Аннотация.
В данном дипломном проекте проведена разработка управления тюнером спутникового телевидения.
В расчетно-теоретическом разделе рассмотрены вопросы, касающиеся обоснования структурной схемы, принципиальной электрической схемы, произведен расчет элементов схемы.
В конструкторско-технологическом разделе произведены выбор конструкции блока, разработка технологического процесса сборки печатного узла и блока в целом. Произведен расчет качества и других технологических показателей.
В технико-экономическом разделе обосновывается целесообразность данной разработки с точки зрения годового экономического эффекта.
В разделе охрана труда и окружающей среды проведена разработка мероприятий по уменьшению ОВПФ при техпроцессе сборки.
Введение.
Спутниковое телевидение – область техники связи, занимающаяся вопросами передачи телевизионных программ от передающих земных станций к приемным с использованием искусственных спутников земли (ИСЗ) в качестве активных ретрансляторов. Спутниковое вещание является сегодня самым экономичным, быстрым и надежным способом передачи ТВ сигнала высокого качества в любую точку обширной территории. К преимуществам СТВ относятся также возможность использования сигнала неограниченным числом приемных установок, высокая надежность ИСЗ, небольшие затраты и их независимость от расстояния между источником и потребителем.
Важной проблемой в приемных установках СТВ является возможность автоматического управления ими. Решить эту проблему можно с помощью микропроцессорных устройств.
Использование микроэлектронных средств в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки, отодвинуть сроки «морального старения» изделий, но и придает им принципиально новые потребительские качества (расширенные функциональные возможности).
Использование микропроцессоров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости, что микропроцессорам, видимо, нет разумной альтернативной элементарной базы для построения управляющих и/или регулирующих систем.
Разработке устройства управления тюнером на основе микропроцессора посвящена данная работа.
Техническое задание.
Разработать устройство управления тюнером, обладающее следующими характеристиками:
Формирует 3 аналоговых сигнала управления в блоки настройки видео, звука, поляризации со следующими параметрами соответственно:
а) Величина изменения напряжения на выходе от 0 до 9 В, шаг изменения в пределах от ?Umin=8 мВ до ?Umax=10 мВ;
б) шкала изменения напряжения на выходе от 0 до 9 В, шаг изменения должен находиться в пределах от ?Umin=60 мВ до ?Umax=80 мВ;
в) шкала изменения напряжения на выходе от 0 до 4,4 В, шаг изменения напряжения должен находиться в пределах от ?Umin=20 мВ до ?Umax=25 мВ;
Выдает сигналы дискретного управления (8 сигналов).
Принимает сигналы управления и состояния блоков тюнера.
Выдает дискретные сигналы в блок индикации для визуального контроля номера канала от «00» до «99».
Обеспечивает организацию часов реального времени с выдачей показаний на экран по запросу пользователя.
Обеспечивает выдачу сигналов в блок экранной графики.
Должно обеспечивать сохранность информации в ОЗУ и информации о реальном времени при пропадании напряжения сети.
Устройство должно обеспечивать прием и обработку сигналов от передатчика системы дистанционного управления, построенного по типовой схеме включения микросхемы КР1506ХЛ1.
Оглавление.
Введение. ……………………………………………………………….7
Техническое задание. ………………………………………………… 8
1. Расчетно-теоретический раздел. ……………………………… 9
1.1. Структурная схема устройства управления. …………………10
1.2. Описание принципиальной электрической схемы. ………….15
1.2.1. Микропроцессор 1821ВМ85. ………………………………….15
1.2.2. Адресная шина МП 1821ВМ85. ……………………………….19
1.2.3. Шина данных МП 1821ВМ85. ………………………………...21
1.2.4. Генератор тактовых импульсов для МП 1821ВМ85. ………..22
1.2.5. Установка начального состояния МП 1821ВМ85. …………...22
1.2.6. Запоминающие устройства. ……………………………………23
1.2.7. Оперативное запоминающее устройство. …………………….24
1.2.8. Постоянное запоминающее устройство. ……………………...28
1.2.9. Таймер. ………………………………………………………….31
1.2.10.Устройство ввода/вывода. …………………………………….38
1.2.11.Фиксирующая схема. ………………………………………….43
1.2.12.Согласующая схема. …………………………………………..44
1.2.13.Схема дешифрации. …………………………………………...45
1.2.14.Цифро-аналоговый преобразователь. ………………………..48
1.2.15.Дополнительные пояснения к схеме управления. …………..49
1.3. Расчеты параметров и элементов принципиальной схемы. …52
1.3.1. Расчет адресной шины и шины данных МП 1821ВМ85. ……52
1.3.2. Расчет ЦАП. …………………………………………………….54
1.3.3. Расчет параметров КТ3102Б. …………………………………..55
1.3.4. Цепь резонатора МС 512ВИ1. …………………………………57
1.3.5. Расчет RC-цепи МС 1533АГ3. ………………………………...57
1.3.6. Расчет элементов цепи опорного напряжения. ………………57
1.4. Справочные данные. …………………………………………...58
2. Конструкторско – технологический раздел. ………………….67
2.1. Патентный поиск. ………………………………………………68
2.2. Разработка конструкции блока. ……………………………….70
2.3. Выбор и обоснование типа платы, её технологии изготовления, класса точности, габаритных размеров, материала, толщины шага координатной сетки. …………………………………71
2.4. Конструкторский расчет элементов печатной платы. ……….72
2.5. Расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей получения защитного рисунка. ….74
2.6. Расчет проводников по постоянному току. …………………..76
2.7. Расчет проводников по переменному току. …………………..77
2.8. Оценка вибропрочности и ударопрочности. …………………79
2.9. Расчет теплового режима. ……………………………………..81
Расчет качества. ………………………………………………...84
2.11. Расчет надежности. …………………………………………….85
3. Технико-экономический раздел. ………………………………87
3.1. Предисловие. …………………………………………………...88
3.2. Расчет себестоимости устройства управления. ………………89
3.3. Расчет оптовой цены изделия и сопоставительный анализ с базовым изделием. …………………………………………………….96
3.4. Расчет годовых эксплуатационных расходов.………………...97
3.5. Расчет годового экономического эффекта от внедрения спроектированного изделия. ………………………………………….99
4. Раздел охраны труда. …………………………………………101
4.1. Обеспечение охраны труда на операциях сборки. ………….102
4.2. Расчет местной вытяжной вентиляции. ……………………..105
4.3. Обеспечение производства печатного узла в чрезвычайных условиях. Обеспечение устойчивости производства изделия при нарушении поставок комплектующих элементов и материалов. ...107
Список литературы. ………………………………………………….112
РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ
РАЗДЕЛ
1.1. Блок-схема устройства управления.
Принцип функционирования схемы.
ДУ Процессор ОЗУ
ПЗУ Таймер
Фиксиру-ющая схема Устройство
БИ
А
Схема согласования ЦАП 1
ЦАП 2 В
ЦАП 3 С
ввода/вывода
Блок экранной графики
БИ – блок индикации
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
ДУ – дистанционное управление
Схема дистанционного управления (ДУ) генерирует последовательность коротких импульсов ИК излучения, в соответствии с нажатой кнопкой на панели ДУ. Каждая последовательность состоит из 14 импульсов, из которых 11 импульсов информационных, а также предварительный, запускающий и останавливающий импульсы. С помощью 11 информационных импульсов, мы передаем сигнал ДУ, который представляет собой десятибитовое слово. Его четыре первых бита отведены для передачи адреса, а остальные для передачи команды. Таким образом можно сформировать 16 групп адресов по 64 команды в каждой (в нашем случае будем использовать 16 команд с одним строго определенным адресом).
Двоичная информация каждого бита определяется длительностью интервалов между импульсами. Логическому «0» соответствует основной интервал времени Т, логической «1» – 2Т.
Временной интервал между предварительным и запускающим импульсами – 3 Т, между запускающим и первым информационным – Т, между последним информационным и останавливающим – 3Т.
Предвари- Запуска- Биты Биты Останав-
тельный ющий адреса команды ливающий
импульс импульс
Данная информация поступает в процессор, функции которого:
Принять сигналы ДУ;
Выделить биты команды;
Определить какой кнопке ДУ соответствует данная команда;
Обеспечить выполнение данной команды, управляя и синхронизируя деятельностью всего устройства управления.
Как известно процессор выполняет все действия согласно программе, которая хранится в ПЗУ. Вопросы записи программы в ПЗУ в данном случае рассматриваться не будут. Значит для функционирования процессору необходимо считывать информацию (программу), которая хранится в ПЗУ. Для этого процессор соединен с ПЗУ тремя шинами:
Шиной адреса;
шиной данных;
шиной управления.
Для считывания информации из ПЗУ необходимо выполнить следующие действия:
обеспечить стабильность уровней сигналов на адресной шине;
подготовить шину данных для приема данных в микропроцессор;
после шагов 1 и 2 активировать шину управления чтением из памяти.
Значит микропроцессор обрабатывает сигналы ДУ, согласно программе, которая хранится в ПЗУ.
Так как в процессе выполнения программы будут формироваться данные, которые понадобятся для дальнейшего функционирования схемы устройства управления, то нужно предусмотреть дополнительную область памяти, где эти данные будут храниться и откуда при необходимости будут считываться. Для этого в данной схеме используется ОЗУ.
Отличительной особенностью ОЗУ от ПЗУ является то, что данные из ОЗУ могут не только считываться, но и записываться в ОЗУ.
Для сопряжения микропроцессора и ОЗУ используются те же 3 шины:
шина адреса;
шина данных;
шина управления.
Считывание данных из ОЗУ аналогично считыванию данных из ПЗУ, а для записи необходимо выполнить следующие действия:
на адресной шине должен быть активирован адрес памяти (т.е. адрес ячейки, куда записываются данные);
на шину данных должны поступить данные из микропроцессора;
после осуществления действий 1 и 2 на линию записи в память шины управления должен поступить импульс разрешения записи.
Вывод: Микропроцессор обрабатывает сигналы ДУ и «принимает» решения согласно программе, хранящейся в ПЗУ. Данные, которые появляются в процессе выполнения программы, хранятся в ОЗУ.
Таким образом, на уровне блок-схемы рассмотрены 4 блока устройства управления, их функции и сопряжения между собой.
Более подробное описание организации соединения ДУ и микропроцессора, микропроцессора и ОЗУ, микропроцессора и ПЗУ будет рассмотрено ниже, когда будут выбраны конкретные интегральные схемы микропроцессора, ОЗУ и ПЗУ. Там же будут рассмотрены принципы организации шины адреса, данных и управления.
Для лучшего понимания функционального назначения остальных блоков устройства управления сначала познакомимся с классификацией сигналов, поступающих с ДУ:
сигналы ДУ, в соответствии с которыми происходит включение необходимого канала с последующей настройкой на нужную частоту видео, звука и настройкой на соответствующую поляризацию. Если на нужном канале уже произведена настройка на нужную частоту видео и звука и настройка на соответствующую поляризацию, эти данные хранятся в ОЗУ и считываются при включении соответствующего канал.
сигналы ДУ, которыми можно управлять часами реального времени с будильником и календарем.
сигнал ДУ, которым можно выключить систему в целом.
Значит необходимо, чтобы устройство управления, анализируя сигналы с ДУ согласно программе, хранящейся с ПЗУ, выполняло следующие функции:
выдавало аналоговые сигналы в блоке настройки видео, звука и поляризации.
Для этого необходимо обеспечить сопряжение периферийных устройств с шиной данных устройства управления и преобразовать цифровые сигналы в аналоговые. В качестве устройства, выполняющего данные функции, будем использовать программное устройство В/В параллельной информации (содержит 3 выходных канала) и 3 цифро-аналоговых преобразователя. Таким образом, на выходе ЦАП будем иметь аналоговый сигнал пропорциональный коду на входе соответствующего канала. В последствии этот сигнал можно использовать в блоках настройки видео, звука, поляризации.
выдавало сигналы в блок индикации для визуального контроля.
Для этого в данном устройстве управления необходимо предусмотреть блок, который будет фиксировать сигналы, поступающие по шине данных в соответствующие моменты времени.
обеспечивало организацию часов реального времени с будильником и календарем с последующей подачей сигналов в блок экранной графики и процессор.
Для этого необходимо в устройстве управления использовать таймер, выполняющий данные функции.
обеспечить выдачу и прием сигналов в остальные блоки тюнера.
Для этого необходимо предусмотреть блок, согласующий внутреннюю шину данных устройства управления с внешними блоками тюнера в соответствующие моменты времени.
1.2. Описание электрической принципиальной схемы.
1.2.1. Микропроцессор 1821ВМ85.
Изобилие различных типов МП может создать для конструктора настоящую проблему. В этой главе сосредоточено внимание на широко известном МП 182ВМ85 (Intel 8085), который является улучшенным вариантом известного процессора 580ВМ (Intel 8080). Он имеет такую же систему команд, но имеет ряд аппаратурных усовершенствований, упрощающих его применение в конкретных устройствах. Например, для работы МП 580ВМ80 требуется три напряжения питания и два поступающих извне тактовых сигнала с уровнем 12 В и точно выдержанной задержкой между ними. В результате этого появляются большие неудобства при использовании МП 580ВМ80. Хотя более современные МП уже оставили позади МП 1821ВМ85, он пригоден для решения большинства задач и остается популярным из-за своей низкой стоимости и широко распространенного знакомства пользователей с системой команд оригинального МП 580ВМ80.
На рисунке 1 показана структурная схема ЦП 1821ВМ85.
ЦП организован вокруг своей внутренней шины данных, с которой соединены накопитель, арифметико-логическое устройство, регистр кода операций и содержащий 8-битовые и 16-битовые регистры массив регистров.
Хотя ЦП 1821ВМ85 это 8-битовая ЭВМ, 16-битовые регистры нужны для адресации памяти (можно адресовать 65536 ячеек).Микропроцессор содержит устройство управления и синхронизации, которые дирижируют движением сигналов во внутренней шине данных и по внешним линиям управления в соответствии с выходными сигналами дешифратора кода операций. Для него требуется источник питания с напряжением 5 В.
Микропроцессор имеет 18 8-разрядных регистров. Регистры МП имеют следующее назначение:
Управление последовательным В/В
Управление прерываниями
8-битовая ШД (внутр.)
Дешифратор кода операции и формирователь машинных циклов
АЛУ (8)
Адресный буфер Источник
Буфер адресов/ данных питания
+5В
земля
Устройство управления и синхронизации Тактовый Прямой генератор доступ Управление Состояние к Сброс памяти Х1
A8 EMBED Equation.3 А15 AD0 EMBED Equation.3 AD7
Х2
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 Вход Выход
Выход Готовность S0 S1 IO/M сброса сброса
такт.имп. адресный Захват
ключ открыт Подтверждение
захвата
Рисунок 1.
В МП использована мультиплексная шина данных. Адрес передается по двум шинам: старший байт адреса – по шине адреса, а младший байт адреса – по шине данных. В начале каждого машинного цикла младший байт адреса поступает на ШД. Этот младший байт может быть зафиксирован в любом 8-разрядном фиксаторе посредством подачи сигнала отпирания фиксатора адреса (ALE). В остальное время машинного цикла шина данных используется для передачи данных между ЦП и памятью или устройствами ввода/вывода.
ЦП вырабатывает для шины управления сигналы EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 , S0, S1 и IO/М. Кроме того, он же выдает сигнал подтверждения прерываний INTA. Сигнал HOLD и все прерывания синхронизируются с помощью внутреннего генератора тактовых импульсов. Для обеспечения простого последовательного интерфейса в МП предусмотрены линия последовательного ввода данных (SOD). МП имеет всего 5 входов для подачи сигналов прерываний: INTR, RST5.5, RST6.5, RST7.5. и TRAP. Сигнал INTR имеет такое же назначение, как и сигнал INT в МП 580ВМ80. Каждый из входов RST5.5, RST6.5, RST7.5. может программно маскироваться. Прерывания по входу TRAP не может быть маскировано. Если маска прерываний не установлена, то на указанные маскируемые прерывания МП будет реагировать, помещая при этом содержимое счетчика команд в стек и переходя к выполнению программы, адрес которой определяется вектором реестра.
Так как прерывания TRAP не может, быть маскировано, при появлении запроса прерывания на этом входе микропроцессор будет всегда переходить к выполнению программы, указанной вектором реестра.
Входы сигналов прерываний RST5.5, RST6.5 чувствительны к уровню сигнала, вход RST7.5 чувствителен к переднему фронту сигнала. Значит по входу RST7.5 достаточно подать импульс, чтобы генерировать запрос на прерывания. Каждому прерыванию записан некоторый постоянный приоритет: сигнал TRAP имеет наивысший приоритет, затем идут сигналы RST7.5, RST6.5, RST5.5, сигнал INTR имеет низший приоритет.
Прямой доступ к памяти в МП 1821ВМ85 обеспечивается следующим образом:
на вход HOLD нужно подать уровень логической «1».
Когда МП подтверждает получение сигнала HOLD, выходная линия HLDA МП переводится в состояние логической «1». Перевод этой линии в состояние логической «1»означает, что МП прекратил управление АШ, ШД и шиной управления.
Для реализации режима ожидания необходимо на вход READY МП 1821ВМ85 подать уровень логического «0». Это необходимо, когда время реакции памяти или устройства ввода/вывода больше, чем время цикла команды.
Каждая команда МП состоит из одного, двух или трех байтов, причем первый байт это КОП команды. КОП определяет природу команды, по КОПу ЦП определяет, нужны ли дополнительные байты и если да, ЦП их получит в последующих циклах. Поскольку байт КОПа состоит из 8 бит, может существовать 256 разных КОПов, из числа которых МП 1821ВМ85 использует 244.
Основная последовательность действий при выполнении любой команды такова:
Микропроцессор выдает в память адрес, по которому хранится код операции команды.
Код операции читается из памяти и вводится в микропроцессор.
Команда дешифруется процессором.
Микропроцессор настраивается на выполнение одной из основных функций в соответствии с результатами дешифрации считанного кода операции.
Фундаментальной и отличительной особенностью использования МП при проектировании устройств заключается в следующем: синхронизация всех сигналов в системе осуществляется схемами, входящими в состав кристалла микропроцессора.
Скорость выполнения команд зависит от тактовой частоты. Рекомендуемая тактовая частота равна 3.072 МГц. В этом случае длительность одного машинного такта приблизительно равна 325 мс, а требуемое время доступа к памяти - около 525 мс, что соответствует облегченному режиму для МОП памяти.
1.2.2. Адресная шина микропроцессора 1821ВМ85.
В МП 1821МВ85 используется принцип «временного мультиплексирования» функций выводов, когда одни и те же выводы в разные моменты времени представляют разные функции. Это позволяет реализовать ряд дополнительных функций при тех же 40 выводах в корпусе МП. Восемь мультиплексированных выводов играют роль шины данных, либо младших разрядов адресной шины. Необходимо «фиксировать» логические состояния выводов AD0 EMBED Equation.3 AD7 МП в моменты, когда они функционально представляют адресные разряды А0 EMBED Equation.3 А7. Для этого необходимо точно знать, когда на этих выводах отображается адресная информация. В корпусе МП существует специальный вывод N 30, обозначенный ALE – открытие фиксатора адреса, сигнал на котором в нормальном состоянии соответствует логическому «0». Если информация на выводах AD0 EMBED Equation.3 AD7 (N 12 EMBED Equation.3 19), является адресной А0 EMBED Equation.3 А7, то ALE переводится в состояние логической «1». При перехода ALE из состояния логической «1» в состояние логического «0» информация на AD0 EMBED Equation.3 AD7 должна быть зафиксирована. Отметим что для стробирования адресной информации от МП может быть использован любой фиксатор. Единственная предосторожность, которую необходимо соблюдать при использовании фиксаторов, заключается в согласовании нагрузки по току для выводов AD0 EMBED Equation.3 AD7 МП 1821ВМ85 и входов фиксатора во избежание их перегрузки, т.е. необходимо убедиться, что ток на входе используемого фиксатора не является слишком большим для МП. В качестве фиксатора будем использовать регистр, тактируемый сигналом ALE от микропроцессора. Регистр – это линейка из нескольких триггеров. Можно предусмотреть логическую схему параллельного отображения на выходах состояния каждого триггера. Тогда после заполнения регистра от параллельных выводов, по команде разрешения выхода, накопленное цифровое слово можно отобразить поразрядно сразу на всех параллельных выходах.
Для удобства поочередной выдачи данных от таких регистров (буферных накопителей) в шину данных процессора параллельные выходы регистров снабжаются выходными буферными усилителями, имеющими третье, разомкнутое Z состояние.
Из множества регистров различных серий свой выбор я остановил на регистре серии 1533, т.к. по сравнению с серией 555 они имеют большее быстродействие и меньшее (в 1.5 EMBED Equation.3 2 раза) энергопотребление. В свою очередь регистры серии 555 имеют быстродействие аналогичное быстродействию серии 155, но меньшее энергопотребление.
Микросхема 1533UR22 – восьмиразрядный регистр – защелка отображения данных, выходные буферные усилители которого имеют третье Z –состояние. Пока напряжение на входе №11 высокого уровня, данные от параллельных входов отображаются на выходах. Подачей на вход № 11 напряжения низкого уровня, разрешается запись в триггеры нового восьмибитового байта. Если на вход № 1 подать напряжение высокого уровня, выходы микросхемы переходят в 3-е Z состояние.
Таким образом, с помощью микросхемы 1533 UR22 мы фиксируем адресную информацию, поступающую от МП.
Схема включения 1533 UR22.
Таблица истинности.
1.2.3. Шина данных микропроцессора 1821ВМ85.
Шина данных в отличие от шины адреса является двунаправленной. Значит необходимо предусмотреть буфер, который по соответствующим сигналам управления от МП будет пропускать данные как к МП так и от него. В качестве двунаправленного буфера будем использовать микросхему 1533 АП6.
Микросхема 1533 АП6 содержит 8 ДНШУ с тремя состояниями выводов, два входа разрешения ЕАВ - №1 (переключение направления каналов) и EMBED Equation.3 - №19 (перевод выхода канала в состояние Z).
Таблица истинности.
В качестве управляющих сигналов будем использовать сигналы EMBED Equation.3 ; EN. Если сигнал EMBED Equation.3 подать на вход №1 микросхемы 1533 АП6, то при EMBED Equation.3 = «0» направление передачи информации В EMBED Equation.3 А
EMBED Equation.3 = «1» направление передачи информации А EMBED Equation.3 В
Подача сигнала EN на вход № 19 микросхемы 1533 АП6, при котором выводы переходят в третье Z состояние, будет рассмотрена ниже.
1.2.4. Генератор тактовых импульсов
для микропроцессора 1821 ВМ85.
Схема генератора тактовых импульсов микропроцессора 1821ВМ85 содержится в самом микропроцессоре. Достаточно подключить кварцевый резонатор к выводам № 1 и № 2 МП. Кварцевый резонатор может иметь любую частоту колебаний в диапазоне от 1 до 6 МГц. Эта частота делится пополам, и соответствующие импульсы используются в МП. На рисунке 2 показана схема подключения кварцевого резонатора, в результате чего обеспечивается синхронизация МП 1821ВМ85.
40 1
1821ВМ85
2 +5 В
1МГц
Рисунок 2.
1.2.5. Установка начального состояния
микропроцессора 1821ВМ85.
После включения питания ЦП должен начинать выполнение программы каждый раз с команды, расположенной в ячейке с определенным адресом, а не с какой-либо произвольной ячейке. Для этого нужно выполнить начальную установку МП. Такая начальная установка осуществляется при первом включении МП, а также в любое время, когда потребуется вернуть МП к началу выполнения системной программы, всегда с одной и той же определенной ячейки памяти.
Чтобы выполнить функции начальной установки МП, к входу EMBED Equation.3 (№ 36) МП подключаются элементы, соединенные в соответствии со схемой, показанной на рисунке 3.
При подаче питания конденсатор заряжается до напряжения +5 В через R1. Когда напряжение достигает некоторого определенного значения (min 2.4 В), выполнение команды «сброс» завершится и система начнет выполнение программы с адреса 0000. После отключения питания произойдет разрядка конденсатора С1 и микропроцессор будет находиться в исходном состоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе С1 не достигнет требуемого значения.
+5В
1821ВМ85
36
VD1 R1
C1
Рисунок 3.
1.2.6. Запоминающие устройства.
Постоянная тенденция к усложнению задач, решаемых с помощью микропроцессорной техники, требует увеличение объёма и ускорение процесса вычислений. Однако скорость решения любой задачи на ЭВМ ограничена временем ограничения к памяти, т.е. к ОЗУ. В таблице сравниваются характеристики ОЗУ, выполненной на разной элементно-технологической основе.
Полупроводниковые ЗУ по режиму занесения информации делятся на оперативные и постоянные, по режиму работы – статистические и динамические, по принципу выборки информации – на устройства с произвольной и последовательной выборкой, по технологии изготовления – на биполярные и униполярные.
1.2.7. Оперативные запоминающие устройства.
ОЗУ предназначены для записи, хранения и считывания двоичной информации. Структурная схема представлена на рисунке 4.
DCX
НК
А0 EMBED Equation.3 Аn
EMBED Equation.3 УЗ /RD
DI
УС DCY D0
СS
УУ SEX
SEY
НК – накопитель; DCX, DCY – дешифраторы строк и столбцов; УЗ – устройство записи, УС – устройство считывания, УУ – устройство управления.
Как уже отмечалось, ОЗУ можно разделить на 2 типа: статические и динамические. В накопителях статических ОЗУ применяются триггерные элементы памяти. В ОЗУ динамического типа запоминающим элементом служит конденсатор. Динамические ОЗУ имеют ряд преимуществ по сравнению со статистическими ОЗУ. Основные характеристики динамических ОЗУ:
Преимуществом статистических ОЗУ перед динамическими является отсутствие схемы регенерации информации, что значительно упрощает статические ЗУ, как правило, имеют один номинал питающего напряжения.
Типовые характеристики СЗУ:
Наибольшим быстродействием обладают биполярные ОЗУ, построенные на основе элементов ЭСЛ, ТТЛШ. Перспективными являются ОЗУ, построенные на транзисторных структурах U2Л, позволяющих уменьшить площадь ЗЭ до 2000EMBED Equation.3100мкм2 и снизить мощность потребления до нескольких микроватт на бит, при tвкл=50EMBED Equation.3150 мс.
Статические ОЗУ на МОП транзисторах, несмотря на среднее быстродействие, получили широкое распространение, что объясняется существенно большей плотностью размещения ячеек на кристалле, чем у БП ОЗУ.
Для рМОП удалось уменьшить геометрические размеры ЗЭ и снизить напряжение питания до 15 В.
Для ОЗУ пМОП удалось ещё больше уменьшить геометрические размеры, получить в 2,5 раза большую скорость переключения. Единое напряжение питания +5В обеспечивает непосредственную совместимость таких ОЗУ по логическим уровням с микросхемами ТТЛ.
Элементы ОЗУ на кМОП VT используются для построения статических ОЗУ только при необходимости достижения min Рпотр. Также при переходе к режиму хранения Рпотр уменьшается на порядок.
Для статических ОЗУ достигнута ёмкость 64 Кбит при организации 16 разрядов и времени выборки до 6 мс. Iпотр статических БП ОЗУ 100EMBED Equation.3200 мА. Широко применяются схемы на кМОП-VT, среди которых наибольшее распространение получила серия 537; Iпотр EMBED Equation.3 60 мА (режим обращения) и Iпотр=0,001EMBED Equation.35 мА (хранение). В большинстве схем предусмотрен режим хранения с пониженным Uпит=2 В. Это позволяет наиболее просто реализовать работу ОЗУ от резервных батарей.
Динамические ОЗУ представлены в основном серией КР565 с max ёмкостью 256х1 разряд и min времени выборки 150 мс. Но необходимо постоянное восстановление информации – регенерации, период которой составляет 1EMBED Equation.38 мс. Для регенерации нужны дополнительные схемы, что усложняет схему в целом.
Дальнейшее рассмотрение будем вести на примере статического ОЗУ 2Кх8 с общим входом и выходом типа 537РУ10.\
tвыб EMBED Equation.3 220 мс.
Рпотр: хранение Uп=5В – 5,25 мВт
Uп=2В – 0,6 мВт
обращение - 370 мВт
3) Iпотр: хранение – 3 10-4 мА
обращение – 70 мА
4) Диапазон рабочих
температур - 10EMBED Equation.3+ EMBED Equation.3 С.
Усиление вх-вых сигналов до уровней ТТЛ осуществляется с помощью вых. формирователей. Т.к. ОЗУ организовано как 2Кх8, значит необходимо использовать АОEMBED Equation.3А10 адресных линий и DOEMBED Equation.3D7 линий шины данных.
Для управления функционированием схемы используется 3 вывода:
EMBED Equation.3 /RE - № 21
CE - № 18
OE - № 20
Микросхема 537РУ10 функционирует в 3 режимах:
режим хранения данных
режим считывания данных
режим записи данных
Таблица истинности:
Запись и считывание производится по 8 бит. При считывании можно запретить вывод информации ( EMBED Equation.3 =1). В качестве управляющих сигналов можно использовать сигналы WR, RD, CSO (организация сигнала CSO будет рассмотрена ниже).
1.2.8. Постоянное запоминающее устройство.
Структурная схема ПЗУ аналогична структурной схеме ОЗУ, только отсутствует устройство записи, т.к. после программирования ПЗУ, информация из него только считывается.
Основные характеристики восьми типов ПЗУ приведены ниже:
Для потребителей выбор типа ПЗУ во многом определяется не только электрическими параметрами этой большой ИС, но и способами её программирования. ПЗУ могут программироваться, как у потребителя, так и на предприятии –изготовителе. Существуют ПЗУ однократного и многократного программирования.
Наиболее универсальными являются перепрограммирования ПЗУ, которые изготовляются на основе МОП-структур и ЛИЗМОП. Ёмкость таких РПЗУ достигает 256 кбит с организацией 32х2. Информация стирается с помощью УФ-облучения кристалла. В накопителях РПЗУ используются специальные типы VT-структур, которые изменяют свои характеристики при программировании РПЗУ. Это изменение характеристик и служит признаком хранящейся информации. Время выборки считывания таких РПЗУ широкое распространение получила серия 573.
Свой выбор я остановил на РПЗУ 8к х 8 типа 573РФ4:
tхр не менее 25000 ч.
число циклов не менее 25.
перепрограммирования (Т= EMBED Equation.3 С).
Uп – 5 В
Uпрогр – 5 В (считывание)
21,5 В (программирование).
Рпотр – не более 420 мВт.
tвыб.адреса – не более 300 EMBED Equation.3 450 мс.
tвыб.разр. – не более 120 EMBED Equation.3 150 мс.
Выход - 3 состояния.
Совместимость – с ТТЛ схемами по входу и выходу.
Так как ПЗУ организована как 8к х 8, значит необходимо использовать А0 EMBED Equation.3 А12 адресных линий и D0 EMBED Equation.3 D7 линий шины данных.
Для управления функционирования схемы используются 2 вывода:
CS - №20.
ОЕ - №22.
Микросхема 573РФ4 функционирует в 2-х режимах:
режим хранения
режим считывания
Считывание информации производится по 8 бит. В качестве сигналов управления будем использовать сигнал RD и сигнал, который будет поступать по старшей адресной линии.
Таблица истинности:
1.2.9. Таймер.
Одно из наиболее необходимых эксплуатационных удобств – наличие встроенных часов, показания которых постоянно или по запросу оператора выводятся на экран. Можно также обеспечить выдачу команд на включение или выключение внешних устройств в заданное время. Часы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно.
Программная реализация требует решения многих проблем. При аппаратной реализации основная задача – передать показания электронных часов на шину данных. Желательно также иметь возможность по командам блока управления корректировать показания часов, устанавливать время срабатывания будильника.
К сожалению, большинство БИС, предназначенных для электронных часов, нельзя непосредственно связать с блоком управления. Для этого необходимо разработать довольно сложную схему сопряжения. Но, в настоящее время промышленностью выпускается микросхема 512 ВШ, специально предназначенная для работы в составе микропроцессорных устройств в качестве часов реального времени с будильником, календарем, а также ОЗУ общего назначения ёмкостью 50 байт.
Микросхема выполнена по КМОП технологий, питается от одного источника питания от 3 до 8 В. Потребляемая мощность очень мала, что позволяет питать микросхему от автономного источника (батареи), сохраняя при этом, при отключении основного источника питания микропроцессорной системы, правильный ход часов и информацию, занесенную во внутреннее ОЗУ.
Микросхема совместима по логическим уровням с микросхемами ТТЛ. Все выводы допускают нагрузку током до 10 мА.
Условное обозначение и основная схема включения:
+5 В
R2 +4+6В
RESET U00
PS U55
AD0
AD1
AD2
AD3 IRQ AD4
AD5
AD6
AD7
AS SQW DS
R/W CKOUT CE
CKFS
OSCI OSC2 C1 R1 VD2 18 VD1
C2 22
4
5
6
7
8
9
10
11
14
17
15
13
20
2
К шине 19
AD0 EMBED Equation.3 AD7
микропроцессора
к
мик-
ропро-
23 цессор
К шине ной
Управления 21 сис-
теме
С3
3
R4
С4 R3
Можно использовать резонаторы, имеющие резонансную частоту:
32768 Гц
1048576 Гц
4194304 Гц
Ток потребления зависит от fr.
f=32768 Гц In EMBED Equation.3 мкА
при EMBED Equation.3 f Iпотр может доходить до 4 мА.
Сигнал тактового генератора можно снять с выхода CKOUT для использования в других устройствах системы. Он поступает на этот вход непосредственно (CKFS=1) или после деления частоты на четыре (CKFS=0). Микросхема имеет выход ещё одного сигнала (SQW), получаемого делением частоты тактового генератора. Коэффициент деления задается командами, поступающими от процессора. Включается и выключается этот сигнал также командами процессора.
Распределение памяти микросхемы 512ВИ1:
Микросхема связана с микропроцессором через двунаправленную мультиплексированную шину адреса – данных (AD0 EMBED Equation.3 AD7). Для управления записью и считыванием информации служат входы EMBED Equation.3 (выбор микросхемы), AS (строб, адреса), DS (строб данных) и R/ EMBED Equation.3 (чтение – запись).
EMBED Equation.3 - «1» шина AD, входы DS и R/ EMBED Equation.3 отключены от шин процессора и снижается мощность потребления.
EMBED Equation.3 - «0» должен сохраняться неизменным во время всего цикла записи и чтения.
Сигнал AS подается в виде положительного импульса во время наличия информации об адресе на шине AD0 EMBED Equation.3 AD7. Адреса записываются во внутренний буфер микросхемы по срезу этого импульса.
В этот же момент анализируется логический уровень сигнала на входе DS и в зависимости от него устанавливается дальнейший режим работы входов DS и R/ EMBED Equation.3 . В нашем случае на вход AS подаем сигнал ALE, который генерируется процессором для фиксации адреса.
Если при AS – «1»- EMBED Equation.3 «0» DS – «0», то
запись производится при DS – «1», R/ EMBED Equation.3 -«0»,
а чтение производится при DS – «1», R/ EMBED Equation.3 -«1».
Если во время среза импульса AS (AS – «1» EMBED Equation.3 «0») DS – «1», то для считывания необходимо DS-«0» R/ EMBED Equation.3 -«1»,
а для записи DS-«1» R/ EMBED Equation.3 -«0».
Такая сложная логика используется для подключения к микропроцессорам различных типов. На вход R/ EMBED Equation.3 будем подавать сигнал WR, а на вход DS-RD, которые генерируются процессором.
Выход EMBED Equation.3 (запрос прерывания) предназначен для сигнализации процессору о том, что внутри микросхемы произошло событие, требующее программной обработки. Прерывания бывают 3-х типов:
после окончания обновления информации
по будильнику
периодические (с периодом SQW)
Вход EMBED Equation.3 предназначен для установки в исходное состояние узлов микросхемы, ответственных за связь с микропроцессорной системой. EMBED Equation.3 - «0» – никакое вмешательство со стороны процессора невозможно. На ход часов, календарь и содержание ячеек ОЗУ этот вход не влияет.
Вход PS (датчик питания) – контроль непрерывности подачи питающего напряжения. Он подключается таким образом, чтобы напряжение на нем падало до 0 при любом, даже кратковременном отключения питания микросхемы.
Для управления работой микросхемы и анализа её состояния предназначены регистры А…D.
Формат управляющих регистров:
* - можно только считывать информацию.
Регистр А.
UIP – единица в этом разряде означает, что происходит или начнется менее чем через 244 мкс обновление информации о времени. На UIP не действует сигнал EMBED Equation.3 . Записав единицу в разряд SET регистра В, можно запретить обновление и тем самым сбросить UIP.
DVO…DV2 – устанавливает режим работы внутреннего делителя частоты в соответствии с используемой опорной частотой.
Установка опорной частоты:
RS0…RS3 – устанавливает частоту сигнала на входе SQW и период повторения периодических колебаний.
Регистр В.
SET – если в этом разряде записан “0”, то каждую секунду выполняется цикл обновления информации о текущем времени и сравнение текущего времени с заданным. Единица в этом разряде запрещает обновление, позволяя записать в регистры начального значения времени, календаря, будильника.
PIE – разрешение прерываний с периодом, задаваемым PS0 EMBED Equation.3 PS3.
ALE – разрешение прерываний от будильника.
VIE – разрешение прерываний по окончанию цикла обновления.
SQWE – разрешает выдачу сигнала на вход SQW.
PIE, AIE, VIE, SQWE могут быть сброшены сигналом EMBED Equation.3 .
DM – «1» данные в двоичном коде
- «0» данные в двоично-десятичном коде.
Значения разряда нельзя изменить без повторной записи начальных значений в ячейки времени и календаря.
24/12 – устанавливает 24 часовой («1») и 12 часовой («0») режим счета времени. В 12 часовом режиме времени после полудня отмечается единицей в старшем разряде часов (адрес О4Н).
DSE – разрешение автономного перехода на летнее время («1»).
Регистр С.
IRQF – флаг запроса прерываний. Устанавливается в единицу при выполнении условия:
PF x PIE + AF x AIE + VF x VIE=1
Одновременно с установкой IRQF=1 на контакте EMBED Equation.3 устанавливается низкий уровень. PF – устанавливается в «1» фронтом сигнала на выходе внутреннего делителя частоты, выбранного в соответствии с разрядами RS0 EMBED Equation.3 RS3.
AF – устанавливается в «1» при совпадении текущего времени м времени «будильника».
VF – устанавливается в единицу после окончания каждого цикла обновления.
Флаги сбрасываются после чтения регистра С или сигналом EMBED Equation.3 .
Регистр D.
VRT – в этом разряде устанавливается «0» при низком уровне на входе PS. Единица устанавливается только считыванием регистра D.
Подключение микросхемы 512ВИ1 к микропроцессору серии 1821ВМ85, имеющему мультиплексированную шину адреса/данных не вызывает затруднений. На вход PS; Uп; RES подаем высокий уровень (подключим к аккумулятору через RS-цепь). Так как нет необходимости в использовании частоты кварцевого резонатора в блоке управления, то вывод №20 (CKFS) подсоединим к корпусу.
Сигнал с выхода EMBED Equation.3 через инвертор (PD9) подадим в микропроцессор на вход RST 6,5 (№8).
Выводы AD0 EMBED Equation.3 AD7 (№№4 EMBED Equation.3 11) таймера непосредственно подключаются к выводам AD0 EMBED Equation.3 AD7 (№№12 EMBED Equation.3 19) микропроцессора.
Подача сигнала CS2 на вход «выбор микросхемы» (№13) будет рассмотрена ниже.
1.2.10. Устройство ввода-вывода.
Процессор 1821ВМ85 является улучшенной модификацией процессора 580ВМ80, а для данного МП специально разработана БИС для ввода-вывода параллельной информации КР580ВВ55А. Вот почему свой выбор и остановил именно на этой микросхеме.
КР580ВВ55 0 программное устройство ввода-вывода параллельной информации, применяется в качестве элемента ввода-вывода общего назначения, сопрягающего различные типы периферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации.
Внутренняя магистраль Канал А Канал данных D0 EMBED Equation.3 D7 BA0 EMBED Equation.3
BA7
Канал С BC4 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 BC7
Устройство управления Канал С A0 BC EMBED Equation.3
A1
BC3
Канал В
SR BBO EMBED Equation.3
BB7
Обмен информацией между магистралью данных систем и микросхемой 580ВВ85 осуществляется через 8 разрядный двунаправленный трехстабильный канал данных. Для связи с периферийными устройствами используется 24 линии В/В, сгруппированные в три 8 разрядных канала ВА, ВВ, ВС, направление передачи информации и режимы работы которых определяются программным способом.
1-4; 37-40 – ВА3 – ВА0; ВА7 EMBED Equation.3 ВА4 – входы/выходы – информационный канал А.
10 EMBED Equation.3 17 – ВС7 EMBED Equation.3 ВС0 – входы/выходы – информационный канал С.
18 EMBED Equation.3 25 – ВВ0 EMBED Equation.3 ВВ7 – входы/выходы – информационный канал В.
EMBED PBrush
5 - EMBED Equation.3 - вход – чтение.
6 - EMBED Equation.3 - вход – выбор кристалла.
7 – GND - - - общий.
8,9 – А0, А1 – вход – младший разряд адреса
26 – Uсс – питание.
35 – SR – вход – установка исходного состояния.
36 - EMBED Equation.3 - вход – запись.
Микросхема может функционировать в 3-х основных режимах.
В режиме 0 обеспечивается возможность синхронной программно управляемой передачи данных через 2 независимых 8 разрядных канала ВА, ВВ и два 4 разрядных канала ВС.
В режиме 1 обеспечивается возможность ввода или вывода информации в/или из периферийного устройства через 2 независимых 8 разрядных канала ВА, ВВ по сигналам квитирования.
При этом линии канала С используются для приема и выдачи сигналов управления обменом.
В режиме 2 обеспечивается возможность обмена информацией с периферийными устройствами через двунаправленную 8 разрядную шину ВА по сигналам квитирования. Для передачи и приема сигналов управления обменом используются 5 линий канала ВС.
Выбор соответствующего канала и направление передачи информации через канал определяется сигналами А0, А1 и сигналами EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 . Режим работы каждого из каналов ВА, ВВ, ВС определяется содержимым регистра управляющего слова (РУС). Производя запись управляющего слова в РУС можно перевести микросхему в один из 3-х режимов работы: режим 0-простой ввод/вывод; режим 1-стробируемый ввод/вывод; режим 2-двунапрвленный канал. При подаче сигнала SR РУС устанавливается в состояние, при котором все каналы настраиваются на работу в режиме 0 для ввода информации. Режим работы каналов можно изменить как в начале, так и в процессе выполнения работающей программы, что позволяет обслуживать различные периферийные устройства в определенном порядке одной микросхемой. При изменении режима работы любого канала все входные и выходные регистры каналов и триггеры состояния сбрасываются. Графическое представление режимов работы каналов показано на рисунке 5, а формат управляющего слова, определяющего режимы работы каналов, приведены на рисунке 6.
Рисунок 5.
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Разряды 0 EMBED Equation.3 3
канала ВС
1 - ввод
1 0 - вывод
режим канал ВВ
работы ВА и 4-7 ВС 1-ввод
00-режим 0 0-вывод
01-режим 1
1х-режим 2 режим работы
ВВ и разрядов
канал ВА 0 EMBED Equation.3 3 ВС
0-режим 0
1-ввод 1-режим 1
0-вывод Разряды 4 EMBED Equation.3 7
канала ВС
1-ввод; 0-вывод
Рисунок 6.
В дополнение к основным режимам работы микросхема обеспечивает возможность программно независимой установки в «1» и сброса в «0» любого из разрядов регистра канала ВС.
Формат управляющего слова уст./сброса разрядов регистра канала ВС показан на рисунке 7.
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 – установить в «1»
«0» 0 – установить в «0»
неопределенность
код разряд
000 0
001 1
010 2
011 3
100 4
101 5
110 6
110 7
Рисунок 7.
Если микросхема запрограммирована для работы в режиме 1 или 2, то через выводы ВС0 EMBED Equation.3 ВС3 канала ВС выдаются сигналы, которые могут использоваться как сигналы запросов прерываний для МП. Эта особенность микросхемы позволяет программно реализовать разрешения или запрет в обслуживании любого внешнего устройства ввода/вывода без анализа запроса прерывания в схеме прерывания системы.
В нашем случае необходимо запрограммировать микросхему 580ВВ55 на вывод информации в режиме 0. Вот почему далее будет рассмотрен только этот режим.
При работе микросхемы в режиме 0 обеспечивается простой ввод/вывод информации через любой из 3-х каналов и сигналов управления обменом информацией с периферийными устройствами не требуется. В этом режиме микросхема представляет собой совокупность 2-х 8 разрядных и 2-х 4 разрядных каналов ввода или вывода. В режиме 0 возможны 16 различных комбинаций схем ввода/вывода каналов ВА, ВВ, ВС. Это определяется комбинациями в разрядах D4; D3; D1; D0 регистра управляющего слова.
Для нашего случая код должен иметь следующее указание:
В режиме 0 входная информация не запоминается, а выходная хранится в выходных регистрах до записи новой информации в канал или до записи нового режима.
Графическое представление режима 0 показано на рисунке 8.
Канал адреса
Канал управления
Канал данных
D7 EMBED Equation.3 D0
EMBED Equation.3 RD WR SR CS A1 A0 BC BB BA
I/0 I/0 BC7 EMBED Equation.3 BC0 BA7 EMBED Equation.3 BA0
BB7 EMBED Equation.3 BB0
Рисунок 8.
Для электрического соединения микросхемы 580ВВ55 и схемы управления необходимо:
шину данных D0 EMBED Equation.3 D7 схемы управления соединить с выводами D0 EMBED Equation.3 D7 микросхемы 580ВВ55.
Два младших разряда адресной шины соединить с выводами A0 EMBED Equation.3 A1 микросхемы 580ВВ55.
Выводы EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 микропроцессора 1821ВМ85 соединить с выводами EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 микросхемы 580ВВ55 соответственно.
На вход SR «Установка в исходное состояние» микросхемы 580ВВ55 подать низкий уровень (подключить к корпусу).
1.2.11. Фиксирующая схема.
Как уже отмечалось выше необходимо подавать сигналы в блок индикации № канала (2 индикатора) в строго определенные моменты времени. Для этого необходимо предусмотреть устройство, которое по сигналам от процессора, будет пропускать информацию на один из индикаторов блока индикации. В качестве элементов фиксирующей схемы будем использовать 2 регистра типа 1533UP23.
Регистр, аналогичный UP22, нос 8 тактируемыми триггерами. Регистр принимает и отображает информацию синхронно с положительным перепадом на тактовом входе.
Таким образом, подавая тактирующие сигналы на вход С (№11) регистра 1533UP23, мы разрешаем прохождение сигналов на соответствующий индикатор в строго определенные моменты времени.
1
11
3
4
7
8
13
14
17
18
2
5
6
9
12
15
16
19 ЕО RG
С Q1
D1 Q2
D2 Q3
D3 Q4
D4 Q5
D5 Q6
D6 Q7
D7 Q8
D8
Un - № 20
Земля - № 10
1.2.12. Согласующая схема.
Для организации вывода информации в остальные блоки тюнера будем использовать регистр 1533UP23, тактируемый сигналами от микропроцессора.
Принцип включения и управления регистра 1533UP23 рассмотрен в предыдущей главе.
Для приема информации в устройство управления будем использовать шинный формирователь 1533АП6. Как известно шинный формирователь обеспечивает передачу информации в обоих направлениях. Для обеспечения только ввода данных вывод №1 соединим с корпусом. Если появится необходимость в выводе большего количества информации из устройства управления, то с помощью микросхемы 1533АП6 можно будет решить данную проблему.
Более подробная информация о микросхеме 1533АП6 приведена в главе «Шина данных микропроцессора 1821ВМ85».
1.2.13. Схема дешифрации.
В предыдущих главах были рассмотрены основные блоки схемы управления и было отмечено, что МП в строго определенные моменты времени должен взаимодействовать с определенными микросхемами. Поэтому в данной схеме необходимо предусмотреть устройство, которое по сигналам от процессора, будет подключать к его шинам адреса или данных ту или иную микросхему или группу микросхем. Из этого можно заключить, что в схеме системы должен протекать некоторый процесс однозначного выбора и он организуется подачей на линии адреса А11 EMBED Equation.3 А15 определенного кода выбора или сигнала разрешения доступа к отдельному блоку или блокам. К счастью, эта проблема является классической и она имеет простое решение. В частности можно использовать дешифратор, выполненный в виде ТТЛ устройства среднего уровня интеграции, предназначенного для преобразования двоичного кода в напряжение логического уровня, которое появляется в том выходном проводе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. В последствии выходной провод дешифратора подключают к входу «Выбор микросхемы» нужной микросхемы (например вывод №18 (CS) микросхемы 537РУ10).
В качестве дешифратора будем использовать микросхему 1533ИД7. Выбор данного дешифратора обусловлен количеством выходных линий и нагрузочной способностью.
Микросхема 1533ИД7 – высокоскоростной дешифратор, преобразующий трехразрядный код А0 EMBED Equation.3 А2 (№1 EMBED Equation.3 3) в напряжение низкого логического уровня, появляющегося на одном из восьми выходов 0 EMBED Equation.3 7. Дешифратор имеет трехвходовый логический элемент разрешения.
В таблице показано, что дешифрация происходит, когда на входах EMBED Equation.3 (№4) и EMBED Equation.3 (№5), напряжение низкого уровня, а на входе Е3(№6) высокого. При других логических уровнях на входах разрешения, на всех выходах имеются напряжения высокого уровня.
В качестве информационных сигналов будем использовать сигналы, поступающие по адресным линиям А11 EMBED Equation.3 А13; сигналов разрешения, сигналы, поступающие по адресным линиям А14 EMBED Equation.3 А15 (вход №4 подсоединим к корпусу).
Более подробно рассмотрим подачу сигналов на входы CS и организацию сигналов REG1 EMBED Equation.3 REG3; BVF.
ПЗУ:
Сигнал на вход «Выбор микросхемы» (№20) будем подавать на адресной линии А15. Если в старшем разряде адресной шины (А15) уровень логического «0», то такой же уровень на входе №6 дешифратора. При этом ПЗУ переходит из режима «Хранение» и готово к считыванию информации, а дешифратор на всех выходных линиях имеет уровень логической «1» и все остальные элементы схемы, кроме микросхемы DDS, недоступны для микропроцессора.
- Если в адресных линиях:
А11 EMBED Equation.3 А15 код 00001, то
CS0 – «0»
CS1 EMBED Equation.3 CS7 – «1»
EN= EMBED Equation.3 = «0»
И данные через двунаправленный буфер DDS будут записываться или считываться из ОЗУ (DD13)
- A11 EMBED Equation.3 A15 код 01001, то CS0= «1» CS1= «1»
CS3 EMBED Equation.3 CS7= «1»
CS2= «0» EN= EMBED Equation.3 = «1».
и микросхема DD20 готова к считыванию или записи информации
- А11 EMBED Equation.3 А15 код 11001, то
CS0 EMBED Equation.3 CS2= «1», CS4 EMBED Equation.3 CS7= «1»
CS3= «0» EN= EMBED Equation.3 = «0»
и данные через двунаправленный буфер DDS будут записываться в устройство В/В DD12.
- А11 EMBED Equation.3 А15 код 00101, то
CS0 EMBED Equation.3 CS3= «1»; CS5 EMBED Equation.3 CS7= «1»
CS4= «0» EN= EMBED Equation.3 = «0»
тогда на входе №1 DD6 CS4= «0» и при EMBED Equation.3 на входе №11 DD10 REG1 EMBED Equation.3 и данные через двунаправленный буфер DDS проходят на выход DD10 и фиксируются.
Аналогично формирование сигналов REG2 и REG3 для DD11 и DD15 при кодах на А11 EMBED Equation.3 А15 10101 и 01101 соответственно.
- А11 EMBED Equation.3 А15 код 01101, то
CS0 EMBED Equation.3 CS5= «1»; СS7= «1»
CS6= «0» EN= EMBED Equation.3 = «0»
Когда на входе №10 DD6 CS6= «0» и при EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 = «0» на входе №19 EMBED Equation.3 DD16 BVF= «0» и данные через DD16 вводятся в систему управления.
1.2.14. Цифро-аналоговый преобразователь.
Для преобразования цифровой информации в аналоговую необходимо использовать ЦАП.
Основной характеристикой ЦАП является разрешающая способность, определяемая числом разрядов N. Теоретически ЦАП, преобразующий N-разрядные двоичные коды, должен обеспечивать 2N различных значений выходного сигнала с разрешающей способностью (2N-1)-1.
Из динамических параметров основными являются:
время установки выходного сигнала;
fmax преобразования.
В нашем случае необходимо организовать формирование 3-х аналоговых сигналов ANL1, ANL2 и ANL3, которые будут пропорциональны цифровым сигналам на выходах канала А, В, С микросхемы 580ВВ55 соответственно. Значит необходимо предусмотреть 3 цифро-аналоговых преобразователя. Свой выбор я остановил на 10 разрядном ЦАП прецизионного типа 572ПА1. Для построения полной схемы преобразователя к микросхеме 572ПА1 необходимо подключить операционный усилитель. В качестве операционного усилителя будем использовать К140УД8, имеющего схему внутренней коррекции.
15 U0n +Uпит
572ПА1 4 14
К1409D8 Uвх 1 3 7 Uвых
2 4
13
1.2.15. Дополнительные пояснения к схеме управления.
Во избежание записи или считывания «ложной» информации во время включения или выключения напряжения питания в схеме устройства управления предусмотрена микросхема DD8 – четырехканальный коммутатор цифровых и аналоговых сигналов. Каждый ключ имеет свой вход и выход сигнала, а также вход разрешения прохождения сигнала EI. Канал проводимости двунаправленный. Коммутатор К561КТ3 имеет сопротивление канала 80 Ом, сопротивление входа управления 1012Ом. Открывающее напряжение на входе EI – 3В. Канал пропустит цифровые уровни с амплитудой до Uип. Время задержки распространения сигнала 10…25 мс.
Структурная схема.
S Вход Выход
EI включено
Входы: №1, 4, 8, 11.
Выходы: №2, 3, 9, 10.
EI: №13, 5, 6, 12.
Если микросхема 537РУ10 «питается» от аккумулятора (4,5 В) на входах EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 - напряжение высокого уровня и ОЗУ находится в режиме хранения. Считывание или запись информации невозможно.
После подачи напряженияUID и достижения им уровня +5 В, отключается питание от аккумулятора и происходит подача напряжения высокого уровня на входы EI микросхемы DD8. В результате этого ключ замыкается и теперь возможно прохождение сигналов управления от микропроцессора и дешифратора.
Напряжение UID подается через транзистор VT1 (КТ3102), Включенный по схеме с общим коллектором, в эммитерной цепи которого напряжение стабилизируется диодом VD6 (КС139А), для обеспечения стабильного уровня на входах EI.
В схеме управления используется микросхема DD6: логический элемент ИЛИ с двумя выходами. Эти функции реализуются с помощью микросхемы 1533ЛЛ1. Также используется микросхема DD9: логический элемент ИЛИ-НЕ с одним входом (инвертор). Эти функции реализуются с помощью микросхемы 1533ЛН1.
При входном импульсном сигнале с пологими фронтом и срезом импульс на входе формирующего логического элемента также не будет прямоугольным, поскольку некоторое время ключевая схема будет находиться в усилительном режиме. Кроме того, на фронте и срезе выходного импульса будут присутствовать усиленные помехи, поступившие в «усилитель» из провода питания. Импульс с зашумленными и несформированными фронтом и срезом непригоден для переключения тактовых входов триггеров, регистров и счетчиков.
Повышения КU формирователя до 103 раз и более за счет последовательного включения нескольких буферных элементов не дает точной привязки момента переключения к определенному пороговому входного импульса. В таких случаях используют так называемую схему триггера Шмидта, состоящую из двухкаскадного усилителя, охваченного слабой положительной обратной связью. Триггеры Шмидта оказались незаменимыми и в интегральной схемотехнике, как в аналоговой, так и цифровой. Передаточная характеристика триггера Шмидта имеет значительный гистерезис. Выходной сигнал логического элемента Шмидта имеет крутые импульсные перепады, длительность которых не зависит от скорости нарастания или спада входного сигнала. Импульсные перепады по времени соответствуют моментам, когда входной сигнал превышает напряжение срабатывания UСРБ и становится меньше, чем напряжение отпускания Uотп.
2,4 Uвых, В
2 Uг=0,8 В
1 Uотп=0,9 В Uсрб=1,7 В
0,3
0,4 0,8 1,2 1,6 Uвх,В
В данной схеме устройства управления триггер Шмидта – в виде микросхемы 1533ТЛ2 (DD2).
Прежде чем последовательность коротких импульсов подавать на вход SID микропроцессора, необходимо обеспечить хорошую стабильность длительности данных импульсов, т.к. на входе элемента Шмидта все они будут иметь разную длительность. В составе серий ТТЛ имеется несколько аналого-импульсных схем – ждущих мультивибраторов. Они позволяют расширить длительность коротких импульсов, сформировать импульсы нужной длительности с хорошей стабильностью по длительности. Свой выбор я остановил на микросхеме 1533АГ3 – два ждущих мультивибратора с возможностью перезапуска. Каждый мультивибратор имеет выходы Q и EMBED Equation.3 , вход сброс, 2 входа разрешения запуска: В-прямой, EMBED Equation.3 -инверсный. Длительность выходного импульса определяется времязадающими элементами С EMBED Equation.3 и R EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 вых=0,45 R EMBED Equation.3 С EMBED Equation.3 .
Таблица истинности: EMBED Equation.3
Если согласно этим условиям мультивибратор запущен, выходной импульс можно продолжить, подав на вход EMBED Equation.3 напряжение низкого уровня (или на вход В-высокого). С момента этой дополнительной операции до окончания импульса пройдет время EMBED Equation.3 вых.
Схема включения:
G1 Q EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
В
R 5
9
12
10
16 5B
6 R EMBED Equation.3
C EMBED Equation.3
11 7
8
1.3. Расчеты параметров и элементов принципиальной схемы.
1.3.1. Расчет адресной шины и шины данных
микропроцессора 1821ВМ85.
При проектировании адресной шины и шины данных необходимо оценить величину токовой нагрузки, т.к. они связаны со множеством устройств, подключенных параллельно. Если для адресной шины и шины данных характерен ток, по величине превосходящий допустимое значение на выходе МП, то такую линию необходимо буферировать.
Расчет адресной шины:
Для микропроцессора максимально допустимая нагрузка на адресной линии составляет:
Uвых L=0,45 В Iвых L=2 мА
Uвых H=2,4 В Iвых H=400 мкА
для регистра 1533 UP22:
Iвх Н=20 мкА Iвх H EMBED Equation.3 =8 EMBED Equation.3 20=160 мкА EMBED Equation.3 400 мкА
Iвх L=0,1 мА IвхL EMBED Equation.3 =8 EMBED Equation.3 0,1=0,8 мА EMBED Equation.3 2 мА
Таким образом входной ток микросхемы 1533ИР22 не является большим для МП 1821ВМ85.
Теперь проверим, обеспечивается ли нагрузочная способность для элементов схемы, которые являются адресной информации.
А11 EMBED Equation.3 А15
DC МП +5В А0 EMBED Equation.3 А15
А0 EMBED Equation.3 А7
А8 EMBED Equation.3 А10 А8 EMBED Equation.3 А12,А15
1533ИР22 А0 EMBED Equation.3 А1
Устройство В/В ПЗУ ОЗУ
Iвх L=Iвх Н=20 мкА – для ОЗУ
Iвх L=Iвх Н=10 мкА – для ПЗУ
Iвх L=Iвх Н=14 мкА – для устройства в/в.
Iвх L EMBED Equation.3 =Iвх Н EMBED Equation.3 =8 EMBED Equation.3 20+8 EMBED Equation.3 10+2 EMBED Equation.3 14=268 мкА EMBED Equation.3 2,6 мА
Iвх L=24 мА для 1533ИР22
Iвх Н=2,6 мА
Адресные линии А8 EMBED Equation.3 А15 буферировать не надо, т.к.
Iвх Н EMBED Equation.3 =3 EMBED Equation.3 20+6 EMBED Equation.3 10+5 EMBED Equation.3 20=220 мкА EMBED Equation.3 400 мкА
Iвх L EMBED Equation.3 =3 EMBED Equation.3 20+6 EMBED Equation.3 10+5 EMBED Equation.3 0,1 мА=620 мкА EMBED Equation.3 2 мА
Расчет шины данных.
Для микропроцессора максимально допустимая нагрузка на шине данных составляет:
IвыхL=2 мА Uвых L=0,45 В
Iвых H=400 мкА UвыхH=2,4 В
для DНШУ 1533 АП6:
Iвх L=0,1 мА Iвх L EMBED Equation.3 =8 EMBED Equation.3 0,1=0,8 мА
Iвх Н=20 мкА Iвх Н EMBED Equation.3 =8 EMBED Equation.3 20=160 мкА
Выходной ток МП является большим, чем входной ток микросхемы 1533АП6, а значит обеспечивается нагрузочная способность по току
Проверим, обеспечивается ли микросхемой 1533АП6 нагрузочная информация для элементов схемы, которые являются «потребителями» информации о данных.
При записи информации в качестве нагрузки выступают следующие элементы схемы: РЗУ, 3 регистра 1533ИР23, Устройство В/В КР580ВВ55.
Iвх L EMBED Equation.3 =20 мкА EMBED Equation.3 8+0,2 мА EMBED Equation.3 24+14мкА EMBED Equation.3 8=5,072 мА
Iвх Н EMBED Equation.3 =20 мкА EMBED Equation.3 8+20мкА EMBED Equation.3 24+14 мкА EMBED Equation.3 =752 мкА
Для микросхемы 1533 АП6
IвыхL=24 мА EMBED Equation.3 5,072 мА
Iвых H=3 мА EMBED Equation.3 752 мкА
Общий нагрузочный ток не является большим для ДНШУ 1533АП6.
При считывании информации из ОЗУ, ПЗУ или поступления информации от микросхемы 1533 АП6 (DD16) возникать проблем с перегрузкой не должно, т.к.:
IвыхL=2,1 мА для ПЗУ 573РФ4
Iвых H=0,1 мА
IвыхL=4 мА для ОЗУ 537РУ10
Iвых H=2 мА
IвыхL=24 мА для 1533 АП6
Iвых H=3 мА
Информация поступает в МП через ДНШУ 1533АП6 (DD5), для которого:
Iвх L=0,1 мА Iвх L EMBED Equation.3 =0,8 мА
Iвх Н=20 мкА Iвх Н EMBED Equation.3 =160 мкА
Расчет шины AD0 EMBED Equation.3 AD7 таймера 512ВИ1
Iвх L= Iвх Н=1 мкА Iвх EMBED Equation.3 =8 EMBED Equation.3 1 мкА=8 мкА
Очевидно, что информация в таймер (как адресная, так и информация о данных ) может поступать непосредственно с выходов AD0 EMBED Equation.3 AD7 микропроцессора, т.к. для него:
IвыхL=2 мА Uвых L=0,45 В
Iвых H=400 мкА UвыхH=2,4 В
1.3.2. Расчет ЦАП.
На выходе ОУ Uвых ~коду на входе 572ПА1. Т.к. разрядность ЦАП N=10, значит возможно 2N=1024 различных значений Uвых.
Шкала изменений выходного напряжения EMBED Equation.3 0 EMBED Equation.3 Uon EMBED Equation.3
Uon=-9 В для каналов видео и звука.
Uon=-6 В для канала поляризации.
Следовательно дискрет напряжения на входе составляет:
Для видео:
EMBED Equation.3 U= EMBED Equation.3 =8,8 мВ
Пример: код Uвых,В
0000000000 0
0000000010 17,6 мВ
1111111111 9
Для звука:
EMBED Equation.3 U= EMBED Equation.3 =70,86 мВ
Пример: код Uвых,В
0000000000 0
0000001000 70,86 мВ
0000010000 141,72 мВ
1111111000 9
Для поляризации:
EMBED Equation.3 U= EMBED Equation.3 =23,53 мВ
Пример: код Uвых,В
0000000000 0
0000000100 23,53 мВ
1011111100 4,41
Вывод:
Для канала видео напряжение на выходе меняется от 0 до 9 В с шагом 8,8 мВ.
Для канала звука напряжение на выходе меняется от 0 до 9 В с шагом 70,86 мВ.
Для канала поляризации напряжение на выходе меняется от 0 до 4,41 В с шагом 23,53 мВ.
1.3.3. Расчет параметров КТ 3102 Б.
+5B
EMBED PBrush
VT Необходимо обеспечить подачу U EMBED Equation.3 3 В на вход разрешения 561 КТ3.
В качестве стабилитрона будем использовать КС139А на Uст=3,9 В
при Iст=1,8 мА
I?0<<Iст R1= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =620 Ом
Е2=IэRн+UКЭ
Iэ=0 Е2=Uкэ
Iэ, мА Uкэ=0 Iэ= EMBED Equation.3 пусть RH=1 кОм
5 Iб=0,1 мА
4
3
2
1
5 10 15 20 Uкэ, В
Из графика следует, что Iэ EMBED Equation.3 3,1 мА
Iб=0,1 мА
Iб,мА
0,3 Uкэ=5 В
0,2 Uбэ=0,6 В
0,1
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Uбэ, В
Uбэ=0,6 В Uбэ+URN=3,1+0,6=3,7 В
Т.к. Uст=3,9 В, значит необходимо в базу транзистора включить R2
Uст=UR2+Uбэ+URN
UR2=0,2 В
R2= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =2 кОм.
1.3.4. Цепь резонатора микросхемы 512 ВИ1.
Данные на резонансную цепь приводятся как справочный материал (радиоежегодник 1989 г.).
Если используется резонатор на 32768 Гц, то
R16=470 кОм
R7=22 мОм
С24=10 пФ
С25=20 пФ
С26=100 пФ.
1.3.5. Расчет RC-цепи микросхемы 1533АГ3.
Из справочного материала известно, что для микросхемы 1533АГ3
EMBED Equation.3 вых=0,45 R EMBED Equation.3 C EMBED Equation.3
Нам необходимо обеспечить EMBED Equation.3 вых порядка 45 мкс
Пусть R EMBED Equation.3 =10 кОм, тогда С EMBED Equation.3 =10 нФ.
1.3.6. Расчет элементов цепи опорного напряжения.
а)
EMBED PBrush
VD5 – КС191Ж
Uст=9,1 В
Iст min=0,5 мА
Icn max=14 мА
U1=-12 В
Пусть R4=390 Ом;
I= EMBED Equation.3 =7,4 мА
Вывод: при данном сопротивлении полученное расчетное значение тока стабилизации равное 7,4 мА попадает в диапазон допустимых значений тока стабилизации для данного стабилитрона.
R5 EMBED PBrush В) VD3 – КС162
Uст=6,2 В, U2=-12 В
U2 Iст min=3 мА
VD3 Iст max=22 мА
Пусть R5=1,2 кОм;
I= EMBED Equation.3 =4,8 мА
Вывод: при данном сопротивлении полученное расчетное значение тока стабилизации равное 4,8 мА попадает в диапазон допустимых значений тока стабилизации для данного стабилитрона.
1.4. Справочные данные.
1821ВМ85
Допустимые предельные значения:
Температура окружающей среды - -10 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 С.
Направление на всех выводах по отношению к корпусу –
-0,5 EMBED Equation.3 7 В.
Мощность рассеивания – 1,5 Вт.
Статические параметры в диапазоне температур -10 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 С.
576 РФ4
Статические параметры в диапазоне температур - 10 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 С.
Эксплуатационные параметры:
Время хранения информации: при наличии питания – не менее 25000 ч; при отсутствии – не менее 105 часов.
Un – 5 В
UPR – 5 В (считывание)
21,5 В (программирование)
Pпотр – не более 420 мВт.
tвыб.адр. – не более 300 EMBED Equation.3 450 мс.
tвыб.разр. – не более 120 EMBED Equation.3 150 мс.
Число циклов перепрограммирования – не менее 25.
Выход – 3 состояния.
Совместимость по вх. и вых. С ТТЛ схемами.
Ёмкость – 65536.
Организация – 8к х 8.
537 РУ10.
Статистические параметры в диапазоне температур -10 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 С.
Эксплуатационные параметры:
tвыб – не более 220 мс.
Рпотр: хранение Un=5B – 5,25 мВт
Un=2B – 0,6 мВт
обращение - 370 мВт
Выход – 3 состояния.
Совместимость по входу и выходу – с ТТЛ схемами.
Ёмкость – 16384.
Организация – 2к х 8.
1533 АГ3.
Предельные значения параметров
Un=7 В
Uвх=7 В
Диапазон температур -10 EMBED Equation.3 С.
Рекомендуемое значение Un=4,5 EMBED Equation.3 5,5 В.
Статистические параметры в диапазоне температур -10 EMBED Equation.3 С.
Динамические параметры:
Время задержки распространения
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 не более 39 мс
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 не более 48 мс
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 не более 23 мс
512 ВИ1
Un=5 В EMBED Equation.3 10%.
Iпотр, мА.
статический режим 0,1
динамический режим при
fmax тактовых импульсов 4
fmin 0,1
Выходной ток высокого (низкого) уровня при Uвых Н=4,1 В, (UвыхL=0,4 В), мА – 1,0 EMBED Equation.3 1,6.
Входной ток, мкА 1.
1533ИР23.
Предельные значения параметров
Un=7 В
Uвх=7 В
Диапазон температур - EMBED Equation.3
Рекомендуемое значение Un=4,5 EMBED Equation.3 5,5 В
Статистические параметры в диапазоне температур - EMBED Equation.3 .
1533 ИР22
Предельные значения параметров
Un=7 В Uвх=7 В
Диапазон температур - EMBED Equation.3
Рекомендуемое значение Un=4,5 EMBED Equation.3 5,5 В
Динамические параметры:
Время задержки распространения
1. при вкл.
По D не более 16 мс
По С не более 23 мс
2. при выкл.
По D не более 23 мс
По C не более 22 мс.
Статистические параметры в диапазоне температур - EMBED Equation.3 .
1533 АП6
Предельные значения параметров
Un=7 В Uвх=7 В
Диапазон температур - EMBED Equation.3
Рекомендуемое значение Un=4,5 EMBED Equation.3 5,5 В
Статистические параметры в диапазоне температур - EMBED Equation.3 .
Динамические параметры:
Время задержки распространения сигнала не более 10 мс.
1533 ИД7
Предельные значения параметров
Un=7 В Uвх=7 В
Диапазон температур - EMBED Equation.3
Рекомендуемое значение Un=4,5 EMBED Equation.3 5,5 В
Статистические параметры в диапазоне температур - EMBED Equation.3 .
Динамические параметры:
Время задержки распространения сигнала 17 EMBED Equation.3 22 мс.
1533ЛН1; 6 инверторов
Предельные значения параметров
Un=7 В Uвх=7 В
Диапазон температур - EMBED Equation.3
Рекомендуемое значение Un=4,5 EMBED Equation.3 5,5 В
Динамические параметры:
Время задержки распространения сигнала 8 EMBED Equation.3 11 мс.
Статистические параметры в диапазоне температур - EMBED Equation.3 .
1533ЛЛ1; элемент 4 или (два входа)
Предельные значения параметров
Un=7 В Uвх=7 В
Диапазон температур - EMBED Equation.3
Рекомендуемое значение Un=4,5 EMBED Equation.3 5,5 В
Статистические параметры в диапазоне температур - EMBED Equation.3 .
Динамические параметры:
Время задержки распространения сигнала 12 EMBED Equation.3 14 мс.
1533ТЛ2; 6 триггеров Шмидта -инверторов
Предельные значения параметров
Un=7 В Uвх=7 В
Диапазон температур - EMBED Equation.3
Рекомендуемое значение Un=4,5 EMBED Equation.3 5,5 В
Статистические параметры в диапазоне температур - EMBED Equation.3 .
Динамические параметры:
Время задержки распространения сигнала не более 22 мс.
572ПА1.
К140УД8
2.1. Патентный поиск.
В настоящее время широкое применение получили микропроцессорные средства, применяемые в устройствах управления бытовой аппаратурой. Патентов на данный вид схем мной обнаружено не было. Поэтому в качестве базовой модели возьмем устройство управления, применяемое в тюнере спутникового ТВ «Садко» 3В.025.006 ТУ, выпущенного ПО «Квант».
Характеристика тюнера в ТВ «Садко».
Технические параметры:
Uпит=220 В (187 EMBED Equation.3 242 В) 50 Гц.
Диапазон рабочих частот: 0,95 EMBED Equation.3 1,75 ГГц.
Рпот=50 Вт.
Избирательность по соседнему каналу при расстройке ?25 МГц?20 db. Избирательность по зеркальному каналу при расстройке +960 МГц относительно нижней частоты 950 МГц? 20 db.
Отношение сигнал / шум в канале изображения при Uном на входе (-70 db Вт) при Uвых видео (1?0,1) ?56 db.
f зв=950 EMBED Equation.3 1750 МГц.
Uвых зв?5 мВ.
f перестройки частоты звукового сопровождения 5 EMBED Equation.3 8,5 МГц.
Непрерывная работа при сокращении параметров ТУ – не менее 8 часов.
Предельные климатические условия:
влажность 93 % при Т=25?С.
Т=-40?С.
Параметры при воздействии однократных ударов
а=15 д при tU=2 мс EMBED Equation.3 15 ис.
Наработка на отказ: не менее 5?103 часов.
Масса – 6,5 кг.
В данном тюнере спутникового телевидения применяется сенсорное управление с ручной настройкой на соответствующем канале. Перестройка производится с помощью подстроечных резисторов. Все это приводит к ограничению количества запоминаемых программ до восьми. Подача сигналов управления в остальные блоки тюнера осуществляется нажатием соответствующих кнопок на передней панели тюнера. Устройство управления выполнено по аналоговой элементной базе.
Все это приводит к ряду неудобств при технической эксплуатации тюнера данной модели. Большинства недостатков можно избежать при использовании в качестве основного элемента устройства управления процессора, который будет управлять деятельностью всей схемы управления.
Применение процессора в качестве основного элемента управляющей схемы приведет:
К увлечению количества принимаемых каналов с 8 до 99 и их запоминанию.
К увеличению быстродействия перестройки частоты от fmin до fmax. Скорость перестройки зависит от fтакт процессора.
К увеличению точности настройки со строго определенным шагом.
К увеличению количества принимаемых сигналов звукового сопровождения.
К дополнительным удобствам при эксплуатации тюнера – наличие дистанционного управления, вывод сведений на экран о реальном времени, программирование времени включения тюнера.
К уменьшению масса - габаритных размеров.
2.2 Разработка конструкции блока.
Блок является основным элементом при проектировании РЭА. Он объединяет печатные узлы и другие элементы. Разработку конструкции блока можно производить исходя из базовых несущих конструкций. Но в некоторых случаях, например при проектировании бытовой аппаратуры, целесообразно разрабатывать оригинальную несущую конструкцию. Это позволяет повысить коэффициент заполнения объема, уменьшить массу и габаритные размеры изделия.
Каркас блока выполнен из алюминия АД-1 толщиной 1 мм. Кожух блока, из-за требований, предъявляемых к прочностным характеристикам конструкции, выполнен из стального листа марки СТ10 толщиной 1 мм. Передняя панель выполнена также из стального листа марки СТ10 толщиной 1 мм.
Так как стальной кожух не стоек к коррозии, применено покрытие из анилинового красителя черного цвета, что обеспечивает необходимую антикоррозийную стойкость при эксплуатации и хранении.
Для пайки применяют припой ПОС – 61.
Габаритные размеры блока в длину и ширину соответственно: 505 мм и 300 мм.
Данные размеры определяются суммарными габаритными размерами плат и зазорами между ними. Высота определяется высотой трансформатора и шириной платы индикации и составляет 55 мм.
2.3. Выбор и определение типа платы, ее технологии изготовления, класса точности, габаритных размеров, материала, толщины, шага координатной сетки.
По конструкции печатные платы с жестким и гибким основанием делятся на типы:
односторонние
двусторонние
многослойные
Для данного изделия необходимо использовать двустороннюю печатную плату с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. Несмотря на высокую стоимость, ДПП с металлизированными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы и позволяет уменьшить габаритные размеры платы за счет плотного монтажа навесных элементов.
Для изготовления печатной платы в соответствии с ОСТ 4.010.022 и исходя из особенностей производства выбираем комбинированный позитивный метод.
В соответствии с ГОСТ 2.3751-86 для данного изделия необходимо выбрать четвертый класс точности печатной платы.
Габаритные размеры печатных плат должны соответствовать ГОСТ 10317-79. Для ДПП максимальные размеры могут быть 400 х 400 мм. Габаритные размеры данной печатной платы удовлетворяют требованиям данного ГОСТа.
В соответствии с требованиями ОСТ 4.077.000 выбираем материал для платы на основании стеклоткани – стеклотекстолит СФ-2-50-1,5 ГОСТ 10316-78. Толщина 1,5 мм.
В соответствии с ГОСТ 2.414078 и исходя из особенностей схемы, выбираем шаг координатной сетки 1,25 мм.
Способ получения рисунка – фотохимический.
2.4. Конструкторский расчет элементов печатной платы.
Шаг координатной сетки – 1,25 мм.
Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току:
вmin1= EMBED Equation.3 , где
Imax=30 мА t=0,02 мм jдоп=75 А/мм2
Определяем минимальную ширину проводника исходя из допустимого падения напряжения на нем:
вmin2= EMBED Equation.3 , где
Uдоп EMBED Equation.3 12 В?0,05=0,6 В l=0,5 м ?=0,0175 ? EMBED Equation.3 ?
вmin2= EMBED Equation.3 =0,022 мм.
Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:
d=dэ+?bdно?+Г, ?dно=0,1 мм, Г=0,3 мм.
а) для микросхем
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
б) для резисторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
в) для диодов и стабилитронов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
г) для транзисторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
д) для конденсаторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
е) для разъема
dэ=1 мм d=1,4 мм
Рассчитанные значения сводятся к предпочтительному ряду размеров монтажных отверстий:
0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.
Номинальное значение диаметров монтажных отверстий для разъема: d=1,5 мм.
Минимальное значение диаметра металлизированного отверстия:
dmin EMBED Equation.3 Hпл?, где Нпл=1,5 мм – толщина платы; ?=0,25
dmin EMBED Equation.3 1,5?0,25=0,5 мм
Диаметр контактной площадки:
D=d+?dво+2вm+?вво+(?2d+?2p+?в2но)1/2
?dво=0,5 мм; вm=0,025 мм ?вво=?вно=0,05 мм
?р=0,05 мм; ?d=0,05 мм
?dво+2 вm+?вво+(?2d+?2p+?в2но)1/2=0,05+0,05+0,05+(3?25?10-4)1/2=0,24
d=0,7 мм D=0,95 мм
d=0,9 мм D=1,15 мм
d=1,5 мм D=1,75 мм
Определение номинальной ширины проводника:
в=вMD+??вНО?, где
вMD=0,15 мм; ?вНО=0,05 мм
в=0,15+0,05=0,2 мм
Расчет зазора между проводниками:
S=SMD+?вВО, где
?вВО=0,05 мм; SMD=0,15 мм
S=0,15+0,05=0,2 мм
Расчет минимального расстояния для прокладки 2-х проводников между отверстиями с контактными площадками диаметрами D1 и D2.
l= EMBED Equation.3 +вn+S(n+1)+?l , где
n=2; ?l=0,03 мм
l=1,05+0,4+0,6+0,03=2,1 мм.
2.5. Расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей получения защитного рисунка.
Минимальный диаметр контактной площадки:
Dmin=D1min+1,5hф+0,03
D1min=2(вм+ EMBED Equation.3 +?d+?p)
dmax1=0,9 мм
D1min=2(0,025+0,45+0,05+0,05)=1,15 мм
Dmin1=1,15+0,6=1,21
dmax2=1,5 мм
Dmin2=1,81 мм
Максимальный диаметр контактной площадки:
Dmax=Dmin+(0,02…0,06)
Dmax1=1,21+0,02=1,23 мм
Dmax2=1,81+0,02=1,83 мм
Минимальная ширина проводника:
вmin=в1min+1,5hф+0,03, где
в1min=0,15 мм
вmin=0,15+0,6=0,21
Максимальная ширина проводника:
вmax= вmin+(0,02…0,06)
вmax=0,23 мм
Минимальная ширина линии на фотошаблоне:
вмmin= вmin-(0,02…0,06)
вмmin=0,21-0,02=0,19 мм
Максимальная ширина линии на фотошаблоне:
вмmax= вmin+(0,02…0,06)
вмmax=0,21+0,06=0,27 мм
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:
S1min=L0-[Dmax/2+?p+ вmax/2+?l]
L0=1,25 мм
S1min=1,25-0,615-0,05-0.115-0,03=0,44 мм
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:
S2min=L0-(Dmax+2?p)
L0=1,25 мм+0,3 мм=1,55 мм
S2min=1,25-1,23-2?0,05+0,03=0,20 мм
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотоблоке:
S3min=L0-(Bmax+2?l)
L0=1,25 мм
S3min=1,25-0,575-0,05-0,135-0,03=0,46 мм
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотоблоке:
S4min=L0-(Dмmax/2+?p+вмmax/2+?l)
L0=1,25 мм
S4min=1,25-0,575-0,05-0,135-0,03=0,46 мм
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками на фотоблоке:
S5min=L0-(Dмmax+2?p)
L0=1,55 мм
S5min=1,55-1,25-0,1=0,2 мм
Минимальное расстояние между двумя проводниками на фотоблоке:
S6min=L0-(вмmax+2?l)
L0=1,25 мм
S6min=1,25-0,27-0,06=0,92 мм
2.6. Расчет проводников по постоянному току.
Наиболее важными электрическими свойствами печатных плат по постоянному току является нагрузочная способность проводников по току и сопротивление изоляции.
Практически сечение проводника рассчитывается по допустимому падению напряжения Uп на проводнике:
Uп= EMBED Equation.3 вп=0,23 мм hф=0,02 мм
l=0,5 м ?=0,0175 EMBED Equation.3 I=30 мА
Uп= EMBED Equation.3 =57 мВ
Uп<Uзпу=0,4?0,5 В
Расчет сечения печатного проводника сигнальной цепи:
Sc ? EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =6,6?10-4 мм
Расчет сечения печатного проводника шины питания и земли:
Sпз ? EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =21,88?10-4 мм2
Поверхностное сопротивление изоляции:
RS= EMBED Equation.3 l3=0,96 мм l=0,5 м
?S=5?1010 Ом
RS= EMBED Equation.3 =9,6?107 Ом
Объемное сопротивление изоляции:
RV= EMBED Equation.3 ?V=5?109 Ом?м
Sп=вп2=4,41?10-2 мм2 hпп=1,5 мм
RV= EMBED Equation.3 =1,7?1014 Ом
Сопротивление изоляции:
RU= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =9,6?107 Ом
RU>103Rвх, где Rвх= EMBED Equation.3 =10 кОм.
2.7. Расчет проводников по переменному току.
Падение импульсного напряжения на длине проводника в l cм.
UL=Lпо EMBED Equation.3 Lпо=1,8 EMBED Equation.3 ; ?I=6 мА; tU=5 нс
UL=1,8 EMBED Equation.3 =2,16 EMBED Equation.3
Максимальная длина проводника:
lmax< EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =185 cм
Задержка сигнала при передаче по линии связи:
tз = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 ?=5; ?=1; ?0=0,33 нс/м
l=0,5 м
tз=0,5?0,33 EMBED Equation.3 =0,37 нс
Взаимная индуктивность и емкость двух проводников:
lз впр
C11=0,09(1+?)lg(1+2впр/lз+впр2/lз2)=
0,09(1+5)lg(1+2 EMBED Equation.3 +( EMBED Equation.3 )2)=0,1пФ/см
С1=С11l=0,3?50=5 пФ
М11=2(ln EMBED Equation.3 -1)=2(ln EMBED Equation.3 -1)=6,86 мГн/см
М1=М11l=6,86?0,5=3,43 мГн
C21= EMBED Equation.3
?= EMBED Equation.3 ; f(?)=2arctg EMBED Equation.3 + EMBED Equation.3 ln(4?2+1)
?= EMBED Equation.3 =13,04 f(?)=5,13
C21= EMBED Equation.3 =0,047 пФ/см
С2=С12?l=2,35 пФ
М21=2 EMBED Equation.3 =10,44 мГн/см
М2=М21?l=5,22 мГн
С31=0,17? EMBED Equation.3
С31=0,17?5 EMBED Equation.3 =0,72 пФ/см
С3=С31?l=36 пФ
С41=0,2? EMBED Equation.3
С41=1+ EMBED Equation.3 =1,31 пФ/см
С4=С41?l=68 пФ
Между рядом расположенными проводниками существует электрическая связь через сопротивление изоляции RU, взаимную емкость С и индуктивность М, которая приводит к появлению на пассивной линии связи напряжения перекрестной помехи от активной линии. Надежная работа цифровых электронных схем будет обеспечена, если напряжение помехи не превысит помехоустойчивости логических схем
U=URU+UC+UL<UЗПУ
В состоянии лог. «1» помеха слабо влияет на срабатывание логического элемента, поэтому рассмотрим случай, когда на входе микросхемы лог. «0». При этом:
Uвх0=0,4 В Uвых0=0,4 В f=5?105Гц
Iвх0=0,1 мА Iвых04 мА Е0=2 В
Rвх0=4 кОм Rвых0=100 Ом
U= EMBED Equation.3 =
= EMBED Equation.3 =
=0,49?10-3?6,2-j269,3?=0,13 В<0,4 В
2.8. Оценка вибропрочности и ударопрочности.
Оценка собственных частот колебаний платы:
f0= EMBED Equation.3 ? EMBED Equation.3
М=Мп+mрэ=авh?+mрэ=215?120?1,5?10-6+0,28=0,4 кг
К?=К(?+? EMBED Equation.3 )1/2
К=22,37 ?=1 ?=?=0 К?=22,37
D= EMBED Equation.3
f0= EMBED Equation.3 Гц
Оценка коэффициента передачи по ускорению:
?(х, у)= EMBED Equation.3
а(х, у) и ао – величины виброускорений в точке (х, у) и опорной соответственно:
?(х, у)= EMBED Equation.3
?= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =6,37?10-3
?= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =0,42 K1(x)=K1(y)=1,35 из графика
?(х, у)=1,39
а(х, у)=а0?(х, у)=8g?1,39=11,13g
Оценка амплитуды виброперемещения.
SB(x,y)=?0?(x,y)
?0= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 мм
SB=1,21?1,39=1,68 мм
Определим максимальный прогиб печатной платы:
?В=?SB(x,y)-?0?=0,47 мм
Вывод: адоп=15g>a(x,y)=11,13g
0,003в=0,54 мм>?B=0,47 мм
Расчет ударопрочности.
Частота ударного импульса:
?= EMBED Equation.3 ?=10-3 c ?=3140
Коэффициент передачи при ударе:
Ку=2sin EMBED Equation.3 =2sin EMBED Equation.3 =0,45
EMBED Equation.3 =6,95 – коэффициент расстройки
Ударное ускорение:
ау=Ну?Ку=15g?0,45=6,72g
Ударное перемещение:
EMBED Equation.3 мм
Вывод: адоп=35g>ay=6,72g
0,003в=0,54 мм>Zmax=0,15 мм
Частным случаем ударного воздействия является удар при падении прибора. Относительная скорость соударения:
V0=Vy+V0T
Vy= EMBED Equation.3 H=0,1 м
V0T=Vy?KCB=1,41?0,68=20,97 м/с
V0=1,41+0,97=2.38 м/с
Действующее на прибор ускорение:
ап=2?V0f0=6,28?2,38?71,9=109g
aдоп=150g>aп=109g
2.9. Расчет теплового режима.
Размеры нагретой зоны:
l31=180 мм; l32=215 мм; l33=15 мм
Размеры блока:
l?1=220 мм; l?2=255 мм; l?3=55 мм
Площадь блока.
S?=2(l?1 l?2+( l?1+ l?2) l?3)=2(0,22?0,255+(0,22+0,255)0,055)=0,16 м2
Поверхность нагретой зоны:
SH3=2(l31 l32+( l31+ l32) l33)=2(0,18?0,215+(0,18+0,215)0,015)=0,09 м2
Удельная мощность, рассеиваемая блоком:
q?= EMBED Equation.3 =93,75 Вт/м2
Удельная мощность, рассеиваемая зоной:
qH3= EMBED Equation.3 Вт/м2
Перегрев блока и нагретой зоны относительно окружающей среды:
?Т,?С
20
15
10
5
?Т1=10?С - q?
?T2=15?C - qНЗ
50 100 150 200 250 q?,qНЗ Вт/м2
Площадь вентиляции:
SBO=S??0,2=0,16?0,2=0,032 м2
Коэффициент перфорации:
КПФ= EMBED Equation.3
Коэффициент, учитывающий перегрев при наличии вентиляционных отверстий:
Кm=У(КПФ)
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5 Km
Km=0,5
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 КПФ
Перегрев поверхности блока с учетом перфорации:
?Т?=0,93?Кm?Т1=0,93?0,5?10=4,65?С
Перегрев нагретой зоны с учетом перфорации:
?ТНЗ=Кm?Т2=0,5?15=7,5?С
Перегрев воздуха в блоке:
?ТСП=0,6?ТНЗ=0,6?7,5=4,5?С
Удельная мощность, рассеиваемая компонентом:
qK= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =2555,4 Вт/м2
Перегрев поверхности компонента:
?ТК=?ТНЗ(0,75+0,25 EMBED Equation.3 )=7,5(0,75+0,25 EMBED Equation.3 )=34,4?С
Перегрев воздуха над компонентом:
?ТСК=?ТСП(0,75+0,25 EMBED Equation.3 )=20,61?С
Температура блока:
Т?=ТОС+?Т?=25+4,65=29,65?С
Температура нагретой зоны:
ТНЗ= ТОС+?ТНЗ=25+7,5=32,5?С
Температура воздуха в нагретой зоне:
ТСП= ТОС+?ТСП=25+4,5=29,5?С
Температура компонента:
ТК= ТОС+?ТК=25+34,4=59,4?С
Температура окружающей компонент среды:
ТСК= ТОС+?ТСК=25+20,61=45,61?С
Тдоп=70?С>ТК=59,4?С
В данном блоке не нужна принудительная вентиляция, т.к. естественные условия допускают температурный режим.
2.10. Расчет качества.
Расчет качества будем производить по следующим показателям:
Назначения.
Надежности.
Технологичности.
Эргономико-эстетическим.
1)
Q= EMBED Equation.3 =1,58, Q2=qimi
2) Основным показателем надежности является среднее время наработки на отказ:
ТсрБ=20?103ч ТсрД=29?103 ч
qi= EMBED Equation.3 1,8 m2=1
3)
Q=1,25
4) Эргономико-эстетические.
Оценку будем вести по пятибальной шкале.
В данном случае учитывается более оригинальный вид, удобства в эксплуатации, увеличение количества принимаемых каналов.
Оценим комплексный показатель качества:
Qкомпл=1,58?0,3+1,8?0,2+1,25?0,2+1,67?0,3=0,474+0,36+0,25+0,501=
=1,587
2.11 Расчет надежности.
Интенсивность отказов элементов в зависимости от условий эксплуатации изделия
?2=?02K1K2K3 К4Q2(T,KH)
?02 – номинальная интенсивность отказов
K1 и K2 – поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов. Для стационарной аппаратуры K1 =1,04; K2=1,03.
К3 – поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры. Для влажности 60?70 % т Т=20?40?С К3=1.
К4 – поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха К4=1,14.
K1K2K3 К4=1,22
Q2(КН,Т) – поправочный коэффициент в зависимости от температуры поверхности элемента и коэффициента нагрузки. Определяется по графикам: Парфенов “Проектирование конструкций РЭА” стр. 176.
Микросхемы: К?Q2=1,22?0,5=0,61
Резисторы: К?Q2=1,22?0,53=0,65
Конденсаторы: К?Q2=1,22?0,2=0.24
Диоды: К?Q2=1,22?0,5=0,61
Транзисторы: К?Q2=1,22?0.48=0,59
Резонаторы: К?Q2=1,22?0.1=0,122
?МС=0,013?10-6?0,61=7,9?10-9 1/ч
?R=0,043?10-6?0,65=2,78?10-8 1/ч
?C=0,075?10-6?0,24=1,83?10-8 1/ч
?CЭ=0,035?10-6?0,24=8,5?10-9 1/ч
?КВ=0,1?10-3?0,122=12?10-6 1/ч
?VD=0,2?10-6?0,61=12,2?10-8 1/ч
?VT=0,84?10-6?0,59=4,9?10-7 1/ч
?пайки=0,01?10-6?1,22=12?10-9 1/ч
?платы=0,7?10-6?1,22=0,85?10-6 1/ч
?МС=7,9?10-9?23=1.8?10-7 1/ч
?R=2,87?10-836=10-6 1/ч
?C=1,83?10-8?23=4,2?10-7 1/ч
?CЭ=8,5?10-9?4=34?10-9 1/ч
?VD=1,22?10-7?6=7,3?10-7 1/ч
?VT=4,9?10-7 1/ч
?КВ=12?10-6?2=24?10-6 1/ч
?ПЛ=0,85?10-6 1/ч
?пайки=60?10-7 1/ч
Интенсивность отказов узла:
?1= EMBED Equation.3 =1,8?10-7+10-6+4,2?10-7+3,4?10-8+24?10-6+0,85?10-6+ +6?10-6+7,3?10-7+4,9?10-7=33,704?10-6 1/ч
Вероятность безотказной работы для системы без резервирования равна:
Р(tp)=exp(-?1tp)=exp(-33,7?3?10-3)=0,91
Зададим tp=3000ч
Среднее время наработки до отказа:
Т= EMBED Equation.3 =29670,1ч
ТЕХНИКО-
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ
РАЗДЕЛ
3.1. Предисловие.
Любое техническое решение может быть признано эффективным и принято к внедрению лишь после того, как будет доказана его техническая прогрессивность и экономическая целесообразность. Поэтому экономическое обоснование технических решений является обязательной составной частью дипломного проекта.
В дипломных проектах конструкторского направления должны быть отражены следующие технико-экономические вопросы:
Технико-экономическое обоснование темы проекта.
Выбор изделия прототипа.
Технико-экономический анализ схемных и конструкторских решений.
Расчет себестоимости и цены проектируемого изделия.
Расчет эксплуатационных расходов.
Общие выводы об экономической эффективности спроектируемого изделия.
В дальнейшем будем пользоваться методикой Р.Л. Корчагиной, которая изложена в учебном пособии по дипломному проектированию. «Технико-экономические обоснования при разработке радиоэлектронных приборов и устройств».
3.2. Расчет себестоимости устройства управления.
Расчет себестоимости устройства можно осуществить с помощью расчетно-аналитического метода. Его сущность сводится к тому, что прямые затраты на единицу продукции определяются путем нормативного расчета себестоимости проектируемого устройства по статьям калькуляции. По существующей классификации затрат принят следующий состав статей калькуляции:
Сырье и материалы.
Возвратные отходы.
Покупные комплектующие изделия.
Основная заработная плата производственных рабочих.
Дополнительная заработная плата производственных рабочих.
Отчисления на социальные нужды с заработной платы производственных рабочих.
Расходы на подготовку и освоение производства.
Износ инструментов и приспособлений целевого назначения и социальные расходы.
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.
Цеховые расходы.
Общезаводские расходы.
Прочие производственные расходы.
Внепроизводственные расходы.
Примечание: в таблицах будут использованы оптовые закупочные цены и тарифные ставки на 1.1.88 г., измененные с учетом коэффициентов: для материалов коэффициент увеличения 10000 раз, для комплектующих изделий К=5000; тарифные ставки – К=3000.
Сырье и материалы.
Эта статья включает в себя затраты на основные материалы, расходуемые в нашем случае на изготовление печатного узла.
Таблица расхода материалов в расчете на 1 печатную плату:
Итого: 15000
В калькуляцию включается стоимость материалов с учетом транспортно-заготовительных расходов.
Получаем 15000?0,03=450 рублей.
Итого 15000+450=15450 рублей.
Возвратные отходы.
Считаем, что они составляют 1% от стоимости материалов.
15450?0,01=155 рублей.
Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги кооперирующихся предприятий.
Эта статья включает в себя затраты на приобретенные готовые изделия и полуфабрикаты.
Составим таблицу для расчета стоимости покупных комплектующих изделий.
Итого: 335100 рублей
Транспортно-заготовительные расходы составляют 5% от общей стоимости комплектующих изделий:
335100?0,05=16755 рублей
Итого: 335100+16755=351855 рублей
Основная заработная плата производственных рабочих.
Эта статья включает в себя основную заработную плату как производственных рабочих, так и ИТР, и других категорий работников за работу, непосредственно связанную с изготовлением продукции.
Основная заработная плата определяется прямым путем по формуле:
З0=Зт+Зп, где
Зт – заработная плата по тарифу
Зп – доплаты по сдельно- и повременно-премиальным системам (20%).
Зт= EMBED Equation.3 , где
t2 – трудоемкость по 2- му виду работ
Т2 – тарифная ставка по 2-му виду работ
n – количество видов работ (операций)
Определим трудоемкость сборочно-монтажных работ.
Итого: 149,8 мин
Покрытие лаком в 1 слой – 7,5 мин
Установка и крепление скоб
(4 ист.) на плате – 0,5?4=2 мин
Сборка разъемов – 16 мин
Итого общее время сборочно-монтажных работ:
149,8+7,5+2+16=173,3 мин=2ч 53 мин?3 часа
Укрупненный расчет трудоемкости по видам работ:
Расчет основной заработной платы производственных рабочих:
Итого зарплата по тарифу 14410 руб
доплаты 2880 руб
Итого основная заработная плата - 17290 руб
Дополнительная заработная плата производственных рабочих включает в себя выплаты, предусмотренные законодательством о труде или коллективным договором.
Дополнительная заработная плата устанавливается в пределах 8?10% от основной и составляет:
17290?0,1=1729 руб
Отчисления на социальные нужды составляют 39 % от суммы основной и дополнительной заработной платы.
(17290+1729)?0,39=7420 руб
Расходы на подготовку и освоение производства рассчитываются в процентах от основной заработной платы производственных рабочих 40?60 %.
17290?0,5=8645 руб
Расходы на износ инструмента и приспособлений целевого назначения и специальные расходы.
Для серийного производства, специализированного на выпуске данной продукции, эти расходы составляют 26 % от основной заработной платы производственных рабочих.
17290?0,26=4495 руб
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования составляют 40 % от основной заработной платы производственных рабочих:
17290?0,40=6915 руб
Цеховые расходы для производства телевизионной техники: ?=110 %.
17290?1,1=18935 руб
Общезаводские расходы - ?=50 % от основной заработной платы производственных рабочих.
17290?0,5=8645 руб
Прочие производственные расходы составляют 38 % от ОЗП производственных рабочих.
17290?0,38=6570 руб
Внепроизводственные расходы ?=3 % от ОЗП производственных рабочих.
455102?0,03=13653 руб
Все расчеты сведем в таблицу:
Итого полная себестоимость: 455620 руб
3.3. Расчет оптовой цены изделия и сопоставительный анализ с базовым изделием.
В качестве базового варианта выбрано устройство управления тюнером предыдущей модели, который выпущен в продажу ПО «Квант». Оптовая цена данного тюнера равна 1750000 рублей.
Для определения себестоимости тюнера новой модели будем использовать метод коэффициентов приведения. При расчете необходимо учитывать, что корпус поступает на участок сборки в уже собранном виде.
СU=K0 EMBED Equation.3 , где
С? - себестоимость базового блока (печатного узла)
Кпрi – коэффициент приведения по i-му блоку
n – количество блоков в изделии
К0 – коэффициент, учитывающий затраты на общую сборку, компоновку, регулировку. К0=1,1
n=4 Кпр1=1 Кпр2=1 Кпр3=1,5 Кпр4=0,5
С?=455600 рублей
Скорп=0,2 С?
Сu=1,1?4,2?С?=2104872 руб
Оптовая цена с учетом рентабельности, равной 0,5
Цоп=Сu(1+0,5)=3157000 рублей
Для сравнения базовой модели с разрабатываемой необходимо их привести к сопоставимому виду.
Для выполнения аналогичных функций необходимо использовать как минимум 4 тюнера старой модели, значит
Цоп?=1750000?4=7000000 рублей.
3.4. Расчет годовых эксплуатационных расходов.
По проектируемому варианту эксплуатационные расходы – расходы, связанные с эксплуатацией изделия.
а) Заработная плата обслуживающего персонала:
ИТР: Сз=?4КзFпТи(1+Kп)?(1+Кс)
4 – численность инженерно-технических работников по нормам обслуживания
Кз – коэффициент занятости персонала обслуживанием данного прибора
Кз=0,1 прибор составляет 0,1 часть от всей аппаратуры комплекса
Fп – планируемый годовой фонд работы устройства Fп=1840 часов
Ти – часовая заработная плата инженера
Ти = EMBED Equation.3 =1700 рублей
Кс – коэффициент, учитывающий отчисления на социальные нужды
Кс=0,39
Кп – коэффициент, учитывающий размер премии Кп=0,2
Сз=?1?0,1?1840? 1700(1+0,2)?(1+0,39)=522000 руб
б) Расчет годовой суммы затрат на капитальный ремонт:
Ск= EMBED Equation.3 Ф? - балансовая стоимость прибора, руб
Ф?=Ц0(1+Кдм) Кдм=0,1
Ф?=3157000(1+0,1)=3472700 рублей
Нр – норма затрат на капитальный ремонт, % Нр=1,8
Ск= EMBED Equation.3 =62500 рублей
в) Затраты на текущий ремонт – составляют 3?5 % от балансовой стоимости прибора.
Ср= Ф??0,05=173635 руб
г) Расходы на электроэнергию:
Сэ=МFпСквт-ч М – мощность прибора, кВт
Fп=1840 ч М=40?10-3 кВт
СкВт-ч – стоимость 1 кВт ч энергии СкВт-ч=500 руб
Сэ=40?10-3?1840?500=36800 рублей
По проектируемому изделию эксплуатационные расходы составляют:
Ц1=522000+62500+173635+36800=795000 рублей
По базовому варианту.
а) заработная плата обслуживающего персонала С3=522000 руб
б) расчет годовой суммы затрат на капитальный ремонт:
Ск= EMBED Equation.3 Ф?=Ц0(1+0,1)
Ф?=7000000(1+0,1)=7700000 рублей
Нр=1,8 Ск=138600 рублей
в) затраты на текущий ремонт
Ср= Ф??0,05=385000 рублей
г) расходы на электроэнергию
Сэ=МFпСкВт-ч М=50?10-3кВт Fп=1840 часов
Сэ=46000 рублей СкВт-ч=500 руб
По базовому изделию эксплуатационные расходы составляют:
Ц2=522000+138600+385000+46000=1090000 рублей
Разница между проектируемым и базовым приборами по эксплуатационным расходам составляет
Ц2-Ц1=1090000-795000=295000 рублей
3.5. Расчет годового экономического эффекта от внедрения спроектированного изделия.
Годовой экономический эффект от внедрения спроектированного изделия представляет собой суммарную экономию средств, полученную как в сфере производства, так и в сфере эксплуатации.
Величина годового экономического эффекта определяется:
Э= EMBED Equation.3
З1 и З2 – приведенные затраты по базовому и спроектированному варианту.
Принимаются равными оптовой цене
З1=1750000 рублей, З2=3157000 рублей
EMBED Equation.3 - коэффициент приведения в сопоставляемый вид по срокам службы, р1 и р2 – величины, обратные срокам службы р1=р2= EMBED Equation.3
?=4; ЕН=0,15
А2 – годовой объём производства нового изделия
Ц11 и Ц21 – годовые эксплуатационные расходы потребителя при использовании базового и спроектированного изделий.
Ц11-Ц21=295000 рублей.
А2=20000
? - коэффициент приведения вариантов в сопоставленный вид по производительности.
Э=(1750000?4-3157000+ EMBED Equation.3 )2000=9831454500 рублей.
Сводная таблица технико-экономических показателей базового и спроектированного изделий.
Базовое изделие выполнено на аналоговой элементной базе и приводит к ряду неудобств при технической эксплуатации – сенсорное управление, 8 запоминаемых программ. Переход к цифровой элементной базе позволяет: увеличить количество принимаемых каналов до 99, использовать дистанционное управление, уменьшить потребляемую мощность, уменьшить массу изделия. Себестоимость и оптовая цена увеличиваются, но эксплуатационные расходы уменьшаются и мы имеем большой годовой экономический эффект.
Р А З Д Е Л
О Х Р А Н Ы
Т Р У Д А
4.1. Обеспечения требований охраны труда на операциях сборки устройства управления тюнером.
Основными ОВПФ данного техпроцесса сборки устройства управления тюнером (как и любой другой бытовой радиоаппаратуры) является:
Наличие в воздухе рабочей зоны вредных веществ (расплавленный припой и пары входящего в его состав свинца, других неорганических соединений, продукты горения и пары флюса, пары технического этилового спирта и лаков).
Опасность поражения электрическим током.
Опасность возникновения пожара (вследствие применения в техпроцессе легковоспламеняющихся веществ: спирты, лаки, краски).
Недостаточная освещенность рабочих мест сборщика или радиомонтажника.
Электромонтаж в данном техпроцессе производится припоем ПОС-61, содержащим 60% свинца. Свинец и его неорганические соединения по своему воздействию на организм человека относится к I классу опасности.
Предельно допустимая концентрация свинца и его неорганических соединений равна 0,01 мг/м3. По характеру воздействия на организм человека свинец одновременно относится ко многим группам: общетоксичен, мутагенный, влияющий на репродуктивную функцию.
Пары и продукты горения флюса, пары этилового спирта и лака относятся к общетоксичным, раздражающим веществам. Предельно допустимые концентрации этих веществ соответственно 550, 1000 и 400 мг/м3. Следовательно, для максимального снижения ОВПФ необходимо применение общей приточной вентиляции и местной вытяжной вентиляции на рабочих местах.
Зона дыхания
Пары
Рисунок 1.
Источником поражения электрическим током выступает электрооборудование, при прикосновении к металлическим частям которого может произойти поражение электрическим током высокого напряжения. Также поражение электрическим током может произойти при использовании инструмента и монтажных проводов с некачественной изоляцией.
Для устранения опасности электрического поражения электрооборудование имеет клеммы для заземления.
При данном техпроцессе сборки (табл.4.1.) используются легковоспламеняющиеся вещества, поэтому в соответствии с ОНТП 24-86:
Категория помещения – Б (СНиП 02.09.02 – 85)
Степень стойкости – IV (СниП 02.01.02 – 85)
Эвакуационные выходы – 2
Средства пожаротушения - углекислотный
огнетушитель огнетушитель
химический ОУ-2-3-штуки
пенный – ОХП-200-2 штуки.
Экологические показатели отражены в таблице 4.1.
Таблица 4.1.
4.2. Расчет местной вытяжной вентиляции.
Местная вытяжная вентиляция должна препятствовать попаданию ОВПФ в зону дыхания работающего (см. рисунок 1).
Скорость всасывания воздуха в рабочем объеме отсоса в зависимости от токсичности удаляемых веществ составляет 0,5 EMBED Equation.3 1,5 м/с.
Так как свинец относится к I классу опасности, принимаем скорость всасывания воздуха 1,5 м/с.
Ширина стола монтажника:
В=1,2 м
Верхний уровень паров:
h=(0,2 EMBED Equation.3 0.25) В h=0,3 м
Ширина щели одностороннего отсоса:
b= EMBED Equation.3 =0,12 м
Скорость воздуха в щели:
V=1,5 EMBED Equation.3 =1,5(20-15)=7,5 м/с.
EMBED Equation.3 - перепад температур
Объём воздуха, отсасываемого от стола монтажника:
Q=bhVк1к2 EMBED Equation.3 3600 [м3/час]
К1 – коэффициент, учитывающий подтекание воздуха к щели;к1=1
К2 – поправочный коэффициент;к2=1 EMBED Equation.3 2,5
Q=0,3 EMBED Equation.3 0,12 EMBED Equation.3 7,5 EMBED Equation.3 1 EMBED Equation.3 2,5 EMBED Equation.3 3600 = 2430 м3/час
Приметим, что давление воздуха на выходе вентилятора Р=44 кг/м3.
Мощность на валу электродвигателя
N=PQ/3600 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 B EMBED Equation.3 n
EMBED Equation.3 B – КПД вентилятора EMBED Equation.3 B=0,37
EMBED Equation.3 n – КПД передачи, зависящий от вида (при непосредственной посадке на вал электродвигателя); EMBED Equation.3 n=1.
N=44 EMBED Equation.3 2430/3600 EMBED Equation.3 1 EMBED Equation.3 0,37=0,08 кВт
Установочная мощность электродвигателя:
Nу=к3N
К3 – коэффициент запаса по мощности; к3=1,5
Nу=1,5 EMBED Equation.3 0,08=0,12 кВт
Из таблицы, приведенной в справочном пособии, выбираем электродвигатель 4АА56А4.
Характеристики вентилятора приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2.
4.3.Обеспечение производства печатного узла в чрезвычайных ситуациях. Обеспечение устойчивости производства изделий при нарушении поставок комплектующих элементов и материалов.
Для обеспечения бесперебойного выпуска изделия необходимо прежде всего, обеспечить бесперебойное снабжение производства всеми видами комплектующих элементов и материалов, которые могут производиться на самом предприятии или получаться от предприятий поставщиков.
В таблице 4.3. приведено распределение комплектующих элементов и материалов по месту изготовления и стандартизации. Из анализа данных, приведенных в данной таблице, можно сделать вывод о том, что производство устройства управления тюнером в значительной степени зависит от регулярности поставок комплектующих изделий поставщиками и своевременного изготовления непоставляемых изделий на самом предприятии – изготовителе.
Обеспечить бесперебойную работу производства при нарушении ритмичных поставок комплектующих элементов и материалов можно путем создания резервных запасов. Величина этих запасов должна рассчитываться таким образом, чтобы за счет созданного резерва комплектующих элементов и материалов можно было выпускать данное изделие на предприятии изготовителе в течение одного месяца при установленной программе выпуска данного изделия в год. Исходными данными для расчета являются месячная программа выпуска изделия на данном предприятии, а также норма расходов комплектующих элементов и материалов на изготовление одного изделия. Нормы запасов для обеспечения месячной программы выпуска устройства управления тюнером приведены в таблице 4.4.
При невозможности создания указанных выше запасов или при их частичной ли полной утрате, производство данного изделия на данном предприятии может быть обеспечено за счет полной или частичной замены комплектующих элементов, на их функциональные аналоги, и материалов на аналогичные, которые можно применять при изготовлении данного изделия. Возможные замены комплектующих элементов и материалов приведены в таблице 4.5. Как видно их таблицы, почти все комплектующие элементы, приведенные в ней, имеют замены, которые не приводят к нарушению существующего технологического процесса изготовления устройства управления и ухудшению параметров его работы.
Повышение устойчивости может быть достигнута за счет изменения технологического процесса, которое заключается в его упрощении и заменой оборудования. Таблица 4.6.
Таблица 4.3.
«Распределение комплектующих элементов устройства управления тюнером по месту изготовления и стандартизации».
Таблица 4.4.
«Нормы расхода комплектующих элементов на одно изделие и месяц работы предприятия».
Таблица 4.5.
«Возможная замена комплектующих элементов и материалов».
Таблица 4.6.
«Замена основного технологического оборудования при упрощении технологического процесса».
Список литературы.
Коффрон Дж. Технические средства микропроцессорных систем. – М.: Мир, 1983
Хвощ С.Т., Варлинский Н.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления. – Л.: Машиностроение, 1987.
Хоровиц П., Хеши У. Искусство схемотехники. –М.: Мир, 1986.
Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем/справочник – М.: Радио и связь, 1986.
Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: справочник. – Челябинск: Металлургия, 1986.
Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1989.
Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1990.
Павловский В.В., Васильев В.И., Гутман Т.Н. Проектирование технологических процессов изготовления РЭА / Пособие по курсовому проектированию для ВУЗов. – М.: Радио и связь, 1982.
Парфенов К.М. Проектирование конструкций РЭА. – М.: Радио и связь, 1989.
Егоров В.А., Лебедев К.М. и др. Конструкторско-технологическое проектирование печатных узлов / Учебное пособие. – СПб, 1995.
Корчагина Р.Л. Технико-экономические обоснования при разработке радиоэлектронных приборов и устройств. / Учебное пособие по дипломному проектированию. – Л.: Механический институт, 1988.
Безопасность жизнедеятельности: Справочное пособие по дипломному проектированию / Под редакцией Иванова Н.И. и Фадина И.М. – СПб.: БГТУ, 1995.
