Ćwiczenie wprowadzające

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA I KONSTRUKCJA URZĄDZEŃ Projektowanie Ćwiczenie wprowadzające Multiwibrator z układem timera NE555 1. Przygotowanie do pracy z pakietem oprogramowania PADS firmy Mentor Graphics Wszystkie pliki z zadaniami wykonywanymi w czasie zajęć projektowania powinny być zapisywane na dysku D:\ w odpowiednim katalogu, a po zakończeniu zajęć winny zostać każdorazowo przesunięte do indywidualnej pamięci nieulotnej USB (pen-drive, USB Flash Drive) studenta realizującego projektowanie (pliki te mogą zostać usunięte przez administratora sieci laboratoryjnej). W tym celu należy w katalogu D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J (gdzie litera J = A, B, C,, J oznacza grupę odbywającą zajęcia w określonym terminie) utworzyć podkatalog z nazwiskiem studenta (np. D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J\Kowalski) do którego będą zapisywane wszystkie pliki tymczasowe z wykonywanymi przez studenta zadaniami (poza plikami biblioteki własnej użytkownika, który znajdować się powinien w katalogu D:\IMiKU\LIB\student.*. Ponadto w podkatalogu D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J\Kowalski należy utworzyć dodatkowo podkatalogi, wymagane do zapisu plików roboczych przez program PADS: D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J\Kowalski\CAM do zapisywania plików zbiorów wyjściowych (drukarki, fotoplotera, wiertarki numerycznej), D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J\Kowalski\LogicFiles do zapisywania plików z programu PADS Logic (m.in. schematów, sieci połączeń netlist, raportów w tym wykazu elementów bill of materials), D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J\Kowalski\Files do zapisywania plików z programu PADS Layout (m.in. projektów PCB, raportów). W celu utworzenia katalogu plików biblioteki elementów własnych użytkownika należy cztery pliki: student. ld07, student.ln07, student.pd07 oraz student.pt07, znajdujące się w katalogu sieciowym \\nmkzl1\public\im\lib\*.* (niezbędne w takiej lokalizacji z uwagi na konfigurację programu), a nie zawierające żadnych elementów bibliotecznych przekopiować do katalogu D:\IMiKU\LIB\student.*. Do plików tych należy zapisywać tworzone w trakcie projektowania własne elementy biblioteczne, a po zakończenie pierwszych zajęć projektowych należy je skopiować na własny nośnik (pen-drive), jak również przekopiować na ten nośnik całą zawartością swojego katalogu roboczego D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\ \J\Kowalski. Przystępując do kolejnych zajęć należy (odwrotnie) do katalogu D:\IMiKU\LIB\student.* przekopiować z pen-drive a swoje własne pliki biblioteczne student. ld07, student.ln07, student.pd07 oraz student.pt07, jak również przekopiować z pendrive a swoje pliki robocze do katalogu D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J\Kowalski. 1

Kilka wstępnych uwag pomocniczych 1. W programie PADS Logic wyboru trybu rysowania dokonuje się wybierając ikonę paska edytora schematów Schematic Editing Toolbar, następnie z tego paska ikonę kreślenia linii Create 2D Line i po kliknięciu w menu kontekstowym, wywoływanym prawym klawiszem myszy, na opcję Polygon, Circle, Rectangle, lub Path. 2. Aby zakończyć operację dodawania elementów bibliotecznych do rysowanego schematu, należy wywołać menu kontekstowe i wybrać polecenie Cancel lub nacisnąć klawisz Esc. 3. Aby w programie PADS Logic zakończyć pracę edytora elementów Tools/Part Editor i powrócić do rysowanego schematu, należy wybrać polecenie File/ExitPartEditor. 5. Ustawienia wielkości symbolu węzła sieci (rozmiar punktu wspólnego wielu połączeń tie dot) dokonuje się w opcji menu głównego Tools/Options, zakładka Design, pole Parameters/TieDotDiameter wpisując wartość 50. 6. Parametry trasowania ścieżek należy ustawić korzystając z polecenia menu głównego Setup/DesignRules, a w oknie Rules wybierając przycisk Default. Należy następnie w oknie Default Rules wybrać przycisk Clearance, a w wywołanym oknie Clearance Rules wprowadzić w odpowiednie pola wartości dla szerokości ścieżek (pole Trace Width) oraz odstępów między elementami obwodu drukowanego (pole Clearance). Wracajac do okna Default Rules i korzystając z opcji Routing i usunąć z pola Layer Biasing/Selected Layers warstwę TOP, aby w przypadku projektowania układu do montażu przewlekanego z drukiem jednostronnym, połączenia były trasowane domyślnie na warstwie BOTTOM (dolna strona płytki, ścieżki domyślnie w kolorze niebieskim). 2. Edycja schematu multiwibratora Program PADS Logic uruchamia się przez wybranie ikony PADS Logic na pulpicie. Ustawienia wstępne w tysięcznych częściach cala mils (wpisywane po wybraniu z menu głównego opcji Tools): Tools/Options zakładka General: pole Grids / Display Grid: 100 Tools/Options zakładka Design: pole Sheet / Size: A4 Tools/Options zakładka Design: pole Parameters / Tie Dot Diameter: 50 Przed rozpoczęciem rysowania schematu należy usunąć ramkę projektu wczytywaną domyślnie przez program wybierając ikonę Delete na standardowym pasku narzędzi, wskazując ramkę i wciskając następnie lewy klawisz myszy. Nową ramkę rysuje się otwierając za pomocą ikony Schematic Editing Toolbar standardowy pasek narzędzi edycji schematów, z którego wybiera się ikonę kreślenia linii Create 2D Line. Wyboru trybu rysowania dokonuje się w menu kontekstowym wywoływanym prawym klawiszem myszy (opcja polygon - wielokąt zamknięty, circle - okrąg, rectangle - prostokąt, path - linia), zaś tekst w tabelce wpisuje się przy użyciu ikony Creat Text. Arkusz projektu ze schematem zapisać należy w katalogu D:\IMiKU\PADSpliki_laboratoryjne\J\Kowalski\LogicFiles jako plik o nazwie 555.sch. 2

Rys. 1. Schemat multiwibratora Elementy pobiera się z bibliotek przez wybranie na standardowym pasku narzędzi ikony paska Schematic Editing Toolbar, z którego wybiera się ikonę Add Part, a następnie w oknie Add Part from Library w polu Filter wybiera się pożądany element z odpowiedniej biblioteki. Rezystory do układu 555 pobiera się z biblioteki misc rezystor RES-1/8W (wyszukiwanie wstępne można realizować wpisując np. jako nazwę szukanego elementu R*, bądź * dla dowolnego elementu z danej biblioteki). W celu umieszczenia na schemacie właściwego symbolu rezystora w określonym miejscu, należy, w momencie gdy element dołączony jest do kursora myszy, kliknąć prawym przyciskiem myszy i korzystając z opcji Alternate menu kontekstowego wybrać odpowiedni symbol graficzny (Gate Decal) rezystora (np. RESB-V). Informacje o wybranym elemencie są wyświetlane na pasku statusu w lewym dolnym rogu ekranu. Przesunięcia, obrotu, a nawet zmiany symbolu graficznego elementu na alternatywny można dokonać, po zaznaczeniu danego elementu, z menu kontekstowego (prawy przycisk myszy) za pomocą polecenia Move, a następnie przez ponowne wciśnięcie prawego klawisza myszy i wybranie pożądanej opcji z menu kontekstowego. Zakończenie operacji dodania elementu następuje po wywołaniu menu kontekstowego i wybraniu opcji Cancel lub po naciśnięciu klawisza Esc. Układ scalony NE555 pobiera się z biblioteki signetic, a kondensator C1 z biblioteki misc wybierając element CAP-CK06. Aby dodać element z biblioteki do edytowanego schematu na arkuszu roboczym, powinien on występować w bibliotece programu PADS Logic/PADS Layout jako Part Type. Zawierać on musi zawsze trzy niezbędne elementy składowe: symbol graficzny Gate Decal (projektowany w PADS Logic), 3

fizyczną obudowę elementu z wyprowadzeniami czyli PCB Decal - tzw. footprint (projektowaną w PADS Layout), zbiór parametrów elektrycznych (definiowany w PADS Logic Tools/Part Editor ikona Edit Electrical). Pliki bibliotek użytkownika zapisuje się w katalogu roboczym elementów biblioteki własnej użytkownika D:\IMiKU\LIB\student.*. Dwupinowe złącze J1 (piny J1-1 oraz J1-2 na rys.1) należy utworzyć jako własny element biblioteczny 9element biblioteki użytkownika) o nazwie GNIAZDO-2P korzystając z gotowych symboli graficznych Gate Decal oraz obudowy PCB Decal innych elementów (connectors) z bibliotek programu. W tym celu należy z menu głównego wybrać opcję Tools/Part Editor, a następnie w edytorze elementów opcję File/New, po czym w oknie Select type of editing item zaznaczyć element Connector. Następnie kliknąć ikonę Edit Electrical w pasku narzędzi i w oknie Part Information for Part NEW_CONNECTOR w zakładce Pins dodać poleceniem Add Pin dwa piny o numerach, odpowiednio, 1 i 2. W zakładce PCB Decals w polu Library wybrać opcję All Libraries, w polu Filter wpisać SIP-2P i wcisnąć przycisk Apply, po czym występującą w polu Unassigned Decals obudowę common:sip-2p przypisać tworzonemu złączu wciskając przycisk Assign>>. W zakładce Connector wcisnąć przycisk Add, a następnie w polu Special Symbol po wciśnięciu opcji Edit wpisać EXTIN, po czym ponownie wcisnąć przycisk ADD i powtórzyć tę operację wpisując teraz w polu Special Symbol poniżej EXTOUT. Zaprojektowane w ten sposób złącze należy zapisać jako GNIAZDO-2P w bibliotece użytkownika (D:\IMiKU\LIB\student.*. Aby zakończyć pracę w edytorze elementów i powrócić do arkusza roboczego projektu należy wybrać polecenie File/ExitPartEditor. Nie występujący w bibliotekach programu, z uwagi na wymagany przez polskie normy inny symbol graficzny, kondensator elektrolityczny C2, należy zaprojektować samodzielnie i zachować również w bibliotece użytkownika D:\IMiKU\LIB\student.*. Projekt kondensatora elektrolitycznego C2 jako własnego elementu biblioteki użytkownika rozpoczyna się zaprojektowaniem obudowy PCB Decal w programie PADS Layout (ikona skrótu do programu znajduje się na pulpicie) po wybraniu z menu głównego opcji Tools/Options zakładka Grids: i wpisaniu w polu Display Grid: X: 100, Y: 100. Projektowanie obudowy odbywa się przez wybranie w opcji Tools/PCB Decal Editor odpowiednio ikon: Drafting Toolbar, 2D Line, a następnie opcji Circle z menu kontekstowego (prawy przycisk myszy) dla kondensatora elektrolitycznego w obudowie okrągłej. Pola lutownicze wstawia się przez wybór ikony Terminal. Po wyjściu z trybu Drafting wybierając prawym przyciskiem myszy w menu kontekstowym opcję Select Terminals, a następnie klikając na odpowiednie pole lutownicze wywołuje się nowe menu kontekstowe, w którym zaznacza się opcję Properties. Pojawia się okno kontekstowe Terminal properties, w którym korzystając z przycisku Pads Stack można w oknie dialogowym Pad Stack Properties for Pin to pole lutownicze modyfikować według poniższego opisu (na odpowiedniej warstwie lub lepiej na wszystkich warstwach): typ punktu lutowniczego (pole Parameters, Diameter - 100, Inner - 25, Drill Size - 0. Opcją Setup/Set Origin ustawiony zostaje punkt zaczepienia tego elementu na arkuszu roboczym. Zaprojektowaną obudowę PCB zapisuje się do biblioteki użytkownika jako ELCAP. 4

W celu zaprojektowania dwóch pozostałych składowych nowego elementu (symbolu graficznego Gate Decal oraz parametrów elektrycznych Electrical, w programie PADS Logic należy wybrać w menu głównym opcję edytora elementów bibliotecznych File/Library, a w oknie Library Manager bibliotekę użytkownika D:\IMiKU\LIB\student.*. Jak już wspomniano, w bibliotece tej przechowywane są wszystkie elementy zaprojektowane przez użytkownika programu. Zbiór parametrów elektrycznych nowego elementu ustala się wybierając przycisk Parts w polu Filter, a w polu Part Types przycisk New, a następnie przycisk Close zamykający to okno. W oknie Part: NEW_PART* wybiera się z menu ikonę Edit Electrical wpisując odpowiednie dane do określonych pól z opisem elektrycznym elementu. I tak należy dodać w zakładce Pins dwa piny kondensatora o numerach, odpowiednio, 1 i 2, natomiast w zakładce General w polu Logic Family skrót CAP dla kondensatora. Następnie w zakładce Attributes dodaje sie dwa nowe atrybuty o nazwach (Attributes) oraz wartościach (Value), odpowiednio: Value: 10uF Voltage Rating: 25V W zakładce Gates należy dodać symbol graficzny wpisując w polu CAE Decal: ELCAP, a w zakładce PCB Decals w polu Unassigned Decals występującą tam utworzoną obudowę kondensatora ELCAP należy zaznaczyć i przyciskiem Assign >> przenieść do pola Assigned Decals. Tak utworzony element biblioteki użytkownika należy zapisać do biblioteki D:\IMiKU\LIB\student.* jako ELCAP. Tworzenie symbolu graficznego kondensatora elektrolitycznego odbywa się również w oknie Part: NEW_PART* przy użyciu ikony EditGraphics i po wpisaniu w oknie Select Gate Decal w polu Decal: ELCAP oraz akceptacji komunikatu: Selected Gate Decal does not exist Creating Decal ELCAP. Symbol kondensatora elektrolitycznego rysuje się wybierając ikonę paska Decal Editing Toolbar, a następnie ikonę Create 2D lines (w opcji Polygon dostępnej po kliknięciu prawego klawisza myszy w menu kontekstowym). Ujemną okładzinę kondensatora wypełnia się klikając na ikonę opcji Modify 2D Line, a następnie wybierając w menu kontekstowym opcję Filled. Do symbolu kondensatora należy dołączyć wyprowadzenia elektryczne przez wybranie z paska narzędzi ikony Add Terminal, po czym z okna Pin Decal Browse w polu Pins elementu PIN. Numeracja wyprowadzeń kondensatora odbywa się po wybraniu ikony Set Pin Number. Należy również w opcji Create 2D lines narysować znak + przy okładzinie dodatniej kondensatora. Na zakończenie w opcji Setup / SetOrigin z menu głównego należy ustawić punkt zaczepienia elementu (Origin), zwykle na końcu jednego z wyprowadzeń. Powrót do edytora bibliotek następuje przez wybór opcji File/Return to part. Zaprojektowany symbol kondensatora należy zapisać do swojej biblioteki użytkownika w katalogu D:\IMiKU\LIB\student.*. Powrót do schematu następuje opcją File/Exit Part Editor. Atrybuty elementów znajdujących się już na schemacie można zmienić zaznaczając określony element i prawym przyciskiem myszy wybierając opcję Properties. W atrybutach elementu zamienia się wartości lub znaki zapytania w polu Value na: 100k dla rezystorów, 5

10n dla kondensatora C1 i 10μ dla kondensatora C2 (dla którego wpisuje się też dodatkowy atrybut Voltage Rating - 25V). Połączenia elektryczne elementów realizuje się wybierając ikonę Add Connection. Symbole masy (uziemienia) i zasilania dołącza się w czasie rysowania połączeń elektrycznych wybierając je z listy pojawiającej się przy kliknięciu prawym przyciskiem myszy w trakcie prowadzenia połączenia od końcówki elementu. Symbolowi zasilania należy przypisać sieć połączeń +15V zaznaczając ten symbol, wywołując następnie prawym przyciskiem myszą w menu kontekstowym opcję Properties i wpisując w polu Net Name rozwijanego menu +15V. Kompletny schemat należy zapisać do katalogu D:\IMiKU\PADSpliki_laboratoryjne\J\Kowalski\LogicFiles. W celu rozpoczęcia projektowania płytki drukowanej należy utworzyć listę połączeń (netlist). Tworzy się ją przez wybranie opcji Tools/Layout netlist (należy w oknie Netlist to PCB wyłączyć opcję Include Net Attributes). Listę połączeń zapisuje się w katalogu D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J\Kowalski\LogicFiles (plik 555.asc). 3. Projektowanie obwodu drukowanego Wybierając na pulpicie ikonę programu PADS Layout uruchamia się program projektowania mozaiki obwodu drukowanego. W ustawieniach programu opcja Tools/Options/Grids: należy wpisać wielkość rastru siatki widocznej na ekranie w polu Display Grid: X: 100, Y: 100. Parametry trasowania ścieżek należy wpisać korzystając z opcji Setup/DesignRules, a następnie wciskając przycisk Default wywołać okno z przyciskiem Clearance, po wcisnięciu którego wpisać odpowiednie wartości dla szerokości ścieżek Trace Width (Minimum: 25, Recommended: 30, Minimum: 250) i odstępów między elementami projektu (Clearance: 25) dla montażu przewlekanego. Wybierając w oknie Default Rules przycisk Routing należy usunąć z pola Layer Biasing / Selected Layers warstwę TOP, aby dla montażu przewlekanego domyślnie połączenia były trasowane jedynie na warstwie BOTTOM. Korzystając z opcji File/Import należy wczytać listę połączeń net list (555.asc). Jeżeli nie było błędów, to po pobraniu elementów z odpowiednich bibliotek w dolnym lewym narożniku obszaru roboczego pojawią się elementy (widoki obudów elementów) oraz odpowiednie połączenia logiczne między nimi przeniesione ze schematu. Należy następnie narysować obrys płytki drukowanej korzystając z ikony Drafting Toolbar standardowego paska narzędzi, a następnie z ikony Board Outline and Cut Out. Elementy przemieszcza się porządkując ich rozmieszczenie na płytce korzystając z paska narzędzi Design Toolbar oraz ikony Move z tego paska. Po ustawieniu elementów projekt zapisuje się wstępnie jako plik o nazwie 555. Korzystając następnie z narzędzi udostępnionych ikoną Add Route należy zamienić ręcznie połączenia logiczne na ścieżki obwodu drukowanego. Należy pamiętać, że wszystkie połączenia elektryczne (ścieżki, punkty lutownicze) powinny znajdować się na warstwie Bottom, a zatem być poprowadzone (zgodnie z domyślnym ustawieniem kolorów w programie) kolorem niebieskim. Zaprojektowaną płytkę PCB należy zapisać jako plik 555.pcb do podfolderu D:\IMiKU\PADS-pliki_laboratoryjne\J\Kowalski\Files. 6