Разработка аппаратной части макета для исследования

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский университет
«Высшая школа экономики»
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Кафедра «Радиоэлектроники и Телекоммуникаций»
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
На тему «Разработка аппаратной части макета для исследования процессов
зрительного утомления»
Студент группы № Р-91
Молодкин В. Р.
(Ф.И.О.)
Руководитель ВКР
Котельников Д. С.
(должность, звание, Ф.И.О.)
Консультант
Богачев К. А.
(должность, звание, Ф.И.О.)
Москва, 2013
СОДЕРЖАНИЕ
1.Аннотация
6
2.Перечень сокращений
7
3.Введение
8
4.Содержание расчетно-пояснительной записки
10
А.Специальная часть
10
4.1.1.Описание методики оценки процесса зрительного утомления
10
4.1.2.Разработка блок-схемы
14
4.1.3.Электрическая принципиальная схема
17
4.1.4.Выбор элементов
26
4.1.5.Разработка печатной платы
41
4.1.6.Основы программного обеспечения
47
Б.Конструкторско-технологическая часть
56
4.2.1.Проектирование печатной платы
56
4.2.2.Разработка конструкции макета
67
4.2.3.Технология изготовления печатной платы
75
В.Охрана труда
4.3.1.Меры безопасности при работе с дисплеями
79
79
4
Г.Экологическая часть
4.4.1.Утилизация батареек
Д.Решение задач на ЭВМ
4.5.1.P-CAD-программа трассировки печатной платы
83
83
87
87
4.5.2.Microsoft Word-программа оформления пояснительной
записки
92
Е.Экономическая часть
96
4.6.1.Смета закупки радиоэлементов и себестоимость печатного
узла
96
5.Выводы
98
6.Список литературы
100
7.Перечень графического материала (Приложения)
6.1.Блок-схема макета
6.2.Электрическая принципиальная схема
6.3.Печатная плата
5
1.Аннотация
В
данной
выпускной
квалификационной
работе
представлена
спроектированная печатная плата макета для тестирования процессов
зрительного
(пластиковой)
утомления.
коробке,
Печатная
к
ней
плата
находится
припаяны
в
пассивные
механической
и
активные
радиоэлементы, 2 дисплея для вывода информации и подключена клавиатура
для ввода. Входное напряжение такого прибора 9В, а потребляемый ток не
превышает 100мА. Габариты печатной платы макета не должны превышать
100х100мм.
6
2.Перечень сокращений
ВКР – Выпускная квалификационная работа
ХРМ - Хронорефлексометрия
КЧСМ – Критическая частота слияния мельканий
LED – Light Emitting Diode – Излучающий светодиод – ЖК-дисплей
ЖК – Жидкокристалический
LCD – Liquid Crystal Display – Жидкокристалический дисплей
CPU – Central Proccesing Unit – Центральное обрабатывающее устройство
ПП – Печатная плата
ПУ – Печатный узел
ФСО – функциональное состояние организма
ЦНС – центральная нервная система
АЛУ – Аналого-логическое устройство
PWM – Pulse Width Modulation – Широтно-импульсная модуляция
АЦП – Аналого-цифровой преобразователь
ЭЛТ – Электронно-лучевая трубка
УФ лампа – ультрафиолетовая лампа
7
3.Введение
В ВКР будет рассмотрена аппаратная часть макета для исследования
зрительного утомления.
В процессе работы мы ознакомимся с проектируемым изделием, его
назначением и принципом работы, выбором элементов, технологией
изготовления печатной платы, а также программами, с помощью которых
было спроектировано изделие.
Проектируемое устройство состоит из:
- LED Дисплей
- LСD Дисплей
- Клавиатура NumPad
- CPU (микроконтроллер)
Функция устройства состоит в том, чтобы определять коэффициент
утомления глаз (ХРМ+КЧСМ), что в дальнейшем может помочь в области
медицины и анатомии.
Для начала установим определения.
КЧСМ — функция световой и различительной чувствительности глаза,
характеризующая функциональную подвижность зрительного анализатора.
Этот показатель используют для диагностики изменений в области сетчатки
и зрительном нерве, выявления патологии в проводящих зрительных путях и
зрительных центрах, а также при медико-социальной экспертизе инвалидов
по зрению.
ХРМ – Измерение скорости рефлекторных реакций
8
Устройство работает таким образом, что диоды на КЧСМ светятся с
равноускоренной частотой на LED дисплее, более того на нём изображены
цифры, которые человек должен в точности нажимать на клавиатуре, таким
образом цифры меняются быстро, а мелькания диодов на дисплее становятся
реже и человеку труднее улавливать зрением цифры, а, следовательно, это
ведёт
к
ошибкам
на
вводе
клавиатуры.
Таким
образом
Хронорефлексометрия, она же измеритель реакции и КЧСМ при сложении
этих функций LCD дисплей высвечивает коэффициент утомления, формула и
основные функции всех составляющих на печатной плате отвечает CPU
(микроконтроллер).
Основная задача данной работы уложиться в техническое задание и
заданные характеристики (электрические, физические, безопасности). Также
создать прибор, протестировать и продемонстрировать его способности
институтам потенциально заинтересованным в данном приборе.
9
4.Содержание расчетно-пояснительной записки
А.Специальная часть
4.1.1.Описание методики оценки процесса зрительного
утомления
Важное место для профилактики нарушения зрения и оптимизации
работы зрительного анализатора принадлежит созданию условий световой
среды в кабинетах и качеству изображения на экране ПК. Экранное
изображение дисплея отличается от бумажного рядом особенностей: оно
самосветящееся, имеет значительно меньший контраст, оно не непрерывное,
а состоит из отдельных точек-пикселей; оно мерцающее, не имеет таких
границ как на бумаге. Именно эти особенности создают затруднение работы
аккомодационного
аппарата
глаз.
Зрительная
работа
на
дисплее
характеризуется частым переключением взгляда с экрана на клавиатуру;
постоянным приспособлением глаза к условиям высокой яркости символа и
низкой яркости экрана (при обратном контрасте); яркими пятнами на экране
за
счет
отражения
светового
потока
от
светящихся
поверхностей
светильников и окон; большими перепадами яркостей между рабочей
поверхностью
и
поверхностями
интерьера
помещения.
Нормы
искусственного освещения для кабинетов информатики научно обоснованы и
регламентируются действующими СанПиН.
Исследователи,
проводимые
в
испытательном
центре
средств
отображения информации «Элита» МИЭМ показали, что больше всего на
зрительную работоспособность влияет яркость сигналов и контраст яркости
между изображением и фоном, что обусловлено постоянной переадаптацией
глаз к разным уровням освещенности.
10
Для количественной оценки степени комфортности работы и раннего
выявления зрительного напряжения и утомления используются различные
методики оценки функционального состояния организма пользователя.
В качестве объективного показателя состояния зрительной системы
берется коэффициент зрительной нагрузки, он позволяет точно отслеживать
любое изменение психофизиологического состояния организма.
Для количественной оценки зрительного напряжения и утомления
используются различные методики оценки функционального состояния
организма пользователя.
Основным вопросом в каждом научном исследовании является
правильный выбор методики
в отношении ее надежности, достаточной
чувствительности, объективности и возможности применения в тех или иных
конкретных условиях. Используемая методика должна быть гибкой и
обеспечивать мониторинг состояния.
Проще всего изучить реакции зрительной системы в случае зрительнонапряженной работы – компьютерной работы. Это даст возможность
детального изучения динамики изменения состояния зрительной системы и
обеспечит чистоту эксперимента.
Зарубежные и отечественные научные публикации результатов
физиологических,
посвященных
медицинских
проблеме
и
эргономических
«человек-компьютер»,
а
исследований,
также
многолетний
собственный опыт изучения влияния компьютерных занятий на состояние
здоровья пользователей, убеждает в том, что особую важность представляет
изучение
зрительной
состояния
работоспособности,
центральной
нервной
а
также
системы,
функционального
обеспечивающей
работоспособность всего организма.
Некоторые принципы создания системы защиты здоровья были
реализованы в результате разработки методики экспресс-диагностики
состояния, разработанной в испытательном центре «Элита» МИЭМ.
Разработанная
экспресс-диагностика
утомления
базируется
на
11
психофизиологических
характеристиках
представляет собой методику выявления
переработки
информации
и
изменений функционального
состояния организма (ФСО) центральной нервной системы (ЦНС) и
зрительного
анализатора.
В
системе
возможен
учет
возрастных
возможностей операторов, имеется возможность адаптации тестов к
различным возрастным категориям по сложности задания.
Известно, что ведущую роль в приеме, переработке и усвоении
информации играет функциональное состояние ЦНС, поэтому в первую
очередь необходимо изучать изменения, происходящие именно в этой
системе.
Разработанная экспресс-диагностика основана на оценке латентного
периода
зрительной
реакции
оператора,
путем
предъявления
непродолжительного задания и учета при этом комплекса информативных
сдвигов.
Разработанная экспресс-диагностика ФСО использует следующие
принципы:
1.
Экспресс-диагностика
исходит
из
учета
индивидуальных
особенностей организма оператора, для чего разработана методика оценки
сдвигов
физиологических
функций,
позволяющая
сопоставлять
индивидуальные характеристики сдвигов.
2. Экспресс-диагностика обеспечивает количественный анализ ФСО,
что требует строгого дозирования предъявляемого задания и конкретного
алгоритма текущих данных.
3. Экспресс-диагностика опирается на заведомо информативные
физиологические показатели, обеспечивая чувствительность метода.
4.
Экспресс-диагностика
использует
ряд
психологических
особенностей в реализации тестирования.
Экспресс-диагностика
базируется
на
психофизиологических
характеристиках переработки информации и представляет собой методику
12
выявления таких изменений ФСО ЦНС и зрительного анализатора, которые
указывают на резкое изменение состояния организма. В основе теста лежит
хронорефлексометрия. Продолжительность тестирования – 1-2 минуты.
Алгоритм теста содержит 4 звена:

определение индивидуальных исходных показателей ФСО и их
запоминание;

определение текущих показателей ФСО;

сравнение исходных показателей с текущими и диагностика
ФСО;
Первая версия аппаратной реализации данной методики, реализованная
в рамках исследовательской работы центра «Элита» показала высокую
точность и чувствительность метода.
13
4.1.2. Разработка блок схемы прибора
Блок схема прибора состоит из 6 составляющих:
 Источник питания
 Клавиатура
 Микроконтроллер
 ЖК индикатор
 Светодиодный индикатор
 Интерфейс внутрисхемного программирования
Рисунок 01. Блок схемы прибора
14
Каждому блоку отводится своё назначение.
Источник питания – подключение стабильного напряжения +9В для
функционирования
остальных
блоков
схемы.
Внутри
схемы
стоит
стабилизатор напряжения, который понижает напряжение до +5В и
стабилизирует его подачу на микроконтроллер, т.к. он считается «сердцем»
прибора, то и все выходные из него блоки, естественно получают такое же
напряжение.
Клавиатура
–
удаленный
блок,
который
подключается
к
микроконтроллеру. Этот блок отвечает за ввод информации на память
микроконтроллера, тем самым обеспечивая материал для обработки данных,
которые будут использованы на выходе. Количество кнопок на клавиатуре
составляет от 12 до 16.
Микроконтроллер – основная часть блок схемы. Этот блок отвечает за
ввод, обработку и вывода информации, а также за скорость обработки и
вывода информации. Так как микроконтроллер достаточно мощный для
таких простейших задач, то скорость обработки и вывода информации не
займёт много времени. Также микроконтроллер отвечает за генерацию
случайных чисел на LED дисплее. Однако, чтобы микроконтроллер работал
по вышеописанному, его нужно запрограммировать.
ЖК индикатор – индикатор, отвечающий за вывод информации. Этот
индикатор подключен к микроконтроллеру, который будет выдавать данные
по обработанным заданным данным. Задача ЖК индикатора – достоверно
отобразить информацию на выходе.
Светодиодный индикатор – индикатор, который отображает 7сегметным светодиодными лампочками цифры, которые сгенерированы
микроконтроллером. Основная задача данного индикатора – достоверно
отображать цифры, так как данные цифры это вводимая информация
пользователем при помощи клавиатуры.
Интерфейс
внутрисхемного
программирования
–
блок
схемы,
отвечающий за код программы, написанный программистом для правильно
15
функционирования микроконтроллера. Основная задача – это достоверно
принять
вводимую
информацию,
правильно
обработать,
методом
математико-физических формул и отослать обработанную информацию на
ЖК индикатор.
16
4.1.3.Электрическая принципиальная схема
Электрическая принципиальная схема была разработана в связи с
рекомендациями подключения отдельных основных элементов и их обвязки,
а также рекомендации подключения этих элементов к «сердцу» данного
проекта, это микроконтроллер.
Рассмотрим подключение каждого основного элемента.
Подключение клавиатуры к микроконтроллеру.
Нередко в устройстве, собранном с применением микроконтроллеров,
предусмотрен ввод данных с использованием кнопок, переключателей или
других контактных групп. Реализовать такое схемное решение очень просто
учитывая то, что кроме собственно кнопки и подтягивающего резистора (и
то, в некоторых случаях он не нужен) больше ничего не надо. Но простое
подключение контактных групп к линиям ввода/вывода микроконтроллера
может породить проблему нехватки этих самых линий, если таких
контактных
групп
много.
Решение
проблемы
довольно
простое
-
использование клавиатурной матрицы. В данном проекте не используется
клавиатурная матрица, т.к. у микроконтроллера достаточно контактов
подключения, однако такой метод применим и к нашему устройству.
Всё
же
рассмотрим
схему
клавиатурной
матрицы,
которая
представлена на рис. 02. Кнопки включены таким образом, что при нажатии
кнопка замыкает строку на столбец. Из схемы видно, что часть линий
контроллера используется в качестве сканирующих (столбцы), а часть в
качестве считывающих (строки). Количество кнопок, подключенных таким
образом, определяется как количество сканирующих линий умноженное на
количество считывающих. Отсюда следует, что использование матричной
клавиатуры для случая, когда кнопок меньше или равно четырем, не имеет
17
смысла, так как понадобятся те же четыре линии, а схема и прошивка
усложнятся.
Рисунок 02. Схема матричной клавиатуры
Из внешних элементов понадобятся диоды (столько же, сколько
сканирующих линий) и резисторы (столько же, сколько считывающих
линий).
Работает это довольно просто. Линии сканирующего порта (столбцы)
по умолчанию находятся в состоянии, когда на всех линиях, кроме одной,
установлен высокий логический уровень. Линия, на которой установлен
низкий логический уровень является опрашиваемой в текущий момент, то
есть определяет опрашиваемый столбец. Если какая либо кнопка этого
столбца будет нажата, на соответствующей линии считывающего порта
(строке) так же будет низкий логический уровень. Замкнутая кнопка
подтянет строку к потенциалу столбца, то есть к земле. Зная номер
опрашиваемого столбца и номера линий считывающего порта, на которых
установлен логический ноль, можно однозначно определить какие кнопки
этого столбца нажаты.
18
Далее выбирается следующий опрашиваемый столбец путем установки
логического нуля на соответствующей линии сканирующего порта и со
считывающего порта снова снимаются данные. Цикл сканирования будет
продолжаться до тех пор, пока не будут перевыбраны таким образом все
сканирующие линии.
Для случая, когда одновременно нажато несколько кнопок одного
будет установлено в логический ноль несколько битов считывающего порта
одновременно. Однако если будут замкнуты контакты нескольких кнопок из
разных столбцов одной строки - в разных столбцах могут оказаться разные
напряжения, т.к. на всех столбцах, кроме одного - логическая единица.
Одновременное нажатие двух кнопок в одной строке приведет к короткому
замыканию и выжженным портам. Для этого используются диоды VD1-VD5.
Именно они защищают порты от короткого замыкания.
Резисторы на схеме являются подтягивающими. Если используемый
контроллер имеет в своем составе подтягивающие резисторы, от них можно
отказаться. Микроконтроллеры серии AVR, именно такой, который стоит в
нашем устройстве, имеют в своем составе подтягивающие резисторы, а вот
микроконтроллеры с архитектурой 8051 и 8052 таких резисторов не имеют.
Модифицированная схема без подтягивающих резисторов представлена на
рис. 03.
19
Рисунок 03. Схема матричной клавиатуры без подтягивающих
резисторов
На рисунках используются микроконтроллеры AVR Atmega 16, но по
функционированию для клавиатуры эти микроконтроллеры ничем
не
отличаются от используемого в проекте. Используется AVR Atmega 2560.
Подключение LCD дисплея к микроконтроллеру
Иногда необходимо посмотреть результат вычислений, вывести состояние
портов
или
выполнить
прочие
задачи,
связанные
с
отображением
информации. В этом нам помогут жидкокристаллические дисплеи. Самым
простым, недорогим и распространенным вариантом являются текстовые
дисплеи. Рассмотрим подключение и работу с жидкокристаллическим
текстовым индикатором 16х2 (отображает две строчки по 16 знакомест в
каждой).
Для подключения ЖК дисплея используется микроконтроллер AVR
ATmega2560 с универсальным модулем. На модуле уже разведен разъем для
ЖК. Схема подключения проста. В качестве дисплея используется
20
WH1602B-YYH-CTK в исполнении для стандартного диапазона температур
(это означает, что для питания ЖК не требуется двуполярное питание,
достаточно только +5 В). Подключение осуществляется по 4-х битной схеме,
таким образом мы экономим 4 вывода порта микроконтроллера рис.04.
Обозначение выводов на ЖК и на разъеме платы модуля в прилагаемой
схеме.
Рисунок 04. Подключение LCD дисплея к портам микроконтроллера
Подключение LED дисплея к микроконтроллеру
Далее рассмотрим обычные светодиодные (LED) семисегментные
индикаторы (рис.05), в которых управление сегментами осуществляется
напрямую, каждым по отдельности. Существуют разновидности с общим
21
анодом (когда вывод положительного питания общий, а зажигаются
сегменты коммутацией их к "земле" через резистор), электрическая схема
прибора сделана с общим анодом, и с общим катодом (общий —
отрицательный вывод). Многоразрядные индикаторы можно собирать из
отдельных разрядов, таких, устанавливаемых на плате вплотную друг к
другу. Также выпускают индикаторы с несколькими разрядами в сборе —
сдвоенные, строенные и счетверенные, в которых отдельные разряды
управляются по питанию независимо. Индикаторы с большим числом
разрядов в сборе обычно содержат встроенные контроллеры.
Рисунок 05. Семисегментные индикаторы
В применении LED-индикаторов есть свои схемотехнические тонкости:
падение напряжения на светодиодах составляет от 1,8 до 2,5 В. Если
подключать их напрямую к выводу порта, то к этому нужно еще прибавить
падение напряжения на выходном сопротивлении порта (порядка 100 Ом);
при этом необходимо учесть, что суммарный ток через порты ограничен
(величиной порядка 140 мА, в зависимости от корпуса), так что много
индикаторов непосредственно к микроконтроллеру не подключишь. Если
подключать через транзисторные ключи, как это делается далее —
приходится учитывать падение напряжения на ключах (не менее 0,5-1 В).
Поэтому применять в схемах с питанием 3 В довольно проблематично даже
индикаторы малого размера, а большие (с размером цифры 25 мм и более)
22
обычно в каждом сегменте имеют по два включенных последовательно
светодиода, и их сложно подключать и к питанию 5 В. Светиться сегменты
при простом подключении будут, но управлять ими в схемах с динамической
индикацией через ключи, имеющие собственное падение напряжения,
практически невозможно.
По этой причине схема подключения светодиодных индикаторов к МК
обычно
оказывается
более
громоздкой,
чем
ЖК-индикаторов,
зато
управление ими оказывается проще и наглядней, а выглядят они гораздо
красивее и лучше видны, чем жидкокристаллические, учитывая, что имеется
довольно большое разнообразие LED-индикаторов по цвету.
На рис.06 показано подключение LED дисплея к микроконтроллеру без
транзисторов.
Рисунок 06. Подключени LED дисплея без транзисторов к
микроконтроллеру
23
Для того, чтобы появилась возможность легко управлять индикаторами
LED дисплея, добавляются p-n-p транзисторы с общим анодом, и от базы
отходит на резистор до подключения микроконтроллера и так, на каждую
цифру.
Все основные блоки описаны выше, что даёт общее представление о
подключении каждого блока. Просуммировав все эти блоки, получается
электрическая принципиальная схема всего проекта, которая представлена на
рис.07.
Рисунок 07. Электрическая принципиальная схема проекта
По данной электрической принципиальной схеме разрабатывался
проект. Составлялся выбор элементов, моделирование на программе, а также
трассировка платы.
24
На
схеме
отсутствует
блок-схема
«Интерфейс
внутреннего
программирования», т.к. эта блок схема будет второстепенной. При
трассировки платы разъём для подключения программатора будет учтён, а
соединение программатора к нужным выводам будет происходить пайкой
проводков для программирования микроконтроллера и в следствии будут
отпаяны из-за ненадобности их в конструкции. Для такого разъёма была
выбрана вилка IDC10, которая будет рассмотрена далее.
25
4.1.4.Выбор элементов
Стеклотекстолит FR-4
Технические параметры
Значение при толщине
Наименование показателя
медной фольги, мкм
18
1. Прочность на отрыв контактной площадки, Н, не
35,50
60
менее
2. Прочность на отслаивание фольги, Н/3мм, не
менее
а) после воздействия теплового удара в течение 20 с
3,3
4,2
3,3
4,2
2,7
3,3
б) после воздействия сухого тепла при температуре
125 ° С в течение 336ч
в) после воздействия гальванического раствора
3. Время устойчивости к воздействию теплового
удара при температуре 288 ° С, с, не менее
10
Сопротивление фольги, мОм, для массы 1
м2 фольги, г (толщина, мкм)
26
152 (18)
7,0
305 (35)
3,5
435 (50)
2,45
Поверхностное электрическое сопротивление, Ом,
не менее
а) в исходном состоянии
5,0 х 1010
б) 96ч/40 ° С /93%
1,0 х 1010
в) 1ч/125 ° С/<20%
1,0 х 109
Удельное объемное электрическое сопротивление ,
Ом. м, не менее
а) в исходном состоянии
б) 96ч /40 ° С/ 93%
в) 1ч /125 ° С/<20%
1,0 х 1010
5,0 х 109
1,0 х 109
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1
МГц после кондиционирования в условиях
96ч/40°/93%, не более
0,035
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1 МГц
после кондиционирования в условиях 96ч / 40°С /
93%, не более
27
5,5
В зазоре не должно
Поверхностная коррозия
быть видимых
продуктов коррозии
Степень коррозии по краю
для положительного полюса
А/В
для отрицательного полюса
1,4
Электрическая прочность перпендикулярно слоям,
(трансформаторное масло при 20°С ) кВ/мм, не
18
менее
Микроконтроллер Atmega2560-16AU
ATmega2560
является
маломощным
CMOS
8-разрядным
микроконтроллером на основе AVR с расширенной RISC архитектурой. При
выполнении большинства операций за один такт, ATmega2560 достигает
производительности приближенной к 1 MIPS на 1 МГц ,что позволяет
разработчику системы оптимизировать энергопотребление в зависимости от
скорости обработки.
Atmel ® AVR ® Core сочетает в себе богатый набор программ с 32
общими рабочими регистрами назначения. Все 32 регистра непосредственно
подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), что позволяет
двум независимым регистрам быть доступными в одной операции
выполняющейся за один такт. Полученная архитектура является более
эффективной при достижении производительности до десяти раз быстрее,
чем обычные CISC микроконтроллеры.
28
ATmega2560 предоставляет следующие характеристики: 256 Kбайт
внутреннюю флэш-память с ‘Read-While-Write’
возможностями, 4 Кбайт
EEPROM, 8 Кбайт SRAM, 54/86 общего назначения линий ввода / вывода, 32
рабочих регистра общего назначения, счетчик реального времени (RTC),
шесть гибких таймеров / счетчиков с режимами сравнения и PWM, 4
USART’ов,
байт-ориентированный
интерфейс,
16-канальный
2-проводной
10-разрядный
АЦП
последовательный
с
опциональным
дифференциальным входным каскадом с программируемым коэффициентом
усиления, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором,
SPI последовательный порт, IEEE STD ®. 1149.1 совместимый интерфейс
JTAG тестируемый интерфейс, который также используется для доступа к
системе Onchip отладки и программирования, а также программного
обеспечения шестью режимами энергосбережения. В режиме ожидания
останавливается CPU, позволяя SRAM, таймер / счетчику, SPI порту и
системе
прерываний
продолжать
функционировать.
Ждущий
режим
сохраняет содержимое регистров, но замораживает генератор, отключая все
остальные функции чипа до следующего прерывания или аппаратного
сброса. В режиме энергосбережения, асинхронный таймер продолжает
работать, позволяя пользователю поддерживать базу таймер, пока остальные
устройства находятся в ждущем режиме. Шумоподавляющий режим
останавливает процессор и все модули ввода / вывода, кроме асинхронного
таймера и АЦП, чтобы свести к минимуму переходящий шум во время
преобразования АЦП. В режиме ожидания кварцевый / керамический
усилитель работает в то время как остальная часть устройства ‘спит’. Это
позволяет очень быстрый запуск в сочетании с низким энергопотреблением.
В расширенном режиме ожидания, как основной генератор ,так и
асинхронный таймер продолжают работать.
Atmel предлагает ‘QTouch’ библиотеки для встраивания емкостных
сенсорных
кнопок,
ползунков
и
колес
функциональности
в
микроконтроллерах AVR. Запатентованное зарядно-переносное обнаружение
29
сигнала предлагает надежные зондирования и включает в себя полностью
подавление дребезга отчетности сенсорных клавиш и включает в себя
смежные ‘KeySuppression’ (AKS ™) для однозначного выявления ключевых
событий. Легкий в использовании набор инструментов ‘QTouch Suite’
инструмент позволяет исследовать, разрабатывать и отлаживать свои
сенсорные приложения.
Прибор изготовлен с высокой компактностью фирмы Atmel технологии
энергонезависимой памяти. Onchip ISP Flash позволяет программе памяти
быть перепрограммированной в систему через SPI интерфейс, с помощью
обычного энергонезависимого программатора, либо On-chip Boot программа
работает на AVR ядре. Загрузочная программа может использовать любой
интерфейс для загрузки приложения во флэш-память. Программное
обеспечение в разделе флэш-загрузка будет продолжать работать в то время
как раздел флэш-приложение будет обновляться, обеспечивая истинное
‘Read-While-Write’ операции. Объединив 8-битный RISC-процессор с
внутренней самопрограммированной флэш-памятью на монолитном чипе,
Atmel
ATmega2560
является
мощным
микроконтроллером,
который
обеспечивает гибкую и экономически эффективное решение для многих
встраиваемых приложений управления.
AVR ATmega2560 поддерживается с полным набором программ и развитие
системы инструментов включая: Cи компиляторы, макроассемблеры,
программы отладчик/стимуляторы, эмуляторы и оценочные комплекты.
Технические параметры
Cерия микроконтроллера - AVR MEGA
Ядро - 8bit
Кол-во входов \ выходов - 86
Минимальное питание - 4.5V
Максимальное питание - 5.5V
Кол-во выводов - 100
30
Объём программируемой памяти - 256KB
Объём EEPROM памяти - 4KB
Объём RAM памяти - 8KB
Скорость процессора - 16MHz
Периферийные устройства - АЦП, Компаратор, PWM, Счётчик, Таймер
Встроенные интерфейсы - JTAG, SPI, USART
Минимальная рабочая температура - -40°C
Максимальная рабочая температура - 85°C
Объём флэш памяти - 256KB
Объём памяти - 256KB
Тип памяти - Flash
Кол-во АЦП каналов - 16
Кол-во каналов на внешнее прерывание - 32
Кол-во PWM каналов - 12
Кол-во каналов на Таймер - 6
Кол-во битов в Таймере - 16
Кол-во битов в АЦП - 10
Тип усиления - RC усилитель
Корпус - TQFP
Тип установки - SMD
Транзистор MMBT3609LT1
Технические параметры
Тип транзистора - PNP
Напряжение коллектор-эммитер - 40V
Переходная частота - 250MHz
Диссипация мощности - 225mW
Постоянный ток - 200mA
Минимальная рабочая температура - -55°C
31
Максимальная рабочая температура - 150°C
Корпус - SOT-23
Кол-во выводов - 3
Максимальная диссипация мощности - 300mW
Тип установки - SMD
Джампер MJ-O-4.5
Технические параметры
Функциональное назначение
джамперы
Серия
MJ
Количество рядов
1
Количество контактов в ряду
2
Шаг контактов, мм
2.54
Материал изолятора
Полимер
усиленный
стекловолокном
Сопротивление изолятора не менее, 1000
МОм
Материал контактов
фосфористая бронза
Покрытие контактов
олово
Сопротивление контактов не более, 0.02
Ом
Рабочий ток, А
3
Предельное напряжение не менее, В
650 в течении 1 мин
Рабочая температура, оС
-40...105
Производитель
в Тайване
32
L7805ABV TO-220
Серия L7805AВ трех клемм положительных регуляторов доступны в
TO-220, TO-220FP и D2PAK корпусах и несколько фиксированных
выходных напряжений, что делает его полезным в широком диапазоне
применений. Эти регуляторы могут обеспечить местную регулировку,
устраняя проблемы распределения, связанные с регулированием одной
точки. Каждый тип использует внутреннее ограничение по току, тепловому
отключению и безопасной области защиты, что делает его, по существу, не
поддающемуся разрушению. При соответствующем обеспеченной жаре,
можно доставить выходной ток, хотя они предназначены, в первую очередь,
как фиксированные стабилизаторы напряжения, эти устройства могут быть
использованы с внешними компонентами, чтобы получить регулируемое
напряжение и ток.
Технические параметры
Корпус - TO220
Номинальный выходной ток, А - 1
Максимальное входное напряжение, В - 35
Выходное напряжение, В - 5
LCD Дисплей WH1602B-YYH-CTK
Технические параметры
Количество символов - 16
Количество строк - 2
Подсветка - есть
Цвет - желтый/зеленый
Температурный диапазон - расширенный
33
Встроенные фонты - рус./англ.
Напряжение питания, В - 5
LED дисплей CA56-21GWA
Зеленый цвет устройства источника сделан из фосфида галлия зеленый светодиод.
7-сегментный четырехразрядный светодиодный индикатор с высотой
символа 14.22мм (0.56 дюйма).
Технические параметры
Высота символа - 14.22мм (0.56 дюйма).
Малый ток потребления
Легко устанавливается на печатную плату или гнездо.
Превосходные характеристики.
Серый фон, белый сегмент.
I.C. совместимый
RoHS совместимый.
Клавиатура
Технические параметры
Кол-во кнопок - до 16
Цвет - белый
Подстроечный резистор Bourns 3266
Технические параметры
Тип - подстроечный
Модель - 3266
34
Тип проводника - металлокерамика
Номинальное сопротивление - 10
Единица измерения - кОм
Точность, % - 10
Номинальная мощность, Вт - 0.25
Макс.рабочее напряжение, В - 600
Рабочая температура, С - -65…150
Количество оборотов - 12
Угол поворота движка - 4320
Способ монтажа - печатный
Длина движка - 1
Кварцевый резонатор HC-49U
Кварцевые резонаторы предназначены для использования в аналоговоцифровых цепях для стабилизации и выделения электрических колебаний
определённой частоты или полосы частот. Принцип работы: в широкой
полосе частот сопротивление прибора имеет ёмкостной характер и только на
некоторых (рабочих) частотах имеет широко выраженный резонанс
(уменьшение
сопротивления).
характеристики,
(колебательные
чем
Кварцевый
другие
контуры,
приборы
резонатор
для
пьезокерамические
имеет
лучшие
стабилизации
частоты
резонаторы):
такие
как
стабильность по частоте (уход частоты) и температуре (изменение частоты
резонанса
в
зависимости
от
температуры
окружающей
среды).
Избирательный, ярко выраженный резонансный характер сопротивления
этих компонентов определяет основные области применения кварцевых
резонаторов - высокостабильные генераторы тактовых сигналов и опорных
частот, цепи частотной селекции, синтезаторы частоты и т.д.
Технические параметры
Резонансная частота, МГц - 16.00
35
Точность настройки dF/Fх10-6 - 30
Температурный коэффициент, Ктх10-6 - 30
Нагрузочная емкость, пФ - 32
Рабочая температура, С - -20…70
Корпус - HC-49U
Длина корпуса L., мм - 13.5
Диаметр(ширина)корпуса, D(W), мм - 11.5
Прямая вилка IDC10
Технические параметры
Серия - IDC
Функциональное назначение - вилка
Способ монтажа - пайка на плату
Форма контактов - прямые
Количество контактов - 10
Шаг контактов - 2.54
Материал изолятора - полибутилен
Сопротивление изолятора не менее, Мом - 1000
Материал контактов - медь
Покрытие контактов - напыление золотом
Сопротивление контактов не более, Ом - 0.015
Предельный ток, А - 1
Предельное напряжение не менее, В - 500 в течение1 мин.
Рабочая температура, °С - -40…105
Электролитический конденсатор (ECAP)К50-35
Алюминиевые
электрохимическому
электролитические
принципу
работы,
конденсаторы,
обладают
благодаря
следующими
преимуществами:
36
 высокая удельная емкость, позволяющая изготавливать конденсаторы
емкостью свыше 1Ф;
 высокий максимально допустимый ток пульсации;
 высокая надежность.
Предлагаемые
алюминиевые
электролитические
конденсаторы
производства Jamicon являются аналогами отечественных конденсаторов:
K50-16, K50-35, K50-38, K50-40, K50-46.
Технические параметры
Тип - К50-35
Рабочее напряжение, В - 50
Номинальная емкость, мкФ - 47
Рабочая температура, С - -25…105
Выводы/корпус - радиал. пров.
SMD0805 конденсатор GRM2195C2D220J
Компания
Murata
специализируется
на
выпуске
электронных
компонентов из высококачественных керамических материалов (оксид
титана, титанит бария и др.). За 60-летнюю историю компания заняла
лидирующую позицию по выпуску керамических компонентов.
Серия GRM - безвыводные керамические неполярные конденсаторы
общего применения. Имеют превосходные импульсные характеристики и
малый уровень собственных шумов благодаря низкому импедансу на
высоких частотах. Конденсаторы серии GRM выпускаются с различными
типами
диэлектриков
-
тип
диэлектрика
определяет
ТКЕ
данного
конденсатора.
 Рабочее напряжение: 6.3, 10, 16, 25, 50, 100, 200 и 630 В
37
 Диапазон возможных емкостей: 0,3 пФ – 100 мкФ
 Размерный ряд: от 0201 до 2220
Технические параметры
Тип - GRM21
Рабочее напряжение, В - 200
Номинальная емкость - 22
Единица измерения - пФ
Допуск номинала, % - 5
Температурный коэффициент емкости - NP0
Рабочая температура, С - -55…125
Выводы/корпус - SMD 0805
Длина корпуса L, мм - 2
Ширина корпуса W, мм - 1.25
SMD0805 конденсатор Y5V
Используются в электрических цепях постоянного, переменного токов
и в импульсных режимах. Керамические чип конденсаторы предназначены
для автоматизированного поверхностного монтажа на печатные платы с
последующей пайкой оплавлением, горячим воздухом или в инфракрасных
печах. Типоразмеры 0603 и 0805 идеальны для высокоплотного монтажа.
 Типы ТКЕ: NP0, X7R, Y5V
 Диапазон номинальных значений емкости: 0.68 пФ – 2.2 мкФ
 Точность: ±5%, ±10%, ±20%
 Рабочее напряжение: 10В, 16 В, 25 В, 50 В, 100В
 Типоразмеры: 0603, 0805, 1206, 1812
38
Технические параметры
Тип – керамический ЧИП
Рабочее напряжение, В - 50
Номинальная емкость - 0.1
Единица измерения - мкФ
Допуск номинала, % - 80…-20
Температурный коэффициент емкости - Y5V
Рабочая температура, С - -25…85
Выводы/корпус - SMD 0805
Длина корпуса L, мм - 2
Ширина корпуса W, мм - 1.25
SMD0805 чип резистор
Бескорпусные толстопленочные резисторы (чип-резисторы, smdрезисторы) предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и
импульсного тока. Используются для поверхностного монтажа.
 Номинальная мощность: 0.063 Вт (тип 0603), 0.125 Вт (тип 0805),
0.25 Вт (тип 1206)
 Диапазон номинальных сопротивлений: 1 Ом - 10 MOм, ряд 24
 Точность: ± 5% (J), ± 1% (F)
 Рабочее напряжение: 200 B
 Диапазон рабочих температур: -55 ...+ 125 °C
Технические параметры
Тип - ЧИП
Номинальное сопротивление - 10
39
Единица измерения - кОм
Точность, % - 5
Номинальная мощность, Вт - 0.125
Макс.рабочее напряжение, В - 150
Монтаж - SMD 0805
Длина корпуса L, мм - 2
Ширина (диаметр) корпуса W(D),мм - 1.25
А также резисторы с другим номиналом, такого же типа.
Технические параметры
Тип - ЧИП
Номинальное сопротивление - 220
Единица измерения - Ом
Точность, % - 5
Номинальная мощность, Вт - 0.125
Макс.рабочее напряжение, В - 150
Монтаж - SMD 0805
Длина корпуса L, мм - 2
Ширина (диаметр) корпуса W(D),мм - 1.25
40
4.1.5. Разработка печатной платы
Аналоговая схемотехника и цифровая схемотехника отличаются друг
от друга, поэтому следует аналоговую часть схемы отделять от цифровой
части, а при ее разводке должны соблюдаться особые методы и правила.
Эффекты, возникающие из-за погрешности параметров печатных плат,
становятся особенно заметными в высокочастотных аналоговых схемах, но
погрешности общего вида, могут оказывать воздействие на характеристики
устройств, работающих даже в звуковом диапазоне частот.
Категории печатных плат
При
выборе
основательно,
т.к.
конструкции
это
является
печатной
важным
платы
следует
фактором,
подходить
определяющим
механические параметры при использовании устройства в целом. Для
изготовления ПП используются материалы разного уровня качества.
Наиболее удобным и подходящим для инженера будет, если изготовитель
ПП находится близко. Таким образом легче осуществить контроль удельного
сопротивления и диэлектрической постоянной - основных характеристик
материала ПП. В некоторых случаях этого бывает недостаточно и часто
необходимо знание других характеристик, таких как высокотемпературная
стабильность, коэффициент гигроскопичности и воспламеняемость,. Эти
параметры знает только производитель компонентов, используемых при
производстве ПП.
Индексами FR (flame resistant - сопротивляемость к возгоранию) и G
обозначаются слоистые материалы. Материал с индексом FR-1 обладает
наибольшей горючестью, а FR-5 - наименьшей. Материалы с индексами G10
и G11 обладают особыми параметрами. Материалы ПП приведены в таблице
01.
41
Таблица 01. Категории печатных плат
Категория Компоненты, комментарии
бумага, фенольная композиция: высокий коэффициент
FR-1
гигроскопичности,
прессование
и
штамповка
при
комнатной температуре
бумага, фенольная композиция: невысокий коэффициент
FR-2
гигроскопичности,
применимый
для
односторонних
печатных плат бытовой техники
FR-3
FR-4
бумага, эпоксидная композиция: разработки с хорошими
электрическими и механическими характеристиками
стеклоткань,
композиция:
прекрасные
электрические и механические свойства
стеклоткань,
FR-5
эпоксидная
эпоксидная
композиция:
отсутствие
воспламенения ,высокая прочность при повышенных
температурах
стеклоткань, эпоксидная композиция: наиболее высокая
G10
прочность
стеклоткани,
низкий
коэффициент
гигроскопичности, высокие изоляционные свойства
стеклоткань,
G11
эпоксидная
композиция:
высокая
сопротивляемость растворителям ,высокая прочность на
изгиб при повышенных температурах
Не следует использовать ПП категории FR-1. Существует достаточно
много примеров использования ПП FR-1, на которых имеются повреждения
от теплового воздействия мощных компонентов. ПП этой категории больше
похожи на картон, чем на прочную плату.
42
FR-4
чаще
используется
для
изготовления
промышленных
оборудований, а FR-2 используется в бытовой техники. Они стандартизованы
в промышленности, поэтому ПП FR-2 и FR-4 часто подходят для
большинства приложений. Однако погрешности некоторых параметров этих
категорий заставляют использовать другие прочие материалы. Например, для
очень высокочастотных приложений в качестве материала ПП используют
фторопласт и даже керамику.
Следует обращать внимание на рабочую температуру. У больших
цифровых интегральных схем, переключения которых происходят на
высокой частоте, их участки могут встречаться с высокой температурой.
Повышение температуры может сказаться на изменении характеристик
аналоговой схемы, если такие участки расположены непосредственно под
аналоговыми компонентами.
Выбор материала ПП также зависит от такого параметра как
гигроскопичность, этот параметр может повлиять сильным негативным
эффектом
на
желаемые
характеристики
платы
-
высоковольтные
изоляционные свойства (пробои и искрения), поверхностное сопротивление,
утечки, и механическая прочность.
Необходимо определить толщину фольги печатной платы. Этот
параметр выбирается исходя из максимальной величины протекающего тока.
Желательно избегать применения очень тонкой фольги.
Количество слоев печатных плат
В зависимости от качественных требований и общей сложности схемы
разработчик должен определить количество слоев печатной платы.
Однослойные печатные платы
43
Очень простые электронные схемы выполняются на односторонних
платах. Такой способ создания печатных плат рекомендуется только для
низкочастотных схем. Хорошие платы такого типа встречаются, но при их
разработке требуется очень многое обдумывать заранее. Исходя из того, что
наша ПП двухслойная, то описывать более подробно об однослойных ПП
надобности не находится.
Двухслойные печатные платы
Двухсторонние печатные платы, которые в большинстве случаев
используют в качестве материала подложки FR-4, иногда встречается FR-2,
наиболее подходят для бытовой техники. Применение FR-4 более
предпочтительней, поскольку в печатных платах из этого материала любые
отверстия получаются более лучшего качества. Схемы на двухсторонних
печатных платах разводятся гораздо легче и в большинстве случае не требует
перемычек, т.к. в двух слоях проще осуществить разводку пересекающихся
трасс. Желательно нижний слой (bottom) отводить под полигон земли, а
остальные сигналы разводить в верхнем слое (top). Использование полигона
в качестве земляной шины дает несколько преимуществ:

полигон, являющийся экраном, подавляет наводки, излучаемые
источниками, располагающимися со стороны полигона, это очень
частое применение полигонов в многослойных печатных платах ММП

общий провод является наиболее часто подключаемым в схеме
проводом; поэтому желательно залить полигон общего сигнала для
упрощения разводки

увеличивается механическая прочность платы

уменьшается сопротивление всех подключений к общему проводу, что,
в свою очередь, уменьшает помехи, такие как шум и наводки

увеличивается распределенная емкость для каждой цепи схемы,
помогающая подавлять излучаемый шум
44
Двухсторонние печатные платы, несмотря на все свои преимущества,
не
являются
лучшими,
в
частности
для
малосигнальных
или
высокоскоростных схем. В общем случае, толщина печатной платы, т.е.
расстояние между слоями металлизации, равняется 1,5 мм, что слишком
много для полной реализации некоторых преимуществ двухслойной
печатной платы, приведенных выше. Распределенная емкость слишком мала
из-за такого большого интервала.
Многослойные печатные платы
Для ответственных схемотехнических разработок требуются МПП.
Однако они не будут рассмотрены, так как в данном проекте используется
двухслойна печатная плата.
Порядок следования слоев
У
неопытных
инженеров-разработчиков
часто
возникает
замешательство по поводу оптимального порядка следования слоев печатной
платы. Например 4-слойная ПП, содержащую два сигнальных слоя и два
полигонных слоя - слой земли и слой питания. Важно помнить, что часто
расположение слоев не имеет особого значения, поскольку все равно
компоненты располагаются на внешних слоях (top – bottom), а шины,
подводящие сигналы к их выводам, порой проходят через все слои. Поэтому
любые экранные эффекты представляют собой лишь компромисс. В данном
случае лучше позаботиться о создании большой распределенной емкости
между полигонами питания и земли, расположив их во внутренних слоях,
однако могут возникнуть проблемы при тестировании, т.к. подводить
дополнительные проводники к внутренним слоям бывают затруднительны и
затормаживается процесс диагностики.
Для печатных плат с более, чем четырьмя слоями, существует общее
правило располагать высокоскоростные сигнальные проводники между
45
полигонами земли и питания, а низкочастотным отводить на внешние слои. В
нашей ПП плате всего лишь 2 слоя, где все эти рекомендации не составляют
ценности и желательно расположить верхний слой на питание, а нижний на
землю, чтобы процесс диагностики был комфортабельным для инженера.
46
4.1.6. Основы программного обеспечения
Рассмотрим примеры прошивки Arduino Mega – AtMega2560. Это не
является основной частью ВКР, поэтому описанное ниже будет уплотнено в
целях экономии места, а также мы рассмотрим лишь эскиз для работы,
который можно запрограммировать для любого пользователя, в зависимости
от функций аппарата.
В руководстве по началу работы ( ОС Windows , Mac OS X , Linux ), вы
загружаете эскиз – sketch.
Эскиз
Sketch
(Эскиз)
это
имя,
которое
используется
для
Arduino
программы. Это модуль, который загружается и работает на Arduino борту.
Комментарии
Первые несколько строк из Blink эскиза комментарий :
/*
*Blink
*
*The basic Arduino example.
Turns on an LED on for one second,
*then off for one second, and so on...
We use pin 13 because,
*depending on your Arduino board, it has either a built-in LED
*or
a
built-in
resistor
so
that
you
need
only
an
LED.
*
*http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Blink
*/
Все между / * и * / игнорируется Arduino, когда работает эскиз ( * в
начале каждой строки можно сделать комментарий, который выглядит
красиво, но не требуется). Это для людей, читающих код, чтобы объяснить,
что делает программа, как она работает, и почему это написано в такой
47
последовательности. Это хорошая практика, чтобы комментировать ваши
эскизы, и сохранять комментарии, загружая обновления, когда вы измените
код. Это помогает другим людям, чтобы учиться или измените свой код.
Также
существует
комментариев. Они
другой
начинаются
стиль
с
для
//
и
коротких,
однострочных
продолжаются
до
конца
строки. Например, в строке:
int ledPin = 13;
// LED connected to digital pin 13
Сообщение "светодиод, подключенный к цифровому выводу 13",
является комментарием.
Переменные
Переменная является местом для хранения части данных. Она имеет
имя, тип и значение. Например, линия от Blink-эскиза выше объявляется
переменная с именем ledPin , типа int , а начальное значение 13. Это
используется
для
обозначения
Arduino,
как
какой
контакт
LED
подключен. Каждый раз, когда имя ledPin кода появится, то его значение
будет извлечено. В этом случае, человек, пишущий программу, возможно, не
будет заниматься созданием ledPin переменной, а вместо этого просто
напишет
13
везде,
где
они
необходимы,
чтобы
определить
пин-
код. Преимущество использования переменных является то, что это легче
перемещать пин к другому пину: Вам только нужно отредактировать одну
строку, которая присваивает начальное значение переменной.
Однако, часто значение переменной будет меняться в то время как
схема работает. Например, вы могли бы хранить значение, считанное из
входного в переменную.
48
Функции
Функция (иначе известный как процедура или подпрограмма ) является
куском кода, который может быть использован из других эскизов. Например,
вот определение setup() функции из Blink примера:
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);
// sets the digital pin as output
}
Первая строка содержит информацию о функции, как и его название,
"Установка". Текст перед и после имени указывает его тип возвращаемого
значения и параметров. Код между { и } называется телом функции: что
делает эта функция.
Вы можете называть функцию, которая уже была определена (либо в
вашем эскизе или как часть языка Arduino). Например, линия pinMode
(ledPin,
OUTPUT); называет pinMode
() функцию,
передав
ей
два параметра: ledPin и OUTPUT . Эти параметры используются pinMode
() функция решить, какой пин и установку режима.
pinMode (), digitalWrite () и delay ()
PinMode () функция настраивает пины как вход или выход. Чтобы его
использовать, вы определяете ему номер, чтобы настроить и дать
постоянный вход или выход. Когда пин настроен как вход, пин может
определять состояние датчика как кнопки. В качестве выхода, он может
управлять исполнительным механизмом как LED-дисплеем.
DigitalWrite () функция выводит значение на пин. Например, строка:
digitalWrite(ledPin, HIGH);
49
установить ledPin (pin 13) до HIGH, или 5 В. Написание LOW к
контакту соединяет ее с землей, или 0 вольт.
Delay () является причиной Arduino, чтобы Arduino ждала указанное
количество миллисекунд прежде чем перейти к следующей строке. Есть 1000
миллисекунд в секунде, так что строка:
delay(1000);
создает задержку в одну секунду.
setup () и loop ()
Есть две специальные функции, которые являются частью каждого
эскиза Arduino: setup () и loop (). Setup () вызывается один раз, когда
начинается эскиз. Это хорошее место, чтобы настроить задачи, такие как
настройка режимов пинов или инициализации библиотек. Loop () функция
вызывается снова и снова и является сердцем большинства эскизов. Вам
нужно включить обе функции в ваш эскиз, даже если вы не нуждаетесь в них.
Все библиотеки используются с официального сайта Arduino. Таким
образом будут запрограммированы LCD и LED дисплеи, а точнее их
функции в микроконтроллере.
Цифровые контакты
Контакты на Arduino может быть настроены либо как входы или как
выходы. В то время как заголовок этого документа относится к цифровых
выводам, важно отметить, что подавляющее большинство Arduino (Atmega)
аналоговых пинов, могут быть сконфигурированы, и используются, точно
таким же образом, как цифровые пины.
50
Свойства пинов настроенные в качестве входных данных
Arduino (Atmega) выводы настраиваются по умолчанию для входа, так
что они не должны быть явно обозначены как входы с pinMode (). Выводы,
настроенные как входы находятся в высоком-импедансном состоянии. Это
означает, что она потребляет очень мало тока для перехода текущего
входного контакта из одного состояния в другое, и может сделать контакты
полезны для таких задач, как осуществление емкостного сенсорного датчика,
чтение светодиода как фотодиода , или чтение аналогового датчика со
схемой таких как RCTime.
Это также означает, однако, что входные контакты ни с чем
не
связанные с ними, или с проводами, подсоединенными к ним, которые не
подключены к другим цепям, сообщит случайные изменения в контактном
состоянии, подбирая электрические помехи из окружающей среды, или
емкостной связи соседнего контакта.
Подтягивающие резисторы
Часто бывает полезно, чтобы направить входной контакт в известное
состояние, если вход на пин не присутствует. Это может быть сделано путем
добавления подтягивающего резистора (питание +5 В) или подтягивающий
резистор (резистор на землю) на входе.
Есть также удобные резисторы номиналом 20кОм, которые встроены в
чип
Atmega,
которые
могут
быть
доступны
с
программным
обеспечением. Эти встроенные резисторы доступны следующим образом.
pinMode(pin, INPUT);
// set pin to input
digitalWrite(pin, HIGH);
// turn on pullup resistors
51
Резисторы обеспечивают достаточный ток, чтобы смутно освещать
светодиод, подключенный к пин, который был сконфигурирован как
вход. Если светодиоды в проекте работают, но очень слабо, это, скорее всего,
что программист забыл использовать pinMode (), чтобы установить контакты
с выходами.
Резисторами контролируются те же регистры (внутренние ячейки
памяти чипа), которые контролируют, будет ли вывод высоким(HIGH) или
низким(LOW). Следовательно, пин, который настроен на подтягивающие
резисторы включен, когда пин является входом. Пин будет иметь контакт
настроенный как высокий, если контакт поменяется из входа в выход вместе
с pinMode (). Это работает также и в другом направлении.
Свойства пина настроенного как выход
Пины настроенные как выход с pinMode (), находится в состоянии с
низким-импедансом. Это означает, что они могут обеспечить значительное
количество тока с другими цепями схемы. Atmega выводы могут обеспечит
положительный ток или обеспечивать отрицательный ток до 40 мА с
другими устройствами. Это достаточный ток, чтобы ярко загорался
светодиод, или запустить большое количество датчиков, но не достаточный
ток для запуска большинства реле, соленоидов или двигателей.
Короткое замыкание на контактах Arduino, или попытки запустить
устройства с высоким током от них, могут повредить или уничтожить
выходы транзисторов на контактах или повредить внутренний чип
Atmega. Часто это приводит к "мертвому" контакту микроконтроллера, но
оставшийся чип по-прежнему будет работать адекватно. По этой причине
подключение выходных контактов к другим устройствам с резисторами 470
Ом или 1 кОМ, если максимальный ток от контактов не требуется для
конкретного приложения.
52
Аналоговые входные контакты
Описание аналоговых входных пинов на чипе Arduino (Atmega8,
Atmega168, ATmega328, или ATmega1280).
А / Ц преобразователь
Atmega контроллеры используются для Arduino содержащие бортовой
6-канальный аналого-цифровой (А / Ц) преобразователь. Преобразователь
имеет разрешение 10 бит, возвращая целые числа от 0 до 1023. В то время
как основная функция аналоговых контактов для большинства пользователей
Arduino является чтение аналоговых датчиков. Аналоговые контакты также
имеют все функции общего назначения ввода / вывода (GPIO) пинов (так же,
как цифровые выводы 0 - 13).
Следовательно,
если
пользователю
необходимо
более
общего
назначения контактов ввода-вывода, и все аналоговые контакты не
используются, аналоговые контакты могут быть использованы для GPIO.
Pin отображение
Аналоговые выводы могут быть использованы идентично с контактами
цифрового, используя псевдонимы A0 (для аналогового входа 0), A1 и т. д.
Например, код будет выглядеть следующим образом, чтобы установить
аналоговый пин 0-ем на выход и установить его высоким(HIGH) :
pinMode(A0, OUTPUT);
digitalWrite(A0, HIGH);
Подтягивающие Резисторы
Аналоговые контакты также имеют подтягивающие резисторы,
которые работают идентично подтягивающим резисторам на цифровых
выводах. Они задействованы путем таких команд, как:
53
digitalWrite(A0, HIGH);
// set pullup on analog pin 0
в то время как пин является входом.
Имейте в виду, что включение подтягивающего резистора повлияет на
значения analogRead ().
Подробности и предостережения
AnalogRead команда не будет работать правильно, если контакт уже
был установлен ранее как выход, так что если это так, установите его
обратно на вход перед использованием analogRead. Аналогично, если пин
был установлен на HIGH, как выход, при подтягивающем резисторе
переключите обратно на вход.
PWM
Широтно-импульсная
модуляция
или
ШИМ,
это
техника
для
получения аналоговых результатов цифровыми значениями. Цифровое
управление используется для создания прямоугольных импульсов, сигнал
включается
и
выключается. Этот
двухпозиционный
рисунок
может
имитировать напряжения между 5 В и 0 В. Продолжительность "на время"
называется шириной импульса. Чтобы получить различные аналоговые
значения, нужно изменить, или смодулировать длительность импульса. Если
вы повторите это включение-выключение модели достаточно быстро со
светодиодом,
результат,
как
если
бы
сигнал
являлся
постоянным
напряжением от 0 до 5V ,это управление яркостью светодиодов.
На рисунке 08, зеленые линии представляют очередной период
времени. Этот период является обратной частотой ШИМ. Другими словами,
с частотой ШИМ Arduino примерно 500 Гц, то отрезок между зелеными
линиями будут равны 2 мс. Операция analogWrite () является по шкале от 0 -
54
255, так что analogWrite (255) просит 100% рабочий цикл (всегда), а
analogWrite (127) просит 50% рабочего цикла (на половину времени).
Рисунок 08. Широтно-импульсная модуляция
55
Б.Конструкторско-технологическая часть
4.2.1.Проектирование печатной платы
Печатная плата была спроектирована программой P-CAD 2006.
P-CAD – программа для моделирования печатных плат со встроенными
подсистемами (средами), которые позволяют подготовить все необходимые
элементы для трассировки печатных плат.
В программу входят такие системы как
 Symbol Editor
 Pattern Editor
 Library Executive
 Schematic
 PCB
Symbol Editor – подсистема P-CAD, в которой инженер рисует символы
для электрической принципиальной схемы.
Pattern Editor - подсистема P-CAD, в которой инженер рисует символы
радиоэлементов, т.е. их физические габариты для размещения их на печатной
плате.
Library Executive - подсистема P-CAD, в которой инженер объединяет
символы и паттерны в один элемент.
Schematic - подсистема P-CAD, в которой инженер рисует схему
электрическую принципиальную и создает NetList
PCB - подсистема P-CAD, в которой инженер трассирует печатную
плату, перед этим загрузив NetList
56
Более подробно о программе написано в разделе «Решение задач на
ЭВМ»
Проектирование начиналось с подсистемы Symbol Editor. Выбирается
удобная сетка для моделирования символов. Но рекомендуется брать
0.5мм,так как достаточно удобно чертить линии. Могут возникать трудности
с тем, что приходится выставлять сетку 0.01мм, так как у большинства
радиоэлементов расстояние между металлизированными отверстиями = 1
дюйм = 2.54мм, вот 0.04мм и приходится достраивать при выставлении сетки
0.01мм,но это больше относится к подсистеме Pattern Editor.
Далее мы выбираем опцию на панели инструментов PlaceLine или
PlaceArc в зависимости, что мы хотим начертить линию или дугу(круг).
После построения элемента, выбираем панель PlacePin для того, чтобы
поставить выводы для элементов.
Обязательно выбираем RefPoint – это точка привязки к сетке, она
нужна для того, чтобы позже в подсистеме Schematic не было проблем. Более
того подсистема не даст вам сохранить элемент без точки привязки, т.к. она
должна быть в обязательном порядке. Удобней всего её ставить на первый
вывод проводника.
Добавляем необходимые атрибуты опцией Place Attribute такие как RefDes,Type и Value – некоторые атрибуты можно ставить на свое
усмотрение. Также можно вставлять текст на символах функцией PlaceText –
это дает возможность написать назначение контакта, например на какихнибудь символах микроконтроллеров, вилок, переходников.
После того как символ готов, нужно создать библиотеку. Создается
вкладкой сверху Library > New
57
Сохраняем в эту библиотеку все символы, которые создали. Удобно
иметь одну библиотеку со всеми необходимыми символами, чтобы не
подключать в дальнейшем много библиотек и не разбираться в большом
количестве ненужных символов в одной библиотеке, т.к. найти нужный
символ может усложнить процесс моделирования.
Переключаться между системами можно через ту подсистему, в
которой вы находитесь через вкладку Utils и выбираем нужную среду.
Рисунок 09. Готовый символ вилки IDC10
Переключаемся в среду Pattern Editor. Как и в предыдущей среде,
нужно выбирать подходящий шаг сетки.
Основное отличие от Symbol Editor, то что в данной подсистеме очень
важно выбирать слой, которым рисуются линии. Существует различие между
слоями, т.к. в дальнейшем эти слои учитываются в среде PCB.
58
Top – верхний слой платы, обычно это проводники, полигоны
Bottom – нижний слой платы, обычно это проводники, полигоны
Top Silk – верхний слой, показывающий в основном ограничения
физических габаритов радиоэлементов и макетирование
Bot Silk - нижний слой, показывающий в основном ограничения
физических габаритов радиоэлементов и макетирование
Top Mask – маска для верхнего слоя
Bot Mask – маска для нижнего слоя
Top Paste – паста для верхнего слоя
Bot Paste – паста для нижнего слоя
Top Assy – верхний слой в сборке
Bot Assy – нижний слой в сборке
Board – внешний слой всей платы, обычно это верхний и нижний слой
вместе.
Пользуясь Datasheet’ами и инструкциями по тому как смоделировать
радиоэлементы в P-CAD, они чертятся также как и в Symbol Editor. Однако
добавляются такие функции как:
Place Pad – Поставить контактную площадку, они могу быть
квадратными, либо сквозными и круглыми. Аналогично Place Pin в Symbol
Editor – это площадки для подключения проводников.
Place Via – Установить сквозное металлизированное отверстие. Обычно
это требуется в PCB для перехода проводника с верхнего слоя в нижний или
59
наоборот. Либо вообще объединить проводник с каким-либо полигоном,
который отвечает за питание, землю или ещё какой проводник. Имеется
ввиду не обязательно что именно с верхнего слоя проводник идёт на нижний,
это многоуровневая система может взаимодействовать между друг другом,
благодаря этим сквозным отверстиям.
Place Glue Point – Расположение места, где будет наноситься клей.
Обычно устанавливается, чтобы закрепить радиоэлемент на плате и защитить
его от механических и вибрационных воздействий, подразумевая, что под
этим местом, желательно не проводить проводники.
Place Pick Point – Расположение посадочного места. Устанавливается в
центре радиоэлемента.
Place Test Point – Расположение тестируемой точки, с которой будут
проводить испытания на сигнал.
Place
Keepout
–
Расположение
полигона,
который
изолирует
прохождение проводников, через него. Устанавливается слой такой же как на
какой стороне будет расположен элемент.
Place Cutout – Расположение сквозного отверстия через которое
проводники не могут проходить.
Нумеруем контактные площадки, ставим точку привязки к сетке.
60
Рисунок 10. Готовый паттерн вилки IDC10
Аналогично среде Symbol Editor все паттерны сохраняем в ту же
библиотеку. Все меры удобства также аналогичны. Библиотека разбирается в
подсистемах.
Заходим в подсистему Library Executive. В этой системе нужно
загрузить библиотеку или библиотеки, если вы нашли эти элементы,
созданные другими пользователями P-CAD.
В этой среде во вкладке Component>New мы создаем новый компонент.
Выбираем библиотеку из которой мы будем брать символ и паттерн, именно
поэтому удобно использовать одну библиотеку под один проект. Это
увеличивает скорость работы и экономит время в поиске нужного символа
или паттерна.
61
Выбрав символ и паттерн, назначаем значение Pin’ы символа и Pad’ы
паттернов в соответствие. Также выставляем Gate# и GateEq,их можно
поставить 0 или 1,причём оба должны быть одинаковыми, это функция
говорит о том, что один Pin-Pad имеет одно назначение. В простых
резисторах, конденсаторах и катушках можно ничего не ставить, т.к. какой
стороной вы соедините в схеме не важно, если это не предусмотрено
инструкцией или обратное подключение имеет другой эффект в схеме.
Рисунок 11. Компонент подстроечного резистора 3266
Создав компонент, сохраняем их в библиотеку и так с каждым
компонентом. Заполнив библиотеку необходимыми
компонентами. Мы
создали базу в которой каждый символ, отвечает соответственному паттерну
и наоборот, делая его одним целым.
62
Далее
переходим
в
подсистему
Schematic.
Возможности
этой
подсистемы велики, но в данной работе опишем необходимые, которые были
использованы в проекте.
В данной среде первым образом загружаем библиотеку, из которой
будут
выбраны
символы
для
моделирования
схемы
электрической
принципиальной. Желательно выставить шаг сетки такой, в которой шаг
будет равен шагу Pin’а в вилках, микроконтроллерах и других элементов
(устройств), которые имеют только выводы.
Опишем важнейшие функции данной подсистемы:
Place Part – добавление символа из библиотеки
Place Wire – проводка проводников
Place Bus – проводка общей шины
Остальные функции существуют также как и в подсистеме Symbol
Editor.
63
Рисунке 12. Электрическая принципиальная схема проекта
Такой
панелью
инструментов
и
создается
принципиальная
электрическая схема. Затем сохраняем схему для предусмотрительности чтолибо изменить. После сохранения обязательно нужно создать NetList –
Utils>Generate Netlist – он нужен для подсистемы PCB, чтобы создались
линии связи, заданные в Schematic.
Загружаемся в среду PCB, где и происходит трассировка печатной
платы. В первую очередь загружаем только что сгенерированный Netlist.
Программа автоматически выставляет в ряд паттерны компонентов и синие
тонкие линии – это и есть линии связи. Они показывают какой проводник
подключен к какому. Для удобства в боковой панели следует убрать линию
связи – GND. Так как при разводке платы эти линии могут мешать
64
трассировке вручную. В этой среде интерфейс очень похож на Pattern Editor,
но сложнее и с дополнительными функциями и инструментами.
Route Manual/Advanced – трассировка проводника. Manual – ручная
трассировка, программа не обращает внимание на заданные ей в памяти
правила трассировки. Вся трассировка происходит вручную. В данном
случае, нужно быть очень аккуратным, т.к. проводник может попасть туда,
где его не должно быть, нужно тщательно выбирать маршрут проводника.
Advanced – ручная продвинутая трассировка, программа пытается найти
кратчайший путь от одной точки к другой, при этом выполняя все правила
трассировки, т.е. максимальный угол поворота 45%, не заходить за заступ
проводника или отверстия, которые заданы в программе. Функция Irnore
Rules во вкладке сверху для Route Advanced, снимает ограничение на
прохождение проводника по другим проводникам и отверстиям.
Place Component – расположение компонента, зачастую бывают
доработки с платой, чтобы избежать всего процесса трассировки с «0»
достаточно добавить ещё один компонент или компоненты.
Place Connection – установить связь контактной площадки с другой,
землей или питанием. Очень удобно использовать, если этот компонент не
нарисован в Schematic, чтобы не редактировать его достаточно добавить
компонент в PCB и установить линии связи.
Place Copper Pour – заливка полигона. Очень полезно 2-х-слойную
плату использовать таким образом, что одна сторона питание, вторая земля.
Заливкой полигона мы избавляемся от контактов, которые подключены к
питанию или земле. Программа автоматически, залив полигон, подключает
все необходимые проводники.
Остальные функции схожи с Pattern Editor.
65
Функции данной среды очень разнообразны, но основные функции
были представлены, чтобы смоделировать простую печатную плату.
Рисунок 13. Смоделированная готовая печатная плата
Сохранив печатную плату, можно приступать непосредственно к
производству.
66
4.2.2.Разработка конструкции макета
После
проектирования
печатной
платы
производится
монтаж
радиоэлементов к ней. Монтаж производится непосредственно пайкой,
тестируется на качество сигнала и погрешности и этот печатный узел
корпусируется в пластиковую коробку, которая защищает ПУ от внешних
воздействий и устройство приобретает надлежащий вид.
Рассмотрим монтаж более подробно.
Контакты,
соединяемые
пайкой,
должны
быть
облужены.
Рекомендуется, чтобы контакты имели направляющие пазы, отверстия,
канавки и подобные детали, которые обеспечивают надлежащее закрепление
проводов и выводов к контактам. Пазы и полые цилиндрические контакты не
должны дорабатываться для установки в них проводников с размерами,
превышающими допустимые для данных контактов. Проводники не должны
дорабатываться
для
подгонки
к
контактам,
предназначенным
для
проводников меньшего размера. Контакты из латуни должны иметь медное
или никелевое покрытие.
Выводы и провода рекомендуется механически закреплять на
контактах перед пайкой. Данным механическим креплением рекомендуется
предотвращать перемещение частей соединения во время операции пайки.
Широкие проводники, подходящие к контактным площадкам, могут
помешать хорошему пропаиванию элементов, так как тепло будет «уходить»
с площадки по широкому проводнику - в результате пайка получится
«холодной». Поэтому часто используются узкие проводники, соединяющие
непосредственно контактную площадку и широкий проводник. Ширина
подводящего «узкого» проводника может варьироваться в пределах от 0,25
до 0,125 мм (зависит от технологических возможностей производителя
печатных плат).
67
Вокруг контактной площадки со всех сторон наносят паяльную маску,
которая
препятствует
перемещению
расплавленного
припоя
вдоль
проводника.
Для визуального контроля некоторых технических требований,
предъявляемых
к
печатным
узлам,
могут
предусматриваться
вспомогательные средства увеличения.
Рекомендуется использовать бинокулярную систему технического
зрения,
допускается
ее
использовать
совместно
с
единичным
пространственным (полевым) увеличителем. Должно использоваться не
менее трехкратного (3х) увеличение для обычных печатных узлов.
Навесные перемычки
Данный раздел устанавливает критерии для процесса прокладки
навесных проводников (известных как навесные перемычки), используемых
для соединения компонентов в тех местах платы, где отсутствует
проводящий рисунок. Они будут использоваться как временные проводники,
не участвующие в конечном виде платы. Эти проводники будут соединять
вилку IDC10 с проводниками для программирования микроконтроллера,
далее будут отпаяны.
Подразделы данного раздела рассматривают следующие проблемы:
 выбор провода;
 прокладка проводов;
 крепление проводов;
 пайка проводов.
Допускается устанавливать навесные перемычки в металлизированные
отверстия, на подпорки контактов, на контактные площадки печатного
монтажа или закреплять на выводах компонентов. Навесные перемычки
68
рекомендуется считать компонентами и указывать на сборочном чертеже.
Навесные перемычки должны быть по возможности короткими и не должны
устанавливаться над или под другими съемными компонентами. Навесные
перемычки должны в обязательном порядке "наглухо" закрепляться на
печатных платах с промежутками, не более 25 мм, и во всех точках
изменения направления прокладки. Допускается не изолировать навесные
перемычки длиной менее 25 мм, чья трасса не проходит над проводящими
участками и не нарушает требования разработчика к зазору. Изоляция на
навесных
перемычках
должна
быть
совместима
с
влагозащитным
покрытием.
Выбор провода
Следующие
требования
рекомендуется
выполнять
при
выборе
проводов для перемычек:
a) провод рекомендуется изолировать при его расположении между
контактными площадками или выводами компонентов или, если его длина
более 25 мм;
b) не рекомендуется применять посеребренный скрученный провод,
если в условиях эксплуатации возможна коррозия;
c) рекомендуется выбирать провод минимального диаметра с учетом
необходимой нагрузки по току;
d) рекомендуется, чтобы изоляция провода выдерживала температуру
пайки, имела определенную прочность к истиранию, имела сопротивление
более сопротивления изоляционного материала платы.
69
Прокладка проводов
Если высокочастотными или высокоскоростными требованиями не
задано иное, то навесные перемычки прокладываются к точкам соединения
по возможно кратчайшему пути, состоящему из прямых отрезков в системе
координат X- Y, и в стороне от контрольных точек. Рекомендуется
предусматривать достаточную длину провода для выполнения требований к
прокладке, зачистке и конечному соединению.
На стороне компонентов не допускается прокладывать навесные
перемычки над или под любым компонентом. На стороне компонента
допускается проход навесных перемычек над паяными контактными
площадками при условии, что перемычки слабо натянуты, и их можно
отодвинуть от контактных площадок для замены компонента.
Должен быть исключен контакт с теплоотводами, для которых
характерна высокая температура, создаваемая компонентами.
На стороне пайки, за исключением соединителей на краях платы, не
рекомендуется прокладывать навесные перемычки через посадочные места
компонентов, если компоновка электронного модуля не запрещает прокладку
проводов на других участках.
На стороне пайки перемычки не должны проходить над контактными
площадками с припоем.
Крепление проводов
a) Навесные перемычки должны закрепляться на основном материале
(или на его теплоотводе, или на крепежном элементе) с применением
указанного в технических требованиях клея: перемешивание клея должно
выполняться в соответствии с инструкциями поставщика; весь клей должен
полностью затвердеть перед приемкой.
70
b) Капли клея рекомендуется располагать таким образом, чтобы их
галтель была достаточной для того, чтобы предохранить провод от
чрезмерного захождения на смежные контактные площадки или компоненты.
c) Не допускается осуществлять крепление к компоненту, выводу
компонента и контактной площадке с компонентом; допускается крепление к
неиспользуемому переходному отверстию и неиспользуемой контактной
площадке.
d) Навесные перемычки не должны закрепляться на движущихся деталях
или касаться любых движущихся деталей в пределах радиуса каждого изгиба
для каждого изменения направления разводки.
e) Для ограничения перемещения провода навесные перемычки
должны закрепляться на расстоянии не более 6 мм от своих соединений и с
промежутками около 25 мм, а также при всех изменениях направления
прокладки.
f) Провода не должны нависать над краем платы.
Пайка проводов
Навесные перемычки допускается закреплять любым способом, однако
способ, используемый для печатного узла любого типа должен указываться
на сборочном чертеже.
Концы навесных перемычек допускается закреплять на выступающих
частях выводов компонентов. Конец перемычки рекомендуется формировать
полной петлей от 180° до 360° вокруг вывода компонента. У навесных
перемычек, закрепленных на компонентах, за исключением компонентов с
осевыми выводами, провод должен припаиваться к выводу компонента
внахлест. Длина паяного соединения и зазор электрической изоляции
71
должны удовлетворять минимальным или максимальным требованиям
допустимого состояния.
Для обеспечения допустимого состояния паяного соединения навесной
перемычки должны выполняться следующие требования:
a) существование надлежащего смачивания навесной перемычки и
вывода или контактной площадки;
b) минимальная длина паяного соединения между концом провода и
выводом или контактной площадкой должна соответствовать длине
для
компонентов с выводами или для безвыводных компонентов;
c) натяжение навесной перемычки должно быть таким, чтобы ее нельзя
было приподнять над соседними компонентами при оттягивании; не
рекомендуется проводить рядом более двух навесных перемычек;
d) отсутствие трещин на паяном соединении (прикрепление перемычки
к выводу, концевому контакту, переходному отверстию).
Производство пластиковых корпусов
Для изготовления пластиковых корпусов для РЭА используются
различные виды пластиков: АБС, ПЭНД, ПЭВД, полипропилен, полиацеталь,
поликарбонат, полиамид. Процесс литья пластмасс происходит под
давлением на современном высокоточном оборудовании, что особенно важно
для пластиковых корпусов для радиоэлектронных устройств.
Литье пластиковых корпусов выполняется как на базе пресс-форм
заказчика, так и при использовании пресс-форм, изготовленных чьей-либо
компанией.
Пресс-формы для пластиковых корпусов
72
Изготовление пресс-форм для литья алюминиевых и пластиковых
корпусов
осуществляется
на
высокоточном
металлообрабатывающем
оборудовании, что позволяет предоставить заказчику не только сжатые сроки
производства, но и доставки готовых пресс-форм для пластиковых корпусов.
Герметизированные корпуса из поликарбоната и АБС-пластика
Основные характеристики:
 Герметизация корпусов обеспечивается соединителем типа «выступпаз» на крышке\корпусе и наличием неопренового уплотнителя;
 Отверстия для крепежа на стену и для фиксирования крышки
находятся вне герметизированной области;
 Соответствие стандартам IP-65 (IEC 529) и NEMA4 (защита от пыли и
влаги);
 Внутри корпуса находятся направляющие пазы для вертикальной
установки плат;
 Внутренняя
часть
основания
корпуса
имеет
отливы
для
горизонтального крепления печатной платы, подсоединения клемм и
пр. Отливы имеют отверстия с запрессованными латунными втулками
с резьбой.
 Крепление крышки осуществляется винтами М4 из нержавеющей
стали (немагнитные), которые вкручиваются в латунные втулки с
резьбой.
Температурный диапазон (оС)
Поликарбонат - 40-100
АБС - 20-100
73
Характеристики могут отличаться в зависимости от моделей корпусов
и их материала. Так как основная цель работы это создание ПУ, то более
тщательного разбора корпусов продолжаться не будет.
Законченное устройство в корпусе имеет:
Вырезы для 2-х дисплеев и вырез сбоку для подключения удаленной
клавиатуры.
LED-дисплей – основной дисплей для тестирования пользователей.
LCD-дисплей – вспомогательный дисплей, осуществляющий оценку и
статистику.
Удаленная клавиатура от блока. Клавиатура удалена для изменении
расстояния тестируемых при проведении исследования.
74
4.2.3.Технология изготовления печатной платы
Существует много технологий и способов изготовления печатных плат.
Основные технологические методы изготовления печатных плат:
1. аддитивный;
2. субтрактивный;
3. комбинированный;
4. полуадцитивный,
сочетающий
преимущества
субтрактивного
и
аддитивного методов.
Рассмотрим аддитивный метод – метод который используется для
изготовления ПП в ВКР.
Аддитивные методы
Токопроводящий рисунок наносится на диэлектрическое основание.
Эти методы достаточно разнообразны, рассмотрим их разновидности. Их
отличие лишь в разных способах металлизации.
Токопроводящие элементы рисунка можно создать:
 избирательным
фотоочувствлением
(через
фотошаблон
или
сканирующим лучом) катализатора, предварительно нанесенного на
всю поверхность основания (для фотоаддитивного метода ТХМ);
 вакуумным или ионно-плазменным напылением;
 переносом
рисунка,
предварительно
сформированного
на
металлическом листе, надиэлектрическую подложку (метод переноса);
 нанесением токопроводящих красок или паст или другим способом
печати;
 фотолитографией (через фотошаблон) фоторезиста, закрывающего в
нужных местах участки поверхности основания, неподлежащие
75
металлизации (для метола толстослойной химической металлизации ТХМ);
 восстановительным вжиганием металлических паст в поверхность
термостойкого диэлектрического основания из керамики и ей
подобных материалов;
 выштамповыванием проводников. Избирательность осаждения металла
можно обеспечить:
 химическим восстановлением металлов на катализированных участках
диэлектрического основания (толстослойная химическая металлизация
-- ТХМ);
 трафаретной печатью (для паст и красок);
 масочные защиты (для вакуумной и ионогшазменной металлизации).
Фотоаддитивный процесс
Схема процесса фотоаддитивной технологии (как пример одного из
вариантов аддитивного метода):
 вырубка заготовки;
 сверление отверстий под металлизацию;
 нанесение фотоактивируемого катализатора на все поверхности
заготовки и в отверстия;
 активация катализатора высокоэнергетической экспозицией через
фотошаблон-негатив;
 толстослойное
химическое
меднение
активированных
участков
печатной платы (печатных проводников и отверстий);
 отмывка платы от остатков технологических растворов и 11еактивированного катализатора;
 глубокая сушка печатной платы;
 нанесение паяльной маски;
76
 нанесение маркировки;
 обрезка платы по контуру;
 электрическое тестирование;
 приемка платы - сертификация.
Преимущества:
 возможность воспроизведения тонкого рисунка;
 использование нефольгированных материалов.
Недостатки:
 длительность процесса толстослойного химического омеднения;
 длительный контакт открытого диэлектрика с технологическими
растворами
металлизации,
ухудшающими
характеристики
электрической изоляции без дополнительных мер по отмывке.
Печатная плата была сделана по технологии негативного фоторезиста
ПВ-ВЩ.
Подготавливается рисунок печатной платы при помощи программы PCAD, вставляется пленка и выбирается негативная печать.
Примечание: Печатать лучше на струйном принтере, так как лазерный
принтер печатает хорошо дорожки, но заливка печатается плохо в силу своей
уникальности печатать заливку по контуру.
Подготавливаем
ПП,
протирая
её
наждачной
бумагой,
чтобы
избавиться от поверхностных окислений, протираем тряпкой или сушим
феном. Накладываем фоторезист, желательно подальше от прямого
попадания света с запасом на плате около 10мм.
Прогреваем ламинатор или утюг для дальнейшего.
77
Берем кусочек заготовки фоторезиста и снимаем матовую часть
пленки, но не выкидываем а оставляем. Кладем заготовку на плату и
,прижимая пальцем в центре платы, от центра по краям раскатываем валиком
пузыри, если они остаются, лучше переделать.
Ламинатор или утюг прогрелись, чистым листом бумаги ограничиваем
соприкосновение фоторезиста с утюгом или ламинатором и прогреваем. 2-3
раза и фоторезист приклеен к плате.
Далее нужна УФ лампа, которая будет засвечивать фоторезист,
поэтому кладется плата на неё рисунок платы, сверху стекло для плотного
прилежания и ставится УФ лампа на расстоянии 5-10 см. Просвечивать
нужно около 5-10 минут в зависимости от расстояния УФ лампы от платы.
Также нужно создать проявочный раствор. Наливается горячая вода в тару и
добавляется немного кальцинированной соды, размешивается. Кладем плату
и кисточкой очищается фоторезист, точнее рисунок. И все белые части
рисунка остаются фоторезистом на плате, а чёрные очищаются кисточкой.
Примечание: Стеклотекстолит, желательно, обрезать с запасом от
рисунка, так как могут быть обрывы или откалывания фоторезиста по краям,
что приводит к ухудшению электрических свойств.
78
В.Охрана труда
4.3.1.Меры безопасности при работе с дисплеями
Дисплей можно отнести к средству отображения информации
(СОИ),это следует из ГОСТ-27833-88.
СОИ – Устройство обеспечивающее отображение информации в виде,
пригодном для зрительного восприятия.
Примечание. Под электронными средствами отображения информации
понимают
СОИ,
выполненные
на
электронных
приборов:
полупроводниковых, электронно-лучевых, газоразрядных и др.
Опасный производственный фактор - производственный фактор,
воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к
травме, острому отравлению или другому внезапному резкому ухудшению
здоровья или смерти.
Вредный производственный фактор - производственный фактор,
воздействие которого на работающего в определенных условиях может
привести
к
заболеванию,
снижению
работоспособности
и
(или)
отрицательному влиянию на здоровье потомства.
Примечание. В зависимости от количественной характеристики
(уровня, концентрации и др.) и продолжительности воздействия вредный
производственный фактор может стать опасным.
Требования безопасности к визуальным параметрам
Яркость знака должна быть не менее 35 кд/м2 для дисплеев на ЭЛТ
(электронно-лучевые приборы) и не менее 20 кд/м2 для плоских дискретных
экранов.
79
Неравномерность яркости рабочего поля экрана непосредственно
должна быть не более 20 %.
Неравномерность яркости элементов знака должна быть не больше
20%.
Яркостный контраст изображения должен быть не менее 3:1 (для
плоских дискретных экранов при угле наблюдения от -40° до +40°).
Яркостный контраст внутри знака и между знаками должен быть не менее
3:1.
Ширина контура знака должна быть от 0,25 до 0,5 мм.
Примечание. Если в документации на дисплей не оговорено проектное
расстояние наблюдения, то его принимают равным 50 см (обычно это
расстояние от конца самого длинного пальца до локтя) для дисплеев с
размером экрана по диагонали 14" - 17" и 75 см - для экранов 19" - 21".
Однако желательно использовать расстояние вытянутой руки.
Временная нестабильность изображения (мелькания) для дисплеев на
ЭЛТ и на плоских дискретных экранах не должна быть зафиксирована. Для
дисплеев на ЭЛТ частота обновления изображения должна быть не менее 75
Гц
при
всех
режимах
разложения,
гарантируемых
нормативной
документацией на конкретный тип дисплея и от 60 Гц для дисплеев на
плоских дискретных экранах.
Требования
к
качеству
восприятия
информации,
отображаемой на дисплеях
Для точного определения информации и обеспечения удобных условий
ее восприятия. Работа с дисплеями должна проводиться при таких
пропорциях
значений
яркости
и
контраста
изображения,
внешней
освещенности дисплея, углового размера знака и угла наблюдения дисплея,
80
которые входят в оптимальные или
номинально допустимые (при
кратковременной работе) диапазоны.
Допустимые диапазоны значений внешней освещенности дисплея,
углового размера знака и угла наблюдения дисплея для типов дисплеев
прописан в ГОСТ Р 50923. Для других типов дисплеев - по ТУ на конкретный
тип дисплея.
Требования к параметрам экранировки
Ослабление напряженности электростатического поля (поверхностного
электростатического потенциала) - не менее 95%.
Ослабление напряженности электрической составляющей переменного
электромагнитного поля в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц - не менее 90%,
в диапазоне частот от 2 до 400 кГц - не менее 60%.
Требования безопасности к параметрам создаваемых полей
Электростатический потенциал экрана дисплеев на ЭЛТ должен быть
не более ±500 В.
Напряженность электрической составляющей переменного эл\м поля
дисплея должна быть не более:
25 В/м - в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц (для дисплеев на ЭЛТ - в
точке, расположенной по нормали к центру экрана на расстоянии 0,5 м от
экрана дисплея, а для дисплеев портативных компьютеров - в точке,
расположенной по нормали к центру экрана на расстоянии 0,4 м от центра
клавиатуры портативного компьютера);
2,5 В/м - в диапазоне частот от 2 до 400 кГц (для дисплеев на ЭЛТ - в
точках, имеющих координаты 0°, 90°, 180°, 270° на расстоянии r = a/2 + 0,5
м, где а - габаритный размер дисплея, измеряемый по нормали к центру
экрана. Для дисплеев портативных компьютеров - в точках, имеющих те же
81
координаты, но на расстоянии 0,4 м от центра клавиатуры портативного
компьютера).
Плотность магнитного потока должна быть не более:
250 нТл - в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц;
25 нТл - в диапазоне частот от 2 до 400 кГц.
Плотность магнитного потока переменного электромагнитного поля
дисплея на ЭЛТ устанавливают для обоих диапазонов частот в 48 точках (в
горизонтальной плоскости, проходящей через центр экрана, а также в
горизонтальных плоскостях, расположенных на 30 см выше и ниже
указанной плоскости). Плотность магнитного потока переменного эл\м поля
дисплея портативного компьютера устанавливают для обоих диапазонов
частот в тех же 48 точках.
Требования к конфиденциальности
Отображаемое на экране СОИ изображение должно исключать
восприятие информации с экрана (становиться темным, размытым) при угле
наблюдения более 30° относительно нормали к центру экрана.
82
Г.Экологическая часть
4.4.1.Утилизация батареек
Так как устройство в дальнейшем работает на батарейках, то этот
раздел служит для защиты дикой природы от мусора, химикатов и вредных
веществ находящиеся в батарейках (гальванических элементах).
Типы гальванических элементов:
Угольно-цинковые элементы
Угольно-цинковые элементы (марганец-цинковые) являются самыми
распространенными сухими элементами. В угольно-цинковых элементах
электролит состоит из хлорида аммония и катода из цинка, используется
пассивный (угольный) коллектор тока в контакте с анодом из двуокиси
марганца (MnO2). Достоинством угольно-цинковых элементов является их
относительно низкая стоимость. К существенным недостаткам следует
отнести значительное снижение напряжения при разряде, невысокую
удельную мощность и малый срок хранения. Низкие температуры снижают
эффективность использования гальванических элементов, а внутренний
разогрев батареи его повышает. Повышение температуры вызывает
химическую
коррозию цинкового
электрода водой,
содержащейся
в электролите, и высыхание электролита, что способствует ухудшению
электрических свойств батарейки.
Щелочные элементы
Как и в угольно-цинковых, в щелочных элементах используется
анод из двуокиси марганца MnO2 и цинковый катод с разделенным
электролитом.
Отличие
щелочных
элементов
от
угольно-цинковых
заключается в применении щелочного электролита, в следствии чего
83
газовыделение при разряде фактически отсутствует, и их можно выполнять
герметичными, что очень важно для целого ряда их применений. Напряжение
щелочных элементов примерно на 0,1 В меньше, чем угольно-цинковых, при
одинаковых условиях. Следовательно эти элементы взаимозаменяемы.
Элементы с щелочным электролитом также имеют более высокие удельную
энергию (65...90 Втч/кг), удельную мощность (100...150 кВтч/м3) и более
длительный срок хранения.
Ртутные элементы
Ртутные элементы очень похожи на щелочные элементы. В них
используется оксид ртути (HgO). Катод состоит из смеси порошка цинка и
ртути. Эти элементы имеют длительные сроки хранения и более высокие
емкости (при том же объеме). Напряжение ртутного элемента примерно на
0,15 В ниже, чем у щелочного. Ртутные элементы отличаются высокой
удельной энергией (90...120 Втч/кг, 300...400 кВтч/м3), стабильностью
напряжения и высокой механической прочностью. Имеются модификации
элементов, в которых вместо цинкового порошка (отрицательный электрод)
используются сплавы индия и титана. Так как ртуть дефицитна и токсична,
ртутные элементы не следует выбрасывать после их полного использования.
Они должны поступать на вторичную переработку.
Серебряные элементы
Они имеют "серебряные" катоды из Ag2O и AgO. Напряжение у них на
0,2 В выше, чем у угольно-цинковых при сопоставимых условиях.
84
Литиевые элементы
В них применяются литиевые аноды, органический электролит и
катоды из различных материалов. Они обладают очень большими сроками
хранения, высокими плотностями энергии и работоспособны в широком
интервале температур, поскольку не содержат воды. Так как литий обладает
наивысшим отрицательным потенциалом по отношению ко всем металлам,
литиевые
элементы
характеризуются
наибольшим
номинальным
напряжением при минимальных габаритах. К недостаткам литиевых
элементов
следует
отнести
их
относительно
высокую
стоимость,
обусловленную высокой ценой лития, особыми требованиями к их
производству (необходимость инертной атмосферы, очистка неводных
растворителей). Следует также учитывать, что некоторые литиевые элементы
при их вскрытии взрывоопасны.
Опасность от батареек
Несмотря на то, что батарейка может взорваться, протечь и повредить
ваше оборудование, или быть проглоченой маленьким ребенком, основной
вред она нанесет, если не будет правильно утилизирована.
Вообще, батарейки — это химические устройства, элементы которых
вступают в реакцию, давая на выходе электричество, которым мы и
пользуемся. Элементы эти, в основном, токсичны и опасны.

свинец (накапливается в организме, поражая почки, нервную систему,
костные ткани)

кадмий (вредит легким и почкам)

ртуть (поражает мозг и нервную систему)

никель и цинк (могут вызывать дерматит)

щелочи (прожигают слизистые оболочки и кожу) и другие
85
После выбрасывания металлическое покрытие батарейки разрушается
от коррозии, и тяжелые металлы попадают в почву и грунтовые воды, откуда
уже недалеко и до рек, озер и прочих водоемов, используемых для питьевого
водоснабжения. Ртуть — один из самых опасных и токсичных металлов,
имеет свойство накапливаться в тканях живых организмов и может попасть в
организм человека как непосредственно из воды, так и при употреблении в
пищу продуктов, приготовленных из отравленных растений или животных. А
если батарейку сожгут на мусоросжигательном заводе, то все содержащиеся
в ней токсичные материалы попадут в атмосферу. Хранить дома не
рекомендуется, так как происходит выделение опасных веществ в воздух. По
правилам, их необходимо утилизировать на специальных предприятиях.
Утилизация батареек
Батарейки необходимо перерабатывать на специальных заводах.
Проблема состоит в том, что переработка стоит дороже, чем последующая
продажа полученного сырья. В России таких заводов, пока нет. В качестве
промежуточной меры в России существует несколько полигонов, куда
свозятся эти самые отработанные аккумуляторы и изолируются.
86
Д.Решение задач на ЭВМ
4.5.1.P-CAD – программа трассировки печатной платы
P-CAD — система автоматизированного проектирования электроники
(EDA) разработки компании Personal CAD Systems Inc. Предназначена для
проектирования
радиоэлектронных
многослойных печатных
устройств.
Система
плат вычислительных
P-CAD
предназначена
и
для
проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и
радиоэлектронных устройств. В состав P-СAD входят четыре основных
модуля - P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD
Autorouters и ряд других вспомогательных программ.
Рисунок 14. Обзор P-CAD Schematic
87
Система P-CAD 2006 выполняет полный цикл проектирования
печатных плат,а именно:
 графический ввод электрических схем;
 смешанное аналого-цифровое моделирование на основе ядра SPICE3;
 упаковку схемы на печатную плату;
 интерактивное размещение компонентов;
 интерактивную и автоматическую трассировку проводников;
 контроль ошибок в схеме и печатной плате;
 выпуск документации;
 анализ целостности сигналов и перекрестных искажений;
 подготовку файлов Gerber и NC Drill для производства печатных плат;
 подготовку библиотек символов, топологических посадочных мест и
моделей компонентов.
Основные возможности P-CAD 2006:
Удобный пользовательский интерфейс, похожий на большинство
популярных программ для Windows.
 Хранение проектной информации в бинарных и текстовых файлах.
 Удобная справочная система.
 Проект схемы может содержать 999 листов, проект платы - до 999
слоев (11 из них стандартных).
 Число цепей в проекте - до 64000.
 Число вентилей в компоненте - до 5000.
 Максимальное число выводов у компонента - 10000.
 Максимальные размеры листа схемы или чертежа печатной платы
60х60 дюймов.
 Поддержка дюймовой и метрической систем мер.
88
 Предельное разрешение 0.0001 дюйма (0.1 мила) или 0.01 мм (10
микрон).
 Минимальный угол поворота компонентов на плате - 0.1 град.
 Длина имен компонентов - до 30 символов, максимальный объем
текстовых надписей и атрибутов - до 20000 символов.
 Механизм переноса изменений печатной платы на схему и наоборот
(Engineering Change Order, ECO).
 Библиотеки компонентов, содержащие более 27000 элементов и
сертифицированные по стандарту ISO 9001.
Новые возможности версии P-CAD 2006
В P-CAD 2006 появились новые мощные возможности, например,
работа с дифференциальными парами и мультимаршрутная трассировка с
учетом
заданных
правил
проектирования,
добавлена
возможность
ортогонального перетаскивания проводников. В редакторе схем улучшена
структура управления многолистовыми проектами. Новая версия позволяет
выполнять проекты с более высокими требованиями.
Определение дифференциальной пары
Дифференциальная пара определяется в редакторе печатных плат через
Options > Net Classes. В этом диалоговом окне вы создаете класс цепей как
дифференциальную пару, выделяя класс цепей и включая опцию Differential
Pair checkbox. В созданном классе цепей должны присутствовать две цепи,
соответственно для прямого и обратного сигнала. Как только будет создана
дифференциальная пара, к ней сразу же будут добавлены новые атрибуты,
присущие только дифференциальной паре. Атрибут DiffPairGap определяет
зазор между двумя проводниками в дифференциальной паре, а атрибут
IsDifferentialPair
–
идентифицирует
вновь
созданный
класс,
как
дифференциальную пару.
89
Трассировка дифференциальной пары
Трассировка
двух
проводников,
выполненных
в
виде
дифференциальной пары, выполняется одновременно с помощью команды
Route > Differential Pair. Для начала трассировки необходимо выбрать любой
электрический примитив одной из цепи пары. Дифференциальная пара
преодолевает препятствие, обводя проводники вокруг него или как бы
‘обнимая’ с обеих сторон. Для перехода пары на другой сигнальный слой
используется клавиша L.
Ортогональное перемещение проводников
В программе введен принципиально новый режим ортогонального
перетаскивания объектов, позволяющий быстро редактировать результаты
автотрассировки в интерактивном режиме. Выбирается данный режим в
Options > Configure > Route.
Улучшенные возможности выбора объектов
Значительно упрощена процедура выбора отдельных типов объектов.
Как и раньше выбор типа объектов выполняется с помощью
Options > Selection Mask, но в новой версии появились более детальные
команды:
Exclude Sub Objects – исключать суб-объекты
Include Sub Objects – включать суб-объекты
Sub Objects Only – только суб-объекты
Под этим понимается выбор панелей компонентов, атрибутов, линий и
т.п. или выбор только компонента, как основного объекта.
90
Новый инструментарий по созданию контура платы
В P-CAD 2006 введены два новых инструмента в панель Placement
Toolbar: Place Board Outline –создание контура платы Place Board Cutout –
проектирование крепежных и иных отверстий в контуре платы. Ранее данная
процедура выполнялась рисованием контура в слое Board и имела
многочисленные
недостатки,
которые
были
устранены
добавлением
описанных компонентов.
Данные инструменты более просты в использовании, чем команда Place
line. При нажатии правой клавиши мыши в режиме рисования контура платы
предлагаются следующие возможности:
 Complete – завершает создание контура, опция доступна только при
нарисованном замкнутом контуре без пересечения линий контура.
 Cancel – отмена создания контура, при этом удаляется весь контур
созданный за данный цикл
 Unwind – удаление последнего нарисованного сегмента
 Add Arc – переход в режим рисования дуги, при нажатии
запрашивается угол дуги
 Reverse Arc – редактирование угла дуги при размещении
 Create Circle – рисование окружности
Полигоны
В данной версии использован принципиально новый алгоритм заливки
полигонов, позволяющий создавать более сложные условия заливки и
поддерживающий
большое
количество
полигонов.
Имеется
опция,
включающая режим поддержки полигонов плат разработанных на старых
версиях программы.
91
4.5.2.Microsoft Word – программа оформление пояснительной
записки
Microsoft
Word (часто — MS
выпускается корпорацией
Word, WinWord или
Microsoft в
составе пакета Microsoft
Текстовый процессор, предназначенный
для
редактирования текстовых
с
документов,
просто Word) —
Office.
создания, просмотра и
локальным
применением
простейших форм таблично-матричных алгоритмов..
Microsoft Word является одной из самых востребованных программ
современности, из используемых в офисной работе. Данный текстовый
редактор – наиболее мощный и распространенный. Сама программа входит в
состав пакета Microsoft Office, который помимо Word включает в себя:
 Microsoft PowerPoint - предназначен для создания презентаций;
 Microsoft Excel - позволяет работать с электронными таблицами;
 Microsoft
Outlook
-
позволяет
принимать
и
отправлять
электронную почту.
Однако наиболее часто используемая программа из этого пакета это
Microsoft Word. Выгодными особенностями программы являются ее
функциональность и
простота использования, благодаря
чему даже
неопытный пользователь способен легко разобраться в ней.
Будучи текстовым редактором, она позволяет существенно облегчить
работу по написанию текстов. Ведение корреспонденции, обработка текста,
создание деловой и официальной переписки – все это стало проще проводить
благодаря Microsoft Word. Microsoft Word обеспечивает простое и удобное
форматирование текстового файла за счет продуманных инструментов и
понятного интерфейса. Благодаря широкому спектру функций текстовый
процессор Microsoft Word напоминает настольную издательскую систему.
Среди функциональных возможностей программы можно отметить:
92
 наличие способов выделения текста;
 наличие целого ряда шрифтов разного размера и начертания
символов;
 возможность
проведения
автоматической
проверки
правописания, подбора синонимов;
 возможность установить параметры абзацев, междустрочные
интервалы;
 автоматическая нумерация страниц и переносы слов на новую
строку;
возможность создания таблиц и гипертекста со ссылками и
многое другое.
Как видно, функционал данной программы очень разнообразен,
благодаря этому текст будет иметь привлекательный вид, удобный для
чтения и понимания. Кроме того, возможность авто-форматирования,
применения стилей, а также заранее подобранные шаблоны позволяют
сделать
работу
с
Microsoft
Word
гораздо
проще
и
удобнее.
Таким образом, программа Microsoft Word – это самый удобный вариант для
создания текста и его последующего форматирования с возможностью
гибкой настройки шрифта, стиля написания, оформления самой страницы.
Вставка в документы рисунков и других объектов
Графические
инструменты Microsoft
Word предоставляют
разнообразные возможности оформления документов. С их помощью можно
изготовить буквально все: от пригласительного билета до газеты или плаката
для доски объявлений.
Спецэффекты
улучшают
внешний
вид
документа,
делают
его
привлекательнее. В Word все команды, предназначенные для работы с
93
графическими объектами, сосредоточены в подменю команды Рисунок из
меню>Вставка.
Создавая документ, можно комбинировать различными способами
текст и рисунки, оформлять текст, используя спецэффекты: обрамление,
заполнение и т.д. Хорошо иллюстрированный текст доставляет при чтении
больше удовольствия и позволяет читателю быстро воспринять наиболее
важную информацию (так, графики и диаграммы более выразительно
передают сухие колонки цифр). Существует несколько способов вставки
графических объектов в документ:
 вставка рисунков из библиотеки Microsoft Clip Gallery;
 представление
содержимого
таблиц
в
виде
диаграмм
с
помощью Microsoft Graph;
 преобразование текста посредством Microsoft WordArt;
 импортирование
графики
из
других
приложений Microsoft
Office ("Добавление рисунков из файла", "Встраивание объектов",
"Связывание объектов");
 рисование простых рисунков и схем с помощью панели
инструментов ‘Рисование’.
В документ Word можно импортировать графику самых различных
форматов. Встраивание иллюстраций в документы Word сопровождается их
конвертированием
называют импортом
в
привычные
для
него
форматы.
иллюстраций. Word "понимает"
Этот
процесс
большинство
распространенных и стандартизованных графических форматов (таблица 02).
94
Таблица 02. Перечень основных графических форматов
Расширение
Описание
файла
.WMF
Метафайл Windows.
.PCD
Kodak Photo CD.
.TIF
Тэгированная графика.
.CGM
Метафайл Computer Graphics
.PNG
Файлы Portable Network Graphics.
.EMF
Метафайлы Enhanced Metafile.
.DXF
Формат AutoCAD 2-D.
.JPG
Файлы JPEG File Interchange Format.
.DRW
MicrografX Designer 3.0 / Draw.
.PCX
PC Paintbrush.
.BMP, .RLE, .DIB Windows Bitmaps.
.WPG
Word Perfect Graphics.
.GIF
Файлы Graphics Interchange Format.
.PCT
Macintosh PICT.
.CDR
Corel!DRAW.
.EPS
Инкапсулированный PostScript.
.TGA
True Vision Targa.
95
Е.Экономическая часть
4.6.1. Смета закупки радиоэлементов и себестоимость печатного
узла
В данном разделе мы рассмотрим себестоимость печатного узла, для
определения ценности и выгодности производства данного материала на
рынок. Так как аналогичных приборов не существует, то данный проект не
будет иметь конкуренцию, следовательно, контингент населения будет
заинтересован весьма малый, так как функция данного прибора не
рассчитана на коммерцию.
У большинства элементов мы возьмём цену предоставленную в
магазине elekont.ru или chipdip.ru, если же цена узнается под заказ, то цены
будут приведены с аналоговых магазинов радиоэлементов.
Себестоимость ПУ:
Название – Цена за 1 штуку - Количество
ПП FR-4 – 2780 руб. (+ 1500 руб. для использования нестандартного
цвета – учитываться в сумме не будет)
Atmega 2560-16AU – 1860 руб. – 1
MJ-O-4.5 – 19 руб. - 1
L7805ABV – 39 руб. - 1
WH1602-YYH-CTK – 840 руб. – 1
CA56-21GWA – 85 руб. - 1
HC-49U – 15 руб. – 1
96
GRM2195C2D220J – 8 руб. – 2
MMBT3906L – 50руб. - 4
Y5V – 9 руб. – 5
К50-35 – 9 руб. – 2
3266З-1-103 – 110 руб. – 1
SMD0805 0.125Вт 10кОм – 9 руб. – 5
SMD0805 0.125Вт 220Ом – 8 руб. – 8
IDC10 – 15 руб. – 1
Корпус – 210 руб. – 1
Клавиатура – 440 руб. -1
Также добавим такие расходуемые материалы, как канифоль, олово,
коробка, клей, рабочая сила = в среднем 5000 руб.
Сумма себестоимости составляет 11791 руб.
Для приличной прибыли добавим 15% от суммы и получим цену
прибора на рынке.
Пригодная цена прибора для выхода на рынок составляет 13560 руб.
97
5.Выводы
Все технические требования были исполнены, и изделие соответствует
заданным стандартам и техническим условиям. Оно работает на входном
напряжении 9В и потребляемый ток не более 100мА. Учтены габариты
изделия – не более 100х100 мм. Соблюдены стандарты в вопросе
проектирования изделия, а также учтены рекомендации, как проектирования,
так и монтажа. Проект не имеет вреда для окружающих людей, а,
следовательно, соблюдены стандарты по безопасности жизнедеятельности, а
также при правильной утилизации батареек решается экологический вопрос.
Данный прибор будет пользоваться спросом для ограниченного круга людей,
что подчеркивает важность и необходимость в нем.
98
6.Список литературы
1. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации / Под ред. А.П.
Пятибраьова. - М.: Финансы и статистика, 1998.
2. Игер Б. Работа в Internet. - Пер. с англ. - М.: БИНОМ. - 1996.
3. Ланджер М. Microsoft Office Excel 2003 для Windows. - НТ Пресс - 2005.
4. Миллхоллон М., Мюррей К. Word 2002. Эффективная работа. - Питер. 2003.
5. Основы информатики: Учеб. пособие / А.Н. Морозевич, Н.Н. Говядинова и
др.; Под ред. А.Н. Морозевича. - Мн.: Новое знание, 2001.
6. ГОСТ Р 51658-2000
7. ГОСТ 27833
8. ГОСТ Р 50948-2001
9. ГОСТ Р 51658-2000
10. http://cxem.net/comp/comp40.php
11. www.chipdip.ru
12. www.elekont.ru
13. Материалы Пражской конференции, 2013
14. http://interlavka.narod.ru/stats01/plat.htm - Bruce Carter, Circuit Board Layout
Techniques Design Reference, Texas Instruments, 2002
15. http://edamc.mirea.ru/files/Lecture_2_Altium.pdf
16. http://www.lib.ru/NTL/rel01_w6.txt
17. http://alversch.ru/proizvodstvo-i-texnologii
18. http://window.edu.ru/resource/002/63002/files/itmo350.pdf
19. http://arduino.cc
20. http://datagor.ru/practice/diy-tech
99
100