Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра инженерной графики и прикладной механики
ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ЧЕРЧЕНИЯ
И 3-D МОДЕЛИРОВАНИЯ.
ИЗОБРАЖЕНИЕ СХЕМ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПК
Методические указания и задания к расчетно-графической работе для студентов всех форм обучения специальностей
5B070300 – Информационные системы,
5B070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение,
5B071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2012
СОСТАВИТЕЛИ: А.Д.Динасылов, Э.А.Яхъяев. Основы компьютерного черчения и 3D-моделирования. Изображение схем в радиоэлектронике с использованием ПК. Методические указания и задания к расчетно-графической работе для студентов всех форм обучения специальностей 5B070300 – Информационные системы, 5B070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение, 5B071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2012. - 39 с.
Настоящее издание является 2-й частью методических указаний, предназначенных для выполнения графической работы по теме «Принципиальные схемы технических устройств» для студентов, обучающихся по специальностям радиоэлектронного и информационного профиля. В первой части - «Инженерная и компьютерная графика. Изображение электрических схем» даны общие сведения по выполнению электрических схем, а также буквенные коды для обозначения типовых элементов схем.
В данной разработке приводятся рекомендации по выполнению принципиальной схемы радиоэлектронного устройства на компьютере с использованием универсальной графической системы AutoCAD, дополненной библиотекой элементов электрических схем; выполнение схемы на компьютере предваряется ее исполнению вручную. Приводятся варианты индивидуального задания.
Ил. 41, табл. 1, библиогр. - 16 назв.
Рецензент: канд. пед. наук, ст. препод. А.А.Тульбаев.
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский институт энергетики и связи» на 2007 г.
ã НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.
Содержание
1 Цель работы и задание. Техническое и программное обеспечение. Порядок выполнения работы |
4 |
2 Рекомендации по выполнению работы |
5 |
3 Контроль знаний и оценка работы |
9 |
Приложение А. Варианты индивидуального задания |
13 |
Приложение Б. Условные графические обозначения в схемах и их размеры |
30 |
Список литературы |
37 |
1 Цель работы и задание. Техническое и программное
обеспечение. Порядок выполнения задания
Целью данной графической работы является усвоение основных приемов работы по вычерчиванию радиоэлектронных схем. Номер варианта задания следует получить у преподавателя, ведущего лабораторные занятия по компьютерной графике; варианты заданий приведены в приложении А к настоящим методическим указаниям. Вместе с тем, по решению кафедры преподаватель может выдать другие варианты заданий.
Базой для выполнения работы являются навыки, полученные при выполнении вручную и на компьютере предыдущих графических работ. Работа выполняется в два этапа – вначале схема выполняется вручную, а затем на компьютере. Умение выполнять схемы вручную оказывается весьма полезным в полевых условиях, а также при конспектировании лекций по специальным дисциплинам. На первом этапе студент выполняет свой вариант схемы вручную на миллиметровке в виде эскиза. Согласно календарному плану параллельно на компьютере выполняется лабораторная работа «Изображение принципиальных схем технических устройств в системе AutoCAD», где отрабатываются навыки выполнения схем на компьютере с использованием библиотеки элементов. На втором этапе студент выполняет свой вариант схемы в системе AutoCAD с использованием библиотеки элементов электрических схем.
Первый этап рекомендуется выполнять в такой последовательности:
а) ознакомиться со схемой и обозначением ее элементов (таблица наиболее употребительных элементов, их обозначения и рекомендуемые размеры приведены в приложении Б к настоящим методическим указаниям);
б) выполнить компоновку листа: на миллиметровой бумаге формата А3, как правило, расположенном горизонтально, вычертить рамку, предусмотрев место для основной надписи. Необходимо проанализировать, поместится ли на этом же листе перечень элементов, который должен быть оформлен в виде таблицы, расположенной над основной надписью и заполняемой сверху вниз. Если же перечень элементов не помещается на этом же листе, то он должен выполняться в виде самостоятельного документа на одном или нескольких листах формата А4;
в) вычертить вручную схему с примерным соблюдением размеров элементов согласно приложению Б и с наименьшим количеством изломов и пересечений линий связи;
г) обозначить элементы схемы;
д) заполнить основную надпись и написать шифр схемы;
е) заполнить перечень элементов (см. рекомендации в разделе 2).
После выполнения первого этапа и лабораторной работы по изображению электрической схемы в системе AutoCAD можно переходить к выполнению второго этапа – выполнению радиоэлектронной схемы на компьютере.
2 Рекомендации по выполнению работы в системе AutoCAD
Напомним, что согласно ГОСТ 2.102-68 [1] схемой называют конструкторский документ (КД), на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними. Классификацию схем по видам устанавливает ГОСТ 2.701-84 [2] в зависимости от элементов, составляющих изделие, и связей между ними.
В радиоэлектронике одним из обязательных КД является электрическая принципиальная схема, имеющая код Э3. Принципиальная схема предназначена для изучения принципов работы изделий (установок), а также для использования при их наладке, контроле и ремонте. Они служат основанием для разработки других схем, например, схем соединений (монтажных), а также чертежей.
Согласно ГОСТ 2.701-84 схемы должны быть выполнены компактно, но без ущерба для ясности и удобства их чтения. Графические изображения элементов и линии связей между ними следует располагать так, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействии его составных частей. Линии связи, соединяющие функциональные части изделия, должны иметь наименьшее количество изломов и пересечений. Они должны состоять из горизонтальных и вертикальных участков. Рекомендуется применять толщину этих линий в пределах 0,3 – 0,4 мм. Расстояние между соседними параллельными линиями связи должно быть не менее 3 мм. Схемы выполняют без соблюдения масштаба. Действительное пространственное расположение составных частей устройства не учитывают или учитывают приближенно.
Для изображения на схемах различных элементов и устройств применяют условные графические обозначения (УГО), установленные стандартами [3-11]. Кроме того, можно применять другие графические обозначения: прямоугольники произвольных размеров, содержащие пояснительный текст; внешние очертания частей изделий; схематические разрезы. Графические обозначения выполняют линиями той же толщины, что и линии связи. Нестандартные УГО на схемах должны быть пояснены. На принципиальных схемах рекомендуется максимально использовать стандартные обозначения.
УГО элементов изображают в размерах, установленных в стандартах на условные графические обозначения. Условные графические обозначения, соотношение размеров которых приведены в соответствующих стандартах на модульной сетке, должны изображаться на схемах в размерах, определяемых по вертикали и горизонтали количеством шагов модульной сетки М (см. рисунок 1). При этом шаг модульной сетки для каждой схемы может быть любым, но одинаковым для всех элементов и устройств данной схемы.
Для упрощения рисунка схемы (сокращения изломов и пересечений линий связи) УГО допускается изображать повернутыми на углы, кратные 90° (или 45°), а также зеркально повернутыми.
Узлы, блоки и микросхемы, входящие в состав схемы, изображают в виде прямоугольников с соответствующими надписями; связи между ними показывают в виде линий, соединяющих эти многоугольники.
В схемах могут использоваться сигналы различной формы. Группа сигналов, объединенных по какому-либо принципу, называется линией. В схемах предусматриваются специальные обозначения для шин, т.е. жгутов проводов (см. рисунок 2). На структурных и функциональных схемах они изображаются толстыми линиями или двойными стрелками, причем количество сигналов, входящих в шину, указывается рядом с косой чертой, пересекающей шину.
На принципиальных схемах шина обозначается толстой линией, а входящие в шину и выходящие из нее сигналы показывают в виде перпендикулярных к шине тонких линий с указанием их номера или названия. При передаче по шине двоичного кода нумерация начинается с младшего разряда (зачастую с символа 0).
Входы и выходы микросхем обозначаются в соответствии с рисунком 3.
В условных изображениях микросхем используют сокращенные названия входных и выходных сигналов, отражающие функции этих сигналов. Названия располагают на схемах рядом с соответствующими выводами. На изображениях микросхем указывают также выполняемые ими функции (обычно вверху по центру). Изображение микросхемы иногда делят на три вертикальных поля: левое поле относится к входным сигналам, правое – к выходным, а в центральное поле помещают название микросхемы и символы, отражающие ее особенности. Неинформационные выводы могут быть указаны как на левом, так и на правом поле. Иногда их показывают на верхней или нижней стороне прямоугольника, изображающего микросхему.
В таблице 1 приведены наиболее часто встречающиеся обозначения сигналов и функций микросхем.
Некоторые из УГО аналоговых элементов электрических и радиоэлектронных схем с рекомендуемыми размерами приведены в приложении Б (в данных методических указаниях ввиду ограниченности объема цифровые элементы не рассматриваются). Еще раз отметим, что изменения, внесенные в соответствующие стандарты уже после их введения в действие, устанавливают размеры УГО в шагах модульной сетки М, так что размеры, указанные в приложении Б, могут быть пропорционально изменены, но в одинаковой пропорции для всех элементов одной схемы. Кроме того, следует отметить, что согласно изменениям, внесенным в стандарты, изображения некоторых элементов несколько отличаются от тех, которые были утверждены в первоначальной редакции стандартов. Так, на рисунке 1,а изображено обозначение транзистора типа PNP согласно изменениям, внесенным в апреле 1987 г. в ГОСТ 2.730-73 (ИУС №10-80); в то же время, стандартом допускается использовать обозначение, приведенное в п.39 таблицы Б.1 и показанное укрупнено на рисунке 1,б.
Т а б л и ц а 1
Обозначение |
Название |
Название (функции) |
|
||
& |
And |
Элемент И |
1 |
Or |
Элемент ИЛИ |
=1 |
Exclusive Or |
Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ |
BF |
Buffer |
Буфер |
CT |
Counter |
Счетчик |
DC |
Decoder |
Дешифратор |
G |
Generator |
Генератор |
MS |
Multiplexer |
Мультиплексор |
RG |
Register |
Регистр |
SUM |
Summator |
Сумматор |
T |
Trigger |
Триггер |
I |
Intup |
Вход |
VO |
Intup/Output |
Вход/Выход |
OE |
Output Enable |
Разрешение выхода |
Q |
Quit |
Выход (аналоговый) |
EZ |
Enable Z-state |
Разрешение третьего состояния |
Z |
Z-state |
Третье состояние выхода |
A |
Address |
Адресные разряды |
D |
Data |
Разряды данных данные |
C |
Clock |
Тактовый сигнал (строб) |
CE |
Clock Enable |
Разрешение тактового сигнала |
CS |
Chip Select |
Выбор микросхемы |
R |
Reset |
Сброс (установка в ноль) |
S |
Set |
Установка в единицу |
TC |
Terminal Count |
Окончание счета |
На схемах допускается помещать различные технические данные, характер которых определяется назначением схемы. Они могут быть расположены около графических обозначений (справа или сверху) или на свободном поле схемы (лучше над основной надписью).
Около графических обозначений элементов указывают их буквенно-цифровые позиционные обозначения, а на свободном поле - таблицы, диаграммы, текстовые указания (требования к монтажу и т.п.). Буквенно-цифровое позиционное обозначение состоит из буквенного обозначения и порядкового номера, проставленного после буквенного обозначения. Как было сказано выше, буквенные обозначения наиболее распространенных элементов электрических и радиоэлектронных схем приведены в приложении Б.
Порядковые номера элементам следует присваивать, начиная с единицы, в пределах группы элементов с одинаковым буквенным позиционным обозначением, например R1, R2, RЗ и т.д. Буквы и цифры в позиционных обозначениях на схеме выполняются шрифтом одного размера (при выполнении работы рекомендуется буквенно-цифровое обозначение элементов выполнять шрифтом 3,5 или 5). Порядковые номера должны быть присвоены в соответствии с последовательностью расположения элементов или устройств на схеме сверху вниз в направлении слева направо.
Технические данные об элементах схем должны быть записаны в перечень элементов (см. рисунок 4). При этом связь перечня с условными графическими обозначениями элементов следует осуществлять через позиционные обозначения. Для простых схем допускается все сведения об элементах помещать около условных графических обозначений на полках линий-выносок. Перечень элементов оформляют в виде таблицы и размещают на первом листе схемы над основной надписью. Расстояние между перечнем элементов и основной надписью должно быть не менее 12 мм. Продолжение перечня элементов помещают слева от основной надписи, повторяя головку таблицы.
Перечень элементов можно выполнять в виде самостоятельного документа на форматах А4, которые нумеруют как последующие листы схемы. При этом его код должен состоять из буквы П и кода схемы, к которой выпускают перечень. Основную надпись на первом листе перечня выполняют по форме 2 (ГОСТ 2.104-68) с размерами 40х185 мм, а на последующих листах — по форме 2,а с размерами 15x185 мм. В основной надписи указывают наименование изделия и наименование документа «Перечень элементов». В графах перечня указывают следующие данные: в графе «Поз. обозначение» — позиционное обозначение элемента, устройства или обозначение функциональной группы на схеме; в графе «Наименование» — наименование элемента в соответствии с документом, на основании которого этот элемент применен, и обозначение этого документа (ГОСТ, ОСТ, ТУ, каталог и т.д.). При необходимости указания технических данных элемента, не содержащихся в его наименовании, их рекомендуется указывать в графе «Примечание». Элементы в перечень записывают группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений. В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные обозначения, элементы располагают по возрастанию порядковых номеров. Элементы одного типа с одинаковыми параметрами, имеющие на схеме последовательные порядковые номера, допускается записывать в перечень в одну строку с указанием порядкового номера начального и конечного элементов в графе «Поз. обозначение», например C2...C5. В графе «Кол.» указывают общее количество таких элементов. Наименование элементов в этом случае пишут в единственном числе. Если в схему входят элементы, имеющие одинаковое наименование, но разные параметры, допускается объединять их в группу. Для этого записывают наименование элементов во множественном числе в графе «Наименование» в виде общего заголовка 1 раз. Заголовок подчеркивают в пределах строки. При автоматизированном проектировании наименование устройства (функциональной группы) допускается не подчеркивать.
Ниже наименования устройства (функциональной группы) должна быть оставлена одна свободная строка, выше - не менее одной свободной строки.
В графе «Наименование» указывают обозначение документа, на основании которого эти элементы применены (ГОСТ, ОСТ, ТУ, каталог).
а) |
б) |
||
|
Для сокращения времени на выполнение задания, следует широко использовать такие средства AutoCAD, как объектная привязка, копирование, перемещение и поворот объектов, изменение точки привязки и другие. Их отработка выполняется в лабораторной работе «Изображение принципиальных схем технических устройств в системе AutoCAD» [13], которая предшествует выполнению задания.
При выполнении схемы на компьютере удобно вначале нанести на формат во вспомогательном слое сетку, показывающую, как будут проходить линии связи. Сетку следует строить с использованием какого-либо цвета, отличного от системных слоев (белого и черного). Сами построения будут выполняться в основном слое с привязкой к узлам и линиям сетки во вспомогательном слое. После того, как изображение схемы будет закончено, вспомогательный слой нужно отключить. Буквенно-позиционные обозначения элементов схемы также удобно выполнять в отдельном слое.
На рисунке 3 показан пример выполнения электрической принципиальной схемы в системе AutoCAD; здесь перечень элементов выполнен на одном листе со схемой. На рисунках 5 и 6 показано выполнение схемы и перечня элементов для данной схемы на разных листах.
3 Контроль знаний и оценка работы
Контроль выполнения и оценка графической работы проводится в 2 этапа. На первом этапе, после выполнения эскиза электрической принципиальной схемы, оценивается проработка студентами теоретического материала, относящегося непосредственно к данному заданию. На втором этапе оценивается качество графического оформления работы. Результирующая оценка за работу учитывает знания студента и качество графического оформления работы.
|
||||||||
|
||||||||
|
|
|
|
Приложение А
Варианты индивидуальных заданий
|
Приложение Б
Приложение Б
Условные графические обозначения в схемах и их размеры
В таблице Б.1 Приведены условные графические обозначения и их размеры согласно соответствующим стандартам [3-11].
Т а б л и ц а Б.1
№ |
Наименование |
Обозначение |
Размер, мм |
1 |
ГОСТ 2.721-74 Регулирование линейное Общее назначение |
S/2 |
|
2 |
Регулирование подстроечное |
||
3 |
ГОСТ 2.721-74 Обмотка трансформатора, автотрансформатора, дросселя, магнитного усилителя |
||
4 |
Катушка индуктивности, дроссель без магнитопровода |
||
5
6
7 |
Катушка индуктивности: а) с отводами
б) с магнитодиэлектрическим магнитопроводом в) подстраиваемая магнитоэлектрическим магнитопроводом |
а)
б)
в) |
|
8
9
10 |
Трансформатор: а) с магнитодиэлектрическим магнитопроводом
б) подстраиваемый общим магнитодиэлектрическим магнитопроводом
в) дифференциальный (точками обозначены начала обмоток) |
а)
б)
в) |
Продолжение таблицы Б.1 |
||||
11 |
Дроссель с ферромагнитным магнитопроводом |
|||
12 |
ГОСТ 2.725-68 Контакт включателя и переключателя - замыкающий |
|
||
13 |
Выключатели. Общее обозначение |
|||
14 |
Переключатель на два положения и более |
|||
15 |
Соединение контактное, разъемное |
|
||
16 |
Штырь |
|||
17 |
Гнездо |
|||
18 |
Кнопка с самовозвратом и замыкающим контактом |
|||
19 |
ГОСТ 2. 727-68 Предохранитель плавкий. Общее обозначение |
|||
20 |
ГОСТ 2.728-74 Резистор постоянный |
|||
21 |
Резистор с номинальной мощностью рассеивания: 0,125 W |
|||
22 |
0,25W |
|||
23 |
0,5W |
|||
Продолжение таблицы Б.1 |
|
|||
24 |
1,0W |
|
||
25 |
2,0W |
|||
26 |
5,0W |
|||
27
28
29 |
Резистор переменный (реостат): а) общее обозначение
б) с разрывом цепи в ) без с разрывом цепи |
а)
б)
в) |
||
30 31 |
Резистор переменый (потенциометр): а) общее обозначение б) с отводами |
а)
б) |
||
32
33
34
35
|
Конденсатор: а) постоянной емкости; общее обозначение б) электролитический полярный в) переменной емкости
г) подстроечный |
а)
б)
в)
г) |
|
|
36
|
ГОСТ 2.730-73 Переход выпрямительный от слоя Р к слою N |
|||
37 |
Диод полупроводниковый. Выпрямитель полупроводниковый |
|||
38 |
Стабилитрон полупроводниковый. Диод с односторонней проводимостью |
|||
|
|
|
||
Продолжение таблицы Б.1 |
|
|||
39
40 |
Транзистор:
Типа PNP
Типа NPN |
|
||
41
42 |
Схема соединения полупроводниковых диодов: а) однофазная с нулевым выводом
б) однофазная мостовая
в) упрощенное изображение |
а)
б) или
в) или |
||
43 |
ГОСТ 2.731-81 Сетка, показанная с продолжением |
S/2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы Б.1 |
||||
44 |
Триод |
|||
45 |
Триод двойной с раздельными катодами |
|||
46 |
Пентод |
|||
47 48 |
ГОСТ 2.735-68 Антенна: а) несимметричная б) Т-образная |
а)
б) |
|
|
49 |
ГОСТ 2.741-68 Телефон. Общее обозначение |
|||
50 |
Громкоговоритель-микрофон |
|||
51 |
Громкоговоритель с регулируемой громкостью |
|||
52 |
ГОСТ 2.742-68 Элемент гальванический или аккумулятор |
|||
53 |
Батарея из гальванических или аккумуляторных элементов |
|||
|
||||
Продолжение таблицы Б.1 |
||||
54 55 |
ГОСТ 2.750-68 Ток: а) постоянный б) переменный |
а)
б) |
S |
|
56 |
ГОСТ 2.751-73 Заземление |
|||
57 |
Корпус (машины, аппарата, прибора) |
|||
58 |
Экран, охватывающий группу элементов. Общ. обозначение |
S/2…S/3 |
||
59 60 |
Соединение электрическое: а) разъемное б) неразъемное |
а)
б) |
|
|
61 |
Линия электрической связи. Провод, кабель, шина |
S/2…S/3 |
||
62 |
Линия электрической связи экранирования |
|||
63 |
ГОСТ 2.730-73 Транзистор полевой с каналом N-типа (а) и Р-типа (б) |
а) |
б) |
|
64 |
ГОСТ 2.729-68 Микроамперметр |
|||
65 |
ГОСТ 2.732-68 Выключатель кнопочный нажимной с размыкающим контактом |
|||
Продолжение таблицы Б.1 |
||||
66 |
ГОСТ 2.732-68 Лампа накаливания осветительная и сигнальная. Общее обозначение |
|||
67 |
ГОСТ 2.755-74 Контакт электрического реле |
|||
68 |
ГОСТ 2.756-76 Катушка электромеханического устройства (обмотка реле, контактора и магнитного пускателя). Общее обозначение |
|||
69 |
ГОСТ 2.756-76 Обмотка поляризованного реле |
|||
Список литературы
1. ГОСТ 2.102-68. ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов.
2. ГОСТ 2.701-84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
3. ГОСТ 2.702-75. ЕСКД. Схемы. Правила выполнения электрических схем.
4. ГОСТ 2.705-70. ЕСКД. Правила выполнения электрических схем обмоток и изделий с обмотками.
5. ГОСТ 2.709-89. ЕСКД. Обозначения условные проводов и контактных соединений электрических элементов, оборудования и участков цепей в электрических схемах.
6. ГОСТ 2.721-74. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
7. ГОСТ 2.723-68. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители.
8. ГОСТ 2.728-74. ЕСКД. Резисторы, конденсаторы.
9. ГОСТ 2.730-73. ЕСКД. Приборы полупроводниковые.
10. ГОСТ 2.747-68. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Размеры условных графических обозначений.
11. ГОСТ 2.755-87. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения.
12. Инженерная и машинная графика. Выполнение принципиальных схем технических устройств в системе AutoCAD: Методические указания к лабораторной работе /Сост. А.Д.Динасылов. - Алматы: АИЭС, 2001. – 33 с.
13. Инженерная и компьютерная графика. Общие правила выполнения электрических схем / А.Д.Динасылов, Э.А.Яхъяев, А.Б. Досаева. – Алматы: АИЭС, 2007. – 33 с.
14. Романычева Э.Т., Соколова Т.Ю., Шандурина Г.Ф. Инженерная и компьютерная графика. – М.: ДМК Пресс, 2001. – 592 с.
15. Динасылов А.Д. Инженерная и компьютерная графика. Введение в компьютерную графическую систему AutoCAD: Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2003. – 104 с.
16. Динасылов А.Д., Яхъяев Э.А., Мукашев М.Ш. Инженерная и компьютерная графика. Общие правила выполнения принципиальных схем: Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2009. – 83 с.
Сводный план 2007 г., поз. 135