Методические указания

По проектированию печатных плат с помощью

P-CAD и AutoCAD.

Для курсового и дипломного проектирования.

Аннотация.

Методические указания рассматривают основные вопросы автоматизированного проектирования печатных узлов электронных средств, включая подготовку конструкторской документации по нормам ЕСКД. В качестве средств автоматизации использованы программные пакеты P-CAD и AutoCAD.

Методические указания предназначены для выполнения курсовых проектов по курсам «Основы проектирования ЭС» специальности 210201 и «Автоматизация конструкторского и технологического проектирования» специальности 230104, а также для дипломного проектирования по указанным специальностям.

Введение.

Проектирования современного электронного средства (ЭС), как известно, организованно в виде иерархического многоэтапного процесса с возвратными операциями. Поскольку основу конструкции ЭС составляет печатная плата (ПП), то процесс разработки ПП и его результат, в виде конструкторской документации (КД) – представляют собой одну из главных составляющих деятельности конструктора ЭС.

Острая необходимость в повышении эффективности конструкторского проектирования с одной стороны, и быстрое развитие технологий обработки информации с другой стороны, привели к возможности резко уменьшить экономические и временные затраты за счет использования новых информационных технологий проектирования. В условиях применения современных технологий проектирования ЭС процесс представляется в виде следующих этапов.

Первым является задание принципиальной схемы ЭС в систему проектирования. В данном случае используется система P-CAD, её графический редактор Schematic и библиотеки элементов .lib .

Следующим этапом обычно бывают действия верификации (анализа соответствия) полученной схемы требуемой по заданию.(В настоящей учебной работе этот этап не рассматривается).

Далее следуют два тесносвязанных этапа – компоновка (размещение) компонентов на ПП и разводка (трассировка) электрических связей согласно принципиальной схеме. Именно указанные действия являются самыми трудоемкими при «ручном» проектировании до введения автоматизации действий.

В настоящем пособии для решения подобных задач используется уже упомянутый пакет P-CAD PCB.

Заключительный этап проектирования представляет собой подготовку КД в виде двух чертежей:

• Чертеж детали (плата печатная);

• Сборочный чертеж ПП, с соответствующей спецификацией.

Как показывает опыт, для указанных целей могут быть применены разные пакеты программ. Наиболее часто студенты пользуются ранее изученными пакетом AutoCAD, поэтому методические указания рассматривают подготовку соответствующих нормам ЕСКД и СТП МГУПИ 2068752-5-06 документов именно в системе AutoCAD.

Кроме того, комплексы P-CAD и AutoCAD информационно могут быть объединены за счет возможности экспортирования описания результата проектирования из P-CAD в систему AutoCAD.

Далее в методических указаниях даются наиболее важные сведения о схемах электрических принципиальных электронных средств, чертеже платы печатной, сборочном чертеже ПП и этапах их разработки с помощью указанных программных компонентов.

1. Создание принципиальной электрической схемы в графическом редакторе схем p-cad 2004 Schematic

Для представления информации об электронном средстве используют различные описания в виде схем: схема электрическая структурная, схема электрическая функциональная, схема соединений и др.

В данном случае рассматривается разработка схемы электрической принципиальной, как наиболее полно описывающей ЭС.

1.1. Схема электрическая принципиальная.

Важный этап проектирования ЭС состоит в получении схемы устройства.

Принципиальная электрическая схема определяет полный состав элементов и связи между ними, дает детальное представление о принципах работы изделия и возможности контроля электрических процессов в нем.

При оформлении схемы согласно нормам ЕСКД необходимо учитывать определенные правила и рекомендации. Некоторые из них представлены ниже.

В качестве примера в дальнейшем будем использовать схему стабилизатора.

Элементы схем показываются установленными стандартами ЕСКД условными графическими обозначениями.

Характеристики входных и выходных цепей, адреса их внешних подключений рекомендуется записывать в таблицы. Таблицы помещают вместо условных графических обозначений входных и выходных элементов – соединителей, плат и т.д.

Всем элементам изделия, изображенным на схеме, присваиваются позиционные обозначения, содержащие информацию о виде элемента и его порядковом номере в пределах данного вида. Позиционное обозначение состоит в обычно из трех частей, имеющих самостоятельное смысловое значение:

• в первой части указывают вид элемента (например: R – резистор, C – конденсатор и т.д.);

• во второй – порядковый номер элемента в пределах данного вида (например: R1, R2, … , C1, C2);

• в третьей части допускается указывать соответствующее функциональное назначение в виде буквенного кода (например: C1I - интегрирующий).

Порядковые номера обычно присваивают считая, как правило, сверху вниз в направлении слева направо.

Позиционные обозначения проставляют рядом с условным графическим обозначением элементов с правой стороны (R10) или над ними (R8). Все сведения об элементах, входящих в состав электронного средства и представленных на схеме, записывают в перечень элементов, который помещают на первом листе схемы или выполняют в виде самостоятельного КД.

В графах перечня указывают следующие данные:

• позиционное обозначение элемента;

• наименование элемента в соответствии документам, на основании которого этот элемент применен;

• технические данные элемента, не содержащие в его наименовании.

Элемент записывают в перечень группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений.

1.2. Основные процедуры создания электрической схемы в Schematic p-cad.

Перейдем теперь к описанию процесса построения схемы электрической принципиальной электронного средства с помощью P-CAD Schematic.

Схема собирается на рабочем поле (листе) с помощью использования мыши и клавиатуры.

При построении и редактировании схем выполняются следующие операции:

• выбор компонента из соответствующей библиотеки;

• выделение объекта;

• перемещение объекта;

• копирование;

• удаление объектов;

• соединение компонентов схемы проводниками;

• установка позиционных обозначений компонентов и др.

Дальнейшие действия описаны в виде совокупности процедур.

1) Открываем программу P-CAD 2004 Schematic из меню «Пуск» или же по адресу C:\Program Files\P-CAD 2004 Trial\Sch.exe:

2) Настроим параметры рабочего листа (шаг сетки и размер рабочего листа):

Установка размера листа: Options configure… в разделе Workspace Size устанавливается маркер User и задаются размеры рабочей области; например, размеры формата A4: Width: 297 mm и Height: 210 mm. Переход к mm осуществляется в том же меню в разделе Units. Далее Ok. При необходимости размер листа можно увеличить.

Установка размеров сетки: Options  Grids… в строке Grid Spacing задается шаг сетки 1.25 и добавляется нажатием кнопки add. Далее Ok.

В случае возникновения трудностей с соединением элементов можно уменьшить шаг сетки.

Прежде чем нарисовать любой элемент схемы, нужно добавить библиотеку с этим элементом в базу библиотек Library→setup. Затем приступаем непосредственно к выполнению заданной принципиальной электрической схемы. Библиотеки с необходимыми элементами находятся папке:

«Program Files\P-CAD 2004 Trial\Lib\Библиотеки для лаб-главное»

В указанных библиотеках содержится большая часть требуемых для схемы элементов. Если в библиотеках элементов не оказалось, то их следует искать в дополнительных библиотеках, расположенных в«Program Files\P-CAD 2004 Trial\Lib\Другие библиотеки». Так же библиотеки можно найти в интернете (библиотеки для P-CAD с расширением библиотек .lib)

3) Чтобы нанести элемент на рабочий лист, надо нажать Place part или щёлкнуть на выделенный на рисунке значок:

Чтобы просмотреть, как элемент будет выглядеть на чертеже, нужно нажать кнопку “Browse>>”

В поле “Library” выбрать необходимую библиотеку.

Выбрать из списка компонентов библиотеки требуемый элемент, нажать “OK” и поместить элемент нажатием левой клавиши мыши на рабочий лист:

Элемент можно перевернуть, если выделить его и нажать клавишу “R”. Чтобы зеркально отразить элемент нужно использовать клавишу “F”.

4) Чтобы соединить элементы между собой, нужно нажать Place wire

В примере схемы стабилизатора (пример стр. 5) необходимо:

• для микросхемы DA1 КР140УД60В загрузить библиотеку «k140.lib»: PROGRAM FILES\P-CAD 2004 TRIAL\LIB\БИБЛИОТЕКИ ДЛЯ ЛАБ-ГЛАВНОЕ\K140.LIB

• все резисторы возьмём из библиотеки «res.lib»

При отсутствии необходимых элементов в библиотеке при учебном проектировании использованы аналогичные элементы. Например, вместо диода КД521В и стабилитрона КС133А допускается использовать диод КД521и стабилитрон КС133 (ввиду аналогичности параметров) из библиотеки «DIOD.lib»

Вместо стабилитрона Д818Г использовать Д818Ж из библиотеки «ДИОДЫ И ТИРИСТОРЫ.LIB»

Вместо светодиода АЛ307БМ допускается взять светодиод АЛ307 из «OPTO.LIB»

Вместо транзисторов КТ209Ж, КТ825Д и КТ315Д использовать их ближайшие аналоги из библиотеки «TRANZ.lib»

Входные и выходные контакты представляют собой компонент XS из библиотеки «KONTACT.LIB»

Все элементы соединим между собой, как указано на схеме.

5) На заключительном этапе необходимо сохранить полученную информацию о схеме.

Вначале зафиксируем библиотеку используемых элементов нажимая клавишу Library  Archive Library. Сохраним её, например, на рабочем столе в папке «pcad» под именем “stabilizator” “c:\Documents and Settings\User\Рабочий стол\pcad\stabilizator.lib”

После сохранения библиотеки программа выдаст отчёт об ошибках. Если ошибки были обнаружены, то следует внимательно прочитать отчёт, исправить ошибки и сохранить библиотеки заново. Если всё в порядке, то следует закрыть отчёт и создать лист соединений элементов Netlist: нажимаем Utils- Generate Netlist, затем указываем путь сохранения листа “c:\Documents and Settings\User\Рабочий стол\pcad\stabilizator.net” , выбираем формат листа Tango и нажимаем «ok». На этом работа с редактором схем P-CAD SCHEMATIC завершена.

Теперь можно приступить к решению задачи компоновки (размещению) элементов на ПП и проектированию совокупности проводников.