Цифровой вольтметр

Сборка с помощью  ЭВМ осуществляется при помощи специальных  пpогpам. В ЭВМ необходимо ввести все элементы схемы, их

 

pозмиpы и сочетание,  после чего осуществляется трассировки  платы. После этого есть возможность или видкоpеагуваты полученные результаты или вывести их на пpинтеp или графопостроитель. Вообще компоновка с помощью ЭВМ является наиболее простым и эффективным методом pозpобкы печатных плат.

При проектировании печатных плат применяются следующие виды компоновки: аналитическая, аппликационная, графическая, и компоновка с помощью ЭВМ.

При выполнении дипломного проекта был викоpистан метод  графической компоновки в системе  автоматизированного проектирования (САПР) на базе программных средств PCAD.

Печатная плата может  иметь самые разнообразные размеры, яки определяются формой и размерами  того пространства, которое отводится  в электронном устройстве для  печатного монтажа.

Максимальный размер печатной платы, как однослойной  так и многослойной не может превышать 470 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа: чем больше печатная плата, тем меньше плотность монтажа. Для печатных плат больших размеров необходимы специальные меры повышения жесткости (дополнительные точки крепления в устройстве ввода ребер).

Выбор материала печатной платы и способ ее изготовления осуществляется на этапе эскизного проекта с  учетом выбранного класса печатного  монтажа.

Определяем габаритные размеры платы. Расчет необходимого типоразмера печатной платы осуществляется с учетом следующих основных требований:

а) определяется количество корпусов радиоэлементов (по их физическим размерам);

б) определяется топология  размещения корпусов на печатной плате.

Определим размеры корпусов элементов, которые будут использованы, найдем их площади, полученных в результате поместим в таблицу 4.1.1.

 

     Таблица 4.1.1 Размеры корпусов элементов.

 

 

Название корпуса элемента	Размер, мм	Количество элементов	Площадь одного элемента,мм2	Площадь корпусов одинаковых элементов,мм2
С2-23 0,125	10х2,5	25	25	625
СП4-1	12,8х12,8	1	163,84	163,84
КМ-6	5х3	1	15	15
К50-35	5х5	1	25	25
К140УД17	10х7,5	2	75	150
PIC16F887	56х17,24	1	965,44	965,44
КЦ407А	7,5х28	2	210	420
АЛС307	2,5х2,5	1	6,25	6,25
CA56-21SRWA	50,3х19	1	955,7	955,7
КР142ЕН12А	10,7х3	1	32,1	32,1
КТ502	5,2х5,2	4	27,04	27,04
XS	5х5	10	25	250
Отверстия крепления	7,5х7,5	3	56,25	168,75
MPLS-5	36х7,08	1	254,88	254,88
Всего				4059

 

Согласно полученным данным найдем суммарную площадь корпусов элементов на ГП, умножим ее на коэффициент 1,5 - 1,8.

S_{ДРУК.ПЛ.} = S_sum ´ К  (4.1.1)

S_{ДРУК.ПЛ.} = 4059 ´ 1,8 = 7306,2 мм²

Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно быть не более 3:1.

Принимаем размеры платы 8мм ´ 90мм, где SДРУК.ПЛ. = 7200, что соответствует условию.

При выборе типа печатной платы для электронного цифрового  измерителя частоты вращения нужно  учитывать технико-экономические  показатели . Наличие микросхем затрудняет разводку . Исходя из соображений технологического процесса выбираем двустороннюю печатную плату .

Материал печатной платы  выбирается по ГОСТ 23751-79 и технических  требований . В качестве материала печатной платы выбираем стеклотекстолит фольгированный марки СФ-2-35-1 , 5 , который применяется для двусторонних печатных плат .

Для данного устройства оптимальным вариантом будет  выбор 2-го класса точности печатной платы, наименьшие значения геометрических размеров печатной платы для данного класса точности приведены в таблице 4.1.2.

Таблица 4.1.2 Наименьшие значения для II класса точности.

 

 

Название элемента печатного  монтажа	II клас, мм
Ширина проводника	0,25
Расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником  и контактной площадкой, проводником  и металлизированным отверстием	0,250
Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки	0,35
Максимальное отклонение расстояния центрами монтажных отверстий, не более	0,1

Определение диаметров  отверстий контактных площадок осуществляется по формуле :

d=d_вив+(0,2...0,4)  (4.1.2)

d_вив – диаметры выводов радиоэлементов

В данном приборе элементы имеют следующие диаметры выводов : 0,44; 0,48; 0 ; 5, 0 ; 6, 1 ; 2 . Определяем диаметры отверстий :

d1=0,44+0,3=0,74 » 0,8 мм

d2= 0,48+0,3=0,78 » 0,8 мм

d3=0,5+0,3=0,8 мм

d4=0,6+0,2=0,8 мм

d5=1,2+0,3=1,5 мм

Диаметр контактных площадок определяются в соответствии с диаметром  отверстий. Размеры контактных площадок приведены в таблице 4.1.3.

Таблица 4.1.3 Размеры контактных площадок.

 

 

 

 

 

Диаметр вывода радиоэлементов	Диаметр отверстий	Діаметр контактних площадок
0,44	0,8	2,0
0,48	0,8	2,0
0,5	0,8	2,0
0,6	0,8	2,0
1,2	1,5	3,0

На печатной плате  размещаем следующие элементы:

- Резисторы R1-R26;

- Конденсаторы С1, С2;

- Транзисторы VT1-VT4;

- Микросхемы DD1, DA1, DA2, DA3;

- Матрица светодиодная HG1;

- Диоды VD1-VD3;

- Разъем ХР1;

 

Габаритные  размеры элементов схемы электронной  цифровой милливольтметра постоянного  тока с светодиодным дисплеем приведены  на эскизах рис.4.1.1 ... рис.4.1.14.

 

 

 

 

 

 

Тип	Размеры (мм)
	H	D	L	d	A
С2-23 0,125	6,0	2,3	28	0,6	10

Рис.4.1.1 Резисторы С2-23

 

 

 

 

Рис.4.1.2 Резистор СП4-1

Рис.4.1.3 Транзистор КТ502

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.1.4 Конденсатор КМ-6

Рис.4.1.5 Конденсатор К50-35

 

 

 

 

 

 

                             Рис.4.1.6 Разъем MPLS-5

 

 

Рис.4.1.7 Матрица светодиодная CA56-21SRWA

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.1.8 Микросхема КP142EH12A

 

 

 

 

 

 

Рис.4.1.9 Диод КЦ407А

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.1.10 Диод АЛС407

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.1.11 Микросхема К140УД17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.1.12 Микросхема PIC16F887

 

 

            Разработка топологии печатной платы

 

Разработку топологии  печатной платы проводим после компоновки, в процессе которой находят оптимальное  расположение элементов на печатной плате. Сборка элементов электронного цифрового измерителя частоты вращения на печатной плате изображена на рис.4.2.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           Рис.4.2.1 Сборка элементов

При трассировке проводников  необходимо добиться минимальных длин связей, минимизации паразитных связей между проводниками и элементами, и если возможно, то нужно выполнить равномерное распределение навесных элементов на плате.

Разработку чертежа  печатной платы начинают с выбора координатной сетки. За основной шаг  координатной сетки принимается 2,5 мм. Для малогабаритной аппаратуры и в технически обоснованных случаях  допускается применять дополнительные шаги 1,25; 0,625 и 0,5 мм (1,27; 2,54 мм).

В связи относительно сложного трассировки и наличием элементов с расстоянием между  выводов 2,54 мм, выбираем шаг координатной сетки 1 , 27мм . Координатную сетку на начало координат располагают в соответствии с ГОСТ 2 . 417-78 . Отверстия и элементы проводной рисунке располагают на плате относительно начала координат .

Расстояние от корпуса  элемента до места сгиба или пайки  проводов должно соответствовать государственным  стандартам и ТУ на данный элемент. Если таких указаний нет то расстояние от корпуса элемента до места сгиба или пайки проводов должна быть не менее 2,5 мм при толщине платы 1 мм.

Монтажный размер элемента должны быть кратными шагу сетки. Формировать  выводы и устанавливать элемент на печатной плате нужно так, чтобы в процессе контроля было видно маркировки. Расстояние между корпусом элемента и краем печатной платы должна быть не менее 1 мм, а между выводом и краем платы не менее 2мм. Расстояние между корпусами соседних элементов, а также между краями соседних элементов должна составлять не менее 0,5 мм. Зазор между корпусами микросхем не менее

 

1,5 мм. Расстояние от  крепежных отверстия до края  платы должна быть не меньше  толщины платы.

Печатные проводники следует выполнять одинаковой ширины на всем протяжении. В узких местах сужают проводники до минимально допустимых значений на возможно меньшей длине. Взаимное расположение проводников не регламентируется. В целях упрощения чертежа допускается выполнять проводники любой ширины одной линией, при этом в технических требованиях чертежа указывают ширину проводника.

Разработка топологии  печатной платы была выполнена в  графическом редакторе PCAD PCB. Прототипы  фотошаблонов слоев металлизации изображенные на рис.4.2.2 и рис.4.2.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.2.2 Проводники и контактные площадки со стороны  установки элементов

 

                        Изготовление печатной платы

Для печатных монтажных  плат используют фольгированный гетинакс или стеклотекстолит. Процесс изготовления печатной платы состоит из следующих операций: зачистка фольги от окисления, нанесение рисунка проводников кислотостойкой краской, пищеварения заготовки до полного снятия фольги на незащищенных краской местах и ​​уничтожение защитной краски.

Заготовки печатных плат обычно травят в растворе хлорного железа. Если в растворе появился темный осадок, то небольшими порциями добавляют туда соляную кислоту до полного пропадания осадка. Процесс пищеварения продолжается 0,5-1,5 час. По окончании процессе пищеварения заготовку споласкивают, тщательно промывают теплой проточной водой и смывают краску. Порой бывает удобно снимать лак наждачной бумагой № 60 или № 80. Готовую печатную плату следует для консервации покрыть тонким слоем канифольного лака (растворе канифоли в спирту) или сразу залудите хотя бы контактные площадки (если этого не сделать, то через некоторое время из-за окисления фольги выполнить пайку будет труднее). Травить печатные платы можно и в растворе медного купороса и поваренной соли. Четыре столовые ложки поваренной соли и две ложки растолченного в порошок медного купороса розтворяють в 500 мл. горячей (примерное 80 гр. С) воды и получають темно-зеленый раствор, объем которого достаточно для стравливания примерно 200 см2 поверхности медной фольги, при повышении температуры травлящого раствора время пищеварения уменьшается. Оптимальную температуру подбирают экспериментально по теплостойкости защитного лака. Если необходимо изготовить печатную плату, форма и размер которой не допускают использовать присутствующую кювета, можно поступить следующим образом. Ставить платы в полиэтиленовый пакет подходящего размера. В него кладут заготовку и заливают раствором хлорного железа. При необходимости повисеть температуру разовью пакет кладут под струю горячей воды или погружают в воду и подогревают на плитке. Для равномерности пищеварения пакет покачують за края. Чтобы не повредить пакет, на заготовке платы нужно закруглить края. Очень важно хорошо облудить печатные проводники. Для этого чаще всего принимают лекоплавлячи припои. Современные радиоэлектронные

 

устройства выполняют  на микросхемах различных типов .. Большинство микросхем не терпит перегрева, поэтому при пайке  их выводов используют припои ПОСВ-33, ПОСК-50 и ПОС-61 с пониженной температурой плавления

(130-180 С º) с газами канифольным флюсом. Очень важно использовать рациональные приемы монтажа и демонтажа. Паяльник для монтажа и демонтажа микросхем должен иметь мощность не более 40 Вт и пониженную напряжение питания (12-36 В). Монтируют микросхемы в следующем порядке. Устанавливают и фиксируют ее выводами в отверстиях, или на площадках платы, заранее слегка смоченных флюсом, набирают на жало паяльника минимальное количество припоя и последовательно выполняют пайку всех соединений. Для того, чтобы уменьшилась вероятность перегрева ИС, не следует паять подряд выводы, расположенные друг к другу. При монтаже и демонтаже микросхем в металлическом корпусе выгодно пользоваться небольшим магнитом с прикрепленной к нему ручкой из жести. С его помощью легко микросхему на контактное поле платы и припаять два - четыре выводы. Перед монтажом микросхем их выводы формируют, то есть сгибают так, чтобы обеспечить одновременное приставание к плате всех выводов. Сформировать выводы можно пинцетом, вузькогубцямы, но быстрее и лучше всего - в специальном приборе. При макетировании устройств на микросхемах бывает рационально использовать панели, подобные транзисторным или ламповым, а не перепаивать каждый раз выводы микросхемы, рискуя ее испортить. Панель обычно изготавливают из органического стекла, текстолита или другого легко изоляционного материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Мероприятия по охране труда

 

В данном дипломном проекте  требуется разработать цифровой вольтметр для измерения переменного  и постоянного напряжения тока.

 

 

 

   Мероприятия по производственной санитарии

Обоснование вида пайки

В связи с незначительным объемом производства предполагаемый объем производства составляет 1 штука, а также учитывая форму и размеры  печатного узла, количество радио  элементов на печатной плате устройства, при изготовлении данного прибора целесообразно применять ручную пайку. А для обеспечения электробезопасности необходимо применить электропаяльник мощностью 20-40Вт при напряжении питания 36В.

В соответствии со  сборочным  чертежом волоконнооптического передающего устройства, пайку печатных плат нужно производить припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Химический состав этого припоя приведён в таблице8.3

Таблица 8.3. Химический состав низкотемпературных припоев