Содержание:
1. Введение
2. Постановка задачи
2.1. Назначение системы
2.2. Анализ исходной проектной ситуации
2.3. Перечень основных функций, подлежащих реализации.
2.4. Основные технические параметры
2.5. Требования к персональному компьютеру и системе
2.6. Требования к интерфейсу пользователя
3. Проектирование структуры системы
4. Выбор технических средств реализации
5. Описание принципиальных схем
6. Описание конструкции системы
7. Инструкция по эксплуатации
8. Экономическая часть
9. Вопросы охраны труда и техники безопасности
10. Заключение
11. Литература
12. Приложения
1. Введение
Заводы и предприятия, выпускающие радиодетали (и в частности — микросхемы), после изготовления, но до отправки готовой продукции на склад, подвергают их контролю на работоспособность, а также соответствие техническим условиям и параметрам ГОСТ. Однако, радиодетали, даже прошедшие ОТК на заводе-изготовителе, имеют некоторый процент отказа в процессе транспортировки, монтажа или эксплуатации, что влечет за собой дополнительные затраты рабочего времени и средств для их выявления и замены (причем большую часть времени занимает именно выявление неисправных деталей).
Особенно важна 100% исправность комплектующих деталей при сборке ответственных узлов управляющих систем, когда неисправность какой-либо одной детали может повлечь за собой выход из строя других деталей, узлов, а возможно, и всего комплекса в целом.
Для обеспечения полной уверенности в работоспособности той или иной радиодетали, необходимо проверять ее на исправность непосредственно перед сборкой узла или изделия (“входной контроль” на заводах и предприятиях, занимающихся производством радиоэлектронных устройств). Если большинство радиодеталей можно проверить обычным омметром (как, например, резисторы или диоды), то для проверки интегральной микросхемы (ИМС) требуется гораздо больший ассортимент оборудования.
В этом плане хорошую помощь могло бы оказать устройство, позволяющее оперативно проверять работоспособность ИМС, с возможностью проверки как новых (подготовленных для монтажа), так и уже демонтированных из платы микросхем. Очень удобна проверка микросхем, для которых конструктивно на плате изделия предусмотрены колодки. Это позволяет производить достаточно быструю проверку радиодетали, сведя риск ее выхода из строя к минимуму, поскольку в этом случае полностью исключается ее нагрев и различные механические повреждения при монтаже/демонтаже.
Существуют некоторые методы маркировки радиодеталей, отличающиеся от стандартных (к примеру, в случае, когда их выпуск и сборка готовых изделий производится на одном и том же заводе; при этом часто используется сокращенная или цветовая маркировка). Не исключением являются и микросхемы, что сильно затрудняет определение их типа. Такая маркировка обусловлена упрощением (и, как следствие, удешевлением) технологического процесса производства радиодеталей. В этом случае определение возможно с помощью того же устройства, функции которого сведены к определению типа микросхемы методом сигнатурного анализа.
В настоящее время на заводах и предприятиях достаточно широкое распространение получили персональные IBM-совместимые компьютеры. Поскольку задача тестирования и определения типа методом сигнатурного анализа микросхем требует наличия интеллектуального устройства для выполнения алгоритма тестирования и базы данных, содержащей информацию по микросхемам, целесообразно проектировать именно приставку к компьютеру, подключаемую через внешний порт, а не отдельное самостоятельное устройство. Это обусловлено наличием в стандартном комплекте IBM-совместимого компьютера многих компонент, необходимых для решения данной задачи (микропроцессора, составляющего основу компьютера; жесткого диска, предназначенного для хранения информации; внешних портов ввода-вывода — последовательных COM1, COM2 и параллельного LPT; клавиатуры и дисплея — для ввода и вывода информации соответственно).
2. Постановка задачи.
2.1. Назначение системы.
Целью данной работы является разработка относительно недорогого устройства, подключаемого к IBM-совместимому компьютеру, предназначенного для тестирования и определения типа методом сигнатурного анализа микросхем ТТЛ (серии К155, К555, К531, К1531) и КМОП (серии К176, К561, К1561) логики, позволяющее производить проверку всех статических режимов работы этих ИМС.
Проверка производится следующим образом:
К порту принтера (LPT) компьютера посредством кабеля подключается устройство. В колодку, выведенную на его корпус, вставляется испытуемая микросхема. На компьютере запускается программа поддержки. Она управляет выдачей сигналов в порт, которые в свою очередь поступают на входы микросхемы. Далее программа считывает данные с выходов микросхемы, анализирует считанные данные, сверяя их с табличными, и выводит на дисплей результат тестирования. При определении типа ИМС производится перебор всех известных для тестирования комбинаций (выполняется сигнатурный анализ), после чего осуществляется анализ поступивших данных и вывод результатов на экран.
2.2. Анализ исходной проектной ситуации.
Зачастую проверка микросхем (например, в радиомастерских), в связи с отсутствием широкодоступных и недорогих устройств такого класса, осуществляется по работоспособности того или иного изделия путем пайки или вставления в панель ИМС на плату данного изделия. Этот процесс занимает достаточно длительное время и не всегда может служить показателем полной исправности микросхемы (к примеру, когда микросхема исправна лишь частично).
Как показал поиск в технической литературе, а также во всемирной компьютерной сети InterNet, в настоящее время в нашей стране существуют более дорогие серийные аналоги подобного устройства, позволяющего производить проверку статических режимов работы различных логических микросхем.
Так, например, несколько лет назад выпускался испытатель цифровых интегральных схем LEAPER-1, предназначенный для определения работоспособности логических интегральных схем с количеством выводов до 16 путем их проверки на выполнение логической функции. Для подключения испытуемых ИМС в разных корпусах к прибору служат адаптеры и 2 соединительных устройства, смена комбинации сигналов производится переключателями, расположенными на его лицевой панели, смена типов микросхем выполняется при помощи перемычек. Основные технические данные прибора LEAPER-1:
Максимальное количество выводов испытуемой микросхемы — 16
Регулируемое напряжение питания тестируемой микросхемы- 1...30в
Потребляемый микросхемой ток — 0...60мА
Продолжительность непрерывной работы в рабочих условиях- 8час.
Напряжение питания устройства — сеть ~220в, 50Гц
Потребляемая от сети мощность, не более — 20Вт
Как видно из описания и характеристик прибора, его функциональные возможности по проверке сильно ограничены выпускающимся ассортиментом микросхем 90-х годов. Длительный процесс смены типа микросхемы и выставляемые вручную комбинации сигналов делают это устройство ныне морально устаревшим.
Ассортимент выпускаемых на данный момент микросхем ТТЛ и КМОП логики настолько велик, что делать устройство для тестирования каждого элемента в отдельности нерентабельно. Потому целесообразно, создавая устройство, интегрировать в нем проверку большого множества элементов, чтобы сделать его как можно более универсальным.
Данное устройство может с успехом применяться для проверки комплектующих микросхем на заводах, производящих их выпуск и сборку готовых изделий; в организациях, производящих ремонт бытовой техники, применяющих эти микросхемы; в любительской радиоэлектронике.
2.3. Перечень основных функций, подлежащих реализации.
Проектируемое устройство должно выполнять 2 основные функции:
а) Тестирование микросхем.
Серия и тип испытуемой микросхемы известны. Микросхема считается исправной, если все ее контролируемые входные и выходные сигналы соответствуют имеющимся в базе данных (и соответствующим ТУ) для данного типа в течение некоторого промежутка времени, называемого временем тестирования.
б) Определение типа микросхем.
Тип испытуемой микросхемы заранее неизвестен, и целью анализа служит именно определение типа данной микросхемы. При этом пользователь должен указать по меньшей мере напряжение питания данной микросхемы и выводы, на которые оно подается.
При проектировании необходимо учесть несколько ограничений, возникающих в процессе разработки:
1) Различное номинальное напряжение питание микросхем (+5в ТТЛ и +9в КМОП);
2) Разнообразное назначение выводов микросхемы (вход, выход, GND, +Uпит); не должно быть конфликтов в случае определения типа (при подаче потенциалов, предназначенных для входа микросхемы, на ее выход, когда тип микросхемы заранее неизвестен);
3) Ограничение максимально потребляемого микросхемой тока (в случае проверки неисправной микросхемы);
4) Преобразование ТТЛ-уровней LPT-порта в уровни, пригодные для тестирования микросхемы (minтоки входов, maxтоки выходов и пр.);
5) Недостаточная разрядность LPT-порта для тестирования отдельных микросхем логики;
6) Возможность подачи +9в питания на микросхему с номинальным напряжением питания +5в при определении типа ИМС.
Необходимо учитывать возможность установки в панель для тестирования неисправной микросхемы, чтобы ни при каких условиях не допустить повреждения устройства, или тем более LPT-порта компьютера. Защиту можно организовать, вводя в блок питания аппаратное отключение напряжения питания, если ток потребления превысил максимально допустимые для ИМС параметры. Значение порога отключения желательно устанавливать программно. Также необходима гальваническая развязка вторичных цепей блока питания от сети переменного тока.
2.4. Основные технические параметры.
Исходя из вышесказанного, сформулируем основные технические характеристики проектируемого устройства:
Максимальное количество выводов испытуемой микросхемы — 32
Логические уровни сигналов — КМОП, ТТЛ.
Номинальное напряжение питания микросхемы ТТЛ типа — +5в
Номинальное напряжение питания микросхемы КМОП типа — +9в
Регулируемое напряжение питания испытуемой микросхемы — +2...+9в
Шаг регулировки напряжения питания — не более 0.05в
Максимально допустимый потребляемый микросхемой ток — ~250мА
Разрядность ЦАП управления напряжением — 256
Разрядность ЦАП управления потребляемым током — 256
Точность измерения потребляемого микросхемой тока — ±1мА
Время 1-го шага тестирования — ~100мкс
Напряжение питания устройства — сеть ~220в, 50Гц
Максимально потребляемый от сети ток — 0.1А
2.5. Требования к персональному компьютеру и операционной системе.
Для работы данного устройства необходим IBM-совместимый персональный компьютер на базе процессора Pentium3 или выше, имеющий в своем составе стандартный порт принтера (LPT). Для работы программы поддержки устройства необходима операционная система MSWindowsверсии не ниже 95.
2.6. Требования к интерфейсу пользователя.
Пользовательский интерфейс — это общение между человеком и компьютером. На практическом уровне интерфейс — это набор приемов взаимодействия с компьютером. Пользователи выигрывают от того, что понадобится меньше времени, чтобы научиться использовать приложения, а потом — для выполнения работы. Грамотно построенный интерфейс сокращает число ошибок и способствует тому, что пользователь чувствует себя с системой комфортнее. От этого, в конечном итоге, зависит производительность работы.
Потому пользовательский интерфейс необходимо проектировать так, чтобы было обеспечено максимальное удобство пользователям в работе с данной программой. Т.е. в программе должны быть заложены:
· подсказки, позволяющие пользователю принять решение в создавшейся ситуации;
· интерактивная помощь (возможность ее вызова из любого места программы);
· очевидность меню (простая формулировка, иерархическая структура, логическое соответствие пунктов и подпунктов);
· возможность использования “горячих” клавиш;
· экстренный выход из программы.
Некоторые программисты склонны оставлять дизайн интерфейса пользователя на потом, считая, что реальное достоинство приложения — его программный код, который и требует большего внимания. Однако часто возникает недовольство пользователей из-за неудачно подобранных шрифтов, непонятного содержимого экрана и скорости его прорисовывания, поэтому работу над интерфейсом также нужно воспринимать серьезно.
Формы — это строительные блоки интерфейса пользователя. Хороший дизайн форм включает нечто большее, чем просто добавление элементов управления и программирование процедур обработки событий. Чтобы создать хорошо спроектированную форму, вы должны уяснить ее назначение, способ и время использования, а также ее связи с другими элементами программы. Кроме того в приложении может находиться несколько форм, каждая из которых будет отображаться по мере необходимости. Одни пользователи широко используют многозадачность Windows, другие предпочитают работать только с одним приложением. Необходимо помнить об этом во время разработки интерфейса пользователя (UI) Вы должны максимально реализовать все возможности Windows, чтобы пользователи с любыми навыками работы могли эффективно применять созданное вами приложение.
Если интерфейс пользователя должен содержать несколько форм, предстоит принять важное решение: какой использовать вид интерфейса — однодокументный (SDI) или многодокументный (MDI).
В SDI-приложениях окна форм появляются совершенно независимо друг от друга. Однако, не имеет значения какой тип интерфейса SDI или MDIвыбран; взаимодействие пользователя с формами происходит одинаково — посредством обработки событий, поступающих от элементов управления формы. Поэтому, если в вашем приложении предусмотрено несколько форм, программу необходимо написать так, чтобы у пользователей не было возможности нарушить ход ее выполнения (например, у пользователя не должно быть средств вывести форму, для которой еще не готова информация).
Когда есть видимость работы приложения, пользователи более легко переносят длительное ожидание в работе программы. Один из способов информирования пользователя о ходе выполнения работы — использовать в форме индикатор процесса. Если обновлять записи базы данных, можно использовать такой индикатор для отображения числа записей, над которыми операция уже произведена. Для этого необходимо добавление пары строк кода обновляющих показания индикатора по мере перехода к следующим записям.
3. Проектирование структуры системы.
Исходя из поставленных технических условий, разработаем структурную схему устройства, на основании которой можно будет вести дальнейшее проектирование системы.
Общая структурная схема приведена на рис.1.
/>
Рис.1. Общая структурная схема.
Питание устройства осуществляется от сети переменного тока ~220в, обмен данными между устройством и компьютером осуществляется посредством порта принтера LPT. Микросхема вставляется в колодку, расположенную на корпусе проектируемого устройства.
LPT-порт компьютера в нормальном режиме представляет собой параллельный регистр, который имеет 12 линий на вывод и 5 линий на ввод. Поскольку микросхемы имеют самую разнообразную структуру, то этого явно недостаточно для тестирования микросхем, имеющих, к примеру, 6 входов и 16 выходов (К155ИД3), или 21 вход и 1 выход (К155КП1).
Поэтому необходимо наращивание разрядности LPT-порта путем введения входных запоминающих регистров, выходных