Реферат: Проектування друкованих плат пристроїв комп’ютерних систем
ПОЯСНЮВАЛЬНАЗАПИСКА
докурсової роботи за курсом
«АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЕКТУВАННЯ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ»
натему «Проектування друкованих платпристроїв комп’ютерних систем»
РЕФЕРАТ
Пояснювальназаписка до курсової роботи:
59 стор., 48рис., 3 табл.
Метою курсовоїроботи є:
· Оволодіннянавиками формування опису логічного елементу в середовищі системи проектуванняPCAD. Структура формованого опису повинна відповідати стандартній структуріопису логічного елементу, прийнятого в системі проектування PCAD.
· Вивченняпринципів і оволодіння навиками проектування принципових електричних схем вредакторі PCAD Schematic. У цьому редакторі здійснюється розміщення умовногографічного позначення (УГП) елементів на робочому полі редактора, проведенняелектричних споучень між елементами, привласнення елементам позиційнихпозначень, формування шин і т.п.
· Оволодіннянавиками трасування печатних сполучень в САПР PCAD.
Зміст
ВСТУП
1 ПОБУДОВА КОММУТАЦІЙНОЇ СХЕМИ. ПОДАННЯКОММУТАЦІЙНОЇ СХЕМИ У ВИГЛЯДІ ГРАФІВ І МАТРИЦЬ
2 КОМПОНОВКА ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ В ВУЗЛИ
2.1 Послідовний алгоритм компоновки
2.2 Мінімізація числа міжвузлових сполучень.
3 РОЗМІЩЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ НА ПЛАТІ
3.1 Послідовний алгоритм розміщення
3.2 Ітераційний алгоритм розміщення елементів наплаті
4 ТРАСУВАННЯ СПОЛУЧЕНЬ
4.1 Алгоритм Лі
4.2 Алгоритм Хейса
5 РОЗПОДІЛ СПОЛУЧЕНЬ ПО ШАРАХ
6 РОЗРОБКА БІБЛІОТЕКИ ЕЛЕМЕНТІВ В САПР PCAD
6.1 Створення символу компоненту в PCAD Schematic
6.2 Створення корпусу компонентів в PCAD PCB
6.3 Створення компоненту за допомогою LibraryExecutive
7 РОЗРОБКА СЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ В САПРPCAD
7.1 Завантаження бібліотек
7.2 Розміщення компонентів на схемі
7.3 Розміщення електричних ланцюгів
7.4 Розміщення шин
7.5 Створення списку з'єднань
8 РОЗМІЩЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ НА ПЛАТІ В САПР PCAD
8.1 Упаковка схеми на друкарську плату
8.2 Розміщення компонентів на платі
9 ТРАСУВАННЯ ПЕЧАТНИХ СПОЛУЧЕНЬ ПЕЧАТНОЇ ПЛАТИ ВСАПР PCAD
9.1 Установка кроку сітки
9.2 Установка зазорів між провідниками
9.3 Автотрасувальник Quick Route
9.4 Обмеження для QuickRoute:
10 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ КОНТРОЛЬ ПЕЧАТНОЇ ПЛАТИ.
ВИСНОВОК
ЛІТЕРАТУРА
ВСТУП
Курсова роботаорієнтована на синтез та дослідження проектування друкованих плат, застосуванняалгоритмів розміщення елементів (послідовний алгоритм та оптимізація) надрукованій платі, компоновки (послідовний алгоритм та метод парних перестановокдля оптимізації), трасування сполучень (алгоритми Лі та Хейса), розподілу пошарах.
Також в курсовійроботі передбачається використання спецілаізованого програмного забезпечення –системи автоматизації проектування PCAD, а саме оволодіння навиками формуванняопису логічного елементу в середовищі системи проектування PCAD, вивченняпринципів і оволодіння навиками проектування принципових електричних схем вредакторі PCAD Schematic, оволодіння навиками трасування печатних сполучень вСАПР PCAD.
1 ПОБУДОВА КОММУТАЦІЙНОЇСХЕМИ. ПОДАННЯ КОММУТАЦІЙНОЇ СХЕМИ У ВИГЛЯДІ ГРАФІВ І МАТРИЦЬ
Елементамикомутаційної схеми є автономні конструктивні одиниці — мікросхеми. Для переходувід принципової схеми до комутаційної необхідно на принциповій схемі виділитигрупи елементів, що складають окремі мікросхеми і замінити їх одним елементомкомутаційної схеми.
Перехід віделектричної принципової схеми до комутаційної схеми виконується в наступнійпослідовності:
Всі елементисхеми зображуються в вигляді умовних графічних позначок, у виглядіпрямокутника, всередині якого записаний порядковий номер елементу (мікросхеми).При цьому різноманітні логічні елементи, розташовані в одному корпусімікросхеми. Контакти роз’єму, т. т. Всі вхідні і вихідні сигнали, вважаютьсяконтактами фіктивного елементу D0.
На рис. 1.3.наведена комутаційна схема, відповідна принциповій схемі, зображеній на рис.1.2. Всі електричні ланцюги комутаційної схеми послідовно нумеруються: V1,V2,...V38.
Кожнийелектричний ланцюг (безліч еквіпотенційних виводів елементів називаєтьсякомплексом. Існує також поняття елементного комплексу. Елементний комплекс — цебезліч елементів комутаційної схеми, об'єднаних одним електричним ланцюгом. Всіелементні комплекси на комутаційній схемі необхідно пронумерувати послідовнимрядом чисел, починаючи з одиниці. Номера елементних комплексів доцільнопроставляти у контактів всіх елементів, об'єднаних одним елементним комплексом.
Граф елементнихкомплексів (ГЕК) складається з: вершин, відповідних елементам (тип D); вершин,відповідних елементним комплексам (тип V); ребер, відповідних електричнимсполученням.
/>
Рисунок.1.1 – Прилад
/>
Рисунок.1.2 — Мікросхеми
/>
Рисунок.1.3 – Комутаційна схема
ГЕК можна описатиза допомогою матриці елементних комплексів Q
(рис. 1.4): />
Q = ||qє||m ´n,
де m — кількістьелементів D; n — кількість ланцюгів.
Рисунок.1.4 — Матриця елементних комплексів (продовження)
V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 D0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 D1 1 1 1 1 1 D2 1 1 D3 D4 1 1 D5 1 1 1 1 1 1 1 1 D6 1 1 1 1 1 D7 V20 V21 V22 V23 V24 V25 V26 V27 V28 V29 V30 V31 V32 V33 V34 V35 V36 V37 V38 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1На рис. 1.5наведений зважений граф схеми (ЗГС). Він складається з: вершин, відповіднихелементам D0, D1,… …, D9, і ребер, щоз'єднають ці вершини. Ребро, що з'єднує вершини графа Di і Djз приписаною йому вагою, показує наявність і кількість зв'язків між елементамисхеми Ei і Ej.
/>
Рисунок.1.5 — — Зважений граф схеми
ЗГС можна уявитив вигляді матриці сполучень R (рис 1.6):
R=¦¦ r ¦¦m´m, rij — число зв'язків Diі Dj.
Матриця Rсиметрична відносно головної діагоналі. Крім Того rii=0, i=0, …, m-1.
1 2 3 4 5 6 7 4 4 2 7 7 7 1 4 1 2 2 1 1 2 2 3 4 1 2 4 2 2 3 5 7 2 2 2 1 6 7 3 1 7 7 2 2Рис.1.6 — Матриця сполучень
2 КОМПОНОВКА ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ В ВУЗЛИ2.1 Послідовнийалгоритм компоновки
Компоновкаелементів може здійснюватися різноманітними методами. В курсовій роботі застосованийпослідовний алгоритм компоновки.
Сутність задачіполягає в розподілі комутаційної схеми на частини (вузли) з наступнимиобмеженнями: кількість елементів (КЕ) вузла не повинна перевищувати 6,кількість зовнішніх виводів (В) вузла повинно бути менш або рівно 17. Валгоритмі закладений принцип мінімізації зовнішніх виводів вузла примаксимізації внутрішньо вузлових зв'язків.
Послідовністьрішення.
1. Перед початком компоновкибезліч нерозподілених елементів включає D0 (фіктивний елемент, що об'єднує всізовнішні виводи схеми), D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7.
2. Фіктивний елемент D0назначаємо в фіктивний вузол T0 (r=0). Після цієї безлічі нерозподіленихелементів Ir= (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7).
3. Починаємо компоновку вузла Т1(r=1) (табл. 2.1):
А) для кожного знерозподілених елементів (безліч Ir при r=1) обчислюємо функціонал L1 — кількість електричних ланцюгів (комплексів), якими даний елемент Xr зв'язаний збезліччю ще нерозподілених.
/>
де />
Ir — безлічнерозподілених елементів.
В якості базовогоелементу /> вузлаTr (при r=1) вибираємо перший по порядку елемент з максимальним значенням L1.Це D2. Елемент D2 виключаємо з безлічі нерозподілених елементів Ir (r=1).
Б) для кожного знерозподілених елементів розраховуємо значення функціонала L2, що показує числозовнішніх зв'язків вузла (отриманого доданням до вже розподіленого елементу D2чергового кандидата) з безліччю інших елементів схеми, включаючи D0.
Кількістьзовнішніх висновків вузла рівно числу ланцюгів, що зв'язують елементи вузла зелементами, що не входять до вузла. Ті елементи, для яких здійсненна умова L2/>В, (де В=17),виключаються на даному кроку з числа кандидатів в вузол, що формується; ціелементи позначені зірочкою.
/>
де /> — вузол з l елементами;
Ts — вузли, що сформувалися;
/>.
Для кандидатів, що залишилися розраховуємо функціонал L3. Функціонал L3 — це число ланцюгів,що з'єднують розглядуваний елемент-кандидат з безліччю елементів даного вузла.Для призначення в вузол вибираємо той елемент, що має максимальне значення L3.Якщо таких елементів декілька, то слід вибирати перший по порядку, що маєнайменшу величину L2. На даному кроку це D5.
Елемент D5виключаємо з безлічі нерозподілених. Отже, в перший вузол тепер розподіленіелементи D2 і D5. Формування вузла буде завершене, коли число елементів в ньомудосягне даного (КЕ=5), або не знайдеться жодного кандидата, додавання якого непорушить умови L2£ В (B=17).
В) Для елементів, що залишилися нерозподіленими, розраховуємо функціонали — L2, L3. По вищенаведеним правилам визначаємо черговий елемент вузла D4.
Г) В результатіаналогічних розрахунків визначаємо наступний елемент вузла Т1-D1. На цьомукомпоновка першого вузла завершена, тому що додавання наступного кандидатупорушить умову L2£ В (B=17).
Виконуємокомпоновку вузла Т2 (табл. 2.1, r=2.). Закінчення формування
цього вузлавідбувається по досягненню заданого числа елементів в вузлі
(КЕ=5) тавиконання умови L2£ В (B=17). Це елементи: D3, D7.
Д) Елемент D6, щозалишився, розміщуємо в вузол Т3 Всі
елементирозподілені.
Результатамикомпоновки є схеми внутрішньовузлових сполучень вузлів Т1, Т2, Т3.
Таблиця2.1 — Таблиця компоновки елементів схеми
r Dr1 L1 Gr1 Dr2 L2 L3 Gr2 Dr3 L2 L3 Gr3 Dr4 L2 L3 Gr4 Dr5 L2 L3 1 D1 1 D2 D1 8 1 D2 D1 14 1 D2 D1 17 1 D1 D3 22 - D2 4 D3 9 1 D5 D3 16 1 D4 D3 19 - D2 D6 21 - D3 2 D4 9 - D4 14 2 D5 D6 18 - D4 D7 24 - D4 4 D5 11 2 D6 20 - D7 21 - D5 D5 4 D6 14 - D7 17 2 D6 3 D7 11 2 D7 3 2 D3 2 D3 D6 16 D3 D6 23 - D6 D7 13 2 D7 D7 2 3 D6 2.2 Мінімізація числа міжвузлових сполученьОсновою даногоалгоритму компоновки є використання ітераційного процесу обміну місцямиелементів, що належать різноманітним вузлам з метою мінімізації числаміжвузлових сполучень.
Розглянемоітераційний алгоритм компоновки. Необхідно виконати компоновку елементів схемив вузли (кількість елементів N=7) з урахуванням заданих обмежень (кількістьелементів в вузлі не повинно перевищувати заданого значення КЕ). Можна вважати,що в кожному вузлі міститься максимальна кількість елементів (КЕ=6 длярозглядуваного прикладу). В випадку, коли в якому-або вузлі число елементів Кменш КЕ, необхідно додатково ввести Ng=KE-K фіктивних елементів, не зв'язаних зіншими елементами схеми.
За початковийможна прийняти варіант компоновки, отриманий після виконання послідовногоалгоритму. Виконаємо мінімізацію міжвузлових сполучень для початкового варіанту.
Приріст числаміжвузлових сполучень при обміні місцями елементів буде рівно [1]:
DL (x, y)=Ex+Ey — 2rxy,
де rxy — елементматриці R;
Ex=Lx — Fx, Ey=Ly- Fy;
Lx (Ly) і Fx (Fy)відповідно зовнішні і внутрішні сполучення елементів Dx, Dy.
При розрахункузовнішніх сполучень необхідно враховувати сполучення тільки між розглядуванимивузлами Т1, Т2. Зовнішні зв'язки з D0 можна не враховувати.
/>
Рисунок.2.1 — Мінімізація міжвузлових сполучень (крок 1)
d(4,6)=1+4-2*3=-1(покращеньнемає)
d(6,1)=4-2-2*0=2
d(6,2)=4-3-2*0=1
d(6,4)=4+1-2*3=-1(покращень немає)
d(6,5)=4-5-2*1=-3(покращень немає)
Елементи 6 та 1міняємо місцями
/>
Рисунок.2.2- Мінімізація міжвузлових сполучень (крок 2)
d(2,3)=1-1-2*0=0(покращень немає)
d(2,7)=1-0-2*2=-3(покращень немає)
d(1,6)=3-4-2*0=-1(покращень немає)
d(1,2)=3-1-2*1=0(покращень немає)
d(1,4)=3-5-2*0=-2(покращень немає)
d(1,5)=3-3-2*2=-4(покращень немає)
Введемо фіктивнийелемент 8 у вузол Т2
/>
Рисунок.2.3 — Мінімізація міжвузлових сполучень (крок 3)
d(2,8)=1-0-2*0=1
Елементи 2 та 8міняємо місцями
/>
Рисунок.2.4 — Остаточний варіант компоновки
Більше покращеньнемпє.
/>
Рисунок.2.5 — Комутаційна схема внутрішньовузлових сполучень вузла Т1
/>
Рисунок.2.6 — Комутаційна схема внутрішньовузлових сполучень вузла Т2
/>
Рисунок.2.7 — Комутаційна схема внутрішньовузлових сполучень вузла Т3
/>
Рисунок.2.8 — Схема міжвузлових сполучень
3 РОЗМІЩЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ НА ПЛАТІ3.1 Послідовний алгоритм розміщення
Мета етапу — оптимальне розміщення елементів на платі, використовуючи послідовний алгоритм.
Критеріямиоптимальності є: сумарна довжина сполучень на платі, число пересіченьсполучень, число шарів комутації. Для рішення задачі розміщення застосованийпослідовний алгоритм .
Суттєвість задачірозміщення полягає в наступному. Необхідно вибрати набір позицій для розміщенняелементів. Позиції (посадочні місця) типового елементу заміни розмістити в вузлахкоординатної сітки, як, наприклад, показано на рис. 3.1. Крок сітки, щовимірюється в умовних одиницях, рівний 1. Нумерація позицій в загальномувипадку може бути довільною, однак нумерацію потрібно виробляти так, щобвідстань між ni і ni+1 була мінімальною. Перший стовпчик сіткивідводиться для роз’єму.
Вхідними данимидля рішення задачі розміщення є матриця сполучень R (рис. 1.6) і матрицявідстаней Р=¦¦ рij ¦¦n´n, в який елемент рijдорівнює відстані між центрами позицій ni і nj. Матриця Р- симетрична, з нульовою головною діагоналлю (рii=0, i=1, 2,..., n).
/>
Рисунок.3.1 — Координатна сітка
Для наборупозицій, показаного на рис. 3.1 матриця Р має вигляд: