Одной из важнейших задач современного образования является развитие умений творческой деятельности учащихся и формирование их творческого мышления.
Большие возможности для развития творческой деятельности и творческих способностей школьников заложены в программе образовательной области "Технология". Развитию познавательной активности школьников способствует широко применяемый в образовательной области Технология" метод проектов, подразумевающий самостоятельную творческую работу учащихся, выполняемую под руководством учителя. Учителю необходимо разрабатывать такие виды творческой деятельности, результатом которой могут стать работы, конкурентноспособные на Всероссийской олимпиаде школьников по технологии, выставках и конкурсах научно-технической направленности.
Таким направлением проектной деятельности являются работы на основе компонентов современной электронной техники. Одним из этапов работы является разработка и изготовление печатных плат.
Цель данной работы: показать учащимся возможности современных систем проектирования печатных плат, попробовать свои силы и проявить интеллектуальный потенциал в создании новых объектов творческой деятельности.
Метод реализации: личностно ориентированное обучение в рамках подготовки к реализации технологического профиля обучения.
Cadsoft EAGLE - это комплексное средство для разработки печатных плат, начиная с создания принципиальной электрической схемы и заканчивая созданием печатной платы и её трассировкой. В программе реализованы три модуля: Программа включает в себя графический редактор схем (Schematic Editor), редактор печатных плат (Layout Editor), весьма гибкий и удобный редактор библиотек (Library Editor) и автотрассировщик (Autorouter). Кроме этого программа имеет довольно большую библиотеку, содержащую множество стандартных и достаточно распространённых электронных компонентов, например микроконтроллеры, таким образом, не нужно будет самому рисовать изображение компонента на схеме и создавать футпринт для печатной платы.
Разработка печатной платы состоит из нескольких этапов:
- Создание электрической схемы соединений
- Изображение очертаний платы (ее формы и размеров)
- Расположение деталей на плате
- Проведение соединений между выводами деталей (дорожек)
Рассмотрим эти действия.
Запускаем Eagle. Начнем с главного окна проектов.
Там древовидная структура.
Libraries - библиотеки компонентов. Тут много всего, но вот в рабочую среду их включать будем выборочно. Зеленая точка возле имени библиотеки означает, что она включена в среду и доступна в поиске/выборе элементов. Вручную все точки выключать не надо, достаточно из контекстного меню выбрать пункт Use None, а потом включить нужные выборочно.
Наиболее распространенные библиотеки:
| 74хх-eu.lbr | библиотека стандартной логики. |
| atmel.lbr | контроллеры AVR |
| con-berg.lbr | USB разъем. |
| crystal.lbr | всякие кварцы |
| diode.lbr | диоды |
| docu-dummu.lbr | примитивы основных элементов. Понадобятся для создания своих компонетов |
| holes.lbr | стандартные отверстия под крепеж. |
| ic-package.lbr | Просто некие микросхемы в корпусах. |
| jumpers.lbr | Разные джамперы. |
| microchip.lbr | Контроллеры PIC |
| pinhead.lbr | Штырьковые разьемы. |
| rcl.lbr | Тут все резисторы, конденсаторы и индуктивности. |
Ввод схемы
Для ввода схемы исполльзуется Schematic Editor. Перед тем как начинать работать с проектом, необходимо чётко определиться, какие компоненты и в каких корпусах для этого необходимы.
Открываем Control Panel. Жмём File\New\Schematic. При этом откроется окно с будущей схемой.
Выбираем компоненты для нашей схемы, используя
кнопку ADD. Выбрав компонент, нажатием левой
кнопки мышки устанавливаем его на рабочее поле
(лист). При желании компонент можно поворачивать
по часовой стрелке на 90 градусов правой кнопкой
мышки.
Расставляем компоненты в соответствии с нашими
желаниями, используя кнопку MOVE (правая кнопка и
здесь используется для поворота).
Соединяем выводы компонентов, используя кнопку
WIRE. Правая кнопка мыши используется в этом случае
для выбора угла изгиба линии соединения.
Дабы придать схеме законченный вид, каждому
элементу присваиваем имя (напр., R1, DD3 и т.д.).
Используем для этого кнопку NAME. В большинстве
случаев программа расставляет имена
автоматически, по мере установки компонентов на
рабочее поле. Здесь необходимо обратить внимание
на недопустимость ввода русских символов и
пробелов. Кроме компонентов, имена можно
присваивать и соединениям: это пригодится
позднее, при трассировке платы.
Расставляем номиналы - в основном это касается
пассивных элементов: резисторов, конденсаторов,
катушек. Для этого предназначена кнопка VALUE.
Вот и всё, схема готова!
Теперь рассмотрим создание принципиальной схемы и печатной платы на конкретном примере. В качестве примера используем схему светодиодного светильника, который был представлен на заключительном этапе первого Московского фестиваля научно-технического творчества и молодежных инициатив.
Схема состоит из нескольких светодиодов и гасящих резисторов.
1) Определяемся с необходимыми деталями и библиотеками, в которых они находятся. Для данного проекта нам понадобятся следующие детали:
- 4 постоянных резистора;
- 10 светодиодов;
- 1 диод;
- 1 пара выводов для подпайки проводов;
Ищем по библиотекам выбранные компоненты. Диод MBR0520LT - в библиотеке diode.lbr. Светодиоды LED5MM находятся в led.lbr, постоянные резисторы - в rcl.lbr, пара выводов для подпайки проводов называется 22-23-2021 и расположена в con-molex.lbr.
При выборе компонентов следует сразу выбирать и его Package, т.к. при создании печатной платы из схемы его "упаковка" переносится автоматически (особенно это касается микросхем).
2) Проводим первый этап конфигурации проекта - выбираем сетку кнопкой GRID (по умолчанию её значение установлено 0.1 дюйма, шаг - в дюймах, изображение - линиями, а её видимость выключена).
Возможные варианты:
- Сетка может быть включена\выключена;
- Сетка может иметь вид линий\точек;
- Единицы проекта: милы, миллиметры, микроны, дюймы;
Значения сеток могут быть любыми, однако я рекомендую для рисования схем 0.05 дюйма. Следует особо выделить, что во всём проекте должны участвовать только сетки, кратные 0.1 дюйма (0.05, 0.025, 0.0125, 0.00625) - иначе могут возникнуть затруднения на любом этапе работы. На первых порах также рекомендую включить кнопкой DISPLAY все слои, а заодно установить сетку 0.05 дюйма и сделать её видимой.
3) Нажимая кнопку ADD, достаём и выкладываем на рабочем поле вышеперечисленные компоненты из вышеперечисленных библиотек. Приблизительно в таком порядке:
4) Остаётся только правильно соединить все элементы схемы. Нажимая на Wire, соединяем выводы компонентов.
После завершения соединений схемы получаем картинку, аналогичную изображённой на рисунке. Схема готова, теперь можно приступать к созданию чертежа печатной платы.
Создаём плату из схемы
Для создания платы используется Layout Editor
Мы имеем принципиальную схему "светильника".
Для начала работы с платой необходимо нажать кнопку переключения из Schematic в Layout:
После ее нажатия, EAGLE сообщает нам, что платы, соответствующей нашей схеме, нет. И при этом предлагает создать её из схемы. Отвечаем "Yes" и получаем вот такое окно:
С помощью команд рисования изобразим очертания платы.
Теперь расставим компоненты так, чтобы соединения между выводами деталей как можно меньше пересекались друг с другом.
И в завершение работы, соединим выводы деталей между собой с помощью соединительных линий - так называемых дорожек.
Для этого следует использовать кнопку:
Вот что получится в итоге: готовая плата.
Литература.
- Технология: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений / под редакцией В.Д. Симоненкою.-М.: Вентана-Граф, 2005.-288 с.
- Технология: Учебник для учащихся 10 класса общеобразовательных учреждений / под редакцией В.Д. Симоненкою.-М.: Вентана-Граф, 2006.-288 с.
- Богатырев А.Н. Электрорадиотехника: Учеб. Для 8-9 кл. общеобразовательных учреждений.-М.: Прсвещение, 1996. - 224 с.
- Голубцов М.С. Микроконтроллеры AVR - от простого к сложному. М.: СОЛОН, 2004 г.