Курсовая работа: Изготовление печатного модуля средствами САПР конструкторско-технологического назначения

«Изготовление печатного модуля средствами САПР конструкторско-технологического назначения»

Цель работы

Сформировать исходную информацию для изготовления печатного модуля средствами САПР конструкторско-технологического назначения.

Метод исследования – средства САПР конструкторско-технологического назначения (на основе редактора ACCEL EDA).

Для формирования исходной информации для изготовления печатного модуля средствами САПР конструкторско-технологического назначения необходимо:

- создание новых компонентов интегрированной библиотеки САПР PCAD;

- для формирования графического изображения схемы электрической принципиальной необходимо изучить и воспользоваться редактором ACCEL Schematic;

- для трассировки связей печатной платы необходимо воспользоваться редактором ACCEL PCB;

- для получения управляющей программы на ЧПУ используют ПЕОМ, програмно совместную IBM PC, операционную систему Windows NT/2000/XP.

Содержание

1. Анализ задания

2. Формирование компонентов средствами САПР конструкторско-технологического назначения

2.1 Формирование библиотек системы ACCEL EDA

2.2 Создание электрической схемы

2.3 Расчет размеров ПП

3. Конструкторско-технологическое проектирование печатного модуля с применением САПР конструкторско-технологического назначения

3.1 Формирование списка соединений

3.2 Автоматическая трассировка схемы

3.3 Верификация печатного модуля

4. Автоматизированная технологическая подготовка производства средствами САПР конструкторско-технологического назначения

4.1 Полученная управляющая программа для работы на ЧПУ

Выводы

Перечень использованных источников

1. Анализ задания

Вариант задания

Рисунок 1.1 – Вариант задания

Анализируя исходное задание, было определенно количество необходимых элементов, их габаритные размеры, а так же посадочные места. Прочие элементы использовались в соответствии с заданием. По итогам работы была составлена таблица, содержащая все компоненты, используемые в схеме электрической принципиальной.

Таблица 1.1 – Конструктивные параметры электрорадиоэлементов

Наименование элемента	Тип элемента	Схемный символ	Описание элемента	Корпус, посадочное место	Количество
Резистор	МЛТ-0,25		10 кОм		6
Резистор	МЛТ-1		10 кОм		1
Резистор переменный	СП-1		20 кОм		1
Конденсатор	К10-17		0,1нФ		3
Светоизлучающий диод	АЛ307		U=2В		2
Полевой транзистор	КП103Х		S=3.8мА/В		1
Транзистор	КТ315Г		f=270 МГц		2
Транзистор	КТ805А		f=20 МГц		1
Стабилитрон	КС133А		U=3.3В		1
Микросхема	К140УД9		12вывод.		1

2. Формирование компонентов средствами САПР конструкторско-технологического назначения

2.1 Формирование библиотек системы ACCEL EDA

Компоненты хранятся в библиотеках системы. Система ACCEL EDA поддерживает два вида библиотек:

- интегрированные библиотеки компонентов;

- отдельные библиотеки символов и корпусов компонентов.

Для формирования необходимых компонентов средствами САПР, изначально создаю свою библиотеку, куда буду заноситься все используемые элементы. Чтобы сформировать определённый компонент необходимо создать как символ данного используемого элемента, так и его корпус, размеры которого определила выше и занесла в таблицу 1.1. Символ компонента можно сформировать самостоятельно или же использовав уже существующую библиотеку, которую можно открыть в Symbol Editor.Однако создание символа логики микросхемы требовало иного подхода, а именно,- создание символики самостоятельно. Для этого так же использовалось приложение Symbol Editor. Рисование контура изображения символа производим при помощи команд Place/line и Place/Arc, для создания вывода символа выбираем команду Place/Pin, где устанавливаем тип и длину выводов. Для ввода текста используем команду Place/Text, при использовании закладки Place/Attribute устанавливаем атрибуты символа (RefDes и Type). После чего производим проверку правильности создания символа, используя команду Utils/Validate. Когда проверка будет успешно завершена, необходимо сохранить созданный символ в библиотеку, которая была создана заранее. Следующим этапом создания компонента является формирование его корпуса, который осуществляется в Pattern Editor. Аналогично формированию символа компонента, корпус так же можно либо создавать самостоятельно, либо использовать уже сформированный и хранящийся в библиотеке, только в последнем случае необходимо учитывать размеры создаваемого корпуса. В данном случае для конденсатора К53-1А (С4, С5) использовался уже готовый корпус, который необходимо было лишь сохранить в собственную библиотеку (то есть скопировать из исходной библиотеки P-CAD). Для конденсаторов К53-16А (С1, С2, С3) корпуса создавались самостоятельно с учетом их габаритных размеров, выписанных из справочников, для решения данной задачи использовались команды аналогичные тем, которые использовались при создании символа,- Place/line и Place/Arc, только лишь с учетом того, что контур корпуса формируется в слое Top Silk, а контакты в слое Top. Завершение создания корпуса компонента аналогично формированию символа. Для всех остальных компонентов (о которых не говорилось выше) корпуса так же создавались самостоятельно. После того как были сформированы и символы всех элементов, и их корпуса необходимо создать сам компонент, то есть как бы совместить две выше созданных составляющих компонента. Данная операция производится в Library Manager в закладке Component/New. В появившемся окне выбираем необходимый корпус, количество входящих в него элементов и символ, первоначально подключив свою библиотеку, где хранятся все требуемые, для создания печатного блока, элементы. Затем, выбрав закладку Pins View, заполняем таблицу выводов. Создав новый компонент и проверив его на ошибки, сохраняем его в своей библиотеке.

2.2 Создание электрической схемы

После настройки конфигурации графического редактора P-CAD Schematic и при наличии в библиотеке всех символов компонентов, содержащихся в заданной электрической схеме (текущем проекте), можно приступать к созданию последней. Последовательность действий при этом такова:

- Загружается графический редактор P-CAD Schematic.

- Настраивается конфигурация редактора. При настройке щелкается кнопка Edit Title Sheets, затем в заставке Titles в области Title Block необходимо щелкнуть кнопку Select, выбрать файл с готовой форматкой и щелкнуть кнопку Открыть. Закрываются все предыдущие окна. На экране появляется изображение форматки с полями.

- Загружаются нужные библиотеки командой Library Setup, добавляются их имена в область Open Libraries после нажатия кнопки Add.

- Размещаются библиотечные элементы в поле форматки выполнением команды Place/Part, и в появившемся диалоговом окне выбирается требуемый символ.

Рисунок 2.1 – Схема электрическая принципиальная

2.3 Расчет размеров ПП

После того как выполнены все предыдущие пункты, необходимо рассчитать размеры печатной платы.

Площадь печатной платы определяется следующим образом:

где – количество элементов -го типа;

– площадь, занимаемая элементом -го типа; – количество типов элементов.

Полученное значение используют для определения размеров печатной платы.

Sm = (180+78,5+24+216+907,46+39,25+28,26+36+1074,665+78,5+117+37,5) 1.5= 4225мм2

a*b =90*45 мм

Печатную плату изготавливаем из стеклотекстолита толщиной 2 мм. На рисунке показаны габаритные размеры печатной платы.

Рисунок 2.3 – Габаритные размеры печатной платы

Одним из результатов выполнения первого рассчетно-графического задания является формирование графического изображения схемы электрической. Опираясь на полученный результат, необходимо после верификации схемы, которая в свою очередь выполняется по команде Utils/Erc, произвести генерацию списка соединений.

3.1 Формирование списка соединений

Список соединений включает в себя информацию о соединении вывода компонента с определённой цепью. Данная информация используется при упаковке схемы на печатную плату, то есть при размещении корпусов компонентов на монтажно-коммутационном поле. Список соединений формируется после выполнения команды Utils/Generate Netlist, предварительно подключив необходимую нам библиотеку(Library/Setup).

Для того, чтобы оптимально разместить элементы на монтажно-коммутационное поле, необходимо сформировать так называемую таблицу смежности компонентов, которая включает в себя количество электрических связей между последними.

Таблица 3.1– Таблица смежности


0	0	0	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	1	0	1
	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	2
		0	1	0	0	1	0	0	1	1	1	0	1	1	1	0	1	2
			0	0	0	1	0	0	1	1	1	0	1	0	1	0	1	1
				0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0	0
					0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
						0	0	0	1	1	1	0	1	0	0	0	1	1
							0	0	0	0	0	1	0	1	1	0	0	2
								0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	1
									0	1	1	1	1	1	0	0	1	1
										0	1	0	1	0	0	0	1	1
											0	0	1	0	0	2	1	1
												0	1	1	1	0	0	0
													0	0	0	0	1	1
														0	1	1	0	0
															0	0	0	0
																0	0	0
																	0	2
																		0

После настройки конфигурации и определения всех параметров проекта можно приступать непосредственно к разработке печатной платы, открыв приложение PCB. В последнем перед размещением компонентов на плату устанавливаем шаг сетки рабочего поля, - 1.25 мм, так как компоненты имеют планарные выводы. Затем в слое Board рисуем контур печатной платы. Поскольку у нас уже существует принципиальная электрическая схема, то производим упаковку схемы на печатную плату. Последнее производится с помощью команды Utils/Load Netlist, загрузив файл списка соединений печатной платы, который был сформирован в графическом редакторе Schematic. Теперь размещаем компоненты на монтажном поле в соответствии с созданной нами ранее таблицы смежности. Результат данной работы представлен на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 – Размещение компонентов на монтажном поле

3.2 Автоматическая трассировка схемы

Сохранив полученный результат, открываем закладку Route, где выбираем необходимый нам трассировщик, в данном случае использовался Quick Route. Полученный результат отрассированого печатного модуля можно редактировать для его оптимизации. В данном случае некоторые трассы прокладывались вручную для уменьшения количества слоёв. Для этого удалялись уже существующие трассы между некоторыми компонентами и создавались новые, таким образом добились однослойной печатной платы, что упрощает её конструкцию, а естественно и уменьшает затраты на производство. На рисунке 3.2 представлен графический вид отрассированного печатного модуля.

Рисунок 3.2 – Графический вид оттрассированной печатной платы.

3.3 Верификация печатного модуля

После визуального контроля на ошибки и недочеты печатного модуля производим верификацию последнего средствами САПР. Для этого в PCB в закладке Utils выбираем функцию DRC. Результат данной проверки представлен ниже

Сообщения об ошибках заносяться в файл *.erc :

ACCEL Design Rule Check Report

Rl7.drc:

Design Clearances (in mm):

-------------------------------

Silk Screen Clearance: 12.0mil

Hole-Hole Clearance: 13.0mil

Board Edge Clearance: Not Defined

Layer Clearances (in mm):

Layer Name Pad-Pad Pad-Line Line-Line Pad-Via Via-Line Via-Via

Top 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300

Bottom 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300

Net Class Clearances (in mm):

-------------------------------

Net Class Name Pad-Pad Pad-Line Line-Line Pad-Via Via-Line Via-Via

Net Clearances (In mm):

-------------------------

Net Name Pad-Pad Pad-Line Line-Line Pad-Via Via-Line Via-Via

Net Class To Net Class Clearances (in mm):

--------------------------------------------

Net Class Names Pad-Pad Pad-Line Line-Line Pad-Via Via-Line Via-Via

Area Checked:

-------------

DRC Extents: Entire Workspace

DRC Report Options:

-------------------

Net List Compare: Off

Clearance Violations: On

Text Violations: On

Net List Violations: On

Unrouted Nets: On

Unconnected Pins: On

Net Length Violations: On

Silk Violations: On

Copper Pour Violations: On

Plane Violations: On

Component Violations: On

Drill Violations: On

DRC Summary:

Netlist:

Errors: 5

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Clearance:

Errors: 20

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Unrouted Nets:

Errors: 3

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Unconnected Pins:

Errors: 6

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Net Length:

Errors: 0

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Silk Screen:

Errors: 77

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Text:

Errors: 0

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Width:

Errors: 0

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Copper Pour:

Errors: 0

Warnings: 0

ACCEL Design Rule Check Report

Ignored Errors: 0

Plane:

Errors: 0

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Component:

Errors: 0

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

Drilling:

Errors: 6

Warnings: 0

Ignored Errors: 0

4. Автоматизированная технологическая подготовка производства средствами САПР конструкторско-технологического назначения

Для получения управляющей программы на ЧПУ используют ПЕОМ, програмно совместную IBM PC, операционную систему Windows 95/98/NT/2000.

4.1 Полученная управляющая программа для работы на ЧПУ:

G04*

G04 File: RL7.TOP, Tue Jan 08 23:17:28 2008*

G04 Source: ACCEL P-CAD PCB, Version 15.00.50, (E:\сапр\1\Rl7.PCB)*

G04 Format: Gerber Format (RS-274-D), ASCII*

G04*

G04 Format Options: Absolute Positioning*

G04 Leading-Zero Suppression*

G04 Scale Factor 1:1*

G04 NO Circular Interpolation*

G04 Inch Units*

G04 Numeric Format: 4.4 (XXXX.XXXX)*

G04 G54 NOT Used for Aperture Change*

G04*

G04 File Options: Offset = (0.0mil,0.0mil)*

G04 Drill Symbol Size = 80.0mil*

G04 No Pad/Via Holes*

G04*

G04 File Contents: No Pads*

G04 No Vias*

G04 No Designators*

G04 No Types*

G04 No Values*

G04 No Drill Symbols*

G04 Top*

G04*

G04 Aperture Descriptions*

G04 D010 EL X10.0mil Y10.0mil H0.0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) DR*

G04 "Ellipse X0.254mm Y0.254mm H0.000mm 0.0deg (0.000mm,0.000mm) Draw"*

G04 D011 EL X2.5mil Y2.5mil H0.0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) DR*

G04 "Ellipse X0.064mm Y0.064mm H0.000mm 0.0deg (0.000mm,0.000mm) Draw"*

G04 D012 EL X60.0mil Y60.0mil H0.0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) FL*

G04 "Ellipse X1.524mm Y1.524mm H0.000mm 0.0deg (0.000mm,0.000mm) Flash"*

G04 D013 EL X75.0mil Y75.0mil H0.0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) FL*

G04 "Ellipse X1.905mm Y1.905mm H0.000mm 0.0deg (0.000mm,0.000mm) Flash"*

G04 D014 SQ X60.0mil Y60.0mil H0.0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) FL*

G04 "Rectangle X1.524mm Y1.524mm H0.000mm 0.0deg (0.000mm,0.000mm) Flash"*

G04 D015 SQ X75.0mil Y75.0mil H0.0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) FL*

G04 "Rectangle X1.905mm Y1.905mm H0.000mm 0.0deg (0.000mm,0.000mm) Flash"*

G04 D016 EL X40.0mil Y40.0mil H0.0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) FL*

G04 "Ellipse X1.016mm Y1.016mm H0.000mm 0.0deg (0.000mm,0.000mm) Flash"*

G04 D017 EL X55.0mil Y55.0mil H0.0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) FL*

G04 "Ellipse X1.397mm Y1.397mm H0.000mm 0.0deg (0.000mm,0.000mm) Flash"*G04*

%FSLAX44Y44*%

%SFA1B1*%

G04*

G70*

G90*

G01*

D02*

D10*

X79133Y34645D02*

X79250Y34750D01*

X79750D01*

X80000Y35000D01*

X80250D01*

X80314Y35039D01*

X74409Y28740D02*

X74500Y28750D01*

X75250Y29500D01*

X75500D01*

X75590Y29527D01*

X79921Y25590D02*

X79750Y25500D01*

X78500D01*

X77750Y24750D01*

X77500D01*

X75984Y31496D02*

X75750Y31500D01*

X74750D01*

X74000Y32250D01*

X73500D01*

X73350Y32277D01*

X76771Y39370D02*

X77000Y39250D01*

X77500Y38750D01*

X77750D01*

X78250Y39250D01*

X87750D01*

X88250Y38750D01*

X88500D01*

X88582Y38582D01*

X74409Y28740D02*

X74250Y28750D01*

X73250D01*

X73228Y39763D02*

X73000Y39750D01*

X71250D01*

X68750Y24750D02*

X71250D01*

X75590Y34645D02*

X75750Y34750D01*

X77500D01*

X74250Y37000D02*

X72000D01*

X71500Y36500D01*

X70500D01*

X74250Y37000D02*

X79000D01*

X88582Y37582D02*

X88500Y37500D01*

X88250D01*

X87750Y37000D01*

X79000D01*

X71212Y37181D02*

X71000Y37000D01*

X65000D01*

X62992Y29527D02*

X62750Y29500D01*

X56750D01*

X75984Y31496D02*

X76000Y31250D01*

X79250D01*

X79500Y31000D01*

X82000D01*

X62992Y29527D02*

X63000Y29750D01*

X73750D01*

X73228Y39763D02*

X73250Y40000D01*

X86500D01*

X56692Y24409D02*

X56750Y24250D01*

X67500D01*

X75984Y39370D02*

X76000Y39250D01*

X76500Y38750D01*

X77000D01*

X77250Y38500D01*

X79750D01*

X73956Y24750D02*

X73750D01*

X73000D01*

X72500Y25250D01*

X70500D01*

X80314Y40944D02*

X80250Y40750D01*

X78500D01*

X75590Y34645D02*

X75500Y34500D01*

X59250D01*

X79287Y27500D02*

X79250D01*

X78750Y27000D01*

X63750D01*

X72293Y24750D02*

X72500D01*

X72750Y24500D01*

X73500D01*

X73750Y24250D01*

X83750D01*

X71500Y34000D02*

X70000D01*

X73250Y25750D02*

X61500D01*

X60500Y24750D01*

X60250D01*

X60206D01*

X74250Y32750D02*

X73500D01*

X73350Y32789D01*

X66750Y26500D02*

X78500D01*

X72000Y36000D02*

X74250D01*

X74803Y30708D02*

X74750Y30500D01*

X71750D01*

X78500Y27500D02*

X79000Y28000D01*

X87500D01*

X67250Y31250D02*

X71750D01*

X72000Y31500D01*

X72169Y31529D01*

X73250Y28750D02*

X72250D01*

D02M02*

G04 File: RL7.BOT, Tue Jan 08 23:17:28 2008*

G04 Source: ACCEL P-CAD PCB, Version 15.00.50, (E:\сапр\1\Rl7.PCB)*

G04 Format: Gerber Format (RS-274-D), ASCII*

G04*

G04 Format Options: Absolute Positioning*

G04 Leading-Zero Suppression*

G04 Scale Factor 1:1*

G04 NO Circular Interpolation*

G04 Inch Units*

G04 Numeric Format: 4.4 (XXXX.XXXX)*

G04 G54 NOT Used for Aperture Change*

G04*

G04 File Options: Offset = (0.0mil,0.0mil)*

G04 Drill Symbol Size = 80.0mil*

G04 No Pad/Via Holes*

G04*

G04 File Contents: No Pads*

G04 No Vias*

G04 No Designators*

G04 No Types*

G04 No Values*

G04 No Drill Symbols*

G04 Bottom*