ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ЛИПЕЦКИЙ ФИЛИАЛ
Факультет Информационных и Энергетических систем
Кафедра Вычислительных систем
Специальность 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы исети»
Курсовой проект
по дисциплине “Конструкторско-технологическое обеспечение производстваЭВМ”
Тема
Конструирование модуля ЭВМ для обработки телеметрических данных
Выполнил
студентгр. ВМо-05 А.А. Иванов
Липецк 2010
Содержание
Лист
Введение
1. Общая часть
1.1 Постановка задачи проектирования
1.2 Назначение и область применения
2. Специальная часть
2.1 Описание принципиальной схемы
2.2 Характеристики ИМС и РЭ
2.3 Выбор и обоснования конструкциипечатной платы
2.4 Выбор и обоснование классаточности и группы жесткости
2.5 Выбор габаритных размеров и конфигурациипечатной платы
2.6 Выбор материала основанияпечатной платы
2.7 Компоновка и размещение ИМС и РЭна печатной плате
2.8 Выбор и обоснование методаизготовления печатной платы
2.9 Выбор защитного покрытия печатнойплаты
3. Расчётная часть
3.1 Расчёт потребляемой мощности
3.2 Трассировка соединений и расчётэлементов печатного монтажа
3.3 Расчёт надёжности
Заключение
Приложение А. Опись документов
Приложение B. Перечень элементов
Литература
Введение
Появление печатных плат (ПП) в ихсовременном виде совпадает с началом использования полупроводниковых приборов вкачестве элементной базы электроники. Переход на печатный монтаж даже на уровнеодно- и двухсторонние плат стал в свое время важнейшим этапом в развитииконструирования и технологии электронной аппаратуры. Разработка очередныхпоколений элементной базы (интегральная, затем функциональнаямикроэлектроника), ужесточение требований к электронным устройствам,потребовали развития техники печатного монтажа и привели к созданиюмногослойных печатных плат (МПП), появлению гибких, рельефных печатных плат.Многообразие сфер применения электроники обусловило применение различных типовпечатных плат:
— односторонние печатныеплаты;
— двухсторонние печатные платы;
— многослойные печатные платы;
— гибкие печатные платы ;
— рельефные печатные платы (РПП);
— высокоплотная односторонняя печатнаяплата.
В данном курсовом проектеразрабатываем двустороннюю печатную плату.
Двухсторонние платы составляют внастоящее время значительную долю объема выпуска плат, например, вВеликобритании до 47 %.
Опираясь на статистику последнихтрех лет, можно оценить долю двухсторонних плат в российском производстве в 65-75%.Столь значительное внимание разработчиков к этому виду плат объясняетсясвоеобразным компромиссом между их относительно малой стоимостью и достаточновысокими возможностями. Технологический процесс изготовления двухстороннихплат, также как односторонних, является частью более общего процессаизготовления многослойных ПП. Однако для двухсторонних плат не требуетсяприменять прессования слоев, значительно проще выполняется очистка отверстийпосле сверления. Вместе с тем, для большинства двухсторонних плат за рубежомпроектные нормы «проводник / зазор» составляют 0,25 / 0,25 мм (40% от объема выпуска), 0,2 / 0,2 мм (18%) и 0,15 / 0,15 мм (18%). Это позволяет использовать такие платы для изготовления широкого круга современных изделий, они вполнепригодны как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа. Нередкона проводники двухсторонних плат наносится золотое покрытие, а для металлизацииотверстий используется серебро.
Типовые параметры двухстороннихплат:
· Максимальныеразмеры заготовки — 300x250...500х500 мм
· Минимальныйдиаметр отверстия — 0.4...0,6 мм
· Минимальнаяширина проводника — 0,15 мм
· Минимальный зазор- 0,15 мм
· Толщина фольги — 18..36 мкм
· Толщина платы — 0,4 — 2,0 мм
Опираясь на собственный опытизготовления прототипов отечественных двухсторонних плат, можно констатировать,что запросы отечественных разработчиков удовлетворяются пока диапазономпроектных норм 0,2 / 0,2 — 0,3 / 0,3 мм, норма 0,15 / 0,15 мм встречается не более, чем в 10% случаев. Отметим, что отечественные разработчики, точно такжекак их зарубежные коллеги, закладывают в технические задания на изготовлениедвухсторонних плат нанесение паяльной маски, маркировку, весьма часто — фрезерование плат по сложному контуру. Как правило, сборка таких платпредусматривает поверхностный монтаж компонентов
1 Общая часть
1.1 Постановка задачи проектирования
Целью курсового проектаявляется конструирование модуля первого уровня ЭВМ. При выполнении курсового проектапредусматривается выполнение следующих работ:
-Анализ назначения,область применения и условия эксплуатации ЭВМ.
— Описание принципиальнойсхемы и характеристики ИМС и РЭ, т.е. рассмотреть и проанализировать вариантпроекта, а также произвести выбор аппаратных средств, максимальноудовлетворяющих требованиям поставленной задачи;
— Выбор и обоснованиетипа конструкции печатной платы. Определяются требования к конструкции печатнойплаты, материалу основания. необходимость дополнительной защиты. Анализируетсяфункциональная и конструкторская сложность узла, устройства и в соответствии сГОСТ производится выбор типа конструкции печатной платы. -Выбор и обоснованиекласса точности. Для осуществления трассировки выбирается необходимый классточности печатной платы на основе анализа конструкторской сложностифункционального узла, характеристик элементной базы, условий эксплуатации,надежности, технологии изготовления.
— Выбор материала основанияпечатной платы. На основании анализа механических воздействий, класса точностипечатной платы, реализуемых функций и условий эксплуатации, по ТУ на материалыконкретного вида и ГОСТ, производится выбор материала для основания печатнойплаты.
— Компоновка и размещениеИМС и РЭ на плате. На основе установочных размеров интегральных микросхем,электрорадиоэлементов компонентов, с учетом рекомендаций и ограничений,производится их компоновка и размещение. Рассматриваются различные варианты поразмещению элементов на печатной плате.
— Выбор габаритныхразмеров и конфигурации печатной платы. С учетом технологических зон, зоныустановки соединителя, требований модуля второго уровня, по ГОСТ производитсявыбор конфигурации и габаритных размеров печатной платы.
— Выбор и обоснование методаизготовления печатной платы. Выбирается наиболее современный, технологичный иэкономичный метод изготовления печатной платы.
— Выбор защиты покрытияпечатной платы. Выбирается наиболее эффективная, для заданных условийэксплуатации, защита печатной платы.
— Трассировка соединенийи расчет элементов печатного монтажа. Производится расчет элементов печатногомонтажа.
— Расчет надежности.Производится расчет среднего времени наработки на отказ и вероятностьбезотказной работы устройства за определенны отрезок времени.
— Расчет электрическихпараметров схемы. Рассчитывается электрическая мощность потребляемая устройством
1.2Назначение и область применения устройства
16-разрядныймикропроцессор явился основой для построения многих микроЭВМ и средств цифровойинформатики и очень широко применялся в своё время. Надо сказать, что, несмотряна малую разрядность, микропроцессоры такого типа достаточно широко применяются(в средствах цифровой информатики в микро- и мини-ЭВМ) и в настоящее время всилу сравнительной простоты устройства и дешевизны. Однако при применении их вкачестве основного звена микроЭВМ, в особенности персональных ЭВМ, малая разрядностьи другие ограничения требуют в конечном итоге усложнения структурнойорганизации и программного обеспечения.
Устройство, конструируемоев данном курсовом проекте, представляет собой собственно микропроцессорнуюсистему с математическим сопроцессором. Данное устройство относится к наземным,стационарным ЭВМ и предназначена для эксплуатации в отапливаемых помещениях.Условия эксплуатации характеризуется диапазоном температур от +10… +35 °С,влажностью до 90… 94% при 300С, атмосферным давлением (8,36…10,6)Па (630…800)мм. Рт. Ст., без механических перегрузок во время работы, воздухбез присутствия активных веществ. Дестабилизирующим фактором является повышеннаявлажность
2.Специальнаячасть
2.1Описание принципиальной схемы
Генератор тактовыхсигналов КР580ГФ24 (DD1) состоит изгенератора опорной частоты, счётчика делителя частоты на 9, формирователя фазС1, С2 и логических схем. Для стабилизации тактовых сигналов опорной частоты квходам ХТАL 1, ХТАL2 генератора подключают кварцевый резонатор, частота которогодолжна быть в 9 раз больше частоты выходных сигналов С1, С2. для автоматическойустановки генератора в исходное состояние при подаче напряжения к входу RESIN подключают цепь, состоящую изэлементов R (100кОм), VD, C1 (10мкФ). В момент включения источникапитания конденсатор С1 разряжен, на входе RESIN сигнал высокого уровня, осуществляется сбросмикропроцессора. Через резистор R1конденсатор заряжается, напряжение на входе RESIN падает. Когда напряжение на входе RESIN достигнет логического нуля,снимается сигнал RESET с выхода микросхемыи микропроцессор производит первое обращение за чтением команды к ячейке памятипо адресу 0000Н. Положительные импульсы, сдвинутые во времени, амплитудой 12В ичастотой 0,5-3,0 МГц с входов С1, С2 генератора подаются на одноимённые входымикропроцессора. В начале каждого машинного цикла микропроцессор вырабатываетсигнал синхронизации SYN, которыйв сочетании с другими сигналами может быть использован для организацииразличных режимов работы. Этот сигнал подаётся на вход SYN генератора. К адресным выходам А0-А15 микропроцессораподключаются, буферные регистры RG дляповышения нагрузочной способности. На вход ОЕ микросхем подаётся логическийноль для разрешения передачи данных (управление третьим состоянием), а на входыSTB логическая единица для выборанаправления передачи данных (из A в B). Выходы микросхем объединяются всистемную шину адреса с повышенной нагрузочной способностью. Системныйконтроллер КР580ВК28 состоит из двунаправленной буферной схемы данных, регистрасостояния и дешифратора управляющих сигналов. Восьмиразрядная параллельная3-стабильная буферная схема данных принимает информацию с канала данныхмикропроцессора по выводам D7-D0 и передаёт в регистр состоянияинформацию состояния, на системный канал данных по выводам DВ7-DВ0 выдаёт в цикле записи по сигналу TR. В цикле чтения по сигналу RC буферная схема принимает данные с системного канала повыводам DB7 и DB0 и передаёт по выводам D7-D0 на канал данныхмикропроцессору. Регистр состояния по входному сигналу SТВ фиксирует информацию состояния микропроцессора в такте Т1каждого машинного цикла микропроцессора. Дешифратор управляющих сигналовформирует один из управляющих сигналов в каждом машинном цикле: при чтении ЗУ-RD, при записи в ЗУ-WR, при чтении из УВВ-RDIO, при записи в УВВ-WRIO, при подтверждении запросапрерывания, сигнал INTA. Напряжениевысокого уровня на входе HLDAпереводит выходы RD, RDIO, INTA в пассивное состояние (напряжение высокого уровня) иблокирует передачу информации через буферную схему данных. ПЗУ как раннее отмечалось,предназначено для хранения и считывания двоичной информации. ПЗУ состоит изследующих узлов: накопителя (НК), дешифраторов строк и столбцов (DCX, DCY), которые определяют к какому элементу памятинакопителя, производится обращение в соответствие с заданным кодом адреса.После этого подаётся сигнал выбора кристалла (поступает в устройствоуправления), поступающий с системного контроллера, и определяется режим работы.Адресные входы ПЗУ А0-А7 подключаются к системной шине адреса к линиям А0-А7соответственно. Если на вход CSподаётся логическая единица с выхода RD системного контроллера, то ПЗУ переходит из режима хранения в режимвыдачи информации, т.е. данные из ячейки памяти поступают на шину данных.Микросхема имеет внутренний генератор тактовой частоты. Для стабилизациитактовых сигналов к входу CLKподключается Г-образная RCцепочка. Конденсатор Cзаводится на цифровую землю, а к резистору R подаётся напряжение + 5 в. Конденсатор C имеет ёмкость 30 пФ, а резисторсопротивление то 10 до 250 кОм. Когда вход S переходит из состояния логической единицы в состояниелогического ноля, на выходе фиксируется код, который был в момент сменылогических состояний, и на индикаторе, несмотря на изменение входнойинформации, сохраняется соответствующая цифра. Сигнал WR IO с системного контроллера и сигнал Q1 с дешифратора DD7 подаются на входы логического элемента DD12. Если на входы логического элемента поступают сигналылогического нуля, то на выходе элемента устанавливается логическая единица.Выход логического элемента подключается к входу S дешифратора DD8.Для помехоустойчивости системы низкочастотные помехи по цепи питания необходимоблокировать конденсатором суммарной емкостью из расчета 0,1 мкФ на каждуюмикросхему, включенными между шинами +5В и GND непосредственно в начале шины +5 В. Высокочастотныепомехи необходимо блокировать конденсатором ёмкостью 0,015-0,022 мкФ,включенным между каждым выводом +5 В микросхемы и шиной GND в непосредственной близости отмикросхемы (не далее 5мм). Основным назначением системы является преобразование16-разряной информации, принимаемой с разъёма. Она поступает на 8-разрядныерегистры, которые подключены к микросхеме КР58ОВВ55А, преобразующей двапараллельных кода в один последовательный. Этот код поступает на преобразовательинтерфейса RS-485, затем на гальваническую развязку.Блоки питанияаппаратуры, предназначенные для питания от сети переменного тока в зависимостиот назначения и мощности, могут быть выполнены по различным схемам. Простейшийблок питания с трансформаторным входом имеет схему, приведенную в графическойчасти. Исходя из расчётов потребляемой мощности, по справочнику выбираетсянеобходимый трансформатор на входное сетевое напряжение U1=220В, с несколькими вторичными напряжениями.Выбирается трансформатор с такими вторичными напряжениями, которые попадают вдиапазон входных для интегральных стабилизаторов, так чтобы они не вышли изстроя и не оказались под заниженным питанием (с учётом падения напряжения на выпрямителе).Ток каждой вторичной обмотки должен быть выше тока, идущего в нагрузку, иначенеизбежна токовая перегрузка трансформатора. Мощность трансформатора должнатакже быть выше той, которую потребляет микроЭВМ с учётом потерь в выпрямителяхи стабилизаторах. Для обеспечения микроЭВМ несколькими напряжениями питаниянеобходимо предусмотреть трансформатор, формирующий необходимое количествовторичных напряжений, т.е. трансформатор должен содержать дополнительныеобмотки для их питания, должны быть предусмотрены дополнительные выпрямители истабилизаторы соответствующих напряжений. Схема формирования питающихнапряжений строится с помощью интегральных стабилизаторов напряжения. Посправочнику выбираются соответствующие интегральные микросхемы стабилизаторов сучётом требуемых напряжений и токов нагрузки и приведенных в справочнике схемвключения. Выпрямитель источника питания микропроцессорной системы строится помостовой схеме. Выпрямительные диоды выбираются, исходя из прямого тока диодов IПР, который должен быть заведомо большесуммарного потребляемого тока всей микропроцессорной системой, и напряжения UВХ которое должно быть заведомо больше,подаваемого на интегральные стабилизаторы для требуемого запаса. Приведённая налисте электрическая принципиальная схема источника питания построена сприменением трёхвыводных интегральных стабилизаторов. Один интегральныйстабилизатор типа КI42ЕН5А (DА2)обеспечивает положительное выходное напряжение 5В при номинальном токе 3А.Стабилизатор 7905 (DA 1) формируетнапряжение отрицательной полярности, имеющий значения 5В. Максимальный выходнойток этого канала составляет 1,5А. Стабилизатор типа КР1157ЕН12Г (DA3) обеспечивает положительноевыходное напряжение 12В. Компоненты схемы имеют следующие параметры:электролитические конденсаторы С22- С28 — 4700 мкФ; диоды VD2-VD5 Iпр=2А,предохранитель FU1 0,5А. Висточнике питания используется трансформатор ТН — 17, U2=6.3B, U3=6.ЗВ U4=6, ЗВ. Мощность трансформаторасоставляет 30 Вт
2.2 Характеристики ИМСи РЭ
Характеристикаинтегральных микросхем:
Комплект ИСхарактеризуется автономностью и функциональной законченностью, унификацией ихинтерфейса, программируемостью микросхем, их логической и электрическойсовместимостью. Восьмиразрядная организация, фиксированный набор команд,большой выбор периферийных микросхем позволяет их использовать при созданииразличных средств вычислительной техники (устройств локальной автоматики,контроллеров измерительных приборов и периферийных устройств, микро ЭВМ дляуправления технологическими процессами и измерительными системами). ИС совместимыпо входам с микросхемами серий ТЛЛ.
Таблица 1 — Размерыкорпусов микросхем
Шифр
размера
Число
выводов
Dmax,
мм
Emax,
мм
A2max,
мм
(L+A)max,
мм
b,
мм 2123.40-2 40 52 14,9 5 10 2,5 2121.28-5 28 37 14,9 5 10 2,5 2121.28-4 28 37 14,9 5 10 2,5 2140.20-2 20 27 7,4 5 10 2,5 238.16-2 16 22 7,4 5 10 2,5 201.14-1 14 19,5 7,4 5 10 2,5
/>
Рисунок 1 — Размерыкорпусов микросхем
Микросхема КР580ВМ80А
Микросхема представляетсобой параллельное центральное 8-разрядное процессорное устройство сфиксированной системой команд. ИС имеет раздельный 16-разрядный канал адреса и8-разрядный канал данных. Канал адреса обеспечивает прямую адресацию внешнейпамяти объемом до 65536 байт, 256 устройств ввода и 256 устройств вывода.8-разрядное АЛУ МП обеспечивает выполнение арифметических и логических операцийнад двоичными данными, представленными в дополнительном коде, а также обработкудвоично-десятичных упакованных чисел. Содержит 4750 интегральных элементов.Корпус типа 2123.40-2, масса не более 6г.
/>
Рисунок 2 — МикросхемаКР580ВМ80А
Таблица 2 — Назначениевыводов ИМС КР580ВМ80АВывод Назначение Функциональное назначение 1, 25-27, 29-40 A10, A0-A2, A3-A9, A15, A12-A14, A11 канал адреса 2 GND общий 3-10 D4-D7, D3-D0 канал данных 11 Uio напряжение источника питания 12 SR установка в исходное состояние 13 HLD захват 14 INT запрос прерывания 15, 22 C2, C1 тактовый сигнал 16 INTE разрешения прерывания 17 RC прием информации 18 TR выдача информации 19 SYN сигнал синхронизации 20 Ucc1 напряжение питания +5В±5% 21 HLDA подтверждение захвата 23 RD сигнал «готовности» 24 WI сигнал «ожидания» 28 Ucc2 напряжение питания +12±5%
Таблица 3 — Электрическиепараметры ИМС КР580ВМ80А
Номинальное напряжение питания UN1 12В ± 5%
Номинальное напряжение питания UN2 5В ± 5% Напряжение высокого уровня импульсов тактовых сигналов 9...13 В Напряжение низкого уровня импульсов тактовых сигналов -0,3...+0,8 В Входное напряжение низкого уровня ≤0,8 В Входное напряжение высокого уровня ≥3,3 В Выходное напряжение высокого уровня ≥3,7 В Выходное напряжение низкого уровня ≤0,45 В
Ток потребления от источника питания UN1 ≤75 мА
Ток потребления от источника питания UN2 ≤85 мА Ток потребления от источника напряжения смещения подложки ≤1 мА Ток утечки на входах тактовых импульсов -10…+10 мкА
Выходной ток в состоянии «выключено» при UBXN = 0,45 В -100…+100 мкА
Выходной ток в состоянии «выключено» при UBXN = 5,25 В -10…+10 мкА Ток утечки на входах -10…+10 мкА
Входной ток по каналу данных в режиме «прием» при
0≤UBXN≤0,45 В ≤ |-0.1| мА
Входной ток по каналу данных в режиме «прием» при
0,45≤UBXN≤5,25 В ≤ |-2| мА Период следования тактовых импульсов C1, С2 0,48...2 мкс Длительность тактовых импульсов С1 ≤ 60 нс Длительность тактовых импульсов С2 ≤ 220 нс Время перехода сигналов С1, С2 из состояния низкого (высокого) уровня в состояние высокого (низкого) уровня 0…50 нс Время задержки сигнала С2 (низкого уровня) относительно сигнала С1 (низкого уровня) ≥ 0 нс Время задержки сигнала С1 относительно сигнала С2 ≥ 80 нс Время задержки сигнала С2 (высокого уровня) относительно сигнала С1 (низкого уровня) ≥70 нс Время задержки распространения сигналов А15… А0 (низкого уровня) относительно сигнала С2 (высокого уровня) ≤200 нс Время задержки распространения сигналов D7…D0 относительно сигнала С2 (высокого уровня) ≤220 нс Время задержки распространения сигналов D7…D0 и А15… А0 (высокоимпедансное состояние) относительно сигнала С2 (высокого уровня) ≤120 нс Время установления сигналов D7…D0 относительно сигнала С2 ≤150 нс Время установления сигналов D7…D0 относительно сигнала С1 во время действия сигнала «прием» ≥30 нс Время задержки распространения сигналов ACKRQ относительно сигнала С1 ≥120 нс Время задержки распространения сигнала «синхронизация» относительно сигналов С1 и С2 ≥120 нс Время задержки распространения сигнала «прием» относительно сигнала С2 25…140 нс Время установления сигнала «готовность» относительно сигнала С2 ≥120 нс Время задержки сигнала «прием» относительно сигналов D7...D0, А15… А0 ≥ 0 нс Время задержки распространения сигнала «ожидание»относительно сигнала С1 ≥120 нс Время установления сигнала «запрос прерывания» относительно сигнала С2 ≥120 нс Время сохранения сигнала «запрос захвата», «готовность», «запрос прерывания», относительно сигнала С2 ≥ 0 нс Время задержки распространения сигнала «подтверждение прерывания» относительно сигнала С2 ≤ 200 нс Время задержки распространения сигнала «выдача» относительно сигнала С1 ≤140 нс Время установления сигнала RQ относительно сигнала С2 ≤ 140 нс
Микросхема КР580ВВ51A
Микросхема представляетсобой программируемый последовательный интерфейс (универсальный синхронно — асинхронно приемопередатчик). ИС преобразует параллельный код, получаемый отцентрального процессора в последовательный поток символов со служебными битами.Содержит 3500 интегральных элементов. Корпус типа 2121.28-5, масса не более 5 г.
/>
Рисунок 3 — МикросхемаКР580ВВ51A
Таблица 4 — Назначениевыводов ИМС КР580ВВ51АВывод Назначение Функциональное назначение 1, 2, 5-8, 27, 28 D2, D3, D4-D7, D0, D1 канал данных 3 RxD приемник микросхемы 4 GND общий 9 TxC синхронизация передачи 10 WR запись информации 11 CS выбор микросхемы 12 CO/D управление/данные 13 RD чтение информации 14 RxRDY готовность приемника 15 TxRDY готовность передатчика 16 SYNDET/BD двунаправленный трехстабильный 17 CTS готовность внешнего устройства принять данные 18 TxEND конец передачи 19 TxD передатчик микросхемы 20 C синхронизация 21 SR установка исходного состояния 22 DSR готовность внешнего устройства передать данные 23 RTS запрос приемника внешнего устройства на прием данных 24 DTR запрос передатчика внешнего устройства на передачу данных 25 RxC синхронизация приема 26 Ucc напряжение питания +5В±5%
Таблица 5 — Электрическиепараметры ИМС КР580ВВ51АНоминальное напряжение питания 5В ± 5% Входное напряжение высокого уровня ≥ 2,5 В Входное напряжение низкого уровня ≤ 0,4 В Ток потребления ≤ 100 мА Ток утечки на входах ≤ |-1| мкА Выходной ток в состоянии «выключено» ≤ |-1| мкА Период следования тактовых импульсов 200...500 нс Длительность сигнала RD и WR ≥ 250 нс
Время сохранения сигналов D7…D0 относительно
сигнала WR ≤ 50 нс Время задержки сигналов D7…D0 относительно сигнала RD ≤ 250 нс
Таблица 6 — Предельнодопустимые режимы эксплуатации Максимальное напряжение питания 5,25 В Максимальное напряжение на выводах высокого уровня 5,25 В Максимальное напряжение на выводах низкого уровня 0,8 В Максимальный выходной ток высокого уровня |-0,4| мА Максимальный выходной ток низкого уровня 2,2 мА Максимальная емкость нагрузки 190 пФ Температура окружающей среды
-10…+75 0С
Микросхема КР580ВВ55А
Микросхемы представляютсобой программируемый параллельный интерфейс. Применяются в качестве элементаввода/вывода общего назначения, сопрягающего различные типы периферийныхустройств с магистралью данных систем обработки информации. Обмен информациейосуществляется через 8 — разрядный двунаправленный трехстабильный канал данных(D). Для связи с периферийными устройствами используются 24 линии ввода/вывода,сгруппированные в три 8-разрядных канала (ВА, ВВ, ВС), направление передачиинформации и режим работы которых определяются программным способом. Содержат1600 интегральных элементов. Корпус типа 2123.40 — 2, масса не более 6 г.
/>
Рисунок 4 — МикросхемаКР580ВВ55А
Таблица 7 — Назначениевыводов ИМС КР580ВВ55AВывод Назначение Функциональное назначение 1, 6, 11, 12 X1-X6, X7, X8 входы X 8 Y выход Y 7 GND общий 14 Ucc напряжение питания +5В±5%
Таблица 8 — Электрическиепараметры ИМС КР580ВВ55АНоминальное напряжение питания 5В ± 10% Выходное напряжение высокого уровня при A,B,C,D ≥ 2,4В Выходное напряжении низкого уровня по каналам A,B,C,D ≤ 0,45В Ток потребления ≤ 120 мА Выходной ток в состоянии «выключено» ≤ 10 мкА Ток утечки по управляющим входам ≤ |-10| мкА Выходной ток высокого уровня по каналам В и С -1…-4 мА Время установления данных D7…D0 относительно сигнала RD ≤ 250 нс Длительность сигнала RD ≥ 300 нс Длительность сигнала WR ≥ 400 нс Время установления адреса А1, А0 и сигнала СS относительно сигнала WR 0 нс Время сохранения данных канала ВА, ВВ относительно сигнала WR ≤ 350 нс
Таблица 9 — Предельнодопустимые режимы эксплуатации Максимальное напряжение питания 5,25 В Максимальное напряжение на вводах высокого уровня 5,25 В Максимальное напряжение на выводах низкого уровня 0,8 В Максимальный выходной ток высокого уровня |-0,2| мА Максимальный выходной ток низкого уровня |-0,2| мА Максимальная емкость нагрузки 190 пФ Температура окружающей среды
-10…+70 0С
Микросхема КР580ВК28
Микросхема представляетсобой системный контроллер и шинный формирователь. Применяются для формированияуправляющих сигналов и как буферный регистр данных. Системный контроллерсостоит из двунаправленной буферной схемы данных, регистра состояния идешифратора управляющих сигналов, формирует управляющие сигналы по сигналамсостояния микропроцессора и обеспечивает прием и передачу 8-разряднойинформации между каналом данных микропроцессора по выводам D7...D0 и системнымканалам по выводам DВ7...DВ0. Содержат 1141 интегральный элемент. Корпус типа2121.28-4, масса не более 4 г.
/>
Рисунок 5 — МикросхемаКР580ВК28
Таблица 10 — Назначениевыводов ИМС КР580ВК28Вывод Назначение Функциональное назначение 1 STB стробирующий сигнал 0 состояния 2 HLDA подтверждение захвата 3 TR выдача информации 4 RS прием информации 5, 7, 11, 13, 16, 18, 20 DB0-DB7 канал данных 6, 8, 10, 12, 15, 17, 19, 21 D0-D7 канал данных 14 GND общий 22 BUSEN управление передачи данных и выдачей сигналов 23 INTA подтверждение запроса 24 RD чтение из ЗУ 25 RDIO чтение из УВВ 26 WR запись в ЗУ 27 WRIO запись в УВВ 28 Ucc напряжение питания +5В±5%
Таблица 11 — Электрические параметры ИМС КР580ВК28Номинальное напряжение питания 5В ± 10% Выходное напряжение низкого уровня по выводам 6, 8, 10, 12, 17, 19, 21 при Iвых = 2мА ≤ 0,45 В Выходное напряжение низкого уровня по остальным выводам при Iвых = 10мА ≤ 0,45 В Выходное напряжение высокого уровня по выводам 6, 8, 10, 12, 17, 19, 21 при Iвых = -10мкА ≥ 3,6 В Выходное напряжение высокого уровня по остальным выводам при Iвых = -1 мкА ≥ 2,4 В Прямое падение напряжения на антизвонном диоде ≤ |-1| В Ток потребления ≤ 190 мА Входной ток низкого уровня по выводу 1 ≤ 500 мкА Входной ток низкого уровня по выводам 15, 17, 6, 19, 8 ≤ 250 мкА Входной ток низкого уровня по выводам 12, 21 ≤ 750 мкА Входной ток низкого уровня по остальным входам ≤ 250 мкА Входной ток высокого уровня по выводам 13, 16, 11, 9, 5, 20, 7 ≤ 20 мкА Входной ток высокого уровня по остальным входам ≤ 100 мкА
Выходной ток в состоянии «выключено» при Uвых = 5,5 В ≤ 100 мкА
Выходной ток в состоянии «выключено» при Uвых = 0,45 В ≤ |-00| мкА Ток короткого замыкания -15…-90 мА Ток подтверждения прерывания ≤ 5 мА Время задержки распространения управляющего сигнала относительно сигнала строба 20...60 нс Время задержки распространения управляющего сигнала относительно сигнала подтверждения захвата шин ≤ 25 нс Время задержки распространения управляющего сигнала относительно сигнала разрешения входа данных ≤ 30 нс Время задержки распространения сигналов управления относительно сигнала готовности режима записи 5...45 нс Время задержки распространения сигнала системной шины относительно шины МП 5...40 нс Время задержки распространения сигнала шины МП относительно сигнала системной шины ≤ 30 нс Время задержки распространения сигнала системной шины относительно сигнала строба ≤ 30 нс Время задержки распространения сигнала системной шины относительно сигнала управления системной шины ≤ 30 нс Время установления сигнала шины МП относительно сигнала строба ≥ 8 нс Время установления сигнала системной шины относительно сигнала подтверждения захвата шин ≥ 10 нс Время сохранения сигнала шины МП относительно сигнала строба ≥ 8 нс Время сохранения сигнала системной шины относительно сигнала подтверждения захвата шин ≥ 20 нс Длительность импульса строба ≥ 25 нс Входная емкость ≤ 12 пФ Выходная емкость, входная/выходная при f =1 МГц ≤ 15 пФ Время задержки распространения сигнала шины МП относительно сигнала разрешения ввода данных ≤ 45 нс
Таблица 12 — Предельнодопустимые режимы эксплуатацииМаксимальное напряжение питания 5,5 В Напряжение на входах относительно земли -0,5...+7 В Максимальный выходной ток 100 мА Температура окружающей среды
-10…+70 0С
Микросхема КР580 ГФ24
Микросхема представляетсобой генератор тактовых импульсов. Предназначена для управления центральным МП(КР580ВМ80А) и осуществляет: сброс программы МП; запуск синхронизирующеготриггера; формирование тактовых сигналов с несовпадающими фазами; формированиеимпульса строба — состояния. Содержит 526 интегральных элементов. Корпус типа238.16-2, масса не более 2 г.
/>
Рисунок 6 — МикросхемаКР580 ГФ24
Таблица 13 — Назначениевыводов ИМС КР580 ГФ24Вывод Назначение Функциональное назначение 1 SR установка в исходное состояние микропроцессора и системы 2 RESIN установка 0 3 RDYIN сигнал «готовность» 4 RDY сигнал «готовность» 5 SYN сигнал синхронизации 6 C тактовый сигнал, синхронный с фазой С2 7 STB стробирующий сигнал состояния 8 GND общий 9 Ucc2 напряжение питания +12В±5% 10 C2 тактовые сигналы фаза С2 11 C1 тактовые сигналы фаза С1 12 OSC тактовый сигнал опорной части 13 TANK вывод для подключения колебательного контура 14, 15 XTAL1, XTAL2 выводы для подключения резонатора 16 Ucc1 напряжение питания +5В±5%
Таблица 14 — Электрическиепараметры ИМС КР580ГФ24
Номинальное напряжение питания UN1 5В ± 10%
Номинальное напряжение питания UN2 12В ± 10% Выходное напряжение низкого уровня ≤ 0,45 В Выходное напряжение высокого уровня по выводам 10, 11 ≥ 9,4 В Выходное напряжение высокого уровня по выводам 1, 4 ≥ 3,6 В Выходное напряжение высокого уровня по остальным выводам ≥ 0,25 В Напряжение гистерезиса по входу 2 ≥ 0,25 В
Ток потребления от источника питания UN1 ≤ 115 мА
Ток потребления от источника питания UN2 ≤ 12 мА Входной ток низкого уровня ≤ |-0,25| мА Время задержки распространения тактового сигнала ТТЛ относительно тактового сигнала второй фазы -5…+15нс Время перехода тактового сигнала первой или второй фазы при выключении (включении) ≤ 25 нс
Максимальная частота генерации (fОП) 27 МГц Период следования фаз
9/ fОП мкс Входная емкость ≤ 8 пФ
Таблица 15 — Предельнодопустимые режимы эксплуатации Максимальное напряжение питания выходных каскадов МОП 12,6 В Максимальное напряжение питания выходных каскадов ТТЛ 5,25 В Минимальное напряжение питания выходных каскадов МОП 11,4 В Минимальное напряжение питания выходных каскадов ТТЛ 4,75 В Максимальное напряжение на выводах относительно вывода «корпус» низкого уровня 0,8 В Максимальное напряжение на выводах относительно вывода «корпус» высокого уровня 5,25 В
Максимальный выходной ток высокого уровня по
выводам 6, 7, 12 -1 мА
Максимальный выходной ток высокого уровня по
выводам 1, 4, 10, 11 -0,1 мА
Максимальный выходной ток низкого уровня по
выводам 6, 12 10 мА
Максимальный выходной ток низкого уровня
по выводам 1, 4, 7, 10, 11 2,5 мА Температура окружающей среды
-10…+70 0С
Микросхема КР580ИР82
Микросхема представляетсобой 8-разрядный буферный регистр неинвертирующий (D-регистр«защелка» с тремя состояниями на выходе). Предназначена дляввода-вывода информации со стробированием в микропроцессорных системах, на ИСсерии КР580. Может быть использована в качестве буферного регистра в вычислительныхсистемах и устройствах дискретной автоматики. Состоит из 8 функциональныхблоков (D -триггер и мощный выходной вентиль без инверсии) и схемы управления.Обладает повышенной нагрузочной способностью. В зависимости от состояниястробирующего сигнала может работать в режимах шинного формирователя илихранения. Содержит 520 интегральных элементов. Корпус типа 2140.20-2, масса неболее 4 г.
/>
Рисунок 7 — МикросхемаКР580ИР82
Таблица 16 — Назначениевыводов ИМС КР580ИР82Вывод Назначение Функциональное назначение 1-8 D7-D0 информационная шина 9 OE размещение передачи (управление 3 состоянием) 10 GND общий 11 STB стробирующий сигнал 12-19 Q7-Q0 информационная шина 20 Uсс напряжение питания +5±5%
Таблица 17 — Электрические параметры ИМС КР580ИР82Номинальное напряжение питания 5В ± 10%
Выходное напряжении низкого уровня при I0вых = 32 мА ≤ 0,45В
Выходное напряжение высокого уровняпри I1вых = -5 мА ≥ 2,4В
Прямое падение напряжения на антизвонном диоде при Iвх = -5 мА ≤ |-1| В
Ток потребления при Un= 5,25 В ≤ 160 мА Входной ток низкого уровня ≤ |-0,2| мА Входной ток высокого уровня ≤ 50 мкА Выходной ток в состоянии «выключено» низкого уровня ≤ |-50| мкА Выходной ток в состоянии «выключено» высокого уровня ≤ 50 мкА Время задержки распространения информационного сигнала на выходе относительно информационного сигнала на входе ≤ 30 нс Время задержки распространения информационного сигнала на выходе относительно сигнала строба ≤45 нс Время задержки распространения информационного сигнала на выходе относительно сигнала разрешения выхода при Сн = 300 пФ 10…30 нс Время установления информационного сигнала на входе относительно сигнала строба ≥0 нс Время сохранения информационного сигнала на входе относительно сигнала строба ≥ 25 нс Длительность импульса сигнала строба ≥ 15 нс Время перехода при выключении (включении) ≤ 20 (12) нс Входная емкость ≤ 12 пФ
Таблица 18 — Предельнодопустимые режимы эксплуатации Максимальное напряжение питания 5,5 В Минимальная длительность тактовых импульсов 15 нс Максимальная длительность фронта и среза выходного импульса 200 нс Температура окружающей среды
-10…+60 0С
Микросхема К555ИД7
Микросхема представляетсобой двоичный дешифратор на восемь направлений. Содержит 203 интегральныхэлемента. Корпус типа 238.16-2, масса не более 1,2 г.
/>
Рисунок 8 — МикросхемаК555ИД7
Таблица 19 — Назначениевыводов ИМС К555ИД7Вывод Назначение Функциональное назначение 1-3 D0- D2 вход D0-D2 4 CS2 вход разрешения V2 5 CS3 вход разрешения V3 6 CS1 вход разрешения V1 7 Q7 выход 7 9 Q6 выход 6 10 Q5 выход 5 11 Q4 выход 4 12 Q3 выход 3 13 Q2 выход 2 14 Q1 выход 1 15 Q0 выход 0 8 GND общий 16 Ucc напряжение питания
Таблица 20 — Электрические параметры ИМС К555ИД7Номинальное напряжение питания 5В ± 5% Выходное напряжении низкого уровня ≤ 0,48В Выходное напряжение высокого уровня ≥ 2,9В Ток потребления ≤ 9,7 мА Входной ток низкого уровня ≤ |-0,34| мА Входной ток высокого уровня ≤ 3 мкА Потребляемая мощность 51 мВт Время задержки распространения при включении по выводам от 4 до 15 ≤ 18 нс Время задержки распространения при включении по выводам от 1, 2, 3 до 15 ≤ 20 нс Время задержки распространения при включении по выводам от 1, 2, 3 до 7 ≤ 27 нс Время задержки распространения при включении по выводам от 6 до 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ≤ 26 нс Время задержки распространения при выключении по выводам от 4 до 15 ≤ 32 нс Время задержки распространения при выключении по выводам от 1, 2, 3 до 15 ≤ 41 нс Время задержки распространения при выключении по выводам от 1, 2, 3 до 7 ≤ 39 нс Время задержки распространения при выключении по выводам от 6 до 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ≤ 38 нс Коэффициент разветвления по выходу 10
Микросхема К155ЛА2
Микросхема представляетсобой логический элемент 8И-НЕ. Корпус К155ЛА2 типа 201.14-1, масса не более 1 г.
/>
Рисунок 9 — МикросхемаК155ЛА2
Таблица 21 — Назначениевыводов ИМС К155ЛА2Вывод Функциональное назначение 1-6, 11, 12 входы X1-X8 7 общий 8 выход Y 14 напряжение питания
Таблица 22 — Электрические параметры ИМС К155ЛА2Номинальное напряжение питания
5 В />5 % Выходное напряжение низкого уровня не более 0,4 В Выходное напряжение высокого уровня не менее 2,4 В Напряжение на антизвонном диоде не менее -1,5 В Входной ток низкого уровня не более -1,6 мА Входной ток высокого уровня не более 0,04 мА Входной пробивной ток не более 1 мА Ток короткого замыкания -18...-55 мА Ток потребления при низком уровне выходного напряжения не более 6 мА Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения не более 2 мА Потребляемая статическая мощность не более 21 мВт Время задержки распространения при включении не более 15 нс Время задержки распространения при выключении не более 22 нс
Микросхема LM393
Микросхема сдвоенногомикромощного компаратора напряжения, предназначенная для работы в широкомдиапазоне напряжений, как от однополярного, так и от двуполярного источникапитания. ИС содержит: T стабилизатор токов смещения с цепью запуска; T дванезависимых компаратора с выходом типа «открытый коллектор».
/>
Рисунок 10 — Микросхема LM393
/>
/>
Рисунок 11 — Электрические характеристики LM393
/>
Рисунок 12 — Размеры LM393
Микросхема TLP 2630
/>
Рисунок 13 — Микросхема TLP 2630
/>
Рисунок 14 — Электрические характеристики TLP2630
/>
Рисунок 15 — Размеры TLP 2630
Микросхема ADM 485
/>
Рисунок 16 — Микросхема ADM 485
/>
Рисунок 17 — Электрические характеристики ADM 485
/>
Рисунок 18 — Размеры ADM485
Характеристикирезистивных элементов:
Конденсатор4700 мкФ/16 В
Номинал 4700 мкФ.Напряжение 16 В. Температурный диапазон от -40 до +85°С. Диаметр 26мм, длина28мм.
/>
Рисунок 19 — Конденсатор 4700 мкФ
Конденсатор 4700 пФ
Конденсатор MKR 10.Номинал 4700 пФ, максимальное отклонение от номинала 20%. Напряжение 1600 В=/650 В~. Размер 5х11х13мм, расстояние между выводами 10мм. Температурныйдиапазон от -55 до +100°C.
/>
Рисунок 20 — Конденсатор 4700 пФ
Кварцевый резонатор РК308 NТУ307-182-013.00 (высокочастотный)
РК 308 N — высокочастотный кварцевыйрезонатор. Обладая микроминиатюрным размером, эти резонаторы идеально подходятдля применения в МП и портативной аппаратуре, средствах связи и вычислительныхустройствах.
Возможности:
— ударная и вибрационнаяпрочность
— микроминиатюрный размер
— индустриальный диапазонрабочих температур
— высокая стабильность
— характеристики АТ-среза
— низкая стоимость
/>
Рисунок 21 — Электрические и эксплуатационные характеристики РК 308 N
/>
Рисунок 22 — Размеры РК308 N
Кнопка MC 10311 00
Тактильные эффектыувеличены благодаря применению полусферической силиконовой мембраны.
-Усилие нажатия: 4.2 N
-Можно устанавливать подпленку без колпачка
Версия с позолоченнымиконтактами, может использоваться при высоких температурах до + 125 оС
/>
Рисунок 23 — Кнопка MC10311 00
/>
Рисунок 24 — Размерыкнопки MC 10311 00
Диод КД 226 ГНаимен.
Uобр., В
Iпр. max, A
Iобр.max, мкА
Fdmax, кГц Тип корпуса
КД226А 100 2 10 50
/>
КД226Б 200 2 10 50
КД226В 400 2 10 50
КД226Г 600 2 10 50
КД226Д 800 2 10 50
КД226Е 600 2 10 50
Рисунок 25 — Характеристики диода КД 226 Г
Диод КД 527 ГНаимен.
Uобр., В
Iпр. max, A
Iобр.max, мкА
Fdmax, кГц Тип корпуса
КД527А 200 3 2 50
/>
КД527Б 400 3 2 50
КД527В 600 3 2 50
КД527Г 800 3 2 50
КД527Д 1000 3 2 50
Рисунок 26 — Характеристики диода КД 226 Г
2.3 Выбор обоснованияконструкции печатной платы
Печатная схема – системапечатных проводников и печатных радиоэлементов, нанесенных на общую плату ипредставляющих одну или несколько электрических цепей, прошедшая все стадииизготовления.
Печатный монтаж – системапечатных проводников, обеспечивающих электрическое соединение элементов схемы.
Печатный проводник – участокметаллизированного слоя на изоляционном основании.
Печатная плата – изоляционноеоснование с печатным монтажом или с печатной схемой.
Основание печатных схем –изоляционная плоская деталь, на которой расположены проводники и навесныеэлементы. Требования: высокое удельное сопротивление, малая диэлектрическаяпроницаемость, высокая диэлектрическая прочность, большой диапазон рабочихтемператур, повышенная влагостойкость. Навесными элементами являютсярадиоэлементы, закрепленные на печатной плате пайкой или имеющие электрическиеконтакты с печатным проводником. Каждая плата должна иметь координатную сетку,то есть условную сетку, обеспечивающую определенное размещение проводников ивсех элементов на печатной плате, которое должно соответствовать шагукоординатной сетки. Это размещение облегчает конструирование приспособлений.Шаг координатной сетки 0 5 мм.
В центре всех монтажных, переходных,крепежных и базовых отверстий необходимо располагать в узлах координатной сеткибез указания размеров на чертежах.
Контактные площадки, подводынавесных элементов (микросхемы, микромодули (реле), разъемы, функциональныеузлы и так далее) также располагают в узлах координатной сетки илируководствуются следующими правилами: если в конструкции элементов имеются дваи более выводов, расстояние между которыми кратны основному шагу координатнойсетки, то центры отверстий под эти выводы размещают в узлах координатной сетки.
2.4Выбор и обоснование класса точности
Точностьизготовления печатных плат зависит от комплекса технологических характеристик ис практической точки зрения определяет основные параметры элементов печатнойплаты. В первую очередь это относится к минимальной ширине проводников,минимальному зазору между элементами проводящего рисунка, размеру контактныхплощадок и отверстий.
ГОСТ23.751-86 предусматривает пять классов точности печатных плат, и вконструкторской документации на печатную плату должно содержаться указание насоответствующий класс, который обусловлен уровнем технологического оснащенияпроизводства. Поэтому выбор класса точности всегда связан с конкретнымпроизводством. Попытка решить эту задачу в обратном порядке может привести ктому, что Ваш проект не будет реализован.
Ниже приведенынаименьшие номинальные значения основных размеров элементов конструкциипечатных плат для 3-го класса точности.
t — ширина печатного проводника 0,25 мм;
S — расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка0,25 мм;
b — гарантированный поясок 0,1 мм ;
f — отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированыхотверстий, к толщине печатной платы 0,33мм.
Печатные платы 3-roкласса — наиболее распространенные, поскольку, с одной стороны, обеспечиваютдостаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой — для ихпроизводства требуется рядовое, хотя и специализированное, оборудование.
На основе рассмотренныхконструктивных требований и ограничений, при разработки, и изготовлениипечатной платы был выбран 3 класс точности.
2.5 Выбор габаритныхразмеров и конфигурации печатной платы
При выборе габаритных размеровпечатной платы учитываются такие характеристики, как:
— суммарная площадь всех ИМС иРЭ;
— компоновка и размещение ИМСи РЭ на плате;
— выбранный класс точности;
В геометрических размерахпечатной платы также следует предусмотреть припуск на технологическое поле дляотверстий, с помощью которых печатная плата крепится к корпусу.
В соответствии с ГОСТ 10317-79“Основные размеры печатной платы”:
1. Применяется шагкоординатной сетки равный 0,50 мм
2. Размеры каждой стороны печатнойплаты должны быть кратными.
2,5 — при длине до 100 мм;
5,0 — при длине до 350 мм;
10,0 — при длине более 350 мм.
Максимальныйразмер любой из сторон должен быть не более 470 мм.
3. Допуски налинейные размеры сторон печатной платы должны соответствовать установленнымГОСТ 25346—89 и ГОСТ 25347—82.
4.Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно быть не более 3:1.
5. Отклонениеот перпендикулярности печатной платы не должно быть более 0,2 мм на 100 мм длины.
6. Диаметрымонтажных, переходных, металлизированных и неметаллизированных отверстий должныбыть выбраны из ряда: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4;1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4;. 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0 мм.
Печатные платы можно выбиратьлюбой формы, предпочтительно прямоугольной. При проектировании и изготовлениипечатных плат следует
Руководствоватся:
-ограничению типа размеровпечатной платы;
— рациональное размещениепроводников по всей плате;
— максимальное сокращение проводников с расположением их по линиям координатнойсетки.
Учитывая всевышеперечисленные моменты, делаем вывод, что проектируемая печатная плата имеетпрямоугольную форму.
2.6 Выбор материалаоснования печатной платы.
Наиболее распространеннымиматериалами для печатных плат является фольгированные гетенаксы истеклотекстолиты, приведенные в таблице.
Таблица 23 — Основные параметрыматериаловВиды материала, марка Толщина Назна-чение Свойства фольги, мкМ материала, мм 1. Гетенакс
rs=1×109Ом, фольгированный ГФ-1-35 s=4,0н огнестойкий ГОФ-2-50 35,5 1¸3 ОПП t=-60С¸+90°С влагостойкий ГОФВ-2-35 35,5 1¸3 ДПП в=70¸130мГ R=1¸1,5 2. Стеклотекстолит с агдезионным слоем СТЭК 35,5 1¸1,5 ДПП
rs=1010Ом s=4,0н R=1¸1,5 с катализатором СТАМ 35,5 0,7¸2 ДПП
rs=1013Ом в=20мГ
Uпр=15кВ/мн 3. Стеклотекстолит 35,5 0,8¸3 ОПП t=-60¸+105°С фольгированный СФ-1(2)-35 ДПП s=3,0¸4,0н огнестойкий СФО-1(2)-35 18,35 0,8¸3 ОПП R=1,5¸2 ДПП t=10с СОНФ-1(2)-50 50 0,8¸3 ОПП
rs=1010¸1011Ом ДПП Самозатухающий 18,35 ДПП С=0,05¸0,1% ДФС-1(2)-50 18,35 0,06¸2 МПП
rs=1010Ом Тонкий ФДМ-1А 18,35 0,2¸35 МПП в=7¸20мГ
Uпр=15¸35кВ/мн ФОМЭ-1А 18,35 0,1¸0,2 МПП s=2,1¸4,0н в=8¸10мГ Теплостойкий СТФ1-(2) 18,35 0,1¸3 ДПП t=-60¸+150°С МПП
Uпр=30кВ/мн
Стеклотекстолит обладаетлучшими изоляционными свойствами, влагостойкостью, температурной стойкостью, нос различным способом осаждения проводников получается различная сила сцепленияпроводника с основанием, поэтому он применяется при комбинированном способе:t – диапазон рабочих температур
rs – удельное поверхностное сопротивление d – прочность отделения полоски с – изменение линейных размеров в – влагопоглощение t – время горения
Заданная плата двусторонняя,поэтому выбираем материал фольгированный с двух сторон. Толщину фольги выбираем35 мкм. Для нашей платы выбираем материал – стеклотекстолит, так как наиболееподходящие для нас параметры и его рекомендуют при изготовлении печатных платкомбинированным позитивным методом.
Нам достаточно материала снормальной прочностью и жаростойкостью, поэтому выбираем стеклотекстолитфольгированный с двух сторон, гальваностойкий с нормальной прочностью ижаростойкостью – СФ-2-35. Его основные параметры:
1. толщина фольги – 35.5 мКм;
2. рабочая температура = -60¸105оС;
3. относительная влажность – 93 % при t =40оС;
4. rs= 5×1010 Ом;
5. s = 4,5Н;
6. диэлектрическая проницаемость = 5,5.
Стеклотекстолит данной маркиприменяют также для печатных плат с повышенными диэлектрическими свойствами.
2.7 Компоновка иразмещение ИМС и РЭ на печатной плате
Размещение ЭРЭ и ИМС предшествуеттрассировке печатных связей и во многом определяет эффективность трассировки.
Основной метод размещения ИМС — плоский многорядный. Задача компоновки заключается в том, что с одной сторонынеобходимо разместить элементы как можно более плотно, а с другой стороны — обеспечить наилучшие условия для трассировки, электромагнитной и тепловойсовместимости, автоматизации сборки, монтажа и контроля.
Микросхемы со штырьковыми выводамиустанавливаются с одной стороны печатной платы, а микросхемы с планарнымивыводами, бескорпусные ИМС и ЭРЭ допустимо устанавливать с двух сторон печатнойплаты. Крепление микросхем и ЭРЭ осуществляется, в основном, пайкой, причем, незадейственные контакты необходимо запаивать для увеличения жесткости.Микросхемы с планарными выводами можно устанавливать с помощью клея и лака. Ихвыводы припаивают к контактным площадкам. Корпус микросхемы с планарными выводамиприклеивают непосредственно на полупроводник или на контактную прокладку.Прокладка может быть из тонкого текстолита 0,3 мм или металлическая (медь, алюминий, их сплавы) 0,2 — 0,5 мм. Металлическая прокладка служит в качестве теплоотводящей шины. Для ее изоляции от проводников используютспециальную пленку.
Центры металлизированных и крепежных отверстий наполупроводнике должны располагаться в узлах координатной сетки. Координатнуюсетку применяют для определения положения печатного монтажа. Основной шаг координатнойсетки 2,5 мм, дополнительный — 1,25 мм и 0,25 мм. Контактные площадки или металлизированные отверстия под первый вывод должны иметь ключ. Дляувеличения ремонтопригодности, ИМС второй степени интеграции устанавливают вразъемные соединители. Электрический соединитель крепят и распаивают напечатной плате.
2.8 Выбор иобоснование метода изготовления печатной платы
Позитивный комбинированный способявляется основным при изготовлении двусторонних печатных плат. Преимуществомпозитивного комбинированного метода по сравнению с негативным является хорошаяадгезия проводника, повышенная надежность монтажных и переходных отверстий,высокие электроизоляционные свойства. Последнее объясняется тем, что придлительной обработке в химически агрессивных растворах (растворы химическогомеднения, электролиты и др.) диэлектрическое основание защищено фольгой. Технологическийпроцесс изготовления печатной платы комбинированным позитивным методом состоитиз следующих операций:
1.Резка заготовок
2.Пробивка базовых отверстий
3.Подготовка поверхности заготовок
4.Нанесение сухого пленочногофоторезиста
5.Нанесение защитного лака
6.Сверловка отверстий
7.Химическое меднение
8.Снятие защитного лака
9.Гальваническая затяжка
10.Электролитическое меднение инанесение защитного покрытия ПОС-61
11.Снятие фоторезиста
12.Травление печатной платы
13.Осветление печатной платы
14.Оплавление печатной платы
15.Механическая обработка
Далее рассмотрим каждую операциюболее подробно.
2.9 Выбор защитногопокрытия
Для осуществлениятехнического процесса необходимы вспомогательные материалы: внешнее защитноепокрытие печатной платы.
Таблица 24 — Основныепараметры лаковМарка лака Нормативный документ Рабочий диапазон темпера-тур, °С Режим сушки конвекционная терморадиоционная t, °С время, ч t, °С время, ч УР-231 ТУ 6-10-863-84г. -60±120 65±5 8¸9 65±5 0,3 ЭП-730 ТУ 6-10-863-84г. -60±120 65±5 9¸10 65±5 0,3 ЭП-9114 ТУ 6-10-863-84г. -60±120 65±5 9¸ 10 65±5 0,3
Из условий эксплуатации(температура, влажность, механическая прочность) выбираем полиуретановый лакУР-231, обладающий достаточной влагонепроницаемостью, по сравнению с ЭП-730 иЭП-9114. Покрытия эластичные, глянцевые, механически прочные, твердые,устойчивые к периодическому воздействию минерального масла, нефраса,спирто-нефрасовой смеси, постоянному воздействию влаги, обладаютэлектроизоляционными свойствами.
3.Расчётная часть
3.1 Расчётпотребляемой мощности
Мощность, потребляемая всемустройством, зависит от потребляемой мощности отдельных микросхем и количествамикросхем.
Потребляемая мощность каждоймикросхемы рассчитывается по формуле:
Р = Icc× Ucc, Вт,
где Icc – токпотребления от источника питания для данной микросхемы;
Ucc — напряжениепитания.
Общий потребляемый ток отисточника питания каждой микросхемы, при напряжении питания +5 В,рассчитывается по формуле:
I+5В =4*I+5В(КР580ИР82) + I+5В(К155ЛА2) + I+5В(7411) + I+5В(КР580ВВ55А)+ I+5В(КР580ВВ51А) +I+5В(LM393)+ 2*I+5В(TPL2630) +I+5В(ADM485) +2*I+5В(К555ИД7)+ I+5В(КР580ВК28) +I+5В(КР580ВМ80А) + I+5В(КР580ГФ24) +I+5В(КР568РЕ5)
где I+5 В — ток потребления, при напряжениипитании +5В
I +5В =4*160+6+8+120+100+3+2*36+200+2*9,7+190+85+115+16=1574,4 мA
Считаем мощность: Р=1,5744 ×13 = 20,46 Вт
3.2 Трассировкасоединений и расчёт элементов печатного монтажа
1. Исходя из технологических возможностей, выбираем методполучения платы – комбинированный, способ получения рисунка – позитивныйи3-й класс точности. Плата ДПП и ее размер 160х100 мм.
2. Определяем ширину минимальную, в мм, печатногопроводника по постоянному току для цепей питания и заземления:
/>
где, /> – максимальный постоянный ток,протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы);
/> – допустимая плотность тока, выбирается в зависимостиот метода изготовления из таблицы.
t– толщинапроводника, мм.
Таблица 25 — Основныепараметры методов изготовленияМетод изготовления Толщина фольги, Допустимая плотность тока, Удельное сопротивление, ф, мкм
/>, А/мм2 r, Ом×мм2/м Химический внутренний слой МПП 20, 35, 50 15 0,050 Наружные слои ОПП, ДПП 20, 35, 50 20 Комбинированный 20, 35, 50 75, 48, 38 0,0175 Позитивный Электромеханический – 25 0,050
Iмах=!.6А Jдоп=48А/мм2 t=1мм
/>
3. Определяем минимальнуюширину проводника в мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:
/>
где, />– удельное объемное сопротивление(табл.);
/> – длина проводника, м;
/>– допустимое падение напряжения, определяется изанализа электрической схемы.
Допустимое падение напряженияна проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем ине более запаса помехоустойчивости.
r=0,0175Ом×мм2/м;
t=1мм; L=0,12м;
Uдоп=0.25В;
Iмах=1.6А;
/> мм
Ширина печатного проводникапринимается равной
B=2 мм
4. Определяем номинальное значениедиаметра монтажных отверстий d:
/>
где, />– максимальный диаметр вывода,устанавливаемого ЭРЭ;
/>– нижнее предельное отклонение отноминального диаметра монтажного отверстия;
/>– разница между минимальным диаметром отверстия имаксимальным диаметром вывода ЭРЭ в пределах 0,1¸0,4 мм.
dэ = 0,6 мм;
r = 0,15 мм;
Ddно= -0,05 мм
/>мм
Из ряда диаметров переходныхотверстий по ГОСТТ 10317-79 0.5 выбираем из предпочтительного ряда диаметровотверстий 0.8мм.
3. Рассчитаем диаметр контактных площадок.
Минимальный диаметр контактныхплощадок для ДПП, изготавливаемых комбинированным методом:
/>
где, />– толщина фольги;
/>– минимальный эффективный диаметрплощадки;
/>
где />– расстояние от краяпросверленного отверстия до края контактной площадки;
/>и />– допуски на расположениеотверстий и контактных площадок
/>– максимальный диаметрпросверленного отверстия, мм;
/>
/>
/>мм
/>мм;
/>мм
/> мм
/>мм
/>мм
/>мм
Максимальный диаметрконтактной площадки:
/>
/>мм
6. Определяем ширину проводников.Минимальная ширина проводников для ДПП, изготовленных комбинированнымпозитивным методом, мм:
/>
где/>– минимальная эффективная ширинапроводника;
/>мм для плат 3-го класса точности
/>мм
Максимальная ширинапроводников:
/>
/>мм
7. Определяем минимальноерасстояние между проводником и контактной площадкой:
/>
где />– расстояние между центрамирассматриваемых элементов;
/>– допуск на расположениепроводников (таблица)
/>
/>мм
модуль электроннаявычислительная машина плата
/>
Минимальное расстояние междудвумя контактными площадками:
/>
где,/>– расстояние между центрамирассматриваемых элементов;
/>мм
Минимальное расстояние междудвумя проводниками:
/>
где,/>– расстояние между центрамирассматриваемых элементов;
/>мм
Таблица 26 — Допуски нарасположение отверстий и контактных площадокПараметры Класс точности ПП 1 2 3 4 Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, в м 0,06 0,045 0,035 0,025
Допуск на расположение проводников на ОПП и ДПП/>, мм 0,15 0,10 0,05 0,03 Допуск на расположение контактных площадок dр на ОПП и ДПП при размере платы менее 180 мм, мм 0,35 0,25 0,20 0,15 Допуск на расположение отверстий dd при размере платы менее 180 мм, мм 0,20 0,15 0,08 0,5 Допуск на отверстие Dd, с металлизацией, Æ=1мм, мм ±0,10 ±0,10 ±0,05 ±0,05 Минимальное значение номинальной ширины проводника в, мм 0,60 0,45 0,25 0,15
На основании произведенных расчётов параметров печатного монтажабыли изготовлены печатные платы и произведён монтаж электронных компонентов.
3.3 Расчёт надёжности
Современная РЭА имеет оченьвысокую функциональную возможность. При непрерывном усложнении радиотехническихприборов и систем наблюдения происходит диспропорция между темпами ростасложности и покомпонентной надежности РЭА. Особое значение приобретает проблеманадежности для систем управления сложными автоматическими процессами, длясистем бортовой РЭА. Необходимо также учитывать, что элементной базой длясовременной специальной аппаратуры являются интегральные микросхемы (ИМС), гдеотказ каждой из них может привести к выходу из строя аппаратуры в целом. Такимобразом, при проектировании РЭА одной из основных задач является задача обеспечениятребуемой надежности. В ряде случаев задача обеспечения надежности приобретаетпервостепенное значение и имеет приоритет перед задачами обеспеченияминимальных габаритов, массы и стоимости аппаратуры.
Надежность – свойствовыполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленныхэксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданнымрежимам и условиям пользования. Из определения следует, что надежность являетсякомплексным свойством аппаратуры, которое в зависимости от сложности изделия иусловий его эксплуатации может характеризоваться одним или целым наборомпоказателей, основным из которых является безотказность в работе.
Безотказностью называетсясвойство аппаратуры непрерывно сохранять работоспособность в течение определенноговремени.
Вероятность безотказной работы– вероятность того, что в пределах заданной наработки – отказ не возникнет.
Отказом называется событие,заключающееся в полной или частичной потере работоспособности изделия.
Существуют различные методыповышения надежности. Наиболее жесткие требования по надежности предъявляют ккосмической РЭА и РЭА специального
назначения. При этомнеобходимо еще учитывать, что указанные категории аппаратуры, подвергаютсясложным климатическим и механическим воздействиям. К общим мерам по обеспечениюзаданной высокой надежности относятся:
1. четкая регламентация условий эксплуатации изделий;
2. выбор для изделия комплектующих элементов обладающихвысокой надежностью и стабильностью характеристик;
3. реализация технологических мероприятий обеспечивающихбездефектное изготовление устройств;
4. создание системы всесторонних производственныхиспытаний, обеспечивающих выявление производственных дефектов аппаратуры и ееэлементов.
Произведем расчет надежностиизделия.
Вначале рассчитаеминтенсивность отказов каждой группы элементов. Выбранные по табличным даннымзначения λoi, для используемых в модуле ЭРИ.
Таблица 27 — Интенсивностьотказов каждой группы элементовЭлемент Обозначение
Номинальная интенсивность отказа
λoi*10-6 ,1/ч
Количество mi, шт Резисторы
λoр 0,87 8 Диоды
λoд 0,2 5 Конденсаторы
λoк 0,04 28 Микросхемы
λoмкс 0,013 18 Паяльное соединение
λoпс 0,01 450 Кварц
λoкв 0,05 1
Используя полученныеданные, определяются интенсивности отказов ЭРИ.
Интенсивность отказоврезисторов:
λр= λoр к mр,1/ч
λр= 0,87*2,07*8= 14,4 *10-61/ч
Интенсивность отказовдиодов:
λд= λoд к mд,1/ч
λд= 0,2*2,07*5= 2,07*10-6 1/ч
Интенсивность отказовконденсаторов:
λк= λoк к mк,1/ч
λк= 0,04*2,07*28= 2,32*10-61/ч
Интенсивность отказовмикросхем:
λмкс= λoмкс к mмкс ,1/ч
λмкс= 0,013*2,07*18= 0,48*10-61/ч
Интенсивность отказовпаяльных соединений:
λпс= λoпс к mпс ,1/ч
λпс= 0,01*2,07*450= 9,32* 10-61/ч
Интенсивность отказовкварца:
λкв= λoкв к mкв ,1/ч
λкв= 0,05*2,07*1=0,1*10-6 1/ч
Определяем интенсивностьотказов модуля:
Λ=Σλi,1/ч
Λ=14,4 +2,07 +2,32+0,48 +9,32+0,1=28,69 *10-61/ч
Определяем среднее времянаработки на отказ:
Тср. расч=1 /Λ, ч
Тср. расч=1 /28,69*10-6=34855 час
Определяем вероятностьбезотказной работы:
Р(t)=е — Λt
Р(1000)=е -28,69*1000= 0.98
Заключение
В последнее времянаучно-исследовательские и производственные предприятия радиотехнической иэлектронной промышленности передовых стран мира тратят много сил и средств наотыскание путей уменьшения габаритов и массы радиоэлектронной аппаратуры.Работы эти получают поддержку потому, что развитие многих отраслей науки итехники, таких как космонавтика, вычислительная техника, кибернетика, бионика идругие, требуют исключительно сложного электронного оборудования. К этомуоборудованию предъявляются высокие требования, поэтому аппаратура становитсятакой сложной и громоздкой, что требования высокой надежности и значительногоуменьшения габаритов и массы приобретают важнейшее значение. Особенно эти требованияпредъявляются ракетной технике. Известно, что для подъема каждого килограммамассы аппаратуры космического корабля необходимо увеличить стартовую массу ракетына несколько сотен килограммов. Чтобы удовлетворить эти требования, необходимоминиатюризировать аппаратуру. Это достигается несколькими методамиконструирования радиоэлектронной аппаратуры.
При микромодульном методеконструирования повышение плотности монтажа достигается за счет примененияспециальных миниатюрных деталей и плотного их монтажа в микромодуле. Благодарястандартным размерам микромодули размещаются в аппаратуре с минимальнымипромежутками.
Применение гибридных интегральныхмикросхем и микросборок также дало возможность миниатюризации радиоэлектроннойаппаратуры. При использовании микросхем повышение плотности монтажа достигаетсятем, что на общей изоляционной подложке располагаются в виде тонких пленокрезисторы, проводники, обкладки конденсаторов, такой же принцип используются ив устройствах, изготовленных методом молекулярной электроники, при этом длясоздании пассивных (резисторы и конденсаторы) и активных (диоды, транзисторы)элементов схем используются слои полупроводниковых материалов.
Следующий этап развития технологиипроизводства радиоэлектронной аппаратуры — технология поверхостного монтажакристалла (ТПМК). ТМПК обеспечивает миниатюризацию радиоэлектронной аппаратурыпри росте ее функциональной сложности. Навесные компоненты намного меньше, чеммонтируемые в отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа иуменьшает массо-габаритные показатели. ТПМК допускает высокую автоматизацию установкиэлектрорадиоэлементов вплоть до роботизации.
Повышение надежностирадиоэлектронных устройств, выполненных указанными методамимикроминиатюризации, достигается тем, что во первых, все методы основаны наавтоматизации производственных процессов, при этом предусматривается тщательныйконтроль на отдельных операциях.
Вторая причина состоит в том, что визделиях, изготовленных на базе микросхем, значительно уменьшается количество паяныхсоединений, которые являются причиной многих отказов. Метод молекулярнойэлектроники исключает отказы, связанные с различными коэффициентами линейногорасширения материалов, ибо при этом методе предусматривается, что конструкциявыполняется из однородного материала.
Увеличение надежности конструкций,выполненных методами микроминиатюризации, объясняется также гораздо большимивозможностями обеспечить защиту от воздействия внешней среды. Малогабаритныеузлы могут быть гораздо легче герметизированы, что к тому же увеличит имеханическую прочность. Наконец, применение миниатюрных узлов и деталейпозволяет лучше решить задачи резервирования как общего, так и раздельного.
Приложения
Приложение А
Опись документов№ Формат Обозначение Наименование Кол-во листов № экз. Прим. 1 A4 Пояснительная записка 54 2 А1 Схема электрическая 1 1 3 принципиальная 4 А1 Печатная плата 1 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
Приложение B
Перечень элементовстроки Формат Обозначение Наименование Кол-во Прим. 1 Микросхемы 2 DD1,DD2,DD14,DD15 КР580ИР82 4 3 DD3 К155ЛА2 1 4 DD4 7411 1 5 DD5 КР580ВВ55А 1 6 DD6 КР580ВВ51А 1 7 DD7 LM393 1 8 DD8, DD9 TLP2630 2 9 DD10 ADM485 1 10 DD11, DD18 К555ИД7 2 11 DD12 КР580ВК28 1 12 DD13 КР580ВМ80А 1 13 DD16 КР580ГФ24 1 14 DD17 КР568РЕ5 1 15 Конденсаторы 16 C1-C21 4700 пФ 21 17 C22-C28 4700 мкФ 7 18 Диоды 19 VD1 КД226Г 1 20 VD2-VD5 КД527Г 4 21 Кварцевый резонатор 22 ZQ1 РК308N 1 23 Кнопки 24 SB1, SB2 МС1031100 2
Литература
1.Конструкторско-технологическоепроектирование электронной аппаратуры. Под редакцией В.А. Шахнова. Москва, изд.МГТУ им. Баумана. 2002.
2.Е.В. Пирогова. Проектирование итехнология печатных плат. М.: Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана,2002
3.Шахнов В.А. Микропроцессоры имикропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Москва, Радио и связь,1992.
4.Нефедов А.В. Интегральныемикросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Москва, РадиоСофт, 2000.
5.Кузнецов С.А. Проектирование печатныхплат.Москва, Информатика, 2001.6.Медведев А.М.Технология производства печатных плат. Москва, Техносфера, 2005.