Курсовая работа (т): Часы–будильник с матричным светодиодным индикатором

Часы–будильник с матричным светодиодным индикатором

1. ВВЕДЕНИЕ

Данная тема курсового проекта «Часы - будильник с матричным светодиодным индикатором. Схема индикации» была предложена цикловой комиссией специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

Часы собраны на одном микроконтроллере (PIC16F628A-I/P и индикаторе из пяти прямоугольных светодиодных матриц, информация на которые выводится по принципу бегущей строки.. Питание от автономных источников обеспечивает длительную работу часов без необходимости их подключения к бортовой сети автомобиля.

В ходе выполнения курсового проекта необходимо разработать комплект конструкторской документации для устройства «Часы - будильник с матричным светодиодным индикатором. Схема индикации», а так же выполнить расчеты электрических параметров печатного проводника, расчет технологичности конструкции. Разработать чертежи: сборочный чертеж, чертеж печатной платы конструкции.

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

.1 Микросхема КР1533ИР8

Изображение корпуса микросхемы КР1533ИР8 показано на рисунке 1.

Рисунок 1

микросхема печатный плата часы

Таблица 1

2.2 TA12-11EWA, 30мм матрица 5х7 красный ОА, 11мКд

Изображение корпуса матрицы TA12-11EWA показано на рисунке 2.

Рисунок 2

Таблица 2

.3 Резистор R2-R26

Изображение корпуса резистора показано на рисунке 3.

Рисунок 3

Таблица 3

2.4 Соединитель штыревой Х1PLS-40R

Изображение корпуса штыревого соединителя PLS-40R показано на рисунке 4.

Рисунок 4

Таблица 4

3. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

.1 Определение требований к печатной плате

Исходными данными курсового проекта является аддитивный метод изготовления печатной платы. Исходя из этого, в качестве материала печатной платы выбираем стеклотекстолит теплостойкий армированный с алюминиевым протектором(СТПА-5-1), который имеет следующие параметры:

1) толщина фольги, мкм 5;

2)      толщина материала, мм 0,1…2;

)        Поверхностное сопротивление, Ом 5*1011;

)        удельное объемное сопротивление, Ом 1*1011;

)        прочность отделения 3 мм полоски фольги от

)        диэлектрического основания, Н 3,6;

)        водопоглощение, % мг менее 15;

)        стойкость к воздействию ванны для пайки °С/°с 260/30.

Определим общую требуемую площадь печатной платы. Для этого рассчитаем площади всех установленных элементов:

1. SDD1-DD5 =(19.5x7.5)х5=731.25 мм2;

2.       SHG1-HG5 = (39.2x22.9)х5=4488.4мм2;

3.       SR1-R25=(2.2x6)x25=330мм2;

4.       Sх1= (2.54х2.54)х11 = 70.96 мм2.

Общая площадь установленных элементов определяется по формуле

S=∑Sэл-ов; (1)

S=731.25+4488.4+330+70.96 = 5620.61мм2;

Для определения окончательно требуемой площади печатной платы умножим площадь элементов на коэффициент заполнения. Коэффициент заполнения может лежать в интервале от 1,5 до 3.

Выберем значение К=3 для оптимального заполнения и теплоотвода.

S=SппxK=1780.6324x3≈16861.83мм2;

На основании данной площади рассчитаем размеры сторон печатной платы. На основании п.5.1.2 ГОСТ Р 53.429-2009 «Печатные платы. Основные параметры конструкции» стороны должны быть кратны 2,5 мм, следовательно, стороны равны 175x100.

На основании расчетов ширины печатных проводников, диаметров отверстий, приведенных в п. 4.1ПЗ, и ГОСТ Р53.429-2009«Платы печатные. Основные параметры конструкции» устанавливаем 3-й класс точности печатной платы.

Длятретьего класса точности устанавливаем:

)   Расстояние между проводниками, мм 0,25;

2)      Предельное отклонение размеров проводящего рисунка, мм±0,10;

)        Позиционный допуск расположения печатного проводника, мм 0,05;

)        Предельные отклонения диаметров отверстий:

- до 1 мм +0.. -0,10;

свыше 1 мм +0,05.. -0,15;

5) Гарантийный поясок меди контактной площадки, мм 0,10;

6)      Предельные отклонения ширины печатного

)        проводника, контактной площадки, концевого

)        печатного контакта ±0,05 мм;

)        Значения допустимых рабочих напряжений между

)        между элементами проводящего рисунка, расположенных:

)        - в соседних слоях печатной платы 50 В;

)        Допустимую токовую нагрузку на элементы

)        проводящего рисунка 100 А/мм2.

3.2 Описание сборочного чертежа печатной платы. Требования к формовке выводов, лужению и пайке

Сборочный чертеж печатной платы представлен в графической части. Лист 2. Для изготовления «Часов - будильника с матричным светодиодным индикатором. Схема индикации» был выбран аддитивный метод изготовления печатной платы. Для выполнения трассировки было решено изготавливать одностороннюю печатную плату. Материал был выбран стеклотекстолит теплостойкий армированный с алюминиевым протекторомСТПА-5-1. Согласно расчетам, приведённым в пункте 3.1, печатная плата имеет размеры 175х100 мм. Толщина диэлектрического основания платы была выбрана 1мм.

При размещении элементов на печатной плате был применен системный подход, так как было необходимо с одной стороны обеспечить плотную компоновку элементов, а с другой обеспечить наилучшие условия для трассировки, так как в схеме присутствуют 5 интегральных схем. В итоге было выбрано размещение элементов без применения регулярной структуры.

Монтаж элементов на плате проводить в соответствии с требованием ГОСТ 29.137-91 «Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы». Поэтому минимальный размер от корпуса до места изгиба при формовке вывода установлен:

Для резисторов, конденсаторов 0,5 мм;

Для микросхем 1,0 мм;

Для полупроводниковых приборов 2,0 мм;

Минимальный внутренний радиус изгиба вывода,мм:

для вывода толщиной до 0,5 мм, включительно 0,5;

для вывода толщиной от 0,5 до 1,0, включительно 1,0;

для вывода толщиной свыше 1,0 1,5;

При обрезке выводов нужно учитывать, что за основания платы выводы должны выступать не менее чем по 1 мм с каждой стороны. В нашем случае, при толщине печатной платы 1 мм длина ножек должна быть не менее 3-4 мм.

Пайку проводить в соответствии с требованиями ГОСТ 23.592-96 «Общие требования к объемному монтажу изделий электронной технике и электротехнических». При пайке элементов следует использовать припой ПОС-61 в соответствии с ГОСТ 21.930. Температуру паяльника установить в пределах от 240 до 280 ˚С. Время пайки на должно превышать 5с. Использовать флюс-гель марки ТТ.

4. РАСЧЁТНЫЙ РАЗДЕЛ

.1 Расчет электрических и конструктивных параметров элементов печатной платы

Расчет электрических и конструктивных параметров состоит из расчета диаметров монтажных и переходных отверстий, контактных площадок, ширины печатного проводника и падения напряжения на печатном проводнике.

При компоновке радиоэлектронной аппаратуры должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями, их устойчивость и стабильность, требования прочности и жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта.

Также необходимо учитывать дополнительные требования: длина печатных проводников должна быть минимальна; количество пересечений печатных проводников должно быть минимально.

Диаметр монтажного отверстия рассчитывается по формуле:

dотв>dв + ∆ + 2hг + δд

∆ - зазор между выводом и монтажным отверстием, 0,5 мм;

hг - толщина гальванически наращенной меди, 0,005 мм;

δд - погрешность диаметра отверстия, ±0,01мм.

Рассчитаем диаметры отверстий для каждой группы элементов. Группы были созданы по принципу диаметра вывода. Таким образом было создано 3 группы отверстий.

Диаметр монтажного отверстия для DD1-DD2,HG1-HG5

dотв=0,5+0,5+2х0,005+0,01=1,02 мм;

Диаметр монтажного отверстия для R1-R25

dотв=0,6+0,5+2х0,005+0,01=1,12 мм;

Диаметр монтажного отверстия для X1

dотв=0,64+0,5+2х0,005+0,01=1,16 мм.

Диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле 3:

dкп = dотв + 2b + c,

где dотв - диаметр монтажного отверстия;

b - минимально необходимая радиальная ширина кольца, 0,55 мм;

с - технологический коэффициент погрешности производства, ±0,05 мм.

Диаметр контактной площадки дляDD1-DD2,HG1-HG5

dкп=1,02+1,1+0,1=2,22 мм;

Диаметр контактной площадки дляR1-R25

dкп=1,12+1,1+0,1=2,32 мм;

Диаметр контактной площадки дляX1

dкп=1,16+1,1+0,1=2,36 мм.

Для определения ширины печатного проводника необходимо расчитать суммарный ток. Для этого перечислим ток потребления для каждого элемента

.   КР1533ИР8 - 27мА;

2.       TA12-11EWA - 30мА;

.        МЛТ 0,125 - 0.625мкА.

Суммарный ток, проходящий по печатному проводнику, рассчитывается по формуле:

I=I1+I2+…+In

I=27*10-3*5+30*10-3*5+0.625*10-6*25= 285.015мА≈0,285 А

Ширина печатного проводника рассчитывается по формуле:

t ≥I/ γдоп*h

где h- толщина проводника, 0.005 мм;

γдоп-допустимая плотность тока, 100 А/мм2;

h- Толщина печатного проводника, мм;

I-ток проходящий через печатный проводник, А.

t=0.285/100*0.005=0.00057=0.57 мм.

Исходя из значения толщины печатного проводника согласно ГОСТ 53.429-2009 «Платы печатные. Параметры и конструкции» по таблице №3 ГОСТа выбираем класс точности 3.

Рассчитаем сопротивление проводника.

Сопротивление печатного проводника рассчитывается по формуле:

R=ƿ*(Ln/t*h)

где Ln - длина печатного проводника,мм;

ρ - удельное электрическое сопротивление проводника, 0,02Ом×мм2/м;

t - ширина печатного проводника, мм;

h - толщина печатного проводника, мм.

R=0.02*(0.23/(0.57*0.005))=1.61 Ом.

Падение напряжения рассчитаем по формуле:

U= γдоп* ƿ* Ln

U=100*0,02*0,23=0,46 В;

4.2 Расчёт надёжности

.2.1 Уточнённый расчёт надёжности

Чтобы рассчитать уточнённый расчёт надёжности нужно:

элементы системы разбить на группы с одинаковым отказом (λ0i);

посчитать число элементов в каждой группе (Ni).

рассчитать коэффициент нагрузки для электро-радио элементов (Кн). По справочнику определить коэффициент режимов (Кр) в зависимости отКн и температуры:Кр= f (Кн , t).

рассчитать λэдля интегральных микросхем:

λэимс = λ0i *λэ *Ксл*Кпопр

рассчитать интенсивность отказа λэ для

ЭРЭ: λээрэ= λ0i *Кэ*Кр

вычислить λсистему:

λс = эi* Ni

где Ni - количество элементов в группе;

рассчитать среднюю наработку до первого отказа tср:

tср=1/λс;

рассчитать вероятность безотказной работыP(t) и построить график:

P(t)=e-λс * t.

Пайка: 5*14+5*12+25*2+11*1= 191

λс= 15.565*10-6(1/час)

tср=1/λс=1/15.565*10-6= 64246.71 (часа)