Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение Образования МГВРК
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ПРЕДМЕТУ
«Конструирование РЭУ»
Разработка печатного узла телеграфного ключа
Минск 2008
Содержание
Введение
1. Анализ исходных данных
1.1 Описание работы устройства, его внешних электрических связей. Выбор части схемы реализованной на одной печатной плате
1.2 Выбор и обоснование элементной базы
2. Конструирование печатной платы автоматического телеграфного ключа
2.1 Компоновочный расчет площади и выбор линейных размеров
2.2 Описание выбора материала для основания печатной платы. Выбор метода изготовления печатной платы
2.3 Выбор размеров элементов печатного монтажа. Расчёт возможности прокладки проводника в узких местах
3. Анализ климатических факторов, воздействующих на автоматический телеграфный ключ. Защита от них
3.1 Анализ климатических факторов
3.2 Способы защиты от климатических факторов
3.3 Расчёт теплового режима
4. Расчет собственной частоты печатной платы. Защита от механических воздействий
4.1 Расчет собственной частоты печатной платы
4.2 Выбор способов и методов виброзащиты
Заключение
Литература
Введение
Производство РЭС в настоящее время развивается высокими темпами, находит все более широкое применение во многих областях народного хозяйства и в значительной мере определяет уровень научно-технического прогресса. Современная РЭС используется в радиолокации, радионавигации, системах связи, вычислительной технике, машиностроении, на транспорте, в физических, химических, медицинских и биологических исследованиях и т. д. В связи с этим возникает потребность в расширении функциональных возможностей РЭС и серьезном улучшении таких технико-экономических показателей как надежность, стоимость, габариты, масса. Эти задачи могут быть решены только на основе рассмотрения целого комплекса вопросов системо- и схемотехники, конструирования и технологии, производства и эксплуатации. Именно на стадиях конструирования и производства РЭС реализуются системе- и схемотехнические идеи, создаются изделия, отвечающие современным требованиям. Проектирование современной РЭС — сложный процесс, в котором взаимно увязаны принципы действия радиотехнических систем, - схемы и конструкции аппаратуры и технология её изготовления. Требования, предъявляемые к РЭС, постоянно ожесточаются, а усложнение аппаратуры приводит к необходимости внедрения последних достижений науки и техники в разработку, конструирование и технологию РЭС. Радиоэлектроника немыслима сегодня без новой технической базы, в первую очередь, функциональной электроники и микроэлектроники. Создание интегральных микросхем, сверхбольших интегральных схем (СБИС), изделий функциональной микроэлектроники и многослойного монтажа позволило резко повысить надежность РЭС, уменьшить ее габариты, массу. Основное требование при проектировании РЭС состоит в том, чтобы создаваемое устройство было эффективнее своего аналога, т. е. превосходило его по качеству функционирования, степени миниатюризации и технико-экономической целесообразности. Современные методы конструирования должны обеспечивать: снижение стоимости, в том числе и энергоемкости; уменьшение объема и массы; расширение области использования микроэлектронной базы; увеличение степени интеграции, микро миниатюризацию межэлементных соединений и элементов несущих конструкций; магнитную совместимость и интенсификацию теплоотвода; взаимосвязь оператора и аппаратуры; широкое внедрение методов оптимального конструирования; высокую технологичность, однородность структуры; максимальное использование стандартизации.
1. Анализ исходных данных
1.1 Описание работы устройства, его внешних электрических связей. Выбор части схемы реализованной на одной печатной плате
Данная, очередная версия телеграфного ключа с МП (PIC 16c74), является дальнейшим развитием ключей, и отличается уменьшением количества используемых микросхем, с некоторыми новыми возможностями предоставляемых современной элементной базой и программным обеспечением.
Телеграфный ключ предназначен для записи и передачи сообщений кодом Морзе с помощью обычного или ямбического манипулятора. При отсутствии микросхемы памяти, работоспособность ключа сохраняется, кроме функций работы с памятью.
Технические характеристики:
- диапазон изменения скорости от 20 до 400 зн. в мин.
- диапазон изменения соотношений точки/тире от 1:3 до 1:5
- 12 кнопок управления (10 + 2 служебных)
- 10 ячеек памяти (энергонезависимых) - 24c32 по 400 байт каждая
- ямбический режим работы
- звуковое сопровождение манипуляции частотой - 800 гц.
- световая индикация режимов работы и манипуляции.
- генерация тренировочных текстов по 5 символов в группе:
a) латинского алфавита
b) русского алфавита
c) цифрового
d) смешанного
e) позывных (256 наиболее используемых префиксов + цифра + 3 буквы)
- выходы НР коммутационного реле
- напряжение питания 5V (4 элемента АА)
- потребление 25 mA
Данные характеристики, на взгляд автора, являются оптимальными для повседневной работы в эфире и не претендуют на замену ключа с МП на компьютер.
Преимуществом данного ключа является:
- энергонезависимая память при отключении питания.
- возможность останавливать вывод из памяти в любой момент времени.
- сохранение "почерка" при передаче из памяти, что нужно для "выделения"
букв позывного, или акцентирования внимания на какие-то особенности текста.
- возможность тренировки на прием с реальными позывными сигналами.
Главным звеном данной схемы является микропроцессор МП PIC16C74. В него загружен специальный софт (56 Кбайт), который собственно и определяет алгоритм работы. В зависимости от софта функциональное назначение и режим работы некоторых узлов могут быть переопределены. МП и память питаются напряжением +5В, так что для работы всей схемы в целом применяется именно оно.
Цепь питания: к разъему XP1 подводятся земля (GND) и +5в; диод VD2 – “защита то дурака” – защищает схему от неверной полярности напряжения подаваемого к разъёму; электролитический конденсатор C3 является фильтром - отводит переменную составляющую тока на землю; светодиод HL1(зелёный) - индикатор питания.
Внутренняя частота МП PIC16C74 = 20 МГц, что обеспечивает требуемое быстродействие телеграфного ключа. Для задания тактовой частоты шины устройства к выдам 13, 14 PIC16C74 подключен контур C1,C2,ZQ1.
К выводам DD1 (19..22, 33..40) подключены кнопки SB1..SB12, которые служат для управления устройством. Переменные резисторы R1, R7 регулируют соотношение точек/тире. Светодиоды HL2,HL3 служат для индикации режимов записи и чтение из памяти EEPROM (24LC32).
Розетка XS3 является входом для манипулятора, а выходов схема имеет две штуки: XS1 – коммутационный (где реле K1 представляет собой гальваническую развязку) и XS2 – аудио (маломощный, т.е. требуется усилитель). Динамик BA1 озвучивает работу ключа, при его отсутствии схема не потеряет работоспособность, так что он подсоединен к печатной плате с помощью соединительного контактного разъёма. С выходов МП 16C74 9,10 сигнал поступает на усилительные каскады (VT2 и VT2 соответственно) собранных по схеме с общим эмиттером.
Вся сохранённая информация находиться в микросхеме DD2 - энергонезависимая перезаписываемая память (EEPROM) – 24LC32. К выводам этой ИМС 1..4 подаётся земля, а 8 - +5В. Для обмена данными между МП 16C74 и 24LC32 используется шина I²C. Цепь соединяющая DD2/6 и DD1/17 служит для синхронизации двух микросхем, а данные при записи/чтении передаются через DD2/5 и DD1/18. Вывод DD2/7 не используется (NC – notconnected).
Работа с ключом
При записи в любую из 10 ячеек памяти необходимо нажать последовательно {запись}, {N ячейки памяти}, после чего начать ввод с ключа текст, после
окончания ввода нажать {стоп}, при этом необходимо помнить, что все паузы сделанные в процессе ввода текста, будут соответствовать им при выводе, и в момент "длинной паузы" можно "вставлять" ключом любой текст.
Объем вводимого текста в память одной ячейки зависит от количества в нем точек и тире, и колеблется от 1 минуты, если записываются только точки на скорости около 150 зн. мин. и до 2 минут, если были тире, на той же скорости. Приближение заполнения ячейки памяти индицируется светодиодом. (На практике, еще ни разу не приходилось использовать заполненную хотя бы одну ячейку полностью, при работе в эфире.)
При выводе из любой ячейки памяти, необходимо нажать {N ячейки памяти}. Имеется буфер при выводе из ячеек памяти, хранящий до 16 последовательностей вывода ячеек памяти, что позволяет комбинировать выводимый из памяти текст. При выводе тренировочных текстов необходимо удерживая {стоп}, нажать {1...5}, в зависимости от типа текста. Прекращение вывода {стоп}, завершится после вывода последнего символа из группы в 5 знаков (или позывного).
Данный ключ используется уже более 2 лет вместе с трансивером FT-990, был опробован в экспедиции RK3DZJ/1 в 1999 году, и показал свою высокую надежность и удобство в работе.
1.2 Выбор и обоснование элементной базы
Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом требований изложенных в техническом задании. Эксплуатационная надежность элементной базы во многом определяется правильным выбором типа элементов при проектировании устройства и использовании в режимах, не превышающие допустимые. Следует отметить, что ниже рассматриваются допустимые режимы работы и налагаемые при этом ограничения в зависимости от воздействующих факторов лишь с точки зрения устойчивой работы самих элементов, не касаясь схемотехники и влияния параметров описываемых элементов на другие элементы.
Для правильного типа элементов необходимо на основе требований к установке в части климатических, механических и др. воздействий проанализировать условия работы каждого элемента и определить: