Разработка цифровых устройств

Схемотехника цифровых устройств

Разработка цифровых устройств

Разработка электронного цифрового устройства является сложной инженерной задачей, для решения которой необходимо обладать знаниями об основах функционирования цифровой техники, навыками проектирования принципиальных схем и печатных плат, способностью написания программного обеспечения, знанием английского языка.

В настоящее время подобные задачи решаются с применением специализированных программ. Среди них можно выделить следующие:

1. Системы автоматизированного проектирования (САПР)

К таким системам относят программное обеспечение, позволяющее создавать принципиальные схемы, моделировать работу этих схем, создавать печатные платы по спроектированным схемам. Наиболее популярными САПР являются Proteus, Kicad.

Proteus является наиболее функциональным программным обеспечением, содержащим в своих библиотеках огромное количество элементов от простейших резисторов и до микроконтроллеров. Proteus способен моделировать работу электронных схем и даже выполнять программы микроконтроллеров, содержит приложение для разработки печатных плат, имеет функцию генерации пакета файлов, необходимых для заказа профессионально изготовленных печатных плат. Proteus имеет платную лицензию.

Kicad выполняет аналогичные функции, кроме моделирования работы электрических схем, является бесплатным ПО, работает под разными операционными системами.

Разработка может быть упрощенно представлена следующими этапами:

1. Постановка задачи

На данном этапе необходимо сформулировать назначение и основной функционал устройства, обозначить как можно более точно условия его работы, тип питания, габаритные размеры.

2. Составление блок-схемы устройства

Разрабатываемое устройство следует представить в виде блок-схемы, на которой показаны отдельные узлы устройства и их взаимосвязь. Такими узлами представляют блоки питания, ввода и вывода информации, служебные блоки (для программирования, сброса, тактирования и т.д.), блоки связи с периферией.

3. Выбор элементной базы

После составления блок-схемы следует определиться с элементной базой каждого блока с учетом поставленной задачи.

4. Разработка принципиальной электрической схемы

На данном этапе используется одна из САПР. В библиотеке компонентов выбираются элементы, составляющие каждый блок схемы. Если компонент отсутсвует в библиотеке, его следует создать самостоятельно, что делается также средствами выбранной САПР. При создании компонента требуется нарисовать его условно-графическое обозначение, обозначив все его выводы, а также нарисовать посадочное место для проектирования печатной платы. Вся информация о размерах контактных площадок представлена в документации на создаваемый компонент.

Схемотехника цифровых устройств

5. Моделирование работы схемы

Созданную принципиальную схему следует проверить на работоспособность. В этом случает используемая САПР должна иметь функцию моделирования. Этот этап необязателен, но поможет исправить допущенные ошибки, отладить программное обеспечение без изготовления реального устройства.

6. Проектирование печатной платы

Средствами используемой САПР по разработанной принципиальной схеме создают печатную. При проектировании печатной платы следует учитывать как набор общих правил трассировки плат, так и особенности разрабатываемого устройства. Правила трассировки будут рассмотрены отдельно.

7. Изготовление тестового образца

После проетирования печатной платы следует изготовить тестовый образец устройства для отладки и проверки функционирования. На данном этапе могут быть выявлены ошибки схемы, платы и программного обеспечения.

8. Изготовление устройства

Финальный этап разработки. Печатные платы заказывают на заводе, где на плату наносят защитные слои, слои шелкографии и т.д.

Рассмотренная последовательность может быть дополнена или изменена в зависимости от конкретного устройства.

Для наилучшего усвоения материала проиллюстрируем весь процесс разработки примером создания реального устройства.