Разработка индикатора ( индикатор - 10 светодиодов) температуры на микроконтроллере Atmega328P.

Необходимо обеспечить технологичность конструкции, минимизировать экономические затраты, а также предусмотреть возможность замены на аналогичное устройство.Основная задача при разработке конструкции – снизить влияние на качество коммутации сигналов. Для достижения этого предприняты следующие меры:Уменьшена длина дорожек аналогового сигнала.«Вывод "земли" АЦП соединен с общим проводом только в одной точке.Аналоговые и цифровые дорожки разнесены на максимальное расстояние.Источники питания также удалены друг относительно друга.Поскольку схема устройства работает на высокой частоте, то любой проводник, проводящий высокочастотные колебания является излучателем, который может влиять на работу других компонентов схемы. Следовательно все дорожке на плате, передающие высокочастотный сигнал должны иметь минимальную длину, а компоненты обработки питания, подключенные к данной дорожке, должны быть наиболее плотно сгруппированы. 5.2 Разработка конструкции печатной платы. Требования к формовке выводов, лужению и пайке.Определение группы жёсткостиПо условиям эксплуатации устройство схемы измерения по ГОСТ 23752-79 соответствует второй группе жёсткости. Данный ГОСТ определяет устойчивость ПП к климатическим и механическим воздействиям.Таблица 5.1 – Требования по устойчивости ПП к климатическим и механическим воздействиям по ГОСТ 23752-79Выбор метода изготовления ПППо ГОСТ 23751-86 для данного вида печатной платы можно применять два метода изготовления:Химически негативный.Химически позитивный.Таблица 5.2 – Последовательность операций в химически негативном и химически позитивном методах изготовления печатных платВыбор материала основания ППДля химически негативного метода изготовления по ГОСТ 10316-78 применяются материалы основания ГФ1-35Г, СФ1-35Г, СТФ, СОНФМ, СТНФ.Для изготовления ОПП предпочтение отдается СТФ, так как использование этого материала значительно уменьшает толщину ПП.Подготовку поверхностей к проведению технологических операций осуществляют на многих этапах процесса производства ПП.Таблица 5.3 – Материалы основания ПП5.3 Проектирование печатной платы устройства в САПРРазобьём процесс работы с САПР на последовательность из следующих действий:1. Создание библиотеки используемых элементов РЭА;5. Ввод принципиальной электрической схемы;3. Подготовка схемы к проектированию ПП;5. Размещение элементов РЭА по полю конструктива;5. Автоматизированная трассировка соединений ПП.В данном случае используемая библиотека содержит необходимые элементы, используемые при проектировании РЭА.На рисунке 5.1 представлен процесс ввода принципиальной электрической схемы в программе Schematic.Рисунок 5.1 – Ввод схемы электрической-принципиальной в программе SchematicНа рисунке 5.2 представлено окно параметров элемента (PartProperties) резистора R5.Рисунок 5.2 – Окно параметров элемента (PartProperties)Для элемента могут быть указаны следующие параметры:Порядковый номер и тип(RefDes) – R5;Номинал (Value) – 1.2 кОм;Тип элемента (Type) – резистор С2-33H-0,125;Используемая библиотека элементов (Library);Далее необходимо перенести данные из программы Shematic в программу PCB, которая позволит провести размещение элементов и трассировку ПП. Выполнить это можно с помощью команды Utils – GenerateNetList (Рисунок 5.4)Рисунок 5.3 – Создание списка соединенийПосле размещения ЭРЭ приступаем к трассировке, т.е. к прокладке необходимых линий соединений (проводников) между контактными площадками. Рассмотрим данный процесс более подробно.Трассировку печатной платы можно выполнить вручную и с помощью автотрассировщика. Для ручной трассировки предлагаются инструменты, которые условно можно разделить на три группы:- инструменты для ручной трассировки- инструменты интерактивной трассировки- специальные инструментыКогда работа с автотрассировщиком полностью завершена, необходимо вернуться в программу PCB, для этого выполнить: FileSaveandReturn. Все результаты трассировки средствами программы PCADShapeRoute будут перенесены в программу PCB, в которой можно продолжить работу над проектом, в частности воспользоваться любыми приёмами корректировки. [2]В данном проекте при разработке топологии печатной платы технологический контроль помог обнаружить: узкие места и нарушения установленных зазоров. Коррекция топологии была произведена, ошибки исправлены.Подробно этапы разработки узла расписаны в приложении 1.ЗаключениеВ рамках аналитического и проектного разделов было проведено знакомство с объектом разработки, систематизация сведений по рассматриваемой тематике.Результатом курсового проекта является устройство измерения температуры. Спроектированное устройство позволяет контролировать температуру. При необходимости устройство может быть легко модернизировано в систему контроля и управления различными параметрами в соответствии с типом подключаемых датчиков.В ходе выполнения проекта были проанализированы существующие системы управления, выявлены их достоинства и недостатки.Разработана структурная и принципиальная схемы устройства, а также произведена разработка программного обеспечения. Также было осуществлено моделирования работы спроектированной системы.В проекте рассмотрены все стадии разработки электронного устройства от разработки структурной схемы до проектирования печатной платы, сборочного чертежа и программного обеспечения. Разработанная система автоматизации соответствует всем требованиям технического задания.Список использованной литературы.Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил.Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.Хемминг Р. В. Цифровые фильтры. –М.: Недра, 1987. – 221 с.Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. –М.: Мир, 1978. –847 с.Полякова Л.С., Кашарин Д.В.Учебное пособие «Метеорология и климатология» - Новочеркасск НГМА, 2004, с. 107Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. – М.: ООО «ИД СКИМЕН», 2002. – 336 с., илл.Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.2. – М.: ООО «ИД СКИМЕН», 2002. – 224 с., илл.Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ – 2000.-528 с.: ил.Приложение 1 Выбор технологического оборудования и технологических режимов изготовления печатной платыПоиск аналогов и прототипаПри комбинированном позитивном методе изготовления проводящий рисунок схемы получают субтрактивным методом, а металлизацию отверстий производят электрохимическим способом. Вначале поверхность платы и отверстия подвергают химическому и предварительному гальваническому омеднению для получения слоя меди толщиной 5...7 мкм. После подготовки металлизированных поверхностей на них создается изображение схемы проводников. Это изображение может быть получено с помощью сеткографической краски или сухого пленочного фоторезиста.Входной контроль фольгированного диэлектрикаПри входном контроле диэлектрика визуально устанавливают наличие царапин, проколов и других повреждений..Нарезка заготовокВ качестве инструмента для получения заготовок целесообразно применить роликовые или гильотинные ножницы. Нарезку заготовок осуществляют с припуском по контуру на одну или несколько плат.Получение фиксирующих и монтажных отверстийДля установки заготовок при выполнении отдельных операций технологического процесса предусматривают фиксирующие и технологические отверстия. Существует два метода выполнения отверстий в печатных платах: пробивка на специальных штампах и сверление. Для получения всех отверстий целесообразно использовать сверление, которое имеет более низкую стоимость по сравнению с пробивкой. Сверление отверстий производят на специализированных одношпиндельных и многошпиндельных сверлильных станках, на станках с программным управлением или на станках с автоматической сменой сверл. Контроль качества отверстий производят визуально с помощью специальных широкоугольных микроскопов с развертыванием поверхности. Наличие отверстий проверяется на специальных компараторах методом сканирования изображения контролируемой и эталонной платы.Химическая и предварительная электролитическая металлизацияХимическая металлизация печатных плат заключается в последовательности химических реакций осаждения меди, используемой в качестве подслоя при нанесении основного слоя токопроводящего рисунка гальваническим способом. Слой химической меди толщиной 0,25…1,0 мкм должен полностью покрывать поверхность диэлектрика и стенки отверстий. Получаемый слой меди должен обладать пластичностью и хорошим сцеплением с диэлектриком. Получение рисунка схемыНанесение рисунка схемы на печатную плату необходимо для получения защитной маски требуемой конфигурации для осуществления процессов металлизации. ЭкспонированиеЦелью экспонирования является полимеризация фотополимера, расположенного под прозрачными участками фотошаблона, под воздействием источника света, что делает эти участки нерастворимыми в проявляющих растворах. При обработке в проявляющих растворах позитивных фоторезистов их засвеченные участки растворяются и вымываются. Гальваническая металлизация и нанесение защитного покрытия из сплава олово-свинецГальваническая металлизация при комбинированном методе изготовления печатных плат применяется для увеличения тонкого слоя химической меди до толщины 5…8 мкм с целью последующего нанесения на поверхность проводящего рисунка схемы. При этом используется гальваническая ванна, анодом в которой является металл необходимого покрытия, катодом – печатная плата, а также имеет значение тщательная подготовка плат, обеспечивающая полное смачивание электролитом поверхности, подлежащей металлизации, и создание надежного электрического контакта с платами и анодами.Должны выполняться следующие требования:- металлизация должна быть сплошной, без трещин и отслоений, с шириной проводников не менее допустимой;- слой меди должен быть мелкозернистым, светло-розового цвета, пластичным и прочным, без шероховатостей;- толщина слоя меди в переходных и монтажных отверстиях должна быть не менее 25 мкм;- поверхность покрытия не должна иметь посторонних включений, раковин, неровностей в виде утолщений, металлизированных заусенцев и т.п.Электроосаждение двух элементов, входящих в состав покрытия олово-свинец, по сравнению с осаждением одного элемента более сложно, что вызвано необходимостью подержания определенного состава покрытия. При нанесении покрытия олово-свинец для обеспечения последующего оплавления при минимальной температуре и хорошей паяемости печатной платы необходимо поддерживать соотношение составляющих покрытия, близкое к эвтектическому состоянию, при минимальной толщине покрытия 12 мкм. Содержание олова в осажденном покрытии увеличивается при повышении плотности тока, увеличении количества добавок, снижении температуры электролита, избытке олова в электролите и сильном его перемешивании.Травление меди с пробельных местВ данном типовом технологическом процессе изготовления ДПП позитивным комбинированным методом травлению подвергаются медная фольга исходного материала с нанесенным на нее слоем предварительной металлизации, при этом проводящий рисунок защищен слоем стойкого к травителю металлорезиста, например сплавом олово-свинец.Обработка печатной платы по контуруПри обработке ПП по контуру применяют два способа: вырубку штампами и фрезерование.Применение вырубки плат на эксцентриковых прессах с помощью штампов для заданного типа производства нецелесообразна. Поэтому для обработки печатной платы по контуру применяем способ фрезерования. Этот способ отличается высокой производительностью, дает хорошее качество кромок плат и точность размеров в пределах ±0,025 мм, имеет более низкую стоимость, уменьшает отходы материала. При этом в качестве инструмента используют алмазные дисковые фрезы или твердосплавные концевые фрезы диаметром 3…8 мм.