Laboratório de Processadores Confecção das PCIs

Transcrição

1 Laboratório de Processadores Confecção das PCIs Para a confecção das PCIs (Placa de Circuito Impresso) foram compiladas algumas sugestões práticas para o bom desenvolvimento das mesmas. Estas recomendações não dependem do CAD utilizado para o desenho das PCIs e foram baseadas não só na minha experiência na elaboração de placas, como também nos resultados obtidos nas disciplinas de Laboratório de Processadores ao longo de 10 anos. Sugiro que vocês façam um check list durante a elaboração dos seus layouts de modo a atender as sugestões apresentadas a seguir. 1) Espessura das trilhas. De modo a não comprometer o processo de fabricação das PCIs, a espessura mínima das trilhas aceita para as conexões comuns será de 10mils (0,25mm). Esta espessura é apenas para as conexões comuns. Estão excluídas desta lista, as conexões de VCC, GND, Reles e Drive de Potência. Sempre que possível utilize linhas de 24mils (0,6mm)para as conexões de VCC e GND. As conexões do drive de potência com o seu conector de saída deverá ser de 50mils (1,25mm). As conexões dos Reles com o seu conector de saída deverá ser de 70mils (1,75 mm). Veja os exemplos na figura abaixo. 2) Fonte de Alimentação. O conector de alimentação (P1) necessita de furos de fixação com diâmetro interno de 120mils (3mm) pois este tem seus pinos de contato de forma chata (veja figura abaixo). Além disto, este conector está sempre sujeito a esforços mecânicos devido a inserção e retirada do plugue de alimentação necessitando desta forma de uma fixação reforçada. A figura também mostra dois exemplos de PCI. Na placa à esquerda podemos perceber que os furos de fixação tem diâmetro interno muito pequeno exigindo na montagem que os pinos do conector sejam amassados. Na placa à direita os furos de fixação estão corretos, porém a área de solda destas ilhas ficou muito pequena, dificultando a soldagem e fragilizando a fixação do conector à placa! Sugere-se uma ilha com 200mils (5mm) de diâmetro externo. Uma vez que dissipa menos potência que um regulador comum, o regulador PT5101 (U1) não precisa de espaço extra e deve ser colocado bem rente a borda da placa e próximo dos capacitores C1, C2, do conector P1 e do led D1. Utilize trilhas de 60mils (1,5mm) para as conexões entre P1 e U1. Uma vez que o regulador PT5101 vem com pinos de fixação curtos, coloque as ilhas de fixação em linha (veja figura abaixo). Na placa à esquerda podemos observar o desenho do regulador com as ilhas de fixação desalinhadas e na placa à direita, podemos observar o desenho do regulador com as ilhas de fixação alinhadas (em linha).não

2 esqueça de reservar uma área de cobre sobre a qual será colocado o o regulador de tensão. 3) CPU MSC1211Y5. É a parte mais crítica deste projeto. O cristal X1 e os capacitores C3 e C4 devem ser colocados o mais próximo possível do microcontrolador. O cristal deve ser montado deitado, devendo o layoutista reservar uma área de cobre na placa para que o cristal possa ter sua carcaça soldada. Esta área deve estar ligada ao GND. Os capacitores C3 e C4 são capacitores cerâmicos de baixa capacitância. A distância dos terminais destes componentes é de 100mils. Veja a figura a seguir! 4) Circuito de Reset. O circuito de reset conta com uma microchave SW1 do tipo push buttom. Esta chave deverá estar em local acessível, mas não perto do circuito de teclado de modo a evitar erros de digitação ao utilizar a placa. Existem no comércio, microchaves de 2 e 4 contatos. As de 4 contatos são mais comuns. Ao elaborar a placa, o layoutista deverá ficar atento as dimensões destas chaves, pois de nada adianta encontrar uma chave de dimensões reduzidas e não tê-la em número suficiente para montar todas as placas!!! 5) Circuito de Programação. Valem as mesmas observações feitas para o circuito de reset. A placa deste semestre permite que o usuário coloque o sistema em modo de programação ou em modo de inicialização de forma manual (através das chaves SW1 e SW2) ou por meio do ambiente de desenvolvimento (programa Terminal) utilizado para a elaboração de programas. 6) Porta Serial RS232. A porta serial é acessada através do conector P2, que deve ser do tipo DB9 Macho. Este conector deve ser colocado na borda da placa. Um erro bastante comum na elaboração da PCI é a orientação deste componente. Na figura abaixo o exemplo de duas PCIs.

3 Por problemas de interpretação da serigrafia do conector DB9, muitas vezes o mesmo é colocado virado. Para evitar este erro, observe a disposição dos pinos deste componente. O conector DB9 tem duas carreiras de pinos, uma com 4 e outra com 5 pinos. Para posicionar corretamente este conector, a carreira com 5 pinos deverá ficar mais para dentro da placa do que a carreira com 4 pinos. Outro erro comum é esquecer de metalizar os dois furos de fixação do DB9. Os mesmos precisam ser metalizados, pois de outra forma o conector não poderá ser soldado, ficando fragilizada sua fixação. Os furos de fixação do DB9 são de 120mils (3mm) devendo o layoutista reservar uma área razoável para a solda do conector (diâmetro externo de 200mils (5mm). Os leds D3 e D4 sinalizam o estado das linhas de TX e RX da porta serial. Para não haver confusão na interpretação deste leds, os mesmos deverão ficar o mais próximo possível do conector DB9!!! 7) Porta I2C. Esta porta é utilizada para comunicação com dispositivos que utilizam protocolo I2C (desenvolvido pela Philips). O conector P3 deverá ser colocado ao lado da área de wire-wrap (área de prototipação) de modo a permitir fácil acesso desta porta pelos circuitos montados na área de prototipação. Este conector é do tipo barra de pinos, simples, macho. Como este conector vai alimentar os dispositivos conectados ao mesmo, este deve ter as trilhas de VCC e GND reforçadas (40mils)!!! 8) Display LCD. O display LCD é o único componente que é montado sobre a placa, utilizando para isto, um conector de 16 pinos. Ficou padronizado nesta disciplina, que o display é soldado em um conector do tipo barra de pinos, simples, fêmea. Na placa encontra-se um conector do tipo barra de pinos, simples, macho, de modo a permitir a conexão do display, podendo a qualquer momento ser retirado do circuito. Uma vez que é montado sobre a placa, o layoutista deve se preocupar em posicionar apenas componentes de perfil baixo de modo a evitar que o display faça algum contato elétrico indesejável. O potenciômetro PT1 apesar de ter perfil baixo, não deve ser montado embaixo do display, pois sua função é a de ajustar o contraste do display LCD.

4 9) Saída de Áudio. O circuito de áudio permite a utilização de auto-falantes ou de transdutores piezoelétricos (buzzers) do tipo auto-oscilantes. A primeira opção utiliza o capacitor C15 como capacitor, de modo a retirar o nível DC do sinal aplicado ao auto-falante. Neste caso, o auto-falante é montado fora da placa e deste modo um conector do tipo barra de pinos macho é colocado para a conexão do mesmo a placa. A segunda opção utiliza um conector do tipo barra de pinos macho no lugar do capacitor C15, tendo como finalidade permitir desligar o transdutor piezoelétrico (função mute). Neste caso, o buzzer é soldado diretamente na placa. De modo a ocupar o mínimo de espeço possível, monte o conector do auto-falante embaixo do buzzer. Isto é possível pois o buzzer tem espaçamento entre pinos de 280mils (7mm). Já o autofalante tem espaçamento de 100mils. 10) Conector PS2. A placa de Laboratório de Processadores deste semestre tem uma interface do tipo PS2, permitindo desta forma que a mesma se conecte a dispositivos como teclado ou mouse. Para isto o conector P4 deve ser do tipo fêmea. Como este conector vai alimentar os dispositivos conectados ao mesmo, este deve ter as trilhas de VCC e GND reforçadas!!! (sugere-se 40mils 1 mm) Observe que o conector PS2 tem 3 furos de fixação. Estes furos tem diâmetro interno de 80mils (2mm) e área de solda com diâmetro externo de 140mils (3,5mm) 11) Teclado. É composto por 3 microchaves (SW3,SW4 e SW5) do tipo push buttom. Valem as mesmas observações feitas no circuito de reset e de programação. De modo a evitar erros de digitação coloque as chaves do teclado longe dos botões de reset e de programação 12) Conector de Sinais Analógicos. O conector P5 permite acessar os conversores A/D e D/A do microcontrolador. Este conector é do tipo barra de pinos dupla, macho. A figura abaixo apresenta este tipo de conector. O conector P5 deverá ser colocado ao lado da área de wire-wrap (área de prototipação) de modo a permitir fácil acesso desta porta pelos circuitos montados na área de prototipação. 13) Sensor de Temperatura Memória Serial. A placa deste semestre vai contar com um sensor de temperatura do tipo TMP101. Este dispositivo é do tipo SMD. Já a memória serial, da família 24Cxxx, será do

5 tipo DIP de 8 pinos. Estas memórias são pino compatíveis dentro da família, ou seja, o usuário poderá conectar desde a memória 24C02 até a memória 24C512, sem nenhuma alteração no hardware. Desta forma, o layoutista deverá reservar uma área da placa para soquetar esta memória. A figura abaixo mostra um soquete DIP de 8 pinos. 14) IrDA & RF. A placa de Laboratório de Processadores deste semestre tem como característica principal a conectividade. Para isto foram adicionados circuitos para conexão infravermelho (IrDA) e conexão por Radio. A conexão por infravermelho é feita pelo integrado TFDU4100. Este componente deve ser colocado na borda da placa. A figura abaixo mostra o aspecto físico deste componente, o qual tem invólucro SMD. Você pode obter informações técnicas bem como as dimensões físicas deste componente na internet no endereço Já o receptor de RF e o transmissor de RF podem ser encontrados nos endereços e respectivamente. A figura abaixo mostra o aspecto físico destes dispositivos. Observe que mesmo estando o transmissor e o receptor no mesmo diagrama elétrico, somente um destes dispositivos será montado na placa. Verifique no datasheet dos dispositivos as dimensões físicas dos mesmos. O transmissor, como pode ser visto na figura, é conectado por uma barra de 4 pinos e o receptor por duas barras de 4 pinos. O espaço entre as duas barras é de 1000mils. Por esta razão, sugere-se que o transmissor seja colocado entre as duas barras do receptor, de modo a ocupar o menor espaço possível. A antena será feita com a utilização de um fio soldado a placa. Para tanto, faça uma conexão da antena como os circuitos de RF por uma ilha tendo diâmetro interno de 80mils (2mm) e área de solda com diâmetro externo de 160mils (4mm). Faça a conexão da ilha da antena ao dispositivos de RF com a menor distância possível. Os capacitores C17, C18 e C19 devem ser dispostos o mais próximo de seus respectivos dispositivos. 15) Expansão de I/O. O integrado U10 é utilizado pelo circuito como expansor de linhas de I/O através de uma interface I2C. Este dispositivo irá controlar o acionamento dos reles REL1/REL2 e do drive de potência (ULN2803). É um dispositivo SMD. 16) Drive de Potência. O integrado U11 (ULN2803) implementa a função de drive de potência, e desta forma será montado na forma de um DIP de 18 pinos. O layoutista então deverá reservar uma área para soquetar este dispositivo. A figura abaixo mostra o aspecto físico deste soquete.

6 Especial atenção para a espessura das trilhas que fazem a conexão entre o drive de potência e o seu conector de saída P6, que deverá ser de 50mils (1,25mm). A figura abaixo ilustra esta conexão. O conector P6 do tipo KRE de 6 contatos (2x3 ou 1x4 + 1x2) deve ter as ilhas de fixação reforçadas. Neste caso, sugere-se um diâmetro interno de 40mils (1mm) e a área de solda com diâmetro externo de 100mils (2,5mm). 17) Saída de Reles. A placa deste semestre conta com duas saídas de reles. Observe as dimensões das conexões entre os reles e seus respectivos conectores (P7 ou P8) que deverá ser de 70mils (1,75 mm). Agrupe os componentes deste circuito próximo aos reles, em especial os leds D6 que deverá estar próximo do rele REL1 e D8 que deverá estar próximo do rele REL2. Observe a figura a seguir. 18) Conector de I/O. Os conectores P9 e P10 são conectores de expansão do sistema e deverão ser do tipo barra de pinos dupla, macho. Coloque estes conectores próximos da área de wire-wrap para que os dispositivos montados na área de prototipação possam ser conectados facilmente. 19) Smart Card. Este conector será montado sobre a área de wire-wrap. Nem todos os grupos farão uso dos smart cards, logo a área de wire-wrap neste caso servirá como área de prototipação rápida. Você poderá obter informações sobre as dimensões físicas deste conector na internet, no site da farnell, cujo endereço é Coloque este soquete próximo do conector de I2C (P3). 20) Conectores Auxiliares. Estes conectores não estão conectados fisicamente a nada, e devem ser colocados na borda da placa e dentro da área de wire-wrap para possíveis conexões de potência. Para fixação destes conetores, sugere-se uma ilha com diâmetro interno de 40mils (1mm) e a área de solda com diâmetro externo de 100mils (2,5mm)