Разработка и внедрение ЭА является одним из основных показателей современного научно-технического развития общества. Прогресс в области создания ЭА определяется повышением надежности, экономичности, качества и эффективности устройств, совершенствованием схем, конструкций, технологии.
С повышением сложности ЭА резко возросла трудоемкость процесса разработки и производства устройств. Увеличение объемов конструкторско-технологических работ привело к необходимости создания систем автоматизированного проектирования (САПР), которые позволяют значительно уменьшить затраты труда при разработке аппаратуры, тем самым уменьшая сроки проектно-конструкторских работ и снижая себестоимость изделия в целом. При этом технологичность и надежность разрабатываемых устройств не уменьшается, а наоборот возрастает.
В настоящее время на основе современных вычислительных комплексов и средств автоматизации созданы и находятся в промышленной эксплуатации САПР ЭА, позволяющие в значительной степени освободить конструктора-проектировщика от однообразной, трудоемкой и утомительной работы и повысить его интеллектуальные возможности на этапах принятия решений.
Существующие САПР ЭА решают комплекс вопросов по проектированию схем и конструкций аппаратуры, включая параметрический и статистический анализ и оптимизацию схем, расчет параметров механических, электромеханических и электронных узлов и блоков ЭА с учетом производственных погрешностей, расчет общих компоновочных характеристик ЭА и тепловых режимов, механической прочности и надежности конструкций.
Фирмой ACCEL выпускается два варианта системы PCAD 8.5: Master Design и Associate Design. Большими возможностями обладает вариант Master Design [10].
Система поддерживает широкий набор графических дисплеев, плоттеров, манипуляторов и цифровых планшетов различных типов.
Система PCAD позволяет выполнять следующие проектные операции: создание символов элементов принципиальной электрической схемы и корпусов; графический ввод принципиальной электрической схемы и конструктивов плат проектируемого устройства; ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины; автоматизированный контроль результатов проектирования ПП на соответствие принципиальной электрической схеме.
Программный комплекс PCAD включает в себя взаимосвязанные пакеты программ, образующих систему сквозного проектирования ПП электронной аппаратуры. В ее состав входят следующие программы:
· Schematic Editor – графический ввод и редактирование принципиальной электрической схемы;
· Symbol Editor – графический ввод и редактирование символов радиоэлектронных компонентов на принципиальных схемах;
· PCB Editor – графический ввод и редактирование конструктивов ПП, автоматическое или ручное размещение компонентов на плате;
· Part Editor – графический ввод и редактирование корпусов компонентов РЭА и стеков контактных площадок.
Графический редактор принципиальных схем и символов компонентов имеет два режима: Schematic Editor и Symbol Editor. После загрузки графического редактора экран дисплея форматируется и разбивается на несколько зон. Зона меню подкоманд, предназначенная для команд графического редактора, расположена справа от окна и внизу под ним. Команды выбираются щелчком левой кнопки мыши. Расположенные справа команды имеют подкоманды, список которых выводится на экран после выбора основной команды.
Построение чертежа выполняется с помощью манипулятора мышь, перемещаемого по горизонтальной поверхности рабочего стола, при этом на экране дисплея синхронно перемещается курсор в виде креста. Координатная сетка на экране упрощает процесс построения чертежа и повышает точность позиционирования. Шаг координатной сетки по осям X и Y показан в поле Grd. Текущие координаты указываются в поле XY.
В схемном графическом редакторе полная информация о чертеже заносится в 18 - слоев, устанавливаемых по умолчанию. На каждой фазе работы с графическим редактором необходима не вся имеющаяся информация, поэтому часть слоев делают невидимыми. Информация о слоях выводится по команде View Layer. Всего слоев поддерживается до 100. Слои могут быть окрашены в любой из 16 цветов. Каждый слой имеет одно из трех состояний: OFF – слой невидим и недоступен, ON – слой видим но недоступен, ABL – слой видим и может стать активным.
Также отличительной особенностью PCAD является использование атрибутов. Атрибуты состоят из двух частей: ключевого слоя и значения, разделенных знаком равенства “=”. Ключевое слово должно начинаться с буквы и иметь длину до 23 символов. Значение атрибута представляет собой последовательность чисел или текстовых переменных, разделенных запятыми. После вода атрибута ключевое слово и знак равенства становятся невидимыми на экране.
При использовании атрибутов можно значительно облегчить работу со схемой. В частности можно использовать автоматическое создание корпусов компонентов, автоматическое присвоение имени цепи и др.
При создании символов УГО элементов дискретного типа есть своя специфика, которую следует помнить.
Для дискретных компонентов не должны присутствовать имена и номера выводов на схеме. Имя дискретного компонента на слое DEVICE не наносится. Номера выводов по команде Enter/Packing Data наносят на слое ATTR2, который в дальнейшей работе выключают.
Для резисторов дополнительно следует указать атрибут RVALUE=<номинал>. Он необходим для диагностики ошибок, связанных с отсутствием резистора в цепях для микросхем с открытым коллектором.
Для дискретных компонентов целесообразно создавать два УГО: для вертикального и горизонтального расположения на схеме.
Для редактирования чертежей будет использован пакет AutoCAD.
Команды AutoCAD могут выбираться из меню с помощью кнопок панелей управления, а так же набираться с клавиатуры в текстовом окне. Независимо от способа набора команды для ее повторения необходимо нажать клавишу Enter. AutoCAD хранит чертежи в файлах с расширением “.dwg”. Кроме чертежа этот файл содержит ряд параметров. При создании нового чертежа эти параметры устанавливаются по умолчанию, либо берутся из чертежа прототипа.
В AutoCAD имеется возможность определения формата и точности представления чисел. Ввод координат с клавиатуры возможен в абсолютных и относительных координатах. Относительные координаты задают смещение относительно последней введенной точки. Для удобства работы можно определить пользовательскую систему координат, которая может быть смещена относительно мировой и повернута под любым углом.
Чертежи в AutoCAD создаются в примитивах, над которыми понимают элементы чертежа, которые обрабатывают как единое целое, а не как совокупность точек и объектов. Система позволяет ставить линейные, угловые, диаметральные, радиальные и координатные размеры. Составные элементы размера: размерная линия, выносная линия и размерный текст. Имеется возможность ввода своего значения. Все линии, стрелки, элементы текста рассматриваются как один примитив.
Как и система PCAD система AutoCAD поддерживает слойность чертежа. Слои обладают свойствами сходными со слоями PCAD, что дает возможность редактировать чертежи созданные PCAD-ом. Слои в AutoCAD могут содержать имя слоя, состоящее из символов и цифр-букв, они могут переходить из включенного состояния в выключенное и наоборот. На каждом слое можно задавать свой цвет и тип линии, что помогает при создании и редактировании чертежей.
Одной из особенностей AutoCAD, является то, что он поддерживает специфический язык программирования Lisp. Этот язык ориентирован на обработку списков. Применение этого языка в AutoCAD дает ему широкие возможности.
5.2 конструкторский расчет устройства сопряжения
В качестве устройства, для которого необходимо разработать печатную плату, в соответствии с заданием к дипломному проекту, предложено устройство сопряжения с ЭВМ.
В состав блоков входят элементы серий К561, КР140, КР1533, микроконтроллеры: К1107ПВ2 и КР580ВВ55А, также оптопары транзисторные АОТ123Б. Также имеются резисторы, диоды, транзисторы и конденсаторы.
Для разработки платы сопряжения выбираем способ монтажа - печатный. Основные размеры печатной платы необходимо выбрать в соответствии со стандартом МЭК 297-3. Основные размеры печатных плат, регламентируемые данным стандартом приведены в таблице 5.1.
В этой таблице значения ряда 1 рекомендуется применять для печатных плат, компонуемых в частичном корпусе. Значения ряда 2 применяются для печатных плат, вставляемых непосредственно в комплектный корпус. Однако целесообразно из условий совместимости принимать значения ряда 1 для печатных плат любых применений, а значения ряда 2 – для применения в частичном корпусе.
При разработке печатной платы шаг координатной сетки отверстий необходимо примем равным 1,25 мм.
Остальные характеристики разрабатываемой печатной платы (шаг трассировки, шаг печатных проводников, диаметры контактных площадок и переходных отверстий) определим с использованием методик, описанных в [11].
Таблица 5.1-Основные размеры печатных плат по стандарту МЭК-297-3
| Высота Н, мм | Ширина | |
| Ряд 1 | Ряд 2 | В, мм |
| 55,55 | 67,31 | 100; 160; 220; 280 |
| 100,00 | 111,76 | 100; 160; 220; 280 |
| 144,45 | 156,20 | 100; 160; 220; 280 |
| 188,90 | 200,70 | 100; 160; 220; 280 |
| 233,35 | 245,10 | 100; 160; 220; 280 |
| 277,80 | 289,55 | 100; 160; 220; 280 |
| 322,25 | 334,00 | 100; 160; 220; 280 |
| 366,70 | 378,45 | 100; 160; 220; 280 |
| 411,15 | 422,90 | 100; 160; 220; 280 |
| 455,60 | 467,35 | 100; 160; 220; 280 |
| 500,05 | 511,80 | 100; 160; 220; 280 |
Минимальное число слоев печатной платы примем равное не менее двух. Коэффициент заполнения должен быть не менее 0,5.