Программатор микроконтроллера PIC

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности, называется отказом.
Восстанавливаемым называется устройство, для которого при возникновении отказа нормативно-технической документацией предусматривается восстановление работоспособного состояния. Устройство, для которого восстановление работоспособности не предусматривается, называется невосстанавливаемым.
Надежность является комплексным понятием и включает в себя такие составляющие как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость. При расчете надежности обычно оцениваются только безотказность и ремонтопригодность устройства.
Безотказность – свойство устройства непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.
Ремонтопригодность – свойство устройства, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
Микропроцессорное устройство имитации светотеневой обстановки является восстанавливаемым не резервируемым изделием с профилактическим обслуживанием и аварийными ремонтами, работающий в непрерывном режиме и соответствующий требованиям второй группы надежности. Для таких изделий на стадии разработки оценивают безотказность.



Рассчитаем надёжность стенда в целом. Для этого в таблицу сведём все необходимые данные.
Таблица 6.1 – Данные о стенде, необходимые для расчёта
Вид элемента Интенсивность отказов , 1/ч Время восстановления
, ч Число элементов Коэффициент нагрузки 1-Микросхемы 0,5 1,2 7 0,8 2-Транзисторы 0,5 0,5 5 0,5 3-Диоды 0,5 0,5 7 0,6 4-Конденсаторы 0,5 0,5 24 0,3 5-Резисторы 0,02 0,5 69 0,2 6-Разъёмы 0,2 1,7 8 1 7-Проводники монтажные 0,01 0,5 15 0,8 8-Переключ-ли 0,05 0,8 2 0,5 9-Светодиоды 0,5 0,5 26 0,6 10-Соединения пайкой 0,01 0,1 500 1 11-Лампа 0,6 0,5 1 0,4 12-Дроссель 0,25 1,0 1 1
Таблица 6.2 – Данные об эксплуатации стенда
Вид аппаратуры Температура окруж-ей среды, 0С Влажность, % Высота, км Время ожидания ремонта, , ч ЛАБ 20 70 0 1


Значение коэффициента к1 для неамартизационной аппаратуры. Стенд предназначен для использования в лаборатории, следовательно к1=1.
Значение коэффициента к2 зависит от влажности и температуры окружающей среды, следовательно к2=1.
Значение коэффициента к3 зависит от высоты, к3=1.
Расчёты выполнены в пакете MatCad2000.
Исходные данные:

Интенсивность отказов элементов i-го типа определяется по формуле
(i = (oi.(i k1 k2 k3 .


Интенсивность отказов устройства в целом

Определим вероятность безотказной работы устройства на время t=2000ч.

Средняя наработка на отказ

Среднее время восстановления устройства

Округлив значение до ближайшего целого из представленного ряда, получаем TB=2ч.
Стационарное значение коэффициента готовности определяется по формуле

Подставив значения получили КГ=1.

Далее представлена разработка печатной платы внутрисхемного программатора-отладчика. Спроектировав полную принципиальную схему внутрисхемного программатора-отладчика, проектируем печатную плату. Ниже на рисунках 8 и 9 представлены вид с низу и с верху платы внутрисхемного программатора-отладчика. Сборочный чертёж платы внутрисхемного программатора-отладчика представлен на рисунке 10.


Рисунок 8. Печатная плата внутрисхемного программатора-отладчика. Вид с низу.



Рисунок 9. Печатная плата внутрисхемного программатора-отладчика. Вид с верху.



Рисунок 9. Сборочный чертёж платы внутрисхемного программатора-отладчика.




Ниже представлена разработка печатных плат устройства.
Применение печатного монтажа в электронннике повышает ее надежность и обеспечивает повторяемость параметров от образца к образцу, способствует механизации и автоматизации производственных процессов.
Печатные платы стенда, изготавливаются гальванохимическим методом.
Типовой процесс изготовления печатных плат гальванохимическим методом содержит следующие основные операции:


– получение изоляционной заготовки;
– пескоструйная или гидропескоструйная обработка (или зернение) изоляционной заготовки с целью создания шероховатой поверхности для повышения адгезии;
– покрытие изоляционной заготовки светочувствительной эмульсией;
– экспонирование рисунка печатной схемы на эмульсированную заготовку;
– проявление изображения печатной схемы (здесь кислотоупорный слой соответствует пробельным участкам схемы, а рабочие участки остаются незащищенными);
– механическая обработка платы (сверление, штамповка и вырубка отверстий, зенкование монтажных и переходных отверстий);
– химическая металлизация рабочих участков печатной платы, зенковок, монтажных и переходных отверстий, при которой на них образуется слой металла с высокой электропроводностью толщиной 1-5 мкм - химическое серебрение и меднение;
– гальваническое наращивание слоя металлизации толщиной 20-75 мкм;
– удаление защитного кислотоупорного слоя с пробельных участков платы;
– нанесение защитных покрытий металлических или лаковых;
– контроль печатной платы.
Заготовки оснований получаются как прессованием из пресс-материалов, так и из листовых материалов. Сокращение механической обработки и упрощение нанесения защитного покрытия полностью компенсируют затраты, связанные с изготовлением пресс-форм при прессовании изделий. Прессование осуществляется компрессивным методом и не отличается от прессования других деталей. Листовой материал подвергается резке на заготовки или полосы с припуском на размеры, указанные в чертеже, и обработке базовых (фиксирующих) отверстий. В ряде случаев заготовки для улучшения их электроизоляционных свойств покрываются эпоксидной эмалью. Для лучшего сцепления с проводниками основания подвергаются дополнительной обработке, обеспечивающей достаточную шероховатость поверхности. Наилучшие результаты получаются при пескоструйной обработке оснований чистым кварцевым песком, просеянным через сито. Чистота поверхности после пескоструйной обработки должна соответствовать 4-му классу. Изображение печатных проводников наносится на заготовку одним из рассмотренных ранее способов. Защитное покрытие прессованных оснований с углублениями для проводников наносится при пропускании оснований между резиновыми валиками, один из которых находится в ванночке с защитным лаком. Для нанесения защитного покрытия с двух сторон заготовки пропускаются между валиками дважды. Обработка подлежащих металлизации отверстий в основаниях из листовых материалов производится сверлением или штамповкой. Перед химической металлизацией заготовки подвергаются обезжириванию погружением в две ванны с ацетоном, уайтспиритом или трихлорэтиленом. Время выдержки в каждой ванне (всего их - три: ванна для активирования, меднения и промывки) при использовании агрегата химической обработки АГ-15 составляет 3-4 мин при вибрациях с частотой 100 Гц и амплитудой 0,1 - 0,3 мм. Затем следует сушка в сушильном шкафу при комнатной температуре до полного высыхания, промывка в дистиллированной воде и вновь сушка до полного высыхания. После обезжиривания не защищенная поверхность заготовок подвергается обработке в спирто-водном растворе азотнокислого серебра. В состав раствора входит азотнокислое серебро 20-30 г/л, спирт этиловый 300-500 мл, вода дистиллированная 1 л. Обработка осуществляется при температуре 15-25 оС, время выдержки находится в пределах 3-7 мин. Затем заготовки сушатся до полного высыхания при температуре 45-50 оС. При химической металлизации на заготовке создается тонкий слой меди, на который ложится основная медь при гальванохимическом меднении. После химического меднения заготовки промываются в проточной холодной и горячей воде в течении 3-5 мин. Затем следует операция раздубливания и удаления защитного слоя. После удаления защитного слоя на участках, не подлежащих металлизации, не должно оставаться следов защитной краски и фотоэмульсии. Изображение печатного монтажа должно быть четким, без рваных краев и заусенцев по краям. Слой меди на печатных проводниках и в отверстиях должен быть плотным, без разрывов. Точечные дефекты металлизированных участков небольшой площади исправляют путем смачивания раствором азотнокислого серебра. После окончания гальванохимического меднения следует промывка в холодной воде, крацовка металлизированных участков латунными щетками, вновь промывка в холодной воде и сушка обдувкой холодным очищенным воздухом. Необходимо отметить, что гальванохимическое меднение требует замкнутого контура проводящих покрытий. Замыкание контура может быть осуществлено технологическими проводниками, промывкой отверстий медной проволокой. В условиях массового производства применяется автомат для гальванической обработки печатных плат АГ-7. Гальванические ванны автомата расположены по окружности, в центре которых находится устройство для транспортировки обрабатываемых изделий из ванны в ванну. Платы крепятся на подвесках, расположенных на траверсах, которые перемещаются по вертикали и поворачиваются вокруг вертикальной оси. При опускании траверс закрепленные на них изделия опускаются в очередную ванну. Управление системой производится при помощи гидроэлектрической системы. По истечении заданного промежутка времени срабатывает электрическое реле времени и включается привод гидронасоса. Гидронасос поднимает и опускает траверсы, а также перемещает их на следующую позицию. После гальванохимического меднения производится контроль прочности сцепления с основанием и величины удельного сопротивления проводящих покрытий. Определение удельного сопротивления производится на проводниках, прошедших кварцевание. Этим методом можно получить токопроводники шириной 0,8 - 1,0 мм при минимально допустимом расстоянии между ними 0,8 мм. Рекомендуемая толщина печатных проводников должна лежать в пределах 40 - 50 мкм. После операции контроля платы подвергаются механической обработке и покрываются защитными лаками.
Далее представлено описание пакета P-CAD 2001.
Для разработки печатной платы лабораторного стенда был использован пакет прикладных программ P-CAD 2001.
Интегрированная САПР P-CAD 2001 – это наиболее популярная в мире система автоматизации проектирования и подготовки производства печатных плат, начиная от создания схемы электрической принципиальной и заканчивая выводом конструкторской и технологической документации на печатную плату и формированием управляющих программ для станков с ЧПУ и фотокоординатографов. P-CAD 2001 выполняет полный цикл проектирования печатных плат, включающий в себя графический ввод схем, упаковку схемы на печатную плату, ручное размещение компонентов, ручную, интерактивную и/или автоматическую трассировку проводников, контроль ошибок в схеме и печатной плате и выпуск документации.
По сравнению P-CAD-8 для DOS система P-CAD 2001 имеет и другие преимущества:
– возможность задания разных типов сквозных переходных отверстий при переходе проводников со слоя на слой;
– возможность автоматической трассировки одной и той же цепи сегментами разной ширины;
– более совершенные алгоритмы автотрассировки проводников;
– возможность автотрассировки многослойных печатных плат, имеющих внутренние слои металлизации;
– легкость координации библиотек символов и корпусов компонентов;
– устранение путаницы с присвоением имен и позиционных обозначений компонентов схемы.
Кроме того, графические редакторы принципиальных схем и печатных плат P-CAD 2001 имеют современные системы всплывающих меню, выполненных в стиле программ для Windows.
В САПР P-CAD 2001 используются новые принципы, отличающие ее от других пакетов для ПК. В частности, имеется возможность доступа ко всем элементам на более низких уровнях иерархии, например, при работе с печатной платой можно изменить расположение выводов и графику контактных площадок корпусов компонентов. В редакторе печатных плат реализован режим полуавтоматической трассировки проводников: курсором отмечают начало и конец сегмента проводника, который трассируется программой, огибая препятствия и выдерживая допустимые зазоры. Все эти нововведения выдвигают графические редакторы P-CAD 2001 на лидирующие позиции среди аналогичных программ. Поддержка текстовых форматов описания баз данных DXF, PDIF, ALT и др. позволяет обмениваться информацией с такими распространенными пакетами, как AutoCAD, OrCAD, Visio 2000, PSpice, P-CAD-8, Tango.
Если система P-CAD-8 была предназначена преимущественно для разработки печатных плат цифровых устройств, то новые возможности P-CAD 2001 ориентированы на особенности аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств.
P-CAD 2001 Library Manager - менеджер библиотек. P-CAD 2001 имеет интегрированные библиотеки, которые содержат графическую информацию о символах и типовых корпусах компонентов и текстовую информацию (число секций в корпусе компонента, номера и имена выводов, коды логической эквивалентности выводов и т. п.). В этом принципиальное отличие от P-CAD-8, имеющего отдельные библиотеки символов и корпусов, содержащих как графическую, так и повторяющуюся текстовую информацию. В интегрированной библиотеке P-CAD 2001 каждому символу (Symbol) компонента (Component) могут быть сопоставлены несколько вариантов корпусов (Pattern). Библиотеки легко пополняются с помощью графических редакторов, а текстовая информация координируются администратором библиотек. Вся текстовая информация о компоненте и его атрибутах заносится в две таблицы, удобные для просмотра и редактирования. Тем самым исключаются ошибки несогласованного ввода этой информации, возможные в системе P-CAD-8.
P-CAD 2001 Schematic и P-CAD 2001 РСВ - графические редакторы принципиальных схем и печатных плат. Имеют современные системы всплывающих меню в стиле других программ для Windows, наиболее часто встречающимся командам назначены пиктограммы. В отличие от P-CAD-8, где для выполнения простейших операций перемещения, копирования, поворота или удаления объектов нужно пробираться через последовательность всплывающих меню, здесь это делается гораздо проще. Например, для перемещения объекта курсором включают режим выбора, отмечают нужный объект и перемещают его движением мыши, поворот объекта при этом выполняется нажатием клавиши R, зеркальное отображение - клавишей F. Двойной щелчок левой клавишей мыши по выбранному объекту открывает доступ к просмотру и редактированию всех его атрибутов. Щелчок правой клавишей вызывает контекстно-зависимое меню команд. Все эти приемы привычны в среде Windows, что ускоряет освоение P-CAD 2001 и делает работу с ним более приятной.
Очень удобно, что при размещении на схеме символа компонента в окне выводится его изображение. При этом в поставляемых вместе с системой библиотеках импортных цифровых интегральных схем имеются три варианта графики: Normal - нормальный (в стандарте США), De Morgan - обозначение логических функций, IEEE - в стандарте Института инженеров по электротехнике и электронике (наиболее близкий к отечественным стандартам). Аналогичные библиотеки отечественных компонентов легко выполняются по ЕСКД. Средствами Windows реализован многооконный интерфейс, что разрешает на одном экране просмотреть чертежи схем и плат и провести идентификацию на плате цепей выделенных на схеме. В P-CAD 2001 используются новые принципы, отличающие ее от других пакетов для ПК. В частности, имеется доступ ко всем элементам на более низких уровнях иерархий например, при работе с печатными платами можно изменить расположение выводов и графику контактных площадок корпусов компонентов. В редакторе РСВ есть режимы ручной и интерактивной (полуавтоматической) трассировки проводников. В интерактивном режиме курсором отмечают начало и конец сегмента проводника, который трассируется программой, огибая препятствий и выдерживая допустимые зазоры.
Графический редактор печатных плат P-CAD 2001 РСВ вызывается автономно или из редактора схем P-CAD 2001 Schematic.
В P-CAD 2001 появилось много новых возможностей, позволяющий улучшить качество разработки печатных плат. К ним относятся средства обнаружения и удаления изолированных островков меди, возможность задания разных зазоров для разных проводников, классов проводников и проводников, находящихся на различных слоях.
P-CAD 2001 Relay – не только средство просмотра печатных плат. С ее помощью разработчик схем может выполнить общую расстановку компонентов на печатных платах, задать наиболее существенные атрибуты, которые будут использованы при автотрассировке (например, допустимые зазоры), и проложить наиболее критичные трассы.


Литература
1. Алексеенко А.Г., Галицын А.А., Иванников А. Д. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах. М.: Радио и связь, 1984.
2. Бойко. Г. М., Власова. В. К. Нормоконтроль оформления дипломного (курсового) проекта (работы). — Балаково. : Ризограф «Print-Fix», 2007. — 52 с.
3. Волочий Б. Ю., Калашников И. Д., Мазепа Р. Б., Мандзий Б. А. Проектирование отказоустойчивых микропроцессорных информа-ционно- измерительных систем — Львов: Виша школа, 1987.
4. Долкарт В. М., Шереметьевский Н. Н. Магистрально-модульные микро-средства управляющей вычислительной техники // Микро-процессорные средства и системы. — 1986 — №1. — с. 28-33.
5. Кобылинский А. В., Москалевский А. Н. Однокристальный высоко-производительный 16-разрядный микропроцессор КМ1810ВМ86 // Микропроцессорные средства и системы. — 1986. — №1 — с. 28-33.
6. Панфилов Д. И., Романенико О. А., Сафашок В. С. Учебная микроЭВМ на основе микропроцессора КМ1810ВМ86 // Микропроцессорные средства и системы. — 1986. — №5 — с. 16-22.
7. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. — М. : Радио и связь, 1989. — 252 с.: ил.
8. Горбачев Г. Н., Чаплыгин Е. Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов / Под. ред. В. А. Лабунцова. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 320 с.: ил.
9. Шевкоплеев Б. В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. — М.: Радио и связь, 1990. — 512 с.: ил.
10. Пангишвили И. В. Микропроцессоры и локальные сети микроЭВМ в распределенных системах управления. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 272 с.: ил.
11. Хвощ С. Т. и др. Микропроцессоры и микроЭВМ в САУ: Справочник (С.Т. Хвощ, Н. Н. Варшинский, Е. А. Попов); Под общ. ред. С. Т. Хвоща. — Л. : Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987. — 640 с.: ил.
12. Каган Б. М., Сташин В. В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 304 с.: ил.
13. Лебедев О. Н. Микросхемы памяти и их применение. — М.: Радио и связь, 1990. — 160 с.: ил.
14. Горбунов В. Л., Панфилов Д. И., Бикухин Д. Л. справочное пособие по микропроцессорам и микроЭВМ / Под ред. Л. Н. Брикухина. — М.: высшая школа, 1988. — 272 с.: ил.
15. Орлов И. А., Коршошко В. Ф. Основы вычислительной техники и организации вычислительных работ: Учебник для инженеров. — М.: Энергоатомиздат 1984. — 336 с.: ил.













21