پنجشنبه , ۲۵ مرداد ۱۳۹۷
خانه » آموزش » آموزش الکترونیک » طراحی برد های الکترونیکی- بخش 1

طراحی برد های الکترونیکی- بخش 1

برای طراحی برد های الکترونیکی چند نکته نیاز است که در این بخش به چند مورد ان اشاره میکنیم.

در طراحی برد های الکترونیک می توان از نرم افزار های مختلف استفاده نمود مانند ALTIUM DESIGNER،EAGLE،PROTEUS  و… که  در ایران بیشترین طراحان و مهندسان از ALTIUM DESIGNER جهت طراحی شماتیک و PCB استفاده میکنند.

در طراحی یک برد الکترونیکی پارامتر های مهم و مختلف را باید در نظر گرفت که ممکناست  بعضی از ان ها در دید اولیه ساده باشد اما حاصل تلاش و تجربه مختلف مهندسین می باشد که در اختیار دیگران قرار میدهند .

برای برد هایی که با میکروکنترلر طراحی شده اند مهم ترین و اساسی ترین مبحث مربوط به تغذیه میکروکنترلر می باشد که شاید دوستان مهندس که تازه به طراحی برد الکترونیک مشغول شده اند به ان توجه نمیکنند.

در این مورد جهت طراحی بخش ها ی مختلف مدار و مباحث تغذیه چند مورد را خدمتتان عرض میکنیم.

۱: تغذیه اصلی میکرو

مهم ترین قسمت تغذیه مربوط به هسته اصلی میکروکنترلر می باشد.
ممکن است برای خیلی از شما دوستان عزیز پیش آمده باشد که برد شما در زمان تست عالی کار بکند ولی زمانی که بخش های مختلفی به مدار اضافه می شودو در محل اصلی نصب میگردد این دفعه مدار یک دفعه هنگ میکند و به عبارت ساده قفل میکند . یکی از مهم ترین دلیل هنگ کردن میکرو کنترلر ایجاد نابسامانی در تغذیه مدار می باشد(البته مبحث نرم افزار نیز وجود دارد که فعلا به ان نمی پردازیم) . یکی از بهترین تغذیه هایی که باید در مبحث میکروکنترلر از ان استفاده کرد ، تغذیه سوئیچینگ می باشد.

تغذیه سوئیچینگ دائم خروجی ولتاژ تولید شده را اندازه گیری و چک میکند و به اصطلاح فیدبک از خروجی ولتاژ خود دارد.
ای سی سوئیچینگ مدام در حال تنظیم و تثبیت ولتاژ می باشد و اگر ناگهانی از تغذیه مدار آمپر اضافه تر دریافت شود که باعث افت ولتاژ  شود سریعا ولتاژ را تنظیم میکند و مانع از افت ولتاژ و ایجاد ریپل می شود و این عمل خیلی سریع انجام میگرددبه طوری که تغذیه در طول زمان ثابت و یکنواخت می باشد.

آی سی های سوئیچینگ مختلف در بازار وجود دارد که مرسوم ترین ان آی سی LM2576 می باشد که در سری های مختلف ساخته شده است.
مانند LM2576-ADJ ،LM2576-5V ،  LM2576-3.3V

LM2576-3.3V : ولتاژ ۳.۳ ولت ثابت را برای جریان دهی بالا تولید میکند.

LM2576-5V  : ولتاژ ۵ ولت ثابت را برای جریان دهی بالا تولید میکند.

LM2576-ADJ : ولتاژ قابل تنظیم و دلخواه(مثلا ۴.۸ ولت)  را برای جریان دهی بالا تولید میکندکه مقدار ان قابل تنظیم می باشد.

در عکس شماتیک  زیر تغذیه ۵ ولت رگوله شده توسط ای سی سوئیچینگ تولید میگردد.

نکته:

۱:سلف را از نوع بشکه ایی مرغوب با آمپر دهی بالا تهیه نمایید.

۲:خازن های عدسی ۱۰۰ نانو فاراد  را از نوع مولتی لایر خریداری کنید.

۳:وجود خازن ۱۰۰۰ میکرو در نزدیکی خروجی سوئیچینگ قرار دهید.

۲: حذف نویز های ورودی میکرو

با این که برای تغذیه میکرو از سوئیچینگ استفاده میکنید ولی باز ممکن است نویز های محیطی از طریق مدارات و وسایل الکترونیکی دیگر به مدار وارد شود که باعث اختلال در میکرو خواهد شده به این دلیل از خازن ۱۰۰ نانوفاراد مولتی لایر در نزدیکترین پایه های تغذیه میکرو جهت حذف این نویز استفاده میشود .

در مدارات حتما این مورد را رعایت کنید و فاصله خازن تا پایه تغذیه مثبت و منفی را نزدیک قرار دهید حتی اگر تعداد پایه تغذیه میکرو ۵ عدد باشد برای هر تغذیه ۱ خازن جدا بگذارید.

برای بهتر شدن عمل میکرو ، با خازن ۱۰۰ نانو فاراد یک خازن الکترولیتی ۱۰ میکرو فاراد نیز موازی کنید . عکس زیر شماتیک خازن های تغذیه را نشان میدهد.

۳:پایه ریست میکرو

زمانی که تغذیه برد الکترونیکی در ابتدا وصل میشود چونجریان تغذیه آنی افزایش می یابدو ثابت نشده است ممکن است میکروناپایدار  روشن شود .
برای جلوگیری از این امر از ریست کردن میکرو به صورت فیزیکی در ابتدای روشن شدن مدار استفاده میکنیم. برای این عملپایه ریست میکرو توسط خازن به زمین مدار متصل شده و همچنین با مقاومت دیگر به مثبت مدار متصل میگردد و پول می شود.

در ابتدای وصل شدن تغذیه چون خازن دشارژ هست به صورت اتصال کوتاه عمل میکندو ومیکرو ریست هستسپس توسط مقاومت، خازن شارژ میشود و بعدبه صورت اتصال باز عمل میکند و میکرو روشن میگردد . تمامی این مراحل خیلی سریع اتفاق می افتد و تغذیه مدار هم STABLE شده است.

به جای خازن c11 در  عکس زیر میتوانید خازن ۱۰ میکرو فاراد نیز قرار دهید.

۴:POLYGON 

از موارد مهم دیگر در بحث سخت افزار هنگام طراحی فیبر مدار چاپی استفاده از پلیگان می باشد.  زمانی که طراحی فیبر شما تمام شد مابقی فضاهای خالی فیبر  را باید با خطوط پر کنید و ان ها را به زمین مدار وصل نمایید.
در واقع با این کار شما نویز های وارد شده از محیط به فیبر شما توسط این خطوط دریافت شده و به زمین منتقل میگردد و مانع از گسترش ان در فیبر میگردد و همانند یک انتن که امواج را دریافت میکند این خطوط نویز ها را دریافت کرده و مانع از ایجاد قفل و هنگ کردن میکرو میشود .

در عکس بالا فیبر دورو طراحی شده نشان داده شده است که بعد از اتمام طراحی فضای خالی فیبر توسط پلیگان پر شده است (نحوه رسم پلیگان برای فیبر یکرو با دو رو یکی استو فقط لایه ها را باید درست انتخاب نمایید) . خانه های مربعی شکل ریز که به صورت چهارخانه می باشد پلیگان هستند که البته میتوان به صورت پیوسته و یک دست باشدو چهار خانه نباشد .
در فیبر های دورو باید هر طرف جداگانه پلیگان شود. برای فعال کردن پلیگان در التیوم دیزاینردر محیط رسم PCB  از منو PLACE ->POLYGON POUR را انتخاب نمایید و سپس با موس محیط مورد نظر برای رسم پلیگان را انتخاب کنید.همچنین می توانید کلیپ آموزشی کوتاه رسم پلیگان را از اینجا مشاهده کنید.

در عکس بالا قسمت های پلیگان شده کاملا مشخص می باشد.

۵:خطوط مدارچاپی آبکاری ( قلع و سرب )شود

یکی دیگر از عواملی که ممکن است ناخود اگاه در هنگام تولید فیبر مدار چاپی به وجود آید قطع شدن خطوط تغذیه به صورت خیلی ریز می باشد به صورتی که با چشم کاملامشخص نیست. این امر در فیبر هایی که به صورت دستی چاپ میگردد بیشتر نمود پیدا میکند.

به طور مثال شما برای خطوط تغذیه از خط با پهنا ۲ میلی متر استفاده کرده اید اما در نیمه راه یک قطع شدگی کوچک به وجود امده و عملا ارتباط قطع هست و یا خطوط با پهنا ۲ میلی در یک نقطه توسط خط ۰.۱ میلی متر به هم متصل شده اند که باعث می شود ارتباط به صورت خیلی کوچک برقرار باشدوجریان نتواند به مقدار مشخص عبور کند.
همچنین این خطوط ناقص میتواند مثل فیوز باشد و ابتدا ارتباط برقرار گردد ولی بعد از مدتی که فیبر روشن هست و جریان عبور میکند باعث گرم شدن ان نقطه و ذوب شدن ان اتصال نیمه کاره میگردد.

عکس بالا یک فیبر چاپ شده بدون قلع اندود شدن خطوط می باشد.

برای این که این موارد در فیبر به وجود نیاید بعد از چاپ شدن فیبر خطوط تغذیه اصلی توسط لحیم جداگانه قلع اندود و ابکاری شود و اگر با دستگاه شرکتی فیبر شما تهیه شده است میتوانید سفارش دهید که کلیه خطوط قلع اندود باشد و در اخر لایه سولدر  (Soldermask) که در تعریف رایج به ان چاپ سبز گفته می شود نیز زده شود.عکس بالا فیبر ابکاری شده (هات ایر)  شده و همچنین سولدر (چاپ سبز )و ماکاژ نیز انجام شده است.

با سفارش مشتری می توان قلع و سرب (هات ایر) ، قلع بدون سرب و یا پوشش آبکاری طلا بروی خطوط مسی باشد. پوشش قلع و سرب ارزان ترین نوع بوده و به طور معمول برای برد های دورو استفاده می شود.

نکته : در فیبر دو رو توسط شرکت ها حتما ابکاری اتوماتیک صورت خواهد گرفت.

چاپ سبز به دلیل جلوگیری از اتصال نا خواسته هنگام لحیم کاری و جلوگیری از اکسید شدن فیبر بسیار کمک بسزا انجام میدهد اما در پروژه های ساده نیاز به چاپ سبز الزام نیست.رنگ های سبز، قرمز، سورمه ای و مشکی رنگ های پرکاربردی هستند که می توانید در هنگام سفارش برای لایه سولدر ان را انتخاب نمایید.

۶:فعال کردن WATCHDOG

یکی دیگر از موارد که برای مواقع اضطراری باید در نظر گرفت شروع مجدد میکرو در زمان هنگ کردن می باشد. یعنی اگر به هر دلیلی میکرو هنگ کرد و قفل نمود  ریست شود و مجدد به کار خود ادامه دهد. این قسمت توسط نرم افزار قابل انجام است که توسط تایمر WATCHDOG یا سگ نگهبان میتوان مشخص نمود این تایمر تا یک مدت زمان خاص مثلا ۲۰۰ میلی ثانیه یا ۱۵۰۰ میلی ثانیه شمارش را انجام دهد.

در حین انجام برنامه نویسی شما باید تا قبل از سر ریز شدن تایمر مقدار ان را ریست کنید و این گونه هیچ زمانی تایمر سگ نگهبان پر و سر ریز نمیگردد. اما اگر در زمان هنگ کردن میکرو برنامه شما قفل کند و یا به قسمتی ناخواسته برود که برنامه هنگ کرده و توسط برنامه شما تایمر WATCHDOG  صفر و ریست نشود تایمر جداگانه میکرو را ریست میکند.

در این مطلب آموزشی سعی شده مطالب مهم و کلیدی به دور از اضافه گویی انجام شود . قطعا اطلاعات تکمیل تر نیز در اینده در پست های بعدی اضافه خواهد و اگر کاستی در این مطلب وجود دارد برای جلوگیری از طولانی شدن ان حذف شده است.

نکته مهم : در تولید فیبر مدار چاپی برای فرکانس بالا مباحث بسیار پیچیده تر خواهد شد چون در ان موقع خاصیت سلفی -خازنی پیش می آید.

موفق و پیروز باشید.

منبع :فروشگاه آترین الکترونیک

همچنین ببینید

WAV PLAYER – پخش فایل صوتی از کارت میکرو اس دی با میکروکنترلر

در این مدار شما میتوانید فایل صوتی که با پسوند WAV بر روی کارت MMC …

دیدگاهتان را بنویسید