Методические указания к курсовому

Методические указания к курсовому

Проекту

МДК.01.02 Проектирование цифровых

Устройств

Специальность 230113 «Компьютерные системы и комплексы»

Москва 2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................................... 4

1. Анализ известных разработок и технологий изготовления печатных плат для разрабатываемого устройства.

1.1 Анализ известных разработок по теме курсового проекта..................... 6

1.2 Анализ технологий для решения поставленной задачи........................ 10

2. Обоснование функциональной, принципиальной схемы и выбор элементной базы………………..……………..………………….……………………..……..12

2.2 Состав и назначение функциональной электрической схемы............... 12

2.3 Состав и назначение схемы электрической............................................ 14

2.4 Выбор и обоснование технических параметров элементной базы....... 16

3. Конструкторская часть………………………………………………………..22

3.1 Выбор материала печатной платы......................................................... 22

3.2 Расчёт параметров устройства............................................................... 23

3.2.1 Расчёт суммарной мощности потребляемой элементами схемы........ 23

3.2.2 Расчёт надёжности элементов печатной платы с учётом пайки......... 25

3.3 Расчёт печатной платы............................................................................ 27

3.3.1 Расчёт габаритных размеров печатной платы ................................... 27

3.4 Проектирование печатной платы Altium Designer................................. 31

3.4.1 Проектирование трассировки печатной платы…………………………...31

3.4.2 Проектирование сборочного чертежа печатной………………………….34

4. Технологическая часть…………………………………………………………36

4.1 Анализ и расчёт технологичности конструкции.................................... 36

4.2 Основные этапы разработки технологического процесса устройства. 37

4.2.1 Описание технологического процесса изготовления печатной платы 37

4.2.2 Описание технологии сборки и монтажа печатного узла.................. 39

4.2.3 Разработка маршрутной карты на изготовление устройства............ 41

4.3 Техника безопасности при техническом обслуживании прибора, его ремонте и настройке....................................................................................................... 43

Заключение.................................................................................................... 46

Список использованных источников ........................................................... 47

Приложение ......................................................................................................

- Схема электрическая структурная - формат А3. Altium Designer

- Схема электрическая функциональная - формат А3.

- Схема электрическая принципиальная - формат А3.

- Трассировка печатной платы - формат А3.

- Сборочный чертеж печатной платы - формат А3.

- Спецификация - формат А4.

- Маршрутная карта - формат А4.

Введение

Актуальность курсового проекта заключается в том, что в настоящее время электронная аппаратура в современном мире успела стать неотъемлемой частью нашей жизни. Во всём, что мы делаем в той или в иной мере используем электронику или электронные компоненты. Разрабатывая новые устройства и оборудования, мы продвигаем технический прогресс вперед. Разрабатываемое устройство даёт возможность развивать технический прогресс для удобной её работы. Данное устройство предназначено для создания электронной музыки совместно с ПК или с синтезаторами в бесклавиатурном исполнении. С помощью компьютерных программ пишется музыка, с возможностью вставлять звуки различных инструментов.

Использование микроконтроллера позволило повысить его надёжность, а также построить малогабаритную, и легко повторяемую конструкцию.

Актуальность, теоретическая и практическая значимость изучаемой проблемы обусловили выбор темы курсового проекта.

Объектом исследования является MIDI- клавиатура на PIC16F84. Предмет исследования – структура и функции MIDI- клавиатуры на PIC16F84.

Цель: разработка функциональной схемы и алгоритма диагностики и ремонта MIDI- клавиатуры на PIC16F84.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- выбор и обоснование функциональных и принципиальных схем MIDI- клавиатуры на PIC16F84;

- выбор и обоснование технических параметров элементной базы;

- выбор материала печатной платы;

- расчёт параметров устройства;

- расчёт печатной платы;

- проектирование трассировки печатной платы;

- разработка сборочного чертежа печатной платы;

- анализ и расчёт технологичности конструкции;

- технологический процесс изготовления печатной платы;

- описание технологии сборки и монтажа печатного узла;

- разработка маршрутной карты на изготовление устройства;

- техника безопасности при техническом обслуживании прибора, его

ремонте и настройке.

Технологическая часть

4.1 Анализ и расчёт технологичности конструкции

Комплексная оценка технологичности конструкции основана на определении численных значений конструкторских и технологических показателей, характеризующих возможность производства изделий с применением средств механизации и автоматизации.

Исходные данные:

- схема электрическая принципиальная;

- перечень элементов;

- расчет коэффициента стандартизации деталей; (1)

(1)

где Д_ст- количество стандартных деталей в изделии;

Д- общее количество деталей в изделии.

Кст = 21 / 30 = 0.7

- расчет коэффициента унификации деталей;

(2)

где Д_у- количество унифицированных деталей в изделии;

Д- общее количество деталей в изделии.

Ку = 9 / 30 = 0.3

- расчет коэффициента повторения ЭРЭ;

(3)

где N_т.ЭРЭ–общее число типоразмеров ЭРЭ в изделии;

N_ЭРЭ- общее число ЭРЭ.

Кпов.ЭРЭ= 1- 5 / 21 = 0.76

- расчет коэффициента повторения микросхем;

(4)

где N_сх- общее число микросхем в изделии;

N_ЭРЭ- общее число ЭРЭ, входящих в состав ИМС.

Кповт.ИМС= 1- (9 / (9+2400)) = 0.9

- расчет коэффициента применяемости оригинальных ЭРЭ;

(5)

где N_{ориг. ЭРЭ} – число оригинальных ЭРЭ в изделии;

N_{т. ЭРЭ}- общее число типоразмеров ЭРЭ.

Кповт.ориг.ЭРЭ= 1- (0 / 5) = 1

- расчет комплексного показателя технологичности конструкции;

(6)

где к_i- частичный показатель технологичности конструкции;

а_j- весовой показатель технологичности конструкции.

а₁ = 0.1; а₂ = 0.5; а₃ = 0.1; а₄ = 0.2; а₅ = 0.1

(7)

Пк= 0,7*0,1+0,3*0,5+0,76*0,1+0,9*0,2+1*0,1= 0,5

Расчетное значение ПК сравнивается с нормативным ПП, который для серийного производства изменяется 0,5-0,8. Для установочной серии 0,45-0,75. Опытная серия 0,4-0,7. Анализ показал, что при Пк= 0,5 производство является серийным.

4.2 Основные этапы разработки технологического процесса устройства

4.2.1. Технологический процесс изготовления печатной платы

Существуют три основных варианта реализации поверхностного монтажа и четвертый вариант традиционный с металлизированными отверстиями (рис. 4.1):

1. Чисто поверхностный монтаж на плате (односторонний или двухсторонний – вариант I).

2. Смешанно - разнесенный вариант, когда традиционные (DIP) компоненты размещаются на лицевой стороне, а простые чип - компоненты - на обратной (вариант II).

3. Смешанный монтаж, когда традиционные компоненты и для поверхностного монтажа находятся на лицевой или обеих сторонах платы.вариант III).

Рис. 4.1. Варианты сборки и монтажа ячеек электронного устройства;

Наиболее подходящим для разрабатываемой печатной платы является вариант III. Исходя из этого для технологии изготовления печатной платы, я выбрал вариант III.

Таблица 4.1. Технологические процессы изготовления печатной платы.

Негативный процесс	Позитивный процесс
Подготовка поверхности фольги: зачистка, обезжиривание, травление, декапирование, промывка
Нанесение на влажные заготовки светочувствительной эмульсии (два слоя) на основе поливинилового спирта
Экспонирование изображения схемы проводников с негатива	Экспонирование изображения схемы проводников с позитива
Проявление схемы. Химическое и термическое дубление. Ретуширование схемы для устранения дефектов эмульсионного слоя
Травление хлорным железом	Нанесение двух слоев защитного лака для предохранения поверхности фольги при химической обработке
Снятие задубленного слоя в растворе щавелевой кислоты	Сверление отверстий по рисунку схемы. Продувка отверстий для удаления стружки и пыли
Нанесение защитного лака	Химическая обработка отверстий (активирование и химическое меднение)
Сверление отверстий, подлежащих металлизации, зенковка с двух сторон. Продувка отверстий для удаления стружки и пыли	Снятие защитного слоя лака
Химическая обработка отверстий (активирование и химическое меднение)	Гальваническое меднение схемы. Ретуширование схемы
Снятие защитного слоя. Обезжиривание	Гальваническое серебрение схемы
Декапирование в соляной кислоте. Гальваническое меднение	Снятие задубленного слоя. Травление в растворе хлорного железа
Механическая зачистка (крацевка). Промывка
Покрытие проводников сплавом Розе (32% Pb-свинец; 16% Sn-олово; 52% Bi-висмут)
Покрытие лакофлюсом на основе полиэфирной смолы (два слоя). Сушка при 70-80 градусах Цельсия в течение двух часов
Механическая обработка по контуру
Окончательный контроль

4.2.2.Описание технологии сборки и монтажа печатного узла

Разработка схемы сборочного состава

Рис.4.2. Схема сборочного состава

Технологический процесс сборки и монтажа печатной платы цифрового таймера для гидронасоса на микроконтроллере должен выполняться согласно ГОСТ 14.301-83.

Таблица 4.2. Основные операции технологического процесса сборки и монтажа.

Основные этапы сборки и монтажа	Объекты сборки и монтажа	Основные типовые операции
Комплектация	Печатные платы, навесные элементы, детали	Распаковка из тары поставщика. Входной контроль параметров. Размещение в технологической таре
Подготовка к монтажу	Печатная плата	Обезжиривание (промывка) платы, контроль печатного монтажа. Маркировка платы
Навесные элементы (ИМС и ЭРЭ)	Лакирование обозначений элементов. Рихтовка и укорачивание выводов. Флюсование и лужение выводов. Формовка выводов
Установка на ПП	Детали	Установка и закрепление разъемов, навесных шин питания
Навесные элементы	Установка и фиксация ЭРЭ, установка и фиксация ИМС. Контроль установки элементов
Выполнение контактных соединений	Плата с деталями, ЭРЭ и ИМС	Флюсование и пайка соединений, контроль контактных соединений
Контроль модуля и защита от внешних воздействий	Модуль	Контроль и регулировка функциональных параметров. Монтажные операции (дополнительные). Контроль параметров. Защита(лакированием) модуля. Сдача на соответствие ТУ

Конкретно для каждой операции в соответствии с каталогом технологического оборудования выбирается оборудование. Средства технологического оснащения приведены в таблице 4.3

Таблица 4.3. Средства технологического оснащения

№ пп	Наименование СТО	Обозначения	Выполняемые операции
	Комплектовочный стол	Модель «Л 03»	Для подбора ЭРЭ и ИМС
	Монтажный стол	Модель «СМ-1»	Для проведения входного контроля, монтажа ЭРЭ и ИМС, выходного контроля
	Полуавтомат для формовки и укорачивание выводов ЭРЭ и ИМС	Модель «УР-10»	Для укорачивания и формовки выводов ЭРЭ и ИМС при их установке на ПП
	Автомат установки компонентов	Модель «ГГ-1611»	Установка ЭРЭ и ИМС
	Паяльная станция	Lukey 702	Пайка ЭРЭ и ИМС
	Устройство тестового контроля	УТК-518	Для автоматической диагностики обрывов и замыкания печатных проводников на ПП

4.2.3. Разработка маршрутной карты на изготовление устройства

Маршрутная карта - это данные по составу выполняемых операций, оборудованию, технологическим документам.

Маршрутная карта является основным документом любого технологического процесса.

По маршрутной карте рабочие выполняют различные технологические операции в более конкретном виде и определенной последовательности.

Маршрутная карта заполняется в соответствии с ОСТ 107460832 004 01 – 86 и 107460832 004 02 – 86. На основание приведенных в ОСТ описаний технологических процессов и оборудования осуществляется обоснование и выбор технологических линий и оборудования. При этом необходимо учесть тип производства (единичное, серийное или массовое), степень механизации и автоматизации процесса в соответствии с его уровнем технологичности,

скорости работы станков и т. д.

Для составления маршрутной карты техпроцесса необходимо знать полностью состав и последовательность выполнения операций, который, в свою очередь, приводится в функциональной модели. Таким образом, маршрутная карта представляет собой точное текстовое описание техпроцесса. Форма маршрутной технологической карты установлена ГОСТ 3.118-82.

Расчленение техпроцесса изготовления изделия на отдельные операции должно производиться с соблюдением определенных требований:

· смена рабочего места или оборудования;

· однородность выполняемых работ в пределах каждой операции;

· сложность работ и требуемая квалификация исполнителя;

· необходимость введения контроля, приводящая к расчленению комплекса работ на отдельные операции до и после этого контроля.

При заполнении маршрутной карты необходимо учитывать технологические требования на изготовление печатной платы (они обычно указываются на полях чертежа). Среди этих требований указывают:

· шаг координатной сетки;

· метод изготовления платы;

· предельные отклонения основных размеров;

· ширина шин питания, проводников и зазора между ними в свободных и узких местах;

· вид ключа базовой контактной площадки;

· способ маркировки;

· площадь металлизации;

· защитные покрытия.

Маршрутная карта техпроцесса изготовления печатной платы комбинированным позитивным методом приведена в Приложении.

4.3 Техника безопасности при техническом обслуживании прибора, его ремонте и настройке

Проведение работ на радио­электронном и технологическом оборудовании осуществляется в строгом соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей», «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилами техники безопасности и производственной санитарии в электронной промышленности». Последние учитывают особенности отрасли и спе­цифику радиоэлектронного оборудования. Все вышеуказанные «Пра­вила» распространяются на работы с действующими электроустанов­ками и радиоэлектронным оборудованием.

Техника безопасности при техническом обслуживании прибора, его ремонте и настройке заключаются в следующем:

- радиомеханик на рабочем месте должен иметь следующие средства индивидуальной защиты: инструмент с изолированными ручками, диэлектрический коврик, нарукавники;

- радиомеханик должен пользоваться инструментом с изолированными ручками.

- запрещается проверять наличие напряжения в цепи "на искру".

- ремонтировать и проверять таймер под напряжением разрешается только в тех случаях, когда выполнение работ в отключенном от сети преобразователя невозможно (настройка, регулировка, измерение режимов, нахождение плохих контактов в переключателе и т.д.) При этом необходимо быть особенно внимательным во избежание попадания под напряжение;

- измерительные приборы должны подключаться к схеме термометр после отключения от сети штепсельным соединением и после снятия остаточных зарядов с элементов схемы;

- во всех случаях работы с выключенным преобразователем, когда имеется опасность прикосновения к токонесущим частям, необходимо

пользоваться инструментом с изолированными ручками. Работать следует одной рукой. Радиомеханик должен быть в одежде с длинными рукавами или в нарукавниках;

- пайка монтажа преобразователя, находящегося под напряжением

запрещена;

- при ремонте преобразователя его следует устанавливать таким образом,

чтобы избежать получения травм от возможного взрыва электролитического конденсатора;

- запрещается ремонтировать аппарат, включенный в электросеть в сырых помещениях, в помещениях, имеющих земляные, цементные или иные токопроводящие полы. В этих случаях преобразователь следует направлять в мастерскую;

- запрещается ремонтировать аппарат вблизи заземленных конструкций;

- рабочие место должно быть чистым и свободным от посторонних приборов;

- таймер всегда должен быть включён в электрическую розетку;

- никогда не оставляйте электронагреватели (открытого типа), кофеварки и другую подобную технику, работающими вместе с таймером, если вы уезжаете из дома на длительное время;

- данное устройство может быть отремонтировано только специалистом. Не предпринимайте попыток найти причины каких-либо сбоев в работе самостоятельно;

Заключение

Для достижения поставленной цели в дипломном проекте решены следующие задачи:

Анализ следующих разработок: устройство MIDI- клавиатуры на PIC16F84, где я выбрал последнюю разработку. Так же составил структурную схему, функциональную схему и выбрал технические параметры элементной базы. В конструктивной части был выбран материал печатной платы стеклотекстолитовый СФ-1-35, выбрал пластмассовый корпус печатной платы ПВХ. После выбора материала я рассчитал параметры электронного таймера и получил следующие значения:

1. Расчет суммарной мощности, потребляемой основными элементами – 33,82 Вт.

2. Расчет надежности элементов печатной платы с учетом пайки – 338868 Ч.

3. Ориентировочный расчет габаритных размеров печатной платы – 60 х 80 мм.

А также выбрал программу Sprint Layout 6.0, в которой спроектировал печатную плату.

За измерительное оборудование были выбраны генератор сигналов специальной формы AWG-4110, Мультиметр FLUKE 17B+ и осциллограф FLUKE 190-504, которые необходимы для замеров всех необходимых параметров устройства.

В технологической части был сделан анализ и расчет технологичности конструкции, основные этапы разработки технологического процесса, где был рассчитан показатель технологичности, который равен 0,5 мин/шт. После всех расчетов была разработана маршрутная карта, которая прилагается в приложении. Заданное устройство соответствует всем современным требованиям.

В ходе курсового проекта был произведен анализ и выбрана технология для монтажа печатной платы - навесная технология.

Составлена функциональная схема устройства. Подобрана элементная база устройства.

В конструкторской части выбраны материалы для изготовления самой печатной платы, а также материл для изготовления корпуса.

Был произведен расчет суммарной мощности, потребляемой основными элементами и расчёт потребляемой мощности микросхем.

Разработана конструкция устройства. Произведен ориентировочный расчет габаритных размеров печатной платы. Рассчитана надежность элементов с учетом пайки.

Также в конструкторской части были подобраны для замеров необходимых параметров устройства приборы – мультиметр, вольтметр и осциллограф.

Методические указания к курсовому

Проекту