом приложения1.

4. Контрольные вопросы

2.4.1. Пояснить порядок передачи списка компонентов из редактора ISIS в редактор ARES и поиска необходимых для этого файлов.

2.4.2. Пояснить назначение разделов основного меню редактора ARES.

2.4.3. Объяснить назначение инструментов верхней панели инструментов редактора ARES и способы работы с ними.

2.4.4. Объяснить назначение инструментов левой боковой панели инструментов редакто­ра ISIS и способы работы с ними.

2.4.5. Пояснить назначение селектора слоев и принцип работы с ним.

2.4.6. Пояснить методику размещения компонентов на рабочем листе (на печатной плате) в редакторе ARES.

2.4.7. Пояснить методику работы с основанием печатной платы (определение габаритов, отверстий и т. п.) в редакторе ARES.

2.4.8. Пояснить назначение и методику размещения запрещенных зон на печатных платах в редакторе ARES.

2.4.9. Пояснить методику редактирования компонентов и поясняющих надписей к ним в редакторе ARES.

2.4.10. Пояснить методику ручной трассировки печатных узлов и привести примеры приемов, используемых при трассировке.

2.4.11. Приведите пример оформления перечня элементов к электрической принципи­альной схеме электронного устройства.

2.4.12. Опишите этапы технологического процесса изготовления полупроводниковых элементов (на примере транзисторов)

2.4.13. Приведите примеры внутреннего устройства резисторов и конденсаторов.

2.4.14. Опишите этапы конструирования приборов на примере биомедицинских приборов и аппаратов БМПА.

2.4.15. Перечислите требования, предъявляемые к печатным платам по ГОСТ.

2.4.16. Приведите пример технологического процесса изготовления печатной платы.

2.4.17. Поясните модульный принцип конструирования и приведите примеры модульных конструкций БМПА.

2.4.18. Перечислите основные виды конструкторской документации для проектирования и производства БМПА.

2.4.19. Перечислите основные виды технологической документации для БМПА.

2.4.20. Дайте понятие производственной технологичности конструкций БМПА и укажите способы повышения этого показателя.

 

Литература

1. Материалы сайта KAZUS.RU по электронным компонентам и программным пакетам систем автоматического проектирования

2. Материалы по ЕСКД из электронной библиотеки кафедры.

3. Справочники по полупроводниковым элементам из электронной библиотеки кафедры.

4. В.А. Валетов. Технология приборостроения. Учебное пособие, - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008.

5. Бородин С.М. Общие вопросы проектирования радиоэлектронных средств: учебное пособие.- Ульяновск: УлГТУ, 2007

6. https:// www.labcenter electronics.com

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
схем средствами среды сквозного проектирования PROTEUS | Лебедев С., Поспелова Р.




© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.