Программы для рисования электронных схем и печатных плат
Материал был написан для сайта RCOnline.ru в 2007 году.
Некоторое время назад случайно натолкнулся в интернете на две очень интересные программки, предназначенные для рисования принципиальных электронных схем и разводки печатных плат. Обе программы переведены с немецкого на русский язык В. Щербаковым, что позволяет использовать их даже неопытным моделистам и начинающим электронщикам. Программы не связаны между собой, и не обладают такими широкими возможностями, как широко известные пакеты OrCad, PCad и Accel-EDA и другие, тем не менее, с их помощью можно нарисовать достаточно сложную схему и трассировать двухстороннюю печатную плату. Обе программы имеют готовые библиотеки элементов, кроме того, в каждой их них можно легко создать собственный элемент, как схемный, так и PCB.
Так как обе эти программы были анонсированы как Freeware, думаю, что не нарушу ни чьих авторских прав, выложив их и на этом сайте.
Первая программа — Splan — «рисовалка» принципиальных схем. Инсталляционный комплект (архивный файл rusplan.zip) содержит девять файлов «тела» программы и папки bibo, содержащей готовые библиотеки схемных элементов. Необходимо отметить, что набор готовых элементов, особенно цифровых и аналоговых микросхем, не очень велик, однако пользователь может нарисовать нужные элементы с помощью встроенного редактора. Программа поддерживает сквозную нумерацию однотипных деталей.
Разумеется, программа позволяет чертить основные геометрические фигуры, линии, точки соединений, делать текстовые вставки и надписи, а также оформить готовую схему в соответствии с требованиями, предъявляемыми к техническим чертежам.
Программа не требует инсталляции, как таковой. Достаточно просто распаковать архивный файл в нужную папку, и программа готова к работе. Программа рассчитана для работы под Windows любой версии (Win-*, NT, 2000, XP), и занимает на диске чуть больше одного мегабайта.
Вторая программа — Layout30 — предназначена для трассировки двухсторонних печатных плат. Инсталляционный комплект (файл rulay3.zip) содержит четыре вложенных архива (splayru30.zip, diverses2.zip, smd1.zip и smd2.zip). Первый архив (splayru30.zip) — собственно программа, остальные три — библиотеки PCB элементов. Для инсталляции программы необходимо распаковать последовательно все четыре архива в любую папку, и программа готова к работе. Если вы не планируете использовать планарные элементы (SMD элементы), то последние два архива можно не распаковывать. С помощью этой программы можно нарисовать печатную плату с максимальным размером 300х300 мм. Программа поддерживает метрическую и дюймовую размерность, имеет стандартный набор дюймовых сеток от 1/16 RM до 2 RM (от 0.14875 мм до 5.08 мм), и кроме того, позволяет задавать любую сетку, кратную 1 мм. Встроенный опциональный набор позволяет рисовать соединительные проводники любой ширины (от 0.1 мм), контактные площадки в виде круга, квадрата, закругленного или октаэдрного прямоугольника, а также основные геометрические фигуры и полигоны, и автоматически вычерчивать общую шину (массы) с заданным зазором до контактных площадок и соединительных линий. Кроме того, программа позволяет наносить тексты и надписи, указывать внешние перемычки и тестировать созданные соединения.
Выходные опции программы позволяют не только экспортировать готовый файл печатной платы в форматы Gerber, Excellon (сверловка) и *.bmp, но подготовить к распечатке на принтере любую сторону платы (прямо и зеркально), отдельно распечатать элементы, маску под пайку, сверловку, с указанием диаметра сверла, рамку платы и кресты совмещения. Все это может быть распечатано в любом масштабе в диапазоне от 10% до 1000%. Кроме того, программа позволяет настроить печать и внести поправку погрешности принтера, как по горизонтали, так и по вертикали.
Встроенные библиотеки достаточно обширны, кроме того, прямо на рабочем поле можно очень просто нарисовать новый элемент, и внести его в любую из имеющихся библиотек, или в библиотеку, созданную пользователем самостоятельно.
Как и первая программа, Layout30 работает в любой среде Windows, и занимает на диске около полутора мегабайт.
Для тех, кто не планирует заниматься разработкой или редактированием схем и печатных плат, доступны программы-просмотровщики: sPlan Viewer и Sprint-Layout Viewer.
Обращаю ваше внимание, что все свои дальнейшие разработки и публикации с принципиальными схемами и рисунками печатных плат я буду делать, используя именно эти две программы!
P.S. Жизнь не стоит на месте — за истекшие 7 лет обе программы были существенно модифицированы разработчиками. В настоящее время актуальны 7-я версия программы sPlan и 6-я версия программы Sprint-Layout. Программы имеют существенно большие возможности, чем их предшественницы, так, к примеру, Sprint-Layout, умеет трассировать четырех-слойные печатные платы, и обладает гораздо более удобными сервисными возможностями, а sPlan представлена в портабле-варианте, не требующем инсталляции на жесткий диск. Обе новые версии программ имеются в прилагаемых архивах.
Прошу учесть, что форматы выходных файлов, созданные в ранних версиях программ, читаются старшими версиями, при этом они, как правило, модифицируются под формат старшей версии. Но, к сожалению, младшие версии программ не понимают файлы, созданные в старших версиях sPlan и Sprint-Layout.
Восстановление принципиальной схемы преобразователя напряжения ASTRA по печатной плате и его ремонт часть 1
Совсем недавно каждый производитель электронной аппаратуры прикладывал к своему изделию принципиальную электрическую схему и другую документацию, помогающую профессионалам и радиолюбителям быстро найти неисправность в отказавшем аппарате и отремонтировать его. Сегодня ситуация иная. Схемы и подробную ремонтную документацию производители предоставляют лишь сертифицированным сервисным центрам. И то не всегда. Часто устранение простейшей неисправности сводится к замене неисправного блока. А отказавший блок в лучшем случае отправляют производителю, а в худшем — на свалку. Те же, кому услуги сервисных центров недоступны из-за дороговизны или территориальной отдалённости, остаются «у разбитого корыта «.
Автор предлагаемой статьи делится своим опытом восстановления недоступной принципиальной схемы аппарата по его печатной плате. Это помогло ему отремонтировать аппарат. Надеемся, описанные им приёмы будут полезны многим читателям.
Взяться за перо меня заставили объективные причины. Во второй половине 2015 г. Крым и г. Севастополь испытали энергетический голод. И когда в вечернее время город на несколько часов погружался в непроглядную темноту, единственной палочкой-выручалочкой был автомобильный преобразователь постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В мощностью 150 Вт, который и осветительную лампу зажжёт, и радио с Wi-Fi предложит. Но однажды после подключения к нему «умной» светодиодной лампы всё погасло, а сам преобразователь стал издавать жалобный прерывистый писк.
Первым делом в Интернет полетели вопросы относительно схемы устройства. Оказалось, что запищал преобразователь не только у меня, но и у многих товарищей по несчастью. Интернет практически сотрясался от возгласов «Дайте схему!» самых различных устройств. Поскольку ни я, ни другие (как следует из материалов форумов) не нашли ответа, были изучены все доступные материалы по работе и типовым схемам подобных преобразователей.
Но очень скоро выяснилось, что схема моего преобразователя существенно отличается от типовой. Например, во многих подобных устройствах применена лишь одна микросхема TL494, а у меня их две, да ещё и микросхема LM358L, отсутствующая в найденных схемах.
Стало ясно, что для успешного решения моей задачи недостаточно «метода тыка». Нужна полноценная и правильная принципиальная схема устройства. И похоже, поможет её самостоятельное составление. Вот так и родилось то, что предлагается вниманию читателей. На мой взгляд, материал будет полезен и начинающему радиолюбителю, знакомому с азами компьютерных технологий, и опытному, но не имеющему достаточного опыта работы с компьютером.
Всё будет рассказано на примере преобразователя напряжения, внешний вид которого показан на рис. 1.
Рис. 1. Внешний вид преобразователя напряжения
Чтобы добраться до внутренностей прибора, я внимательно изучил все его крепёжные элементы (винты, защёлки) и первым делом вывинтил винты крепления передней (с розеткой) и задней панелей. Поскольку эти панели электрически соединены с печатной платой, я аккуратно развёл их в стороны и заглянул внутрь корпуса.
Стало понятным назначение ещё одного винта, расположенного на боковой стороне корпуса (на рис. 1 слева). Этот винт удерживает планку-кронштейн, прижимающую к корпусу, служащему теплоотводом, какие-то детали (позже выяснилось, что это термореле и два мощных транзистора). Отвинтив и этот винт, я осторожно извлёк из корпуса печатную плату, внешний вид которой сверху приведён на рис. 2, а снизу — на рис. 3.
Рис. 2. Внешний вид (сверху) печатной платы
Рис. 3. Внешний вид (снизу) печатной платы
Первое впечатление — связи между элементами устройства весьма сложны, «беглый» анализ схемы и поиск неисправностей затруднены. Но самая большая проблема — соединения между элементами не видны со стороны их установки на плате. Я занялся решением этой проблемы.
Сфотографировал плату сверху, стараясь получить наиболее резкое изображение с минимальными геометрическими искажениями (см. рис. 2). Поскольку многие детали имеют существенно различную высоту (например, трансформатор и лежащий рядом резистор), при съёмке с малого расстояния система автофокусировки фотоаппарата может выбрать в качестве опорной точки торец трансформатора. Поверхность платы окажется заметно не в фокусе, но именно там расположены печатные отверстия и мелкие детали. Поэтому, если фотоаппарат имеет функцию ручной фокусировки, необходимо ею воспользоваться. Если фотоаппарат цифровой, то можно применить такую методику: полунажатием на кнопку спуска сфокусироваться на участок поверхности платы, а затем, не отпуская кнопку и не изменяя расстояния до объекта, переместить изображение в центр экрана и дожать кнопку для завершения съёмки.
Есть ещё один «подводный камень». В стремлении быстро получить результат подручными средствами, многие решают воспользоваться, например, фотокамерой мобильного телефона, надеясь на её «многомегапиксельность». Вероятный результат такого решения представлен на рис. 4, где, например, у микросхем справа не видно целого ряда выводов, а высокие элементы (например, оксидные конденсаторы) кажутся «смотрящими» в разные стороны. Это следствие различия углов, под которыми при съёмке с близкого расстояния видны элементы центральной и периферийных частей платы.
Рис. 4. Микросхема устройства
Съёмку платы нужно вести с расстояния не менее метра, что значительно уменьшит различие углов визирования элементов в пределах кадра. Но при этом придётся использовать объектив с большим фокусным расстоянием или с трансфокатором высокой кратности, и потребуется стабильность взаимного положения аппарата и объекта съёмки. Эта проблема просто решается использованием штатива и режимом автоспуска. Установив, например, двухсекундный режим автоспуска, изображение объекта съёмки увеличивают трансфокатором до максимального заполнения дисплея. Затем полунажатием на спусковую кнопку фокусируют его, после чего дожимают кнопку до конца. Таким способом удаётся получить достаточно хорошие кадры вида на монтаж, лишённые описанных выше дефектов.
Аналогичным образом я сделал снимки платы со стороны печатного монтажа. В принципе, эту сторону платы можно и отсканировать, но здесь тоже есть важный нюанс. Наибольшее распространение в быту получили планшетные сканеры на приборах с зарядовой связью (ПЗС, англ. CCD — Charge Coupled Device) и с контактными датчиками изображения (англ. CIS — Contact Image Sensor) [1]. Первые снабжены специальной оптической системой и способны сканировать неровную поверхность с глубиной резкости до 30 мм, что вполне достаточно даже с установленными на его стороне мелкими элементами.
Сканеры второго типа, как правило, дешевле и по этой причине весьма распространены, однако имеют малую глубину резкости, близкую к нулю. Они предназначены для работы лишь с плоскими листами документов, плотно прижатыми к стеклу. Полученный на таком сканере вид печатного монтажа (рис. 5) не блещет качеством (размыты мелкие детали, не читаются номиналы резисторов), что подтверждает преимущества фотоспособа.
Полученные фотографии я сохранил в компьютерных файлах под названиями соответственно «Вид сверху» и «Вид снизу». Не бойтесь использовать в названиях файлов русские буквы. Современные операционные системы в большинстве случаев это позволяют.
Рис. 5. Вид печатного монтажа после сканера второго типа
Фотоснимки я предварительно обработал в программе Picture Manager — штатном средстве пакета MS Office. Файл изображения можно открыть, щёлкнув правой клавишей мыши по его названию и выбрав нужный пункт из выпадающего списка «Открыть с помощью».
Поскольку вид сверху зеркален относительно вида снизу, последний необходимо перевернуть по вертикали. Для этого я открыл файл «Вид снизу», в главном меню программы выбрал пункт «Рисунок» и далее последовательно перешёл к пунктам «Повернуть и отразить…» и «Отразить сверху вниз». Теперь изображение печатного монтажа видится как бы сквозь прозрачную плату сверху (рис. 6). Результат сохранил в файле «Вид снизу-повёрнуто».
Рис. 6. Вид печатного монтажа
Теперь вид сверху и перевёрнутый вид снизу нужно максимально совместить по горизонтали, используя как ориентир длинную сторону платы. Для этого я, пройдя по пунктам «Рисунок» → «Повернуть и отразить…», задал в окне «Градусов:» угол поворота изображения с шагом 0,01 град. и добился горизонтальности нижней кромки платы на обоих рисунках. Затем выбрал пункт «Рисунок» → «Обрезка…» и ограничил рисунки размерами собственно платы.
Сохранив полученные результаты, я перешёл к творческому этапу работы, для выполнения которой использовал популярную у радиолюбителей, очень простую в освоении и с множеством полезных функций, русифицированную программу SPlan 7.0. Её легко найти в Интернете. Внешний вид окна программы, с загруженной в него для примера схемой МДМ-усилителя, приведён на рис. 7.
Рис. 7. Внешний вид окна программы
Чтобы сделать печатные проводники платы видимыми на стороне установки компонентов, необходимо совместить оба рассматриваемых изображения на одном рисунке, наложив вид снизу (предварительно сделав его прозрачным) на вид сверху. Но здесь есть «подводные камни». Реальный рисунок печатной платы изобилует технологическими «излишествами» — расширениями проводников и сложной их конфигурацией, буквально закрывающими собой вид сверху на плату при наложении.
Выход из положения — создать скелетную схему печатного монтажа. Предварительно пришлось выполнить некоторые простейшие настройки программы SPlan. В нижней части под рабочим полем слева я задал шаг сетки 0,1 мм, а чуть правее в окнах «Угол изгиба» и «Угол вращения» установил «Нет».
Далее я скопировал на рабочее поле программы изображение перевёрнутого вида снизу (см. рис. 6). Для этого в меню «Файл» выбрал пункт «Открыть файлы графики», нашёл нужный файл и открыл его на рабочем столе двойным щелчком мыши по имени.
На левой вертикальной панели программы SPlan выбрал инструмент «Точка соединения» и расставил точки в местах пайки выводов элементов на плате. Затем в меню «Опции» выбрал пункт «Стиль и цвет линий», в открывшемся окне задал ширину линий, например «5» (цвет по умолчанию чёрный), и нажал «ОК». Теперь все построенные линии будут иметь эти ширину и цвет. На боковой панели выбрал инструмент «Линия» и продублировал все соединения, проводя линии между нанесёнными точками наиболее наглядно и рационально, не повторяя все особенности трассировки печатных проводников. Здесь показал в виде небольших прямоугольников элементы (резисторы и конденсаторы), расположенные со стороны печати. Для большей наглядности выделил их синим цветом.
Элементы полученного рисунка я объединил в группу, однако прежде потребовалось удалить лежащий под ними фоновый вид снизу. Выделив фоновый рисунок, щёлкнув мышью по его границе, я навёл на неё курсор и, удерживая нажатой левую клавишу мыши, выдвинул фоновый рисунок на свободное место рабочего поля. Далее, удерживая нажатой левую клавишу, выделил (охватил пунктирным прямоугольником) только что созданную схему (при этом она окрасилась в фиолетовый цвет) и щёлкнул мышью по замкнутому замочку в верхней строке меню (можно выбрать пункт «Группировать» в контекстном меню правой клавиши мыши). В результате созданная схема печатного монтажа превратилась в единый рисунок с прозрачным фоном (рис. 8).
Рис. 8. Схема печатного монтажа
Сохранив на всякий случай полученный результат в файле с расширением имени .spl7, я перешёл к следующему этапу работы. Удалил с рабочего поля программы SPlan фотоснимок вида снизу, который только что использовал для создания скелетной схемы, и скопировал сюда вид на плату сверху. Увеличил высоту изображения приблизительно до половины высоты рабочего поля, потянув за любой из четырёх окружающих его угловых чёрных квадратов. Выделив щелчком скелетную схему и выбрав в меню правой клавиши мыши пункт «На передний план», я, удерживая нажатой левую клавишу мыши, надвинул эту схему на вид сверху. Согласовывал масштабы рисунков описанным выше способом до полного их совпадения в узловых точках и приступил к заключительному этапу.
Первым делом расставил на скелетной схеме все элементы, находящиеся на верхней стороне платы, используя для этой цели богатые возможности встроенной библиотеки программы SPlan. Опыт показывает, что целесообразно предварительно выбрать из библиотеки необходимые элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, обмотки трансформатора и пр.) и разместить их на рабочем поле рядом с рисунком. На схеме желательно показать и номиналы элементов, что существенно упростит окончательное построение принципиальной схемы. Итог проделанной работы представлен на рис. 9.
Рис. 9. Принципиальная схема после программы SPlan
В принципе, полученный рисунок уже позволяет приступить к созданию фрагментов принципиальной схемы устройства. Однако я настоятельно рекомендую не отказываться от ещё одной процедуры, которая, в итоге, неизбежно повысит наглядность и читаемость картины, что, в свою очередь, уменьшит вероятность ошибочной интерпретации схемы.
Здесь возможны два варианта. Первый и наиболее простой — распечатать показанную на рис. 9 схему и, вооружившись разноцветными фломастерами, выделить линии связи и соответствующие точки различными цветами, о которых будет сказано ниже.
Более интересен вариант создания цветной схемы печатного монтажа средствами программы SPlan. Он позволяет пофантазировать и поэкспериментировать прежде, чем остановиться на окончательном варианте. Кроме того, всегда удобно иметь перед тобой на мониторе компьютера легко масштабируемую и наглядную печатную схему.
Я выбрал второй вариант и, выделив весь изображённый на рис. 9 рисунок, разгруппировал его элементы щелчком мыши по разомкнутому замочку в главном меню (вместо этого можно выбрать пункт выпадающего меню «Разгруппировать»). Но нужно помнить, если ранее группировка производилась не однократно, а по частям, то и разгруппирование нужно повторить соответствующее число раз. Если предварительно был создан раскрашенный от руки рисунок схемы, его можно использовать как образец.
Для окраски или изменения других свойств любого графического элемента необходимо выделить его щелчком мыши (чтобы придать одинаковые свойства нескольким объектам, например линиям, необходимо выделять их, удерживая нажатой клавишу Shift). Затем в меню правой клавиши нужно выбрать пункт «Свойства (атрибуты) элемента», в подменю которого можно задать нужный цвет, ширину и тип линии, цвет заливки.
Результат моей обработки скелетной схемы показан на рис. 10. Здесь красным цветом выделены линии, имеющие отношение к положительной полярности входного и полученного внутри устройства напряжений. Зелёным цветом обозначена отрицательная полярность (общий провод). Фиолетовый цвет показывает остальные линии связи. Перемычки на плате (порой скрытые от глаз, например, установленные под микросхемами) показаны насыщенным синим цветом. Все элементы поверхностного монтажа, размещённые на стороне печатных проводников, обозначены прямоугольниками синего цвета. Элементы, размещённые на противоположной стороне платы, изображены тонкими чёрными линиями.
Рис. 10. Скелетная схема
Сравнивая рис. 9 и рис. 10, можно убедиться в высокой наглядности последнего. Для успешного восстановления принципиальной схемы и в дальнейшем для анализа ра-боты устройства потребовалось все обнаруженные активные элементы (диоды, транзисторы, микросхемы) найти в справочниках или Интернете и узнать их назначение, расположение выводов, основные параметры. При этом я узнал для себя много нового. Например, что микросхемы TL494 [2, 3] представляют собой приборы, реализующие широтно-импульсную модуляцию выходных импульсов с богатым набором функциональных возможностей.
Поскольку была выполнена предварительная работа по изучению (например, в [4]) типовых схем импульсных преобразователей напряжения, я уже имел общее представление о структуре подобных устройств. Далее начался интересный творческий процесс, от качества выполнения которого во многом зависел успех решения поставленной задачи. Было заведомо ясно, что получить окончательную принципиальную схему с первого раза наскоком не удастся.
Рассуждения я начал от входных контактов, куда подаётся постоянное напряжение 12 В от аккумуляторной батареи. Глядя на свой рисунок (рис. 10) и двигаясь от входного контакта +12 В по красной линии, я увидел, что это напряжение приходит на выводы трансформатора T1. На печатной плате в этой области имеются пять равноудалённых контактных площадок. Три средних из них соединены между собой и с цепью +12 В. Есть основания предположить, что на них выведена средняя точка первичной обмотки трансформатора. Не рисуя пока ничего, я продолжил беглое знакомство с окружением трансформатора. Крайние выводы первичной обмотки трансформатора связаны со стоками полевых транзисторов Q1 и Q2, затворы которых, в свою очередь, получают сигналы управления от расположенных справа элементов, в частности, от микросхемы U1. Эти наблюдения позволили увидеть логику расположения рассмотренных узлов, учитывая, что итог их работы — изменение состояния транзисторов Q1 и Q2, стоки которых подключены к крайним выводам первичной обмотки. Следовательно, трансформатор должен быть расположен на листе бумаги где-то справа и вертикально, поскольку построение схемы в дальнейшем будет, очевидно, продолжаться по горизонтали.
В процессе рисования я заметил, что элементы управления каждой половиной обмотки расположены симметрично относительно её средней точки. Когда «бумажный» вариант фрагмента схемы откорректирован, его можно повторить на компьютере, например, в программе SPlan. Итог этой работы приведён на рис. 11 . На этой и всех последующих схемах сохранены позиционные обозначения элементов, нанесённые на плату преобразователя, хотя они существенно отличаются от принятых в России. Например, диоды и транзистор (VD и VT по нашим стандартам) обозначены соответственно D и Q. Позиционные номера элементов также сохранены, хотя на составленных схемах они следуют хаотически, что значительно затрудняет поиск нужного элемента по его номеру.
Рис. 11. Принципиальная схема устройства
Далее я приступил к части схемы, связанной с вторичной обмоткой трансформатора. В большинстве предварительно изученных схем напряжение вторичной обмотки поступало непосредственно на выходную розетку. Но в моём случае оба её вывода подключены к мосту из диодов D4-D7, хотя они размещены на печатной плате так, что обнаружить мост удалось лишь после некоторых усилий. Следовательно, здесь формируется ещё одно (кроме 12 В) постоянное напряжение. Судя по параметрам оксидного конденсатора С2 (10 мкФ, 400 В), расположенного в верхней части платы и соединённого с диодным мостом, это напряжение довольно высокое.
От плюсового выхода моста видно ответвление вправо в область платы, которая, судя по насыщенности её разнообразными элементами, весьма сложна по схеме, играет какую-то самостоятельную роль и достойна отдельного внимания. Я решил рассмотреть её чуть позже, а пока продолжил движение по плюсовому проводнику. Все соединённые с ним элементы расположены в верхней части платы, число их невелико. Это позволило без труда завершить создание схемы этого фрагмента, представленной на рис. 12.
Рис. 12. Фрагмент схемы
Её анализ показывает, что перед нами выпрямитель высокого переменного напряжения, из выходного постоянного напряжения которого каким-то неизвестным пока образом будет сформировано переменное выходное напряжение 220 В частотой 50 Гц.
Продолжив двигаться вправо от верхнего по схеме вывода резистора R16, я попал на вывод 4 микросхемы U2 (TL494L). Зная из [3], что её выводы 8 и 11 — коллекторы выходных транзисторов, я проследил, куда идут от них печатные проводники, и увидел, что к базам и затворам транзисторов пока не рассмотренного узла. Схема узла на элементе U2 имеет вид, изображённый на рис. 13.
Рис. 13. Схема узла на элементе U2
Теперь можно было взяться за выходной узел — формирователь переменного напряжения 220 В 50 Гц. Я возвратился к печатному проводнику, идущему от катодов диодов к стокам транзисторов Q5 и Q6. Предстояло составить схему самого сложного, на первый взгляд, узла, насыщенного плотно размещёнными элементами со сложно организованными связями. Это потребовало большего внимания и усидчивости.
Поскольку формирователем выходного переменного напряжения, как я предположил, управляет микросхема U2, подавая на него прямоугольные симметричные импульсы, соединённые стоки упомянутых выше двух транзисторов могут свидетельствовать о наличии двух независимых каналов преобразования. Не исключая такую возможность, я начал движение по одному из них. Обнаружил соединение между истоком транзистора Q5 и стоком транзистора Q8. Кстати, здесь же берёт начало один из проводов, идущих к выходной розетке преобразователя напряжения. Исток транзистора Q8 соединён с общим проводом через низкоомный резистор R1, что подтверждает его соединение с минусом высоковольтного выпрямителя. Аккуратно дорисовал цепи управления этими транзисторами и стрелками показал связи с другими узлами.
Сделав аналогичные построения для второго канала, начиная с транзистора Q6, я обнаружил их полную идентичность. Это позволило при создании схемы в программе SPlan нарисовать схему лишь одного канала, затем в меню правой клавиши мыши выбрать пункт «Дублировать» и, переместив копию на нужное место, зафиксировать её здесь. Откорректировав позиционные номера элементов второго канала и отредактировав схему в целом, я выделил (обведя мышью) весь рисунок, сгруппировал все его элементы и сохранил схему в файле. Полученная схема формирователя выходного переменного напряжения изображена на рис. 14.
Рис. 14. Схема формирователя выходного переменного напряжения
Продолжение следует
Литература
1. Какой выбрать сканер CCD или CIS? — URL: http://skanworld.ru/kakoj-vybrat-skaner-ccd-ili-cis.html (07.09.17).
2. Широков С. TL494CN: схема включения, описание на русском, схема. — URL: http://fb.ru/article/196093/tl-cn-shema-vklyucheniya-opisanie-na-russkom (07.09.17).
3. TL494 ШИМ — контроллер. — URL: http://rudatasheet. ru/d atasheets/tl494 (07.09.17).
4. Преобразователи напряжения на ИМС TL494. — URL: https://yandex.ru/search/ ?text=Preobrazovateli-naprjagenija-na-IMS-TL494&lr = 959&clid = 2276851-402 (15.08.17).
Автор: Ю. Быковский, г. Севастополь
Обратный инжиниринг печатной платы с помощью Sprint Layout и Altium Designer
Ниже описывается методика, как по имеющейся плате получить полноценный проект в Altium Designer, включающий схему и разводку печатной платы. К сожалению, элементы с исходной платы придется демонтировать.1. Сканируем обе стороны платы с разрешением не менее 300 dpi.
2. Подгоняем изображения по сетке в графическом редакторе. Для этого берем 4 точки (лучше центры отверстий) в разных углах платы, выставляем по координатам направляющие и в режиме Free Transform подгоняем картинку под эти 4 точки. Чем точнее это будет сделано, тем легче потом будет накладывать проводники. Нижнюю сторону платы переворачиваем в зеркальном отображении.
3. Экспортируем обе стороны в формат BMP без сжатия.
4. Sprint Layout: Создаем проект, задаем размеры платы, шаг сетки.
5. Загружаем сканы. Опции/Шаблон — Кнопка Загрузить. Подгоняем оба файла, задавая сдвиги по X и Y.
6. Рисуем слои. С металлизированными отверстиями используем только круглые контактные площадки (КП), иначе они пропадут при импорте. С компонентами сильно не заморачиваемся, все равно потом переделывать. Тщательно следим, чтобы проводники и КП не задевали чужие цепи, т.к. при генерации нетлиста они объединятся. Посадочные места размещаем по основной сетке, чтобы оптом было легко заменить на итоговые.
7. Экспортируем файлы. Файл/Экспорт. Gerber: оба слоя + контур платы без зеркалирования. Сверловка. Ставим миллиметры. Запоминаем, какую точность мы выбрали для файла сверловки (на картинке 3.3). Далее при импорте надо будет выбрать такие же значения, иначе не совпадет масштаб.
8. Altuim Designer. Создаем проект. File/New/Project.
9. Создаем файл CAM. File/New/CAM Document.
10. Импортируем файлы Gerber. File/Import/Gerber. Ставим миллиметры.
11. Импорт Сверловки. File/Import/Drill. Ставим миллиметры. Digits — 3.3. Если в итоге масштаб сверловки и проводников не совпал — играемся с Digits.
Должно получиться что-то типа этого:
12. Настраиваем слои. Tables/Layers.
13. Проверяем, чтобы был заполнен список отверстий. Tables/NC Tools. Если он не заполнился автоматически, заполняем.
14. Создаем временный нетлист. Tools/Netlist/Extract. Он, скорее всего, будет кривой, но без него не включится экспорт в PCB.
15. Экспортируем в PCB. Не забываем сохранить подготовленный CAM-файл. Далее File/Export/Export to PCB. Если при экспорте Altium вылетает с ошибкой, то просто перезапускаем его и начинаем экспорт заново.
В некоторых случаях пришлось столкнуться со следующей проблемой — в созданном файле видны только два сигнальных слоя, и нет никакой возможности включить остальные, хотя они присутствуют. Решение — в создании чистого PCB-файла и переносе всех элементов через буфер обмена.
16. Заново расставляем посадочные места. Старые КП удаляем, прочие переходные отверстия не трогаем. Даем компонентам обозначения по плате, если они там указаны, или придумываем на ходу.
Так как все переходные отверстия (Vias) по факту импортировались как контактные площадки (Pads), их лучше конвертировать в Vias, для чего выделяем их (можно использовать инструмент группового выделения) и используем меню Tools/Convert/Convert Selected Free Pads To Vias
17. Удаляем старый нетлист. Design/Netlist/Clear All Nets.
18. Генерируем новый нетлист. Design/Netlist/Configure physical nets. В окне должен появиться список физических соединений. Если его нет, значит не расставлены посадочные места. Нажимаем Execute. Долго ждем.
19. Пересоздаем полигоны. Tools/Polygon pours/Repour all.
20. Переименовываем известные цепи. Выбираем проводник. В окне PCB Inspector (клавиша F11) нажимаем подчеркнутый пункт Net, в пункте Name меняем имя.
21. Устраняем все Violations.
22. Создаем файл нетлиста. Design/Netlist/Create netlist from connected copper. Распечатываем на принтере 🙂
23. Создаем файл схемы File/New/Schematic.
24. Рисуем вручную схему по нетлисту, можно на нескольких листах. Компонентам задаем правильные посадочные места и обозначения по нетлисту/плате. Подключенные цепи вычеркиваем на распечатке 🙂
25. Вызываем Project/Show Differences. Разбираемся с отличиями, устраняем.
26. Объединяем проект. Design/Update PCB Document. Должно совпасть все, кроме Rooms. Или добавляем на плату, но тогда придется их правильно настроить, или отключаем проверку: Project/Options/Comparator/Extra Room Definitions.
27. Изучаем получившуюся схему. Находим странности (например, неподключенные важные выводы, или наоборот непонятные соединения). Разбираемся, устраняем на схеме и на плате.
Печатная плата дома, или как изготовить печатную плату дома с использованием станка ЧПУ.
РадиоКот >Лаборатория >Радиолюбительские технологии >Печатная плата дома, или как изготовить печатную плату дома с использованием станка ЧПУ.
Почти все радиолюбители изготавливают печатные платы дома. Причин тому несколько, собрать понравившееся устройство, посмотреть как будет выглядеть собственная разработка которую уже после тестирования и настройки можно запустить и в серию изготовив на красивых заводских платах, либо сделать такие же заводские платы дома используя метод металлизации, с паяльной маской и шелкографией устанавливаемых компонентов. Постепенно радиолюбители обзаводятся таким нужным и полезным оборудованием как станок ЧПУ.
Кто то делает его сам, кто то покупает уже готовый, но тем не менее наличие этого весьма полезного инструмента сильно облегчает жизнь рядовому радиолюбителю в процессе изготовления печатных плат, передних панелей для своих приборов да и просто для изготовления всяких вещиц которые бывает довольно трудно изготовить в домашних условиях используя обычный набор инструментов. Вот про изготовление печатной платы в домашних условиях с использованием станка ЧПУ и пойдет речь в данной статье.
Изготовление печатной платы можно разбить на несколько этапов:
- Рисование принципиальной схемы и трассировка будущей печатной платы.
- Подготовка необходимых файлов для ее дальнейшего изготовления.
- Изготовление непосредственно печатной платы.
Вот придерживаясь этих пунктов и расскажу как изготовить печатную плату имея в своем арсенале станок с ЧПУ.
Для рисования будущей печатной платы существует множество программ это и всеми любимая Sprint Layout и PCad и OrCad и Altium Designer и Proteus и Eagle и DipTrace и т.д. Объединяет их всех одно, все они предназначены для рисования, трассировки и последующего изготовления печатной платы.
Программой в которой рисую я, а потом и трассирую платы является Eagle. Преимущества или недостатки перед теми или иными программами оставлю за рамками данной статьи. Скажу просто мне эта программа нравиться.
В программе Eagle создал схему. Схема а потом и плата для примера изготовления очень простая, это просто блок кнопок для передней панели, 4-е кнопки и разъем для подключения. По схеме сделал трассировку платы, поставил кнопки, крепежные отверстия для крепления платы к передней панели и несколько отверстий последующего позиционирования. Что за позиционирование? А вот о нем будет несколько позже. Хоть плата и простая но на ней присутствуют разнотипные отверстия, это отверстия разъема, отверстия выводов кнопок, отверстия мелких направляющих кнопок, отверстия крепежа и отверстия последующего позиционирования. Для них сделал диаметры 1.0, 1.2, 1.8, 3.1 и 3.2. Если отталкиваться от программы Eagle то в ней все рисуется на определенном слое, верхние дорожки на слое Top нижние разумеется на слое Bottom. Контур будущей платы рисуется на слое Dimension и слой где будут проходить всякие фрезерные работы называется Milling. Вот согласно этим правилам и нарисована будущая печатная плата. Толщину контуров на слоях сделал равными 0 мм.
Рисунок на слое Milling отодвинут от слоя платы Dimension на расстояние в 0,75 мм. Это сделано для того что по этому слою плата в дальнейшем будет вырезаться фрезой с диаметром 1,5 мм. И если в такой программе как ArtCam можно задать прохождение фрезы и слева от линии и справа от линии и по самой линии, то в программах разработки печатных плат фреза идет строго по центру линии. Если же планируется делать платы на заводе то на слое Milling рисовать контур обрезки не нужно, достаточно только на слое Dimension обозначить контур платы. остальное на заводе сделают сами. Так же на слое Milling контур сделан не цельным а с перемычками, которые будут удерживать будущую печатную плату и не дадут ей вылететь при последующей обрезке. Еще на слое Milling присутствует второй контур с небольшими перемычками он нужен для того что бы заготовку будущей печатной платы вырезать из цельного куска фольгированного стеклотекстолита.
В прошлой части была нарисована схема, сделана трассировка будущей печатной платы. Теперь настало время сделать подготовку необходимых файлов для ее последующего изготовления. Ввиду того что сама будущая плата довольно простая файлов потребуется не так и много. Это будет файл топологии будущей платы (платы делаю фоторезистивным методом, с использованием негативного пленочного фоторезиста), файл сверловки отверстий для станка ЧПУ и файлы последующей обрезки по контуру для вырезания заготовки и для вырезания уже готовой платы для станка ЧПУ.
Первым делом необходимо посмотреть правильно ли указаны диаметры всех отверстий на будущей печатной плате. Для этого нужно выбрать File, Run
После чего откроется папка с пользовательскими скриптами для выполнения тех или иных операций и действий и в ней выбрать файл statistic-brd.ulp который покажет полностью статистику по нарисованной печатной плате.
После его открытия перейти на вкладку Drill/Hole. На ней сразу будет виден список отверстий и их количество и так же будет необходимый список сверл для их сверления.
После того как все встало на свои места и видно что диаметры отверстий выставлены правильно и нет ошибки, файл со статистикой платы можно закрыть.
Следующим шагом необходимо подготовить файлы шаблонов будущей печатной платы. Для этого опять же следует выбрать File, Cam Processor.
Откроется окно Cam Processor-а где необходимо выбрать тип выходного файла для топологии платы, так же там можно настроить необходимые типы файлов для последующего изготовления на производстве или же для выкладывания на форуме или для экспорта в другие программы. Так же настройку Cam Processor-а можно сохранить в виде отдельного файла для последующих выводов файлов и для того что бы все не настраивать заново.
В данный момент мной из Cam Processor-а будет выводиться:
- файл топологии печатной платы для последующего изготовления фоторезистивным методом;
- файл маски;
- файл шелкографии.
Последние два файла делаю на тот случай если впоследствии захочется сделать печатную плату с маской и шелкографией. Для печати различных шаблонов я использую программу CorelDraw и поэтому файлы буду выводить в формате PostScript.
Для этого в поле Section пишу название секции с именем Silk top и справа выбираю необходимые слои для вывода. Это слои Dimension, tPlace и tNames. Соответственно контур платы, контура элементов и их позиционные обозначения на печатной плате. Так же для верхнего слоя ставлю галочку Mirror (зеркально) для того что бы верхний слой был зеркальным. Во вкладке Device выбираю PS_INVERTED в окошке Scale масштаб ставлю 1 т.е 1:1 и в окошке File пишу имя файла Silk top.ps
Аналогичным образом нажимая на кнопку Add добавляю вкладки, даю им имена, выбираю необходимые слои для вывода.
После того как отмечены все слои на вкладках хотел бы обратить внимание на пару моментов в слое с негативным шаблоном топологии печатной платы установлена галочка на пункте Fill pads эта опция выведет шаблон без отверстий на контактных площадках, они эти отверстия и не нужны отверстия то уже будут просверлены на станке ЧПУ. И на файлах для маски тип вывода не инверсный а обычный. После настройки опций Cam Processor-а эти настройки можно и сохранить для того что бы в будущем уже ничего не настраивать а просто формировать файлы различных плат.
После того как необходимые файлы подготовлены, открываю их в CorelDraw, собираю вместе на лист.
Следующим шагом необходимо подготовить еще три файла это файл сверловки отверстий , файл обрезки платы по внешнему контуру и файл обрезки по внутреннему контуру. Для сверловки отверстий и обрезки платы большинство радиолюбителей используют программу для ЧПУ под названием Mach4. К сожалению стандартными средствами программы Eagle подготовить файлы сверловки и обрезки по контуру для программы Mach4 нет. Хочется надеяться что разработчики все таки введут эту опцию в более новых версиях. Программа Eagle все таки больше предназначена для заводского изготовления плат. Но и тут не все так страшно как кажется на первый взгляд.
Для этого идем на сайт разработчика программы и оттуда скачиваем UPL скрипт под названием pcb-gcode после чего помещаем его в папку с UPL скриптами ( там два файла это pcb-gcode-setup и pcb-gcode) после чего выбрав команду File, Run
открываем файл pcb-gcode-setup
В открывшемся файле отмечаем и заполняем необходимые поля:
Generate top drills: Делать файл сверловки со стороны Top т.е сверху. Единицу измерения выставить на миллиметры и поставить галочку в поле Generate milling т.е сделать и файл обрезки будущей платы по контуру.
Помимо прочего данный скрипт позволяет ко всему прочему еще и делать файл изоляционных дорожек т.е гравером на фольге на стеклотекстолите прорезать канавки. Я данный метод изготовления плат не использую из за его медлительности и временами непредсказуемости конечного результата, стеклотекстолит редко когда ровным бывает и канавки получаются разной глубины. Короче говоря больше возни чем результата. Поэтому опции для данной операции оставил по умолчанию.
На следующей вкладке необходимо установить такие параметры как Z High верхняя точка при перемещениях это если на плате присутствуют высокие крепления или крупные болты, Z Up высота перемещения между выполняемыми операциями, к примеру при переезде от одного отверстия к другому, Drill Depth это глубина сверловки. Milling Depth это глубина последующей фрезеровки по контуру платы. Drill Dwell оставить в нулях, это время в секундах сколько будет находиться сверло в нижней точке после того как просверлит отверстие. Set Up Time время в секундах необходимое для того что бы шпиндель раскрутился вышел на необходимые обороты. Position X,Y,Z тут указывается куда будет отъезжать шпиндель для смены сверла на другое. Я для себя поставил поднять его на 10 мм и отъехать в нулевую точку по X и Y. И напоследок в окошках параметра Feed Rates указал с какой скоростью перемещаться от отверстия к отверстию и с какой скоростью сверлить отверстие. Эти параметры выставляются в зависимости от модели станка. Поэтому на скриншоте стоят минимальные.
На следующей вкладке выбирается система для которой необходимо подготовить G коды. В моем случае это Mach4.
На следующей вкладке можно указать вставлять ли комментарии в файлы такие как диаметры инструмента режимы резки и прочее. В полях параметра Other Options можно выбрать такие поля как вставка пользовательского кода, включать или нет режим отладки, автоматом опускаться по оси Z в нулевые координаты после смены инструмента и вращать ли плату по Y вместо X и менять ли соответствующим образом код или нет. Мне все эти опции не пригодились поэтому я их и не активировал.
И последняя вкладка содержит всего одну кнопку которая сбрасывает все параметры на параметры по умолчанию. Может пригодиться если запутаться в настройках. После чего остается только нажать на кнопку Accept and make my board, Применить и сделать файлы с моей платы.
После этого в папке с файлами печатной платы появится файл сверловки и файл обрезки по контуру. В дальнейшем если надо будет делать другую плату то уже настройки ставить нет необходимости достаточно просто выбирать файл pcb-gcode.
На данном этапе из программы Eagle подготовлены следующие файлы, это непосредственно сама схема будущей печатной платы, это файл печатной платы, файл шаблона для изготовления топологии печатной платы, файл шелкографии, и файл маски, также файлы сверловки отверстий и обрезки будущей платы по контуру.
Так же в рамках данной статьи еще хотел бы показать как можно сделать плату на ЧПУ на примере широко распространенной программы Sprint Layout.
Sprint Layout сама по себе довольна простая программа то тем не менее обладает рядом интересных возможностей, и ей пользуется подавляющее большинство радиолюбителей. В настоящее время последняя версия идет под номером 6.0, т.е Sprint Layout 6.0. Она уже переведена на русский язык усилиями котов с соответствующей ветки форума. И помещена в надежный сундук для хранения Верховным котом.
С предисловием по Sprint Layout закончил и пора перейти к делу.
Есть некоторый файл сделанный непосредственно в программе Sprint Layout или же на форуме кто то выложил интересную печатную плату правда не в формате Sprint Layout а в каком то другом, но не беда всегда можно списаться с автором понравившейся платы и попросить у него выложить или скинуть плату в несколько другом формате а именно в Gerber. Gerber это формат для производителей печатных плат и программа Sprint Layout его отлично понимает, да и радиолюбителю незнакомому с другими CAD системами проектирования печатных плат а знающему только Sprint Layout, будет легко и удобно и не придется искать и ставить кучу неизвестных программ и разбираться в них.
Вот на примере файла Gerber и покажу как загрузить его правильно в программу Sprint Layout и как потом из программы Sprint Layout вывести необходимые файлы и сделать плату на станке ЧПУ. Процесс же для родных файлов программы Sprint Layout будет отличаться лишь незначительно, просто не надо будет делать некоторые вещи и все.
Для этих целей создаю у себя в программе Eagle тот же файл блока из четырех кнопок только тут уже их размещение будет не горизонтально а для разнообразия крестом.
После чего с помощью того же Cam Processor-а делаю файлы Gerber-a. И вставляю полученные файлы Gerber-а уже непосредственно в программу Sprint Layout. Для этого открываю программу Sprint Layout и выбираю Файл, Gerber импорт.
После открытия соответствующего окна импорта Gerber файлов выбираю для каждого слоя свой необходимый файл. Отдельно хотел бы остановиться на файле сверловки он по умолчанию дюймовый и дабы отверстия правильно отобразились и совпали идеально, подходят параметры как на скриншоте.
Так же если потом нажать на отображении платы на окне импортирования видно что все слои на месте и файл отверстий так же на месте. Теперь остается только нажать на кнопку Импортировать, и потом сохранить полученный файл.
Следующим шагом можно посмотреть какие отверстия есть на плате и где они расположены может захочется подкорректировать какой то из диаметров. Для этого достаточно просто нажать на кнопку Селектор.
И тут же становится видно какие диаметры сверл нужны и где располагаются непосредственно сами отверстия с этим диаметром.
Если все в порядке и ничего менять не надо то самое время вывести файлы топологии, маски и шелкографии и файлы сверловки и обрезки по контуру.
На выводе слоев для топологии дорожек, слоя маски и слоя шелкографии подробно останавливаться не буду т.к тот кто постоянно пользуется программой Sprint Layout знает как это делается. Перейду сразу к подготовке на вывод файлов сверловки и файлов обрезки по контуру.
Сначала делаем файл сверловки для этого заходим в Файл, Экспорт, Данные отверстий.
И в открывшемся окне выбираем Простые отверстия, Отверстия с металлизацией. Сторону сверловки выбираем как Сторона 1 т.е сверху и выбираем метрическую систему координат.
После чего жмем на ОК, и сохраняем полученный файл.
Следующим шагом необходимо вывести еще два файла обрезки по контуру первым необходимо вывести файл для вырезания заготовки будущей печатной платы из большого листа стеклотекстолита и вторым вывести уже непосредственно файл обрезки печатной платы после ее изготовления. Тут можно поступить очень просто сначала удалить внутренний контур обрезки и вывести внешний а потом удалить внешний и вывести внутренний.
Для вывода файлов обрезки заходим в Файл, Экспорт, Данные фрезер, и выводим в отдельные файлы оба контура. Что я и сделал.
Теперь из программы Sprint Layout выведены все необходимые файлы но их необходимо немного доработать т.к Sprint Layout выводит файлы не понятные для системы Mach4. Достаточно взглянуть только на файл сверловки.
Но это легко поправимо с помощью небольшой программы под названием StepCam которая написана автором под ником Sergey за что ему огромная благодарность. Программа позволяет привести к удобному виду и файлы сверловки и файлы гравировки или обрезки. Разжиться ее можно тут https://cncrouter.ru/forum/index.php?showtopic=367&st=0
После запуска программы видно вот такое окно.
Нажимаю на Файл и сначала выбираю файл сверловки.
После чего ввожу необходимые параметры для сверловки такие как скорость перемещения от одного отверстия к другому высоту при холостых перемещениях и высоту при смене инструмента (сверла) и если необходимо можно заполнить и данные на вращение шпинделя M3 M5 это если он управляется платой контроллера, после чего жму на кнопку Создать УП и в окошке справа уже вижу переделанный файл сверловки.
После чего остается нажать только на кнопку Сохранить УП и в каталоге с выведенными файлами появится переделанный файл сверловки. Таким же образом переделываются и файлы для обрезки по контуру, с небольшой разницей необходимо поставить галочку что это контур ПП и тогда включится компенсация радиуса инструмента которым будет вырезаться плата по контуру.
В предыдущих двух частях были сделаны следующие вещи, нарисована схема по ней сделана трассировка печатной платы, были подготовлены необходимые файлы для топологии печатной платы, файлы сверления и файлы обрезки по контурам. Теперь настало время изготовить саму плату.
Первым делом перед изготовлением платы неплохо было бы посмотреть файлы сверловок сделанные в предыдущей части а именно их концовки. Для чего это нужно? Тут все просто последними будут сверлиться отверстия для позиционирования платы на столе станка ЧПУ и самым простым будет просверлить позиционные отверстия про которые я говорил в первой части, вставить в них штифты на штифты уже одеть саму плату и обрезать ее по контуру.
Открыл файлы сверловок и по концу файлов видно что все хорошо, кроме одного станок просверлит последнее отверстие и на этих координатах и остановиться.
Это не очень хорошо ввиду того что в дальнейшем потребуется обрезка готовой платы по контуру поэтому файлы сверловок надо немного подправить. Сделать это можно очень просто. Файлы сверловок и последующих обрезок по контуру это просто текстовые файлы. Так что открываю файлы сверловок в текстовом редакторе и добавляю пару строк, тем самым говорю станку ЧПУ что бы он после того как просверлит последнее отверстие вернулся в нулевые координаты.
Что я и сделал после чего концовки файлов сверловки стали выглядеть так.
Сначала поднять ось Z а потом уже ехать в нулевые координаты. Если сделать наоборот, сначала сказать ехать в нулевые координаты по осям X и Y а потом поднимать ось Z, можно весьма весело понаблюдать как станок поедет через всю плату одновременно поднимая ось Z ломая сверла, а в случае с фрезой если не выключается вручную шпиндель то и перепиливая половину платы.
Следующим пунктом неплохо было бы обратить внимание на такое обстоятельство как разная длина сверл. И если на некоторых марках сверл есть ограничительные кольца и глубже этого кольца сверло в шпиндель уже не вставишь и длина самого сверла от кольца до кончика сверла является постоянной то на других марках сверл такое ограничительное кольцо отсутствует и останется только гадать на какую глубину оно вставлено в шпиндель.
Тут появляется закономерный вопрос а как же тогда быть с нулем координат по оси Z сверла. Сверла то все разной длины и неизвестно на сколько оно было вставлено в шпиндель станка. Если вручную подгонять каждый раз ноль по оси Z можно вконец замучаться, ладно если надо сменить в процессе сверления 2-3 сверла а вот если больше десятка. Значит надо сделать так что бы станок а с ним и программа Mach4 сами могли определить длину инструмента.
Решил эту задачу следующим образом. Сначала посмотрел по распиновке LPT порта какой из выводов у меня свободен, оказалось что вполне спокойно можно прицепиться к выводу номер 13. Зашел в Mach4 по пути Config, Port-and-Pins, Input-Signals, Probe, и поставил галочки в Enable и ActiveLow. В PinNunber поставил номер пина.
Вышел и снова зашел в Mach4. После этого взял два провода и припаял один из них к 13 выводу разъема LPT и второй к выводу GND т.е минусу. В моем контроллере (обычный синий китайский контроллер) эти сигналы идут на отдельный разъем DB9 соответственно получилось что припаивать надо было на 4-ю ножку сигнал и на любую из 7,8 или 9 ножку минус т.е GND.
На других концах проводов припаял соответственно «крокодил» и обрезок фольгированного стеклотекстолита.
После этого в программе Mach4 прошел по пути Operator, Edit Button xyina. После этого начинают мигать кнопки к которым можно привязать нужный скрипт вот я и выбрал Auto Tool Zero.
В открывшееся окошко ввел текст следующего содержания:
Rem VBScript To probe In the z axis
If GetOemLed (825) <> 0 Then ‘Проверка
Code «(Z-Plate is grounded, check connection and try again)» ‘
Else
Code «G4 P1» ‘Пауза 1 секунда
PlateOffset = 1.5 ‘Толщина платы, у меня она 1,5 мм
CurrentFeed = GetOemDRO(818) ‘Текущяя скорость подачи
Code «F100» ‘Опускаю на скорости 100мм/мин
Rem Probe In the z direction
ZNew = GetDro(2) — 50 ‘Опускаю не больше чем на 50мм
Code «G31Z» &ZNew
While IsMoving()
Wend
ZNew = GetVar(2002)
Code «G0 Z» &ZNew
While IsMoving ()
Wend
If PlateOffset <> 0 Then
Call SetDro (2, PlateOffset)
Code «G4 P0.25»
ZNew = PlateOffset + 10 ‘На сколько отъехать после касания
Code «G0 Z» &ZNew
Code «(Z axis is now zeroed)»
End If
Code «F» &CurrentFeed
End If
И сохранил.
В результате ось Z едет вниз со скоростью 100 мм/мин, опускаться вниз она будет не больше чем на 50 мм и при касании сверлом или фрезой пластины поднимется вверх на расстояние равное 10мм+толщина пластины. В моем случае при установках в 10мм и 1,5мм т.е подняться на 10 мм и толщина куска стеклотекстолита 1,5мм это будет 11,5 мм. Вот и все теперь можно посверлить обычными мелкими сверлами или сверлами без ограничительного кольца на нем не беспокоясь о том на сколько сверло или фреза вставлены в патрон шпинделя.
Следующим шагом надо объяснить программе Mach4 что бы она останавливала программу на паузу после того как увидит в программе код на смену сверла. Практически все радиолюбители используют станки с ручным включением и выключением шпинделя а также вручную меняют сверла в шпинделе.
Для этого захожу в программу Mach4 по пути Сonfig, General config и ставлю галочку на пункт Stop Spindle. Wait for Cycle Start. т.е остановить шпиндель и дождаться нажатия на кнопку Cycle Start.
После того как всякие насущные вопросы были учтены и решены, приступил непосредственно к изготовлению печатной платы.
Как было видно ранее на всех картинках везде присутствует крестик в левом нижнем углу. Этот крестик есть ни что иное как ноль на станке ЧПУ и он всегда располагается в левом нижнем углу.
Закрепил лист фольгированного стеклотекстолита просверлил отверстия используя ранее подготовленный файл сверловки и вырезал заготовку по внешнему контуру для последующего изготовления печатной платы.
Аналогичным образом поступаю с файлом печатной платы подготовленной в программе Sprint Layout.
В итоге отверстия которые имеют диаметр в 1,8мм решил сделать сверлом 1,2мм как и у выводов кнопок. Сделал это по простой причине дабы кнопка лежала на этих мелких направляющих на поверхности платы а в итоге хорошо доставала до передней панели.
Дальше уже все как обычно, подготавливаю поверхность, наношу фоторезист, прикладываю шаблон, экспонирую, проявляю, травлю, и залуживаю проводники. Металлизация, маска и шелкография добавляется по вкусу.
Печатная плата готова, теперь остался один последний процесс обрезать ее по контуру. Вот для этого и пригодятся отверстия для позиционирования. В них будут вставлены штифты на штифты уже одета и зафиксирована плата, и потом просто обрезана но уже по внутреннему контуру.
Еще на этапе проектирования неплохо подумать что будет выступать в роли штифтов для последующей обрезки. Я решил в этом качестве применить хвостовики от сломанных фрез, у каждого кто работает со станком ЧПУ постепенно собираются такие. Фрезы у меня идут с хвостовиком 3,175 мм или 1/8″. Сначала попытался попилить хвостовики обычным отрезным диском для бормашинки, но ничего путного из этого не вышло, пилить их надо алмазным диском. Начал искать, как можно выкрутиться из этого положения. Покопавшись по разным загашникам нашел разные камушки для бормашинки, некоторые уже отвалились некоторые стерлись. Но замерив штангелем железочки на которых они крепись увидел что диаметр этих железяк 3,17 мм. Вроде подходит по диаметру, из них и попилил четыре штифта длиной 12 мм. Материал в этих железках простой и пилиться обычным отрезным диском легко.
После изготовления штифтов снова открыл файл сверловки отверстий все ненужное удалил, оставил сверление только последних отверстий на которых будет позиционироваться печатная плата и увеличил глубину их сверления до 10-и мм.
После этого сверлю отверстия на 3,175 мм в количестве 4-х вставляю в них штифты, на штифты одеваю сделанную плату и уже обрезаю ее по контуру.
В итоге по результатам подобного заметил что штифты хоть и 3,17 но видно не совсем точные в отверстиях сидят не очень плотно, поэтому заготовку откуда вырезается сделанная плата дополнительно еще прихватил шурупами для надежной фиксации.
И вот сама готовая плата. Фотографию первой горизонтальной платы к сожалению не привожу по той простой причине что ее умудрились стащить прямо из под станка, и категорически не хотели отдавать для фотосессии.
В заключении данной статьи хотелось бы обратить внимание на такой интересный аспект как вырезание дуг на печатных платах видно алгоритм просчета дуги рассчитывается каким то интересным образом при формировании управляющей программы и они в итоге после обрезки имеют немного интересную форму. Хотя это и не принципиально т.к платы по большей своей части имеют прямоугольную форму и лишь некоторый процент плат имеет форму отличную от прямоугольника.
Так же хотелось бы обратить внимание и на такой аспект в печатных платах как плоские выводы у некоторых деталей таких как разъемы питания аудио разъемы, энкодеры и пр. Наличие плоских выводов у таких элементов подразумевает под собой фрезеровку прямоугольных вырезов в плате. К сожалению в большинстве CAD систем для проектирования печатных плат это не реализовано, либо реализовано кое как. Более менее нормально это сделано в программе DipTrace, где идет сначала сверление отверстий а потом уже фрезеровка для плоских выводов компонентов. В других же программах например в таких какие были рассмотрены в рамках данной статьи это Eagle и Sprint Layout можно пойти двумя способами первый это просто создать и потом просверлить отверстие необходимого диаметра, и второй, на слое фрезеровки поставить в месте где необходимо создать фрезеровку под плоский вывод компонента линию длиной необходимой для вывода компонента и шириной необходимой для последующей фрезеровки фрезой нужного диаметра. Сам процесс тогда несколько измениться просто добавиться еще одна операция такая как фрезеровка под плоские выводы и будет представлять из себя такую последовательность. Сначала сверление, потом фрезеровка под плоские выводы компонентов, следом обрезка по внешнему контуру, непосредственное изготовление печатной платы, обрезка по внутреннему контуру готовой печатной платы.
Также хотелось бы напомнить всем кто работает или только собирается начать работу со станками ЧПУ что работы производятся с полным соблюдением Техники Безопасности, наличие защитных очков обязательно, т.к отлетевший кусок плохо закрепленной заготовки или ее части может натворить много бед.
И традиционно список инструментов и материалов:
- Программы проектирования печатной платы Eagle и Sprint Layout;
- Программа печати и сбора вместе всех шаблонов CorelDraw;
- Станок ЧПУ;
- Фольгированный стеклотекстолит;
- Сверла и фрезы;
- Пленочный фоторезист Ordyl Alpha 340
- Перекись водорода, лимонная кислота и соль для травления печатной платы;
- Сплав Розе для последующего залуживания проводников.
И в конце как обычно файлики используемые в статье. Хочется сразу предупредить что файлы тестовые, для ознакомления и каждому кто захочет их применить на станке придется их корректировать.
Файлы:
Тестовые файлы Eagle
Тестовый файл Sprint Layout
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Эти статьи вам тоже могут пригодиться:
