Вступ 5

1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ 6

2  РОЗРОБКА ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ ПРИСТРОЮ 9

2.1 Розрахунок розмірів друкованої плати, вибір матеріалу та           способу виготовлення 9

2.1.1 Вибір типу друкованої плати 9

2.1.2 Вибір і обґрунтування класу точності 9

2.1.3 Вибір матеріалу друкованої плати 10

2.2 Інженерний розрахунок друкованої плати 11

2.2.1 Вибір методу проектування друкованої плати 11

2.2.2  Розрахунок діаметрів контактних площадок 11

2.2.3  Розрахунок ширини друкованих провідників 12

2.2.4  Розрахунок на завадостійкість 13

2.3 Отримання топології друкованої плати 13

3 РОЗРОБКА КОРПУСУ ПРИСТРОЮ 15

3.1 Розрахунок розмірів корпусу, вибір матеріалу та способу виготовлення 15

3.1.2  Вибір матеріалів, що використовуються для виготовлення приладу 17

4 РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ ПРИСТРОЮ 19

4.1 Розрахунок часу виготовлення пристрою при партії в 1000 одиниць 19

4.2 Інженерний розрахунок технологічності пристрою 19

Висновки 23

Перелік посилань 24

 

Вступ

 

     Темою даного курсового проекту є : «Лабораторний макет для вивчення роботи мікроконтролера». Ця тема є дуже актуальною і цікавою в наш час в навчальних закладах.

     Важливе місце у схемотехніці електронних  систем посідають системи керування  з мікропроцесорами та мікроконтролерами, які дозволяють реалізувати складні  закони керування електронними пристроями. Знання схемотехніки аналогових та цифрових систем створює базу для вивчення принципів побудови мікропроцесорних систем керування. Перевага мікропроцесорних систем керування - їх гнучкість: систему, розроблену для виконання конкретного завдання керування, легко пристосувати для вирішення інших завдань зміною програмного забезпечення.

     Перший  мікропроцесор (МП) Intel 4004 з'явився 1971 року. Він працював на частоті 750 кГц, умішував 2300 транзисторів і мав 4-розрядну шину даних. Цей винахід визнано одним з найбільших досягнень XX сторіччя. Сучасні мікропроцесорні великі інтегральні схеми (ВІС), наприклад одно-кристальні мікроконтролери (ОМК), містять усі складові ЕОМ - МП, пам'ять даних, пам'ять програм, інтерфейсні схеми - та ефективно використовуються в системах керування промислового та побутового обладнання.

     Розширення  функцій мікропроцесорних систем (МПС) потребувало вдосконалення знань  спеціалістів різних профілів у цьому  напрямі. Тому вивчення основ побудови та програмування мікропроцесорів  є неодмінною складовою підготовки спеціалістів вищих навчальних закладів. Незважаючи на велику різноманітність типів МП та функцій, що вони виконують, логіка побудови систем і створення програмного забезпечення залишається незмінною. Вивчення загальних принципів побудови, особливостей архітектури, використання різних видів пам'яті та програмування мікропроцесорних комплектів дає теоретичну базу для розробки і використання мікропроцесорних систем різних типів.

     Розробка  лабараторного макету актуальна  тому що це забезпечить закріплення  у студентів не лише теоретичних  знань по програмуванню мікроконторолерів, а надасть можливість отримати навички  в апаратній реалізації програмування завдяки макету. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО  ЗАВДАННЯ

 

     Важливе місце у схемотехніці електронних  систем посідають системи керування  з мікропроцесорами та мікроконтролерами, які дозволяють реалізувати складні  закони керування електронними пристроями. Знання схемотехніки аналогових та цифрових систем створює базу для вивчення принципів побудови мікропроцесорних систем керування. Перевага мікропроцесорних систем керування - їх гнучкість: систему, розроблену для виконання конкретного завдання керування, легко пристосувати для вирішення інших завдань зміною програмного забезпечення.

     Перший  мікропроцесор (МП) Intel 4004 з'явився 1971 року. Він працював на частоті 750 кГц, умішував 2300 транзисторів і мав 4-розрядну шину даних. Цей винахід визнано одним з найбільших досягнень XX сторіччя. Сучасні мікропроцесорні великі інтегральні схеми (ВІС), наприклад одно-кристальні мікроконтролери (ОМК), містять усі складові ЕОМ - МП, пам'ять даних, пам'ять програм, інтерфейсні схеми - та ефективно використовуються в системах керування промислового та побутового обладнання.

     Розширення  функцій мікропроцесорних систем (МПС) потребувало вдосконалення знань  спеціалістів різних профілів у цьому  напрямі. Тому вивчення основ побудови та програмування мікропроцесорів  є неодмінною складовою підготовки спеціалістів вищих навчальних закладів. Незважаючи на велику різноманітність типів МП та функцій, що вони виконують, логіка побудови систем і створення програмного забезпечення залишається незмінною. Вивчення загальних принципів побудови, особливостей архітектури, використання різних видів пам'яті та програмування мікропроцесорних комплектів дає теоретичну базу для розробки і використання мікропроцесорних систем різних типів.

     Розробка даного макету підвищить рівень обізнаності студентів чи радіолюбителів з програмуванням мікроконтролерів.

     Основними параметрами лабараторного макету є :

• напруга живлення 5 В;
• підтримка при відладці початкових кодів на асемблері чи на Сі;
• оновлення програми з AVR Studio;
• робота в реальному часі;
• підтримка символічної відладки;
• простота схеми;
• малі економічні затрати при виготовлені;
• розмір друкованої плати, мм.

     В якості аналогів даного приладу розглянемо деякі прилади які фірма Atmel виготовляє для апаратної підтримки розробок на основі мікроконтролерів AVR.

     Для апаратної підтримки розробок на основі мікроконтролерів AVR фірма Atmel пропонує широкий спектр засобів, які можна класифікувати як за призначенням, так і за вартістю усередині кожного класу. Можна виділити наступні класи апаратних засобів по їх призначенню:

• Стартові набори розробника (Starter Kits);
• Внутрішньосхемні емулятори (In-Circuit Emulators);
• Внутрішньосхемні програматори (In-System Programmers);
• Спеціалізовані набори розробника.

     Деякі апаратні засоби є універсальними і  одночасно можуть бути віднесені  до декількох класів, наприклад до стартових наборів розробника і  внутрішньосхемних програматорів.

     STK100

     Набір призначений для макетування  і відладки пристроїв на базі мікроконтролерів сімейства ATtiny і AT90. Підтримуються наступні мікроконтролери: ATtiny10, ATtiny11, ATtiny12, ATtiny15, ATtiny22, ATtiny28, AT90S2323, AT90S2333, AT90S2343, AT90S4433. До складу набору входять кристали Атtiny11-6pc і AT90S2343-10PC.

     STK100 працює під управлінням програми AVR ISP v3.31, яка забезпечує зв'язок з персональним комп'ютером як через LPT-, так і через COM-порт. STK100 також може бути використаний як зовнішній внутрішньосхемний програматор для пристроїв, що розробляються. В даний час STK100 знятий з виробництва.

     STK500 / STK501

     Зі  всіх стартових наборів розробника, пропонованих фірмою Atmel, найбільш універсальним пристроєм є STK500. Універсальність STK500 дозволяє використовувати його як налагоджувальну плату, як паралельний програматор (для всіх типів мікроконтролерів AVR), і як послідовний внутрішньосхемний програматор (для мікроконтролерів AVR, що має режим послідовного внутрішньосхемного програмування).

     Цей пристрій підтримує мікроконтролери  AVR, що все випускаються на сьогоднішній день (для підтримки мікроконтролерів, що випускаються тільки в корпусах TQFP64, наприклад ATmega103 або ATmega128, потрібна плата розширення STK501).

     Функції внутрішньосхемного програмування  і управління STK500 реалізовані на двох мікроконтролерах : AT90S1200-12SC і AT90S8535-8AC. Окрім них на платі STK500 змонтовані наступні пристрої:

• Панелі для установки мікроконтролерів в корпусах DIP8, DIP20, DIP28 і DIP40;
• Стабілізоване джерело живлення з керованою програмно вихідною напругою;
• Перетворювачі рівнів сигналів (для випадку, коли напруга живлення цільового мікроконтролера відрізняється від напруга живлення мікроконтролерів, що управляють);
• Кероване програмно джерело опорної напруги для внутрішнього мікроконтролера АЦП;
• Мікросхема DataFlash AT45D021;
• Двоканальний формувач рівнів сигналів інтерфейсу RS232 (один канал використовується для зв'язку STK500 з персональним комп'ютером, що управляє, інший може бути використаний в застосуванні, що розробляється);
• Вісім кнопок і вісім світлодіодів для організації введення і відображення вихідної інформації;
• Роз'єми розширення для підключення зовнішніх пристроїв.

     AVR ICE 200

     Внутрішньосхемний емулятор AVR ICE 200 – потужній засіб для проектування, що дозволяє скоротити час розробки пристроїв на основі 8-розрядних AVR RISC мікроконтролерів. AVR ICE 200 має всі можливості для забезпечення користувачеві повного управління AVR-мікроконтролером спільно з призначеним для користувача інтерфейсом AVR Studio. Це робить AVR ICE 200 ідеальним засобом для розробки додатків на базі 8-розрядних RISC-микроконтроллеров AVR.

     Емулятор  AVR ICE 200 підтримує наступні пристрої AVR: ATtiny11, ATtiny12, AT90S1200, AT90S2313, AT90S2333, AT90LS2333, AT90S4414, AT90S4433, AT90LS4433, AT90S4434, AT90LS4434, AT90S8515, AT90S8535, AT90LS8535.

     AVR ICE 200 емулює всі функції AVR-микроконтроллеров. Він забезпечує доступ на читання/запис до всіх ресурсів, наприклад, флеш-память, EEPROM, регістри, пристрої введення-виводу, програмний лічильник, внутрішнє і зовнішнє статичне ОЗУ.

     Використання  внутрішньосхемних емуляторів дозволяє відладжувати додатки, в яких задіяні  периферійні вузли і режими мікроконтролерів, підтримка яких відсутня в програмному  симуляторі.

     Проаналізувавши аналоги ми можемо зробити висновок, що наш прилад, враховуючи покладену  на нього задачу, хоч і поступається деякими параметрами і функціями, задовільняє наші вимоги. Його переваги над аналогами:

• значно менші витрати на виробництво;
• компактність яка забезпечується тим що в даному приладі реалізовується лиш, програмування МК і виконання певних запрограмованих функцій МК для виконання яких на платі наявні дві кнопки, 2 світлодіода і LPT індикатор (2х16);
• легкість виготовлення (можлива навіть в домашніх умовах, що зручно для радіолюбителів що цікавляться МК і хочуть покращити свої навики в прошивані МК).

     В порівняні з аналогами до недоліків можна віднести те, що в даному пристрої МК не змінний і порівняно малої потужності, але враховуючи ціль розробки ми можемо спокійно знехтувати даним недоліком.

2  РОЗРОБКА ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ ПРИСТРОЮ

2.1 Розрахунок розмірів  друкованої плати, вибір матеріалу  та           способу  виготовлення

2.1.1 Вибір типу друкованої плати

          При виборі типу друкованої плати потрібно врахувати техніко-економічні показники. В якості економічного показника  використовують зміну трудомісткості виготовлення 1 дм³ площі друкованої плати. Із графіка, наведеного в літературі [8-10] робимо висновок, що найбільш економічними у виробництві є односторонні плати – 0,5 н.год/дм², а найбільш дорогими є багатошарові і більше – 2,5 н.год/дм².