Министерство образования и науки РФ Ангарская государственная техническая академия Факультет технической кибернетики
Кафедра промышленной электроники и информационно-измерительной техники
Кузнецов Б.Ф.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТРОЙСТВ
Методические указания по курсовому проектированию
Издательство Ангарской государственной технической академии - 2011
2
ББК К 83
УДК 621.375
К89 Кузнецов Б.Ф. Проектирование электронных промышленных устройств. Методические указания по курсовому проектированию / Ангарск. Изд-во: Ангарской государственной технической академии, 2011. – 56 с.
Рассматриваются основные вопросы выполнения курсового проекта, даются рекомендации по обоснованному выбору топологии схемы и расчету номиналов ее элементов. Содержание задания на проектирование охватывает основные разделы курса "Микропроцессорная техника", «Основы теории надежности», «Электронные промышленные устройства». Предназначено для студентов специальности 210106 «Промышленная электроника».
Рецензент: заведующий кафедрой «Вычислитмельные машины и комплексы» к.т.н., доцент Кривов М.В.
Рекомендовано учебно-методическим советом факультета технической кибернетики в качестве методических указаний по курсу «Электронные промышленные устройства» для студентов специальности 210106 - «Промышленная электроника» всех форм обучения.
©Б.Ф. Кузнецов 2011
©Ангарская государственная техническая академия 2011
|
3 |
Оглавление |
|
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................................. |
4 |
1. ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ........................................... |
5 |
2. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ................................................................................. |
6 |
2.1. Назначение и структура технического задания................................................................................. |
6 |
2.2. Условия эксплуатации, классификация по условиям эксплуатации............................................... |
8 |
2.2.1. Климатические факторы................................................................................................................... |
8 |
2.2.2. Механические факторы................................................................................................................... |
10 |
2.2.3. Радиационные факторы................................................................................................................... |
10 |
2.2.4. Классы ЭПУ по условиям эксплуатации....................................................................................... |
11 |
2.2.5. Система классификации степеней защиты оболочки электрооборудования............................ |
12 |
2.2.6. Класс защиты от поражения электрическим током...................................................................... |
14 |
2.3. Пример составления технического задания..................................................................................... |
15 |
3. СИНТЕЗ И РАСЧЕТ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ..................................................................... |
17 |
3.1. Задачи синтеза и расчета функциональной схемы.......................................................................... |
17 |
3.2. Пример синтеза и расчета функциональной схемы......................................................................... |
17 |
4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ................................................................................ |
21 |
4.1. Порядок расчета принципиальной схемы........................................................................................ |
21 |
4.2. Выбор элементной базы и расчет электрической принципиальной схемы.................................. |
21 |
4.2.1. Рекомендации по выбору конденсаторов...................................................................................... |
21 |
4.2.2. Особенности применения электролитических конденсаторов................................................... |
24 |
4.2.2. Рекомендации по выбору резисторов............................................................................................ |
27 |
4.3. Особенности проектирования схем с микроконтроллерами.......................................................... |
32 |
4.4. Повышение надежности за счет выбора щадящих режимов работы устройств.......................... |
34 |
5. Проектирование печатной платы......................................................................................................... |
37 |
5.1. Проектирование цепей заземления................................................................................................... |
37 |
5.3. Частотные характеристики пассивных компонентов...................................................................... |
39 |
5.5. Паразитные эффекты печатной платы.............................................................................................. |
41 |
5.6. Развязка сигналов................................................................................................................................ |
42 |
5.7. Общие рекомендации по проектированию печатных плат............................................................ |
44 |
ЗАЩИТА ПРОЕКТА................................................................................................................................. |
46 |
Приложение А............................................................................................................................................ |
47 |
Приложение Б............................................................................................................................................. |
50 |
Приложение В............................................................................................................................................ |
53 |
Приложение Г............................................................................................................................................. |
54 |
Приложение Д............................................................................................................................................ |
55 |
4
ВВЕДЕНИЕ
Курсовой проект по дисциплине «Электронные промышленные устройства» является заключительным проектом, обобщающим ряд ранее изученных дисциплин. Кроме того при проектировании необходимо изучения ряда разделов связанных с проектированием и расчетом электронных схем, как аналоговых так и цифровых. Часть информации приводиться в данном учебном пособии, другая часть должна быть найдена студентом самостоятельно.
Проектирование нового устройства, как правило, проводится на базе прототипа. Кроме изучения материалов (технические характеристики, техническое описание и т.п.) прототипа, проводится патентный поиск, изучение технической литературы, анализ математических моделей на ЭВМ.
Изучение технической и патентной литературы позволяет выявить новые решения, применение которых может повысить качество нового изделия. Патентный поиск, кроме того, нужен для оценки патентной чистоты новых решений и выявления предполагаемых изобретений.
Работа над курсовым проектом ведется обычно единолично, без опыта проектирования, поэтому студенту необходимо в полной мере использовать доступный ему источник информации - техническую литературу. Уже вначале проектирования необходимо синтезировать функциональную схему устройства, которая может быть реализована разными способами. Качество функциональной схемы можно понимать как меру ее близости к некоторой неизвестной оптимальной схеме. Неудачный выбор структуры потребует в дальнейшем ее изменения, что сопряжено с потерей времени. Поэтому, начиная работу над проектом, необходимо подобрать литературу и другие источники по теме проекта, изучить ее и сделать обзор.
Для успешного выполнения и защиты курсового проекта необходимо внимательно ознакомиться с данными методическими указаниями, и при выполнении проекта строго придерживаться структуры пояснительной записки и рекомендаций по проектированию.
5
1. ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Целью курсового проектирования является закрепление и расширение знаний, полученных на лекциях, лабораторных и практических занятиях по принципам построения устройств промышленной электроники, на конкретном примере проектирования устройства выполняющего заданные функции.
Задачи курсового проектирования можно сформулировать таким образом:
–на основе полученного задания разработать расширенное техническое задание;
–на основании литературного обзора провести анализ существующих решений поставленной
задачи; - синтезировать функциональную схему и рассчитать параметры входящих в неё блоков;
- разработать принципиальную схему, рассчитать параметры компонентов и выбрать их типы; - провести расчет надежности разработанного устройства; - разработать печатную плату.
Структура пояснительной записки должна содержать разделы перечисленные ниже. Титульный лист (в соответствии с действующим на факультете требованиями). Задание на курсовой проект, бланк задания приведен в Приложении Г.
Содержание.
Введение. Здесь дается определение проектируемого устройства, указывается область применения и задачи, решаемые с его помощью. Объем этого раздела составляет от 1 до 3 страниц.
Обзор. Обзор представляет собой краткий литературно обработанный конспект. Обзор может содержать классификацию устройств, сжатое изложение принципов их действия, особенностей, достоинств и недостатков. Как правило, в обзоре приводят структурные и функциональные схемы, но в необходимых случаях дают и фрагменты принципиальных схем. Обстоятельная работа над обзором значительно расширяет кругозор и является залогом успешного выполнения проекта. Обзор входит в проект как существенная его часть. Средний объем обзора 5-15 страниц. Обзор излагается в строгом техническом стиле, без применения технических жаргонизмов. Приводимые схемы должны использовать обозначение элементов и блоков в соответствии с ЕСКД, перечень действующих ГОСТов приведен в Приложении Б. Недопустимо приведение в тексте рисунков (фотографий) низкого качества.
Техническое задание. После написания обзора можно приступать к разработке технического задания и его конкретизации. Состав технического задания рассматривается в нижеследующих разделах данного учебного пособия. Объем данного раздела 1-3 страницы. Бланк технического задания приведен в Приложение Д. Методические рекомендации по разработке технического задания приведены в во 2 разделе.
Разработка функциональной схемы. Этот раздел пояснительной записки содержит описание составных частей , блоков устройства и расчет их входных и выходных параметров. Методические рекомендации по разработке функциональной схемы приведены в 3 разделе.
Разработка и расчет принципиальных схем. В данном разделе производится последовательный расчет всех необходимых принципиальных схем проектируемого устройства. В обязательном порядке производится выбор типов всех используемых компонентов с приведением полного описания типа. При выборе типов компонентов необходимо использовать данные из технического задания. Методические рекомендации по выбору компонентов приведены в 4 разделе.
Расчет надежности. В этом разделе приводится расчет параметров надежности, указанных в техническом задании на устройство. Особенности проектирования с учетом надежности устройства рассматриваются в разделе 4.4.
Разработка печатной платы. В этом разделе обосновывается размещение компонентов на печатной плате и приводятся основные этапы её проектирования для данного устройства.
Заключение. Анализ спроектированного электронного устройства, соответствия его параметров техническому заданию. Направления по дальнейшему улучшению параметров устройства.
Список литературы.
Приложения. Схемы и чертежи печатных плат выполненные в соответствии с ЕСКД.