Многофункциональное арифметико-логическое устройство
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-22595.zip (478kb [zip], Скачиваний: 175) скачать |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
2 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
|
Разраб. |
|
Иванова Н. В. |
|
Провер. |
|
Ведина П. А. |
|
Реценз. |
|
Н. Контр. |
|
Утверд. |
|
Многофункциональное АЛУ |
|
Лит. |
|
Листов |
|
ЧЭМК |
СОДЕРЖАНИЕ
TOC o "1-2" h z u Введение. PAGEREF _Toc75096536 h 3
1 Обзор арифметико-логических устройств. PAGEREF _Toc75096537 h 4
2 Построение структурной схемы.. PAGEREF _Toc75096538 h 8
3 Выбор элементной базы.. PAGEREF _Toc75096539 h 11
4 Построение принципиальной схемы.. PAGEREF _Toc75096540 h 20
5 Расчетная часть. PAGEREF _Toc75096541 h 22
5.1 Расчет потребляемой мощности. PAGEREF _Toc75096542 h 22
5.2 Расчет быстродействия. PAGEREF _Toc75096543 h 23
5.3 Расчет надежности. PAGEREF _Toc75096544 h 24
5.4 Логический расчет. PAGEREF _Toc75096545 h 25
6 Технологическая часть. PAGEREF _Toc75096546 h 27
6.1 Технология изготовления печатных плат. PAGEREF _Toc75096547 h 27
6.2 Механическая обработка печатных плат. PAGEREF _Toc75096548 h 28
6.3 Получение рисунка печатной платы.. PAGEREF _Toc75096549 h 29
6.4 Химические и гальванические процессы изготовления печатных плат. PAGEREF _Toc75096550 h 29
6.5 Получение печатных проводников. PAGEREF _Toc75096551 h 30
7 Конструкторская часть. PAGEREF _Toc75096552 h 31
8 Техника безопасности и экология. PAGEREF _Toc75096553 h 33
8.1 Техника безопасности. PAGEREF _Toc75096554 h 33
8.2 Экология. PAGEREF _Toc75096555 h 34
9 Заключение. PAGEREF _Toc75096556 h 36
10 Список литературы.. PAGEREF _Toc75096557 h 37
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
3 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
Введение
Последние достижения в области информационных технологий привели к новым концепциям в организации производства. Ни одна фирма не может обойтись в своей работе без применения компьютеров. ЭВМ прочно входят в нашу производственную деятельность, и в настоящее время нет необходимости доказывать целесообразность использования вычислительной техники в системах управления технологическими процессами, проектирования, научных исследований, административного управления, вучебномпроцессе, банковских расчетах, здравоохранении, сфере обслуживания и т.д.
Любая форма человеческой деятельности, любой процесс функционирования технического объекта связаны с передачей и преобразованием информации. В силу универсальности цифровой формы представления информации, цифровые электронные вычислительные машины представляют собой наиболее универсальный тип устройства обработки информации.
Замечательные свойства ЭВМ – автоматизация вычислительного процесса на основе программного управления, огромная скорость выполнения арифметических и логических операций, возможность хранения большого количества различных данных, возможность решения широкого круга математических задач и задач обработки данных – делают эти машины мощным средством научно-технического прогресса.
Особое значение ЭВМ состоит в том, что впервые с их появлением человек получил орудие для автоматизации процессов обработки информации. Во многих случаях ЭВМ позволяют существенно повысить эффективность умственного труда. Внедрение ЭВМ оказало большое влияние на многие области науки и техники, вызвало процесс из математизации и компьютеризации.
Упрощенная структура ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметическо-логическое устройство, память, управляющее устройство, устройство ввода данных в машину, устройство вывода из нее результатов расчета и пульт ручного управления.
В данном курсовом проекте я буду рассматривать работу многофункционального арифметическо-логического устройства (АЛУ). АЛУ служат для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.
1 Обзор арифметико-логических устройств
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
4 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
Выполняемые в АЛУ операции можно
разделить на следующие группы:
· Операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;
· Операции двоичной арифметики для чисел с плавающей точкой;
· Операции десятичной арифметики;
· Операции индексной арифметики;
· Операции специальной арифметики;
· Операции над логическими кодами;
· Операции над алфавитно-цифровыми полями.
К арифметически операциям относятся сложение, вычитание, вычитание модулей («короткие операции»), умножение и деление («длинные операции»). Группу логических операций составляют операции дизъюнкции (логическое ИЛИ) и конъюнкция (логическое И) над многоразрядными двоичными словами, сравнение кодов на равенство. Специальные арифметические операции включают в себя нормализацию, арифметический сдвиг (сдвигаются только цифровые разряды, знаковый разряд остается на месте), логический сдвиг (знаковый разряд сдвигается вместе с цифровыми разрядами). Обширна группа операций редактирования алфавитно-цифровой информации.
Можно привести следующую классификацию АЛУ, которая приведена на рисунке 1.1.
По характеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные. В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными числамии алфавитно-цифровыми полями выполняются в отдельных блоках, при этом повышается скорость работы, так как блоки параллельно могут выполнять соответствующие операции, но значительно увеличиваются затраты на оборудование. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы. По своим функциям АЛУ является операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие прием из других устройств (например, памяти) операндов, их преобразования и выдачу результатов преобразования в другие устройства. Арифметическо-логическое устройство управляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие
выполнение в АЛУ определенных микроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами.
|
Вид обрабатываемой информации |
|
Способ обработки информации |
|
Логическая структура АЛУ |
|
По форме представления чисел |
|
По разрядности |
|
По используемой системе счисления |
|
По способу представления отрицательных чисел |
|
С использованием дополнительного кода |
|
С использованием обратного кода |
|
С использованием непозиционных систем счисления |
|
С использованием позиционных систем счисления |
|
С переменной разрядностью |
|
С постоянной разрядностью |
|
С плавающей запятой |
|
С фиксированной запятой |
|
По способу обработки слова во времени |
|
АЛУ с дополнительными регистрами |
|
АЛУ с реализацией операций в запоминающем устройстве |
|
АЛУ с магистральной структурой |
|
АЛУ с жесткой структурой |
|
АЛУ с однородной структурой |
|
Параллельно-последовательные |
|
Последовательные |
|
Параллельные |
|
Многосумматорные АЛУ |
|
АЛУ с расширенными возможностями |
|
По способу распределения логических функций между регистрами |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
5 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
 |
Рисунок 1.1 – Классификация АЛУ.
Обобщенная структурная схема АЛУ процессоров всех моделей может быть изображена в виде, приведенном на рисунке 1.2. В основном она содержит четыре главные составляющие:
- группу регистров Р, предназначенных для приема и размещения надлежащим образом операндов, над которыми должны производиться действия при выполнении очередной операции;
- операционную часть О, где осуществляются преобразования операндов согласно машинным алгоритмам арифметических, логических и других операций, на выполнение которых рассчитано АЛУ;
- схемы контроля К, обеспечивающие непрерывный оперативный контроль работы АЛУ, а при обнаружении систематических сигналов ошибок — его диагностику с разрешающей способностью, соответствующей возможностям системы контроля, применяемой в модели ЭВМ;
- схемы управления У, где
вырабатываются управляющие сигналы УС, координирующие взаимодействие всех
блоков АЛУ между собой и с другими блоками процессора, тем самым обеспечивая выполнение
требуемых последовательностей микроопераций, соответствующих исполняемым операциям.
Рисунок 1.2 - Обобщенная структурная схемаАЛУ процессоров.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
6 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
В моделях осуществляется гибкое
управление выполнением операций. Последовательность действий по исполнению
каждой команды зависит от особенностей операндов и получающихся промежуточных
и окончательных результатов их преобразования. Для этого в операционной части
АЛУ на разных этапах выполнения операций производится анализ преобразуемой информации.
Результаты его в виде ответных сигналов-признаков СП поступают на схемы управления.
На основе анализа получающихся результатов в конце исполнения определенных команд схемы управления формируют признак результата ПР, который в виде двухразрядного кода условия заносится в слово состояния программы ССП.
Переход к управлению исполнением каждой очередной команды строится по асинхронному принципу. При наличии в процессоре командной и преобразуемой
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
7 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
информации действия в АЛУ по
выполнению следующей операции могут начинаться сразу после завершения предыдущей
операции. Для этого в схемах управления АЛУ формируется сигнал конца операции
СКО. Управление выполнением следующей операции начинается по сигналу начала
операции СНО, вырабатываемому в схемах центрального управления процессора.
В регистры Р операнды для очередной операции выбираются либо из местной оперативной памяти (регистров общего назначения РОН или регистров для операндов с плавающей запятой РПЗ), либо из основной оперативной памяти ООП. Результаты операций из регистров АЛУ отсылаются также в РОН, РПЗ или ООП.
2 Построение структурной схемы
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
8 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
 |
Рисунок 2 – Многофункциональное АЛУ.
Проектирование АЛУ включает в себя выбор кодов для представления данных, определение алгоритмов выполнения отдельных операций, структур операционных блоков и реализуемых в них наборов микроопераций. Затем производят объединение отдельных операционных блоков и соответствующих наборов микроопераций в один многофункциональный операционный блок или несколько блоков для отдельных групп операций. В многофункциональных АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точками, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями выполняются в основном одними и теми же схемами, коммутируемыми соответствующим образом. На рисунке 2 приведена схема многофункционального АЛУ для выполнения совокупности арифметических и логических операций. Регистровая часть АЛУ, в которой размещаются операнды или результаты действий над ними, в основном состоит из 8-разрядных
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
9 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
регистров Рг1, Рг2, Рг21, Рг3, РгА, РгВ, РгСм и 4-разрядных — PгC, PгD, PгСч1. Кроме этого, имеется еще ряд
мало-разрядных регистров и множество триггеров, не показанных на рисунке. Они
предназначаются для запоминания различных кодов, сигналов, отражающих различные
состояния, условия, результаты анализа преобразуемой информации, необходимые
для правильного выполнения арифметических, логических и др. операций. Эти
регистры и триггеры можно отнести к операционной части АЛУ, основу которой
составляют сумматор См, схема СОЛО, сумматор для выполнения операций
двоично-десятичной арифметики СмДес.
При сложении чисел с фиксированной точкой в рассматриваемой схеме загрузка РгВ происходит от Рг2 ввиду того, что связь от ШИВх к Рг2 и далее к РгВ должна существовать из-за необходимости реализации умножения. Сумма частичных произведений заносится в РгВ не непосредственно из РгСм, а через РгЗ, так как загрузка РгЗ необходима при выполнении сложения чисел с плавающей точкой и т. п.
Операции двоично-десятичной арифметики в данном АЛУ производятся при помощи двоично-десятичного сумматора СмДес и побайтной организации обработки.
При выполнении операций над числами с плавающей точкой используются двоичный сумматор См и схема СОЛО. При сложении (вычитании) чисел с плавающей точкой первое слагаемое (уменьшаемое) поступает на входной регистр Рг1, второе (вычитаемое) — на входной регистр РгЗ. Знаки слагаемых хранятся в триггерах знаков ТгЗн1 и ТгЗн2. Смещенные порядки слагаемых пересылаются в регистры РгС и РгД. Схема СОЛО применяется для сравнения и выравнивания порядков слагаемых. Сумматор См, его входные регистры РгА и РгВ и выходной регистр РгСм используются при сложении (вычитании) мантисс, а также при передаче мантисс со сдвигом в процедурах выравнивания порядков и нормализации результата.
Выравнивание порядков производится следующим образом. Смещенный порядок числа Xиз РгЗ передается в регистр РгД и в выполняющий роль РгСОЛО
счетчик РгСч, соединенный с выходом СОЛО. Затем в РгС передается смещенный порядок числа У. После этого начинается сравнение порядков чисел Xи У на СОЛО и сдвиг мантиссы числа с меньшим порядком вправо, при этом значение смещенного порядка У меняется до тех пор, пока он не станет равным
смещенному порядку X. Порядок Z берется равным большему порядку слагаемых.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
10 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
Чтобы не делать лишних
сдвигов мантиссы, превратившейся в процессе выравнивания порядка в 0, на
счетчике циклов СчЦ фиксируется предельное число сдвигов, равное числу
цифр мантиссы. При выполнении сдвига на один разряд мантиссы содержимое СчЦ
уменьшается на 1. При СчЦ = 0 сдвиги прекращаются и в качестве результата
берется большее слагаемое. После выравнивания порядков осуществляется сложение
мантисс и (при необходимости) нормализация результата.
При умножении чисел с плавающей точкойиспользуются сумматор См, регистр Рг1 для хранения множимого, регистры Рг2 и Рг2' для приема и сдвига множителя в процессе умножения мантисс, регистр РгА, используемый для передачи на сумматор смещенного порядка множимого при суммировании порядков и для передачи на сумматор мантиссы множимого при умножении мантисс, регистр РгВ, служащий для передачи на сумматор смещенного порядка множителя при суммировании порядков и для хранения текущей суммы частичных произведений при умножении мантисс, выходной регистр сумматора РгСм, фиксирующий результаты суммирований, счетчик РгСч1, хранящий смещенный порядок произведения, триггеры знаков сомножителей ТгЗн1 и ТгЗн2.
При выполнении деления чисел с плавающей точкой используются сумматор См, регистры Рг1 и Рг2 для приема соответственно делителя и делимого, регистры РгА и РгВ для хранения смещенных порядков делителя и делимого и для хранения мантиссы делителя и частичного остатка при получении мантиссы частного, счетчик Сч1 для хранения смешенного порядка частного, регистры Рг2 и Рг21 для хранения цифровых разрядов мантиссы частного, триггеры знаков делимого и делителя ТгЗн1 и ТгЗн2. Рассмотренное АЛУ можно считать типичным для ЭВМ общего назначения средней производительности.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
11 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
3 Выбор
элементной базы
Для того чтобы построить принципиальную схему нужно выбрать элементную базу и технологию производства интегральных микросхем (ИМС).
На данный момент есть несколько технологий производства интегральных микросхем: Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки (ТТЛШ), МОП транзисторная логика (МОПТЛ), эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ), интегральная инжекционная логика (И2 Л). Каждая из технологий имеет свои достоинства и недостатки, которые рассматриваются ниже.
Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки (ТТЛШ).
Достоинства: высокое быстродействие, обширная номенклатура, хорошая помехоустойчивость.
Недостатки: микросхемы обладают большой потребляемой мощностью.
МОП транзисторная логика (МОПТЛ).
МОП (МДП) – металл-окисел (диэлектрик) - полупроводник.
Достоинства: большая помехоустойчивость, т.к. высокий логический перепад; высокая нагрузочная способность, т.к. схема имеет большое выходное сопротивление (Rвых); высокая степень интеграции, т.к. нет изолирующих каналов.
Недостаток: низкое быстродействие, т.к. Cн заряжается через большое сопротивление.
МОП транзисторная логика на комплиментарных ключах (КМОПТЛ)
Достоинства: выше быстродействие, т.к. Сн заряжается через открытый транзистор; КМОП - схема характеризуется весьма малым потребляемым током (а, следовательно, и мощности) от источника питания; меньше напряжение питания (Uпит).
Недостаток: быстродействие меньше, чем у ЭСЛ, но по мере развития технологий этот недостаток устраняется.
Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)
Достоинства: высокое быстродействие; применение на выходах эмиттерных повторителей обеспечивает ускорение процесса перезарядки ёмкостей, подключённых к выходам; транзисторы включены по схеме, близкой к схеме включения с общей базой, что улучшает частотные характеристики транзисторов и ускоряет процесс их переключения; на выходах стоят эмиттерные повторители и, следовательно, увеличивается нагрузочная способность; широкие логические возможности, т.к. схема имеет два выхода.
Недостатки: большая потребляемая мощность, т.к. в схеме переключаются большие токи; сравнительно низкая помехоустойчивость элемента, т.к. выбран малый перепад логических уровней U1 – U0 = 0,8.
Интегральная инжекционная логика (И2 Л).
Достоинства: используется пониженное напряжение (»1 В); малая потребляемая мощность, т.к. в схеме протекает ток мкА, а Uпит =1 В; обеспечивают высокую степень интеграции (нет изоляционных карманов); при изготовлении схем И2 Л используется те же технологические процессы, что и при производстве интегральных схем на биполярных транзисторах, но оказывается меньшим число технологических операций и необходимых фотошаблонов; обеспечивают возможность обмена в широких пределах мощности на быстродействие (можно изменять на несколько порядков потребляемую мощность, что соответственно приведёт к изменению быстродействия); хорошо согласуются с элементами ТТЛ.
Недостатки: не большая помехоустойчивость, т.к. логический перепад 0,5¸0,8 В; быстродействие ниже, чем в схемах ЭСЛ.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
12 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
В данном курсовом проекте выбраны ИМС
ТТЛ и ТТЛШ – технологии серии К155 и К555, т.к. они лучше всего подходят по
основным параметрам (потребляемая мощность, быстродействие, нагрузочная
способность) для данной схемы.
Для курсового проектирования выбраны следующие интегральные микросхемы:
К155ИМ3, КМ155ИМ3
Микросхема представляет собой четырехразрядный (двоичный) полный сумматор. Содержит 781 интегральный элемент. Корпус типа 238.16-2, масса не более 2 г. и типа 201.16-6, масса не более 2,5 г (рисунок 3.1).
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
13 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
 |
Рисунок 3.1 - Условное графическое обозначение К155ИМ3, КМ155ИМ3.
Назначение выводов: 1-вход слагаемого А4; 2-выход суммы S3; 3-вход слагаемого А3; 4-вход слагаемого В3; 5-напряжение питания; 6-выход суммы S2; 7-вход слагаемого В2; 8-вход слагаемого А2; 9-выход суммы S1; 10-вход слагаемого А1; 11-вход слагаемого В1; 12-общий; 13-вход переноса Р0; 14-выход переноса четвертого разряда Р4; 15-выход суммы S4; 16-вход слагаемого В4.
К155ИР13
Микросхема представляет собой
восьмиразрядный реверсивный сдвиговой регистр. Содержит 385 интегральных
элементов. Корпус типа 239.24-1, масса не более 4 г (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 – Условное графическое обозначение К155ИР13.
Назначение выводов: 1- вход режимный S0; 2-вход последовательного ввода информации при сдвиге вправо DR; 3-вход информационный D0; 4-выход Q0; 5-вход D1; 6-выход Q1; 7-вход D2; 8-выход Q2; 9-вход D3; 10-выход Q3; 11-вход
синхронизации С; 12-общий; 13-вход инверсный «сброс» R; 14-выход Q4; 15-вход D4; 16-выход Q5; 17-вход D5; 18-выход Q6; 19-вход D6; 20-выход Q7; 21-вход D7; 22-вход последовательного ввода информации при сдвиге влево DL; 23-вход режимный S1; 24-напряжение питания.
К555КП13
Микросхема представляет собой четыре двухвходовых мультиплексора с запоминанием. Содержит 120 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-2, масса не более 1,2 г (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 – Условное графическое обозначение К555КП13.
Назначение выводов:
1-вход В1; 2-вход В0; 3-вход А0; 4-вход А1; 5-вход В2; 6-вход В3; 7-вход А3;
8-общий; 9-вход А2; 10-вход выбора канала V; 11-вход синхронизации 
Q3,Q2,Q1,Q0; 16-напряжение питания.
К155ИР1, КМ155ИР1
Микросхемы
представляют собой четырехразрядный универсальный сдвиговый регистр. Содержат
177 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1 масса не более 1 г и типа
201.14-8, масса не более 2,2 г (рисунок 3.4).
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
14 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
 |
Рисунок 3.4 - Условное графическое обозначение К155ИР1.
Назначение выводов: 1 — вход информационный V1 ; 2 — вход первого разряда D1; 3 — вход второго разряда D2; 4 — вход третьего разряда D3; 5 — вход четвертого разряда D4; 6 — вход выбора режима V2; 7 — общий; 8 — вход синхронизации С2; 9 — вход синхронизации С2, 10 — выход четвертого разряда; 11 — выход третьего разряда; 12 — выход второго разряда; 13 — выход первого разряда; 14 — напряжение питания.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
15 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
К155ТМ2, КМ155ТМ2
Микросхема представляет собой два D-триггера. Содержат 70 интегральных
элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и типа 201.14-8,масса не более 2,2 г (рисунок 3.5).
Рисунок 3.5 – Условное графическое обозначение К155ТМ2, КМ155ТМ2.
Назначение выводов: 1-инверсный вход установки «0» R1; 2-вход D1; 3-вход синхронизации С1; 4-инверсный вход установки «1» S1; 5-выход Q1;6-инверсный выход Q1; 7-общий; 8-инверсный выход Q2; 9-выход Q2; 10- инверсный вход установки «1» S2; 11-вход синхронизации С2; 12-вход D2; 13- инверсный вход установки «0» R2; 14-напряжение питания.
К555СП1
Микросхема представляет собой схему сравнения двух четырехразрядных чисел. Содержит 208 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-2, масса не более 1,2 г (рисунок 3.6).
Рисунок 3.6 – Условное графическое обозначение К555СП1.
Назначение выводов:
1-вход В3; 2-вход переноса A
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
16 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
В0; 10-вход А0; 11-вход В1; 12-вход
А1; 13-вход А2; 14-вход В2; 15-вход А3; 16-напряжение питания.
К155ЛЛ1, КМ155ЛЛ1
Микросхема представляет собой 4
двухвходовых логических элемента ИЛИ. Содержит 84 интегральных элемента. Корпус
типа 201.14-1, масса не более 1 г и типа 201.14-8, масса не более 2,2 г (рисунок
3.7).
Рисунок 3.7 – Условное графическое обозначение К155ЛЛ1, КМ155ЛЛ1.
Назначение выводов: 1,2,4,5,9,10,12,13 – входы; 3,6,8,11-выходы;7-общий; 14-напряжение питания.
К555ЛН1, КБ555ЛН1-4, КМ555ЛН1
Микросхемы представляют собой 6 логических элементов НЕ. Содержат 84 интегральных элемента. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 201.14-8, 2012.14-2, масса не более 2,3 г (рисунок 3.8).
Рисунок 3.8 – Условное графическое
обозначение К555ЛН1.
Назначение выводов: 1-вход Х1;
2-выход Y1; 3-вход Х2; 4-выход Y2; 5-вход Х3; 6-выход Y3; 7-общий; 8-выход Y4; 9-вход Х4; 10-выход Y5; 11-вход Х5; 12-выход Y6; 13-вход Х6; 14-напряжение питания.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
17 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
К555ЛИ1, КБ555ЛИ1-4, КМ555ЛИ1
Микросхемы представляют собой четыре логических элемента 2И. Содержат 80 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 201.14-8, 2102.14-2, масса не более 2,3 г (рисунок 3.9).
Рисунок 3.9 – Условное графическое обозначение К555ЛИ1.
Назначение выводов: 1-вход Х1; 2-вход Х2; 3-выход Y1; 4-вход Х3; 5-вход Х4; 6-выход Y2; 7-общий; 8-выход Y3; 9-вход Х5; 10-вход Х6; 11-выход Y4; 12-вход Х7; 13-вход Х8; 14-напряжение питания.
КР1533КП7, КФ1533КП7, ЭКФ1533КП7
Микросхемы представляют собой селектор-мультиплексор на 8 каналов со стробированием. В зависимости от установленного на выводах 9..11 кода разрешают прохождение сигнала на выходы только от одного из 8 информационных входов. Содержат 195 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-1, масса не
более 1,2 г (рисунок 3.10).
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
18 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
 |
Рисунок 3.10 – Условное графическое обозначение КР1533КП7.
Назначение выводов: 1-вход информационный D3; 2- вход информационный D2; 3- вход информационный D1; 4- вход информационный D0; 5-выход Y; 6-выход Y; 7-вход стробирования; 8-общий; 9-вход «выбор данных» SED3; 10- вход «выбор данных» SED2; 11- вход «выбор данных» SED1; 12- вход информационный D7; 13- вход информационный D6; 14- вход информационный D5; 15- вход информационный D4; 16-напряжение питания.
Таблица 3.1 – Электрические параметры микросхем.
|
Параметры |
К155ИМ3 |
К155ИР13 |
К155ИР1 |
К555КП13 |
К155ТМ2 |
|
I0вх, мА |
-6,4 |
-1,6 |
-3,2 |
-0,38 |
-1,6 |
|
I1вх, мА |
0,16 |
0,04 |
0,04 |
0,003 |
0,04 |
|
U0вых, В |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
|
U1вых, В |
2,4 |
2,4 |
2,4 |
2,8 |
2,4 |
|
I0пот, мА |
128 |
116 |
82 |
20,5 |
30 |
|
I1пот, мА |
128 |
116 |
82 |
20,5 |
30 |
|
t0,1здр, нс |
48 |
30 |
35 |
32 |
40 |
|
t1,0здр, нс |
32 |
30 |
35 |
27 |
25 |
|
Рпотр., мВт |
670 |
609 |
430 |
107,6 |
157,5 |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
19 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
Таблица 3.2 – Электрические параметры
микросхем.
|
Параметры |
К555СП1 |
К155ЛЛ1 |
К555ЛН1 |
К555ЛИ1 |
КР1533КП7 |
|
I0вх, мА |
0,4 |
-1,6 |
-0,36 |
-0,36 |
-0,2 |
|
I1вх, мА |
0,02 |
0,04 |
0,02 |
0,02 |
0,002 |
|
U0вых, В |
0,5 |
0,4 |
0,5 |
0,5 |
0,4 |
|
U1вых, В |
2,4 |
2,4 |
2,7 |
2,7 |
2,4 |
|
I0пот, мА |
20 |
38 |
6,6 |
8,8 |
10 |
|
I1пот, мА |
20 |
22 |
2,4 |
4,4 |
10 |
|
t0,1здр, нс |
39 |
22 |
20 |
24 |
34 |
|
t1,0здр, нс |
36 |
15 |
20 |
24 |
32 |
|
Рпотр., мВт |
104,4 |
157,6 |
23,63 |
34,65 |
50 |
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
20 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
4 Построение
принципиальной схемы
Схема электрическая принципиальная многофункционального арифметико-логического устройства представлена на графическом чертеже Э3. Подробное описание функционирования данной схемы изложено в пункте 2.
В данном разделе рассмотрим сложение и вычитание чисел с плавающей точкой. Для выполнения данной операции используются двоичныйчетырехразрядный сумматор СМ (серии К155ИМ3) и схема однобайтовых логических операций СОЛО. При сложении (вычитании) чисел с плавающей точкой из оперативной памяти по входной информационной шине ШИВх в АЛУ поступают операнды. Первое слагаемое (уменьшаемое) поступает на входной восьмиразрядный регистр Рг1 (серия К155ИР13), второе слагаемое (вычитаемое) - на входной восьмиразрядныйрегистр Рг3 той же серии. Знаки слагаемых хранятся в триггерах знаков (D-триггерах - К155ТМ2) - ТгЗн1 и ТгЗн2. Смещенные порядки слагаемых пересылаются в четырехразрядные регистры РгС и РгD (оба серии К155ИР1). Схема СОЛО применяется для сравнения и выравнивания порядков слагаемых. Данная схема является комбинационной, она позволяет реализовать поразрядные операции логического умножения И, логического сложения ИЛИ и суммирования по модулю два двумя однобайтовыми операндами.Четырехразрядная схема однобайтовых логических операций состоит из четырех схем поразрядной обработки СПО и схем сравнения слов длиной 1 байт. На Вых1 и Вых2 СОЛО формируются сигналы, определяющие результат сравнения байт по численному значению в соответствии со следующим правилом (таблица 4.1):
Таблица 4.1.
|
Вых1 |
Вых2 |
Результат сравнения |
|
1 |
1 |
D |
|
0 |
1 |
D>C |
|
0 |
0 |
D=C |
Сумматор СМ, его входныевосьмиразрядные регистры РгА и РгВ (обе ИМС серии К155ИР13) и выходной восьмиразрядныйрегистр РгСМ используются при сложении (вычитании) мантисс, а также при передаче мантисс со сдвигом в процедурах выравнивания порядков и нормализации результата.
Выравнивание порядков производится следующим образом. Смещенный порядок числа Х из Рг3 передается в регистр РгD и в выполняющий роль РгСОЛО счетчик РгСч1, соединенный с выходом СОЛО. Затем в РгС передается смещенный порядок числа Y. После этого начинается сравнение порядков чисел Х и Y на СОЛО и сдвиг мантиссы числа с меньшим порядком вправо, при этом значение смещенного порядка Y меняется до тех пор, пока он не станет равным смещенному порядку Х. Порядок Z берется равным большему порядку слагаемых. Чтобы не делать лишних сдвигов мантиссы, превратившейся в процессе выравнивания порядка в 0, на счетчике циклов СчЦ фиксируется предельное число сдвигов, равное числу цифр мантиссы. При выполнении сдвига на один разряд мантиссы содержимое СчЦ уменьшается на 1. При СчЦ=0 сдвиги прекращаются, и в качестве результата берется большее слагаемое. После выравнивания порядков осуществляется сложение мантисс и (при необходимости) нормализация результата.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
21 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
С выхода РгСМ данные передаются дальше на шину
ШИВых.|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
22 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
5 Расчетная
часть
Среди многочисленных характеристик, отражающих производительность, эксплуатационные свойства и особенности конструкции схем, выделяют несколько основных, по которым можно произвести оценку в отношении соответствия требованиям, предъявляемым при разработке схемы. К таким характеристикам относят потребляемую мощность, быстродействие, показатели надежности.
5.1 Расчет потребляемой мощности
Потребляемая мощность Рпот. – значение мощности, потребляемой устройством от источника питания в заданном режиме. Расчет мощности представлен в таблице 5.1.
РN пот = Рпот * N,
где РNпот – мощность потребляемая однотипными элементами, мВт;
Рпот – потребляемая мощность одним элементом, мВт;
N – количество элементов.
Таблица 5.1 – Расчет потребляемой мощности.
|
Типы элементов |
Рпот, мВт |
N |
РN пот, мВт |
|
К155ИМ3 |
670 |
3 |
2010 |
|
К155ИР13 |
609 |
7 |
4263 |
|
К555КП13 |
107,6 |
11 |
1183,6 |
|
К155ИР1 |
430 |
3 |
1290 |
|
К155ТМ2 |
78,75 |
2 |
157,5 |
|
К55СП1 |
104,4 |
1 |
104,4 |
|
К155ЛЛ1 |
39,4 |
2 |
78,8 |
|
К555ЛН1 |
23,63 |
4 |
94,52 |
|
К555ЛИ1 |
34,65 |
3 |
103,95 |
|
КР1533КП7 |
50 |
8 |
400 |
Мощность, потребляемая всем устройством:
Рпот общ= Σ РNпот i
где Рпот общ- мощность потребляемая всем устройством, мВт;
РNпот i – мощность потребляемая однотипными элементами, мВт;
Рпот общ= 9685,77 мВт =9,7 Вт.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
23 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
5.2 Расчет
быстродействия
Быстродействие характеризуется наибольшей частотой входных сигналов, при которой не нарушается функционирование схемы. Задержка распространения сигнала при переключении микросхемы с высокого уровня на низкий и наоборот используется для характеристики быстродействия. Более общий параметр - время задержки микросхемы, определяется по формуле:
где tздр – время задержки, нс;
t1,0 – время задержки при выключении микросхемы, нс;
t0,1 – время задержки при включении микросхемы, нс;
Быстродействие устройства определяется по формуле:
где tздр – время задержки сигнала устройством, нс;
tздр i – время задержки сигнала i элементом, нс;
Таблица 5.2 – Расчет быстродействия.
|
Типы микросхем |
tздр.,нс |
|
К155ИМ3 |
40 |
|
К155ИР13 |
30 |
|
К555КП13 |
29,5 |
|
К155ИР1 |
35 |
|
К155ТМ2 |
32,5 |
|
К55СП1 |
37,5 |
|
К155ЛЛ1 |
18,5 |
|
К555ЛН1 |
20 |
|
К555ЛИ1 |
24 |
|
КР1533КП7 |
33 |
tздр. общ.=300 нс.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
24 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
5.3 Расчет
надежности
Свойство изделия в течение определенного времени выполнять заданные функцииназывается надежностью.
Все свойства объекта, характеризующие его надежность - безотказность, долговечность и сохраняемость, имеют количественные характеристики, которые оцениваются соответствующими показателями.
Поскольку отказы являются случайными событиями, количественные характеристики надежности имеют вероятностный характер.
λ(t) показывает, какая часть элементов по отношению к общему количеству исправно работающих элементов в среднем выходит из строя в единицу времени. Данная величина показывает интенсивность отказов. Среднее время безотказной работы Туст – среднее значение наработки изделий до первого отказа. Интенсивность отказов всего устройства вычисляется по формуле. Расчет в таблице 5.3.
λфакт=λпасп* Кн * Кт * Ni
где λфакт – общая интенсивность отказов, ч-1;
λпасп – интенсивность отказов микросхем по паспорту, ч-1;
Кн – отношение количества используемых ножек элемента к общему количеству ножек;
Кт – температурный коэффициент;
Ni – количество элементов.
λфакт=0,379*10-6 ч-1.
Туст = 1/ λфакт,
где Туст – средняя наработка до отказа, ч;
λфакт – общая интенсивность отказов, ч-1.
Туст =2,64*10-6 ч.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
25 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
Таблица 5.3 –
Расчет надежности.
|
Типы элементов |
λпасп *10-6 |
Кн |
Кт |
Ni |
λфакт*10-6 |
|
К155ИМ3 |
0,1 |
0,895 |
0,1 |
3 |
0,027 |
|
К155ИР13 |
0,1 |
0,91 |
0,1 |
7 |
0,064 |
|
К555КП13 |
0,1 |
1 |
0,1 |
11 |
0,11 |
|
К155ИР1 |
0,1 |
0,833 |
0,1 |
3 |
0,025 |
|
К155ТМ2 |
0,1 |
0,5 |
0,1 |
2 |
0,01 |
|
К55СП1 |
0,1 |
0,71 |
0,1 |
1 |
0,007 |
|
К155ЛЛ1 |
0,1 |
1 |
0,1 |
2 |
0,02 |
|
К555ЛН1 |
0,1 |
1 |
0,1 |
4 |
0,04 |
|
К555ЛИ1 |
0,1 |
1 |
0,1 |
3 |
0,03 |
|
КР1533КП7 |
0,1 |
0,57 |
0,1 |
8 |
0,046 |
Вероятность безотказной работы устройства за tчасов вычисляется по формуле:
Р=е-t*λ,
где Р – вероятность исправной работы;
t – время работы, ч;
λфакт – общая интенсивность отказов, ч-1.
Р10000 = e-10000*0,379*10=0,96
5.4 Логический расчет
В данном разделе
курсового проекта я буду рассматривать логический расчет комбинационных схем
ИЛИ, НЕ и 2И. Эти элементы входят в схему СОЛО. Как видно из принципиальной схемы
на элемент НЕ подаются поочередно сигналы из РгС и РгD. Часть выходных данных попадает на РгСч1, а часть на схему сравнения.
Обозначим fi-выходные
сигналы, идущие на РгСч1, fk-сигналы, идущие
на схему сравнения. Тогда fi(Di,Ci)=(DiCi+ DiCi)+ DiCi;fк(Di,Ci)=(DiCi+ DiCi); Составим
таблицу истинности для входов Diи Ci:
Таблица 5.4 – Таблица истинности.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
26 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
 |
|
Di |
Ci |
fi |
fк |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
С помощью карты
Карно построим схему на элементах Шеффера.
Ci Ci
|
1 |
|
|
1 |
1 |
Di
Di
fi(Di,Ci)=Di +Ci;
|
|
|
Ci Ci
|
1 |
|
|
1 |
Di
Di
fк(Di,Ci)=DiCi + DiCi;
Построим комбинационные схемы на элементах Шеффера (рисунок 5.1).
 |
||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||
|
 |
|||||||||||||||
|
||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||
|
|
|
fi(Di,Ci)=Di +Ci=Di Ci; fк(Di,Ci)=DiCi + DiCi= DiCi DiCi;
Рисунок 5.1 – Схема на элементах Шеффера.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
27 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
6 Технологическая часть
6.1 Технология изготовления печатных плат
Печатной платой называется материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и, по меньшей мере, один проводящий рисунок.
Основными видами печатных плат являются односторонние печатные платы (ОПП), двусторонние печатные платы (ДПП), многослойные печатные платы (МПП), гибкие печатные платы (ГПП) и гибкие печатные кабели (ГПК).
По плотности печатного монтажа разделяют на два класса: А – пониженной плотности, Б – повышенной плотности.
Двусторонняя печатная плата имеет одно основание, на обеих сторонах которого выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения. Переход токопроводящих линий с одной стороны платы на другую осуществляется металлизированными монтажными отверстиями. С помощью такой платы можно выполнить сложные схемы.
Печатные платы выполняют прямоугольной формы. Основание печатных плат изготавливают из изоляционного материала, который должен хорошо сцепляться с металлом проводников, иметь диэлектрическую проницаемость не более 7 (во избежание возникновения значительных паразитных емкостей между печатными проводниками); обладать достаточно высокой механической и электрической прочностью; допускать возможность обработки резанием и штамповкой; сохранять свои свойства при воздействии климатических факторов, а также в процессе создания рисунка и пайки. Таким требованиям удовлетворяют гетинакс, стеклотекстолит и некоторые другие фольгированные и нефольгированные материалы.
Фольгированные материалы представляют собой слоистые прессованные пластики, пропитанные искусственной смолой и облицованные с одной или двух сторон медной электромеханической фольгой. В процессе изготовления печатной платы его
поверхность металлизируется слоем меди.
В качестве материала для печатных проводников используют медь с содержанием примесей не свыше 0.05%. Этот материал обладает высокой электрической проводимостью, относительно стоек по отношению к коррозии, хотя и требует защитного покрытия.
Соединение печатного проводника с навесными элементами осуществляется контактными площадками круглой, прямоугольной и другой формы.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
28 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
На одной плате нецелесообразно иметь более
трех значений разных диаметров отверстий, так как это затрудняет их обработку в
связи с необходимостью частой смены инструмента.
6.2 Механическая обработка печатных плат
Основными этапами механической обработки являются входной контроль материала, получение заготовки, сверление монтажных отверстий, обработка по контуру.
Входной контроль фольгированного диэлектрика заключается в проверке размеров листа, состояния поверхности со стороны фольги и диэлектрика, прочности сцепления фольги в исходном состоянии и при воздействии расплавленного припоя, гальванических растворов и других факторов, способности материала к механической обработке, поверхностного сопротивления и некоторых других параметров. При визуальном осмотре листов устанавливается наличие царапин, проколов, пузырей и других повреждений.
Получение заготовки. Заготовку отпускают с припуском по контуру на одну или несколько плат. Резка листа из фольгированного и нефольгированного материала может производиться дисковой фрезой. Для охлаждения применяют сжатый воздух. Сверление монтажных отверстий выполняют в кондукторе спиральным листом из твердого сплава с углом при вершине сверла 122..130 без применения охлаждающей жидкости. Все отверстия, подлежащие металлизации, получают сверлением, так как пробитые отверстия имеют плохое качество поверхности и не пригодны для металлизации.
Обработка по контуру. Окончательный контур платы получают вырубкой или фрезерованием после изготовления печатных
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
29 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
проводников.
Наружный контур получают отрезкой на гильотинных ножницах или на прецизионной
алмазной пиле, вырубкой в штампе или фрезерованием. Вырубка по контуру может
совмещаться с пробивкой отверстий, пазов и других элементов платы, не
подлежащих металлизации.
6.3 Получение рисунка печатной платы
Основными методами получения защитного рисунка на печатной плате являются фотопечать и трафаретная печать.
Фотопечать представляет собой способ нанесения изображения рисунка печатных проводников на материал основания, покрытый светочувствительным слоем (фоторезистом), экспонируемый через фотошаблон с требуемым изображением. Фотошаблон рисунка печатной платы – негативное или позитивное изображение требуемого рисунка в масштабе 1:1 на стеклянной фотопластинке или пленочном материале, полученное путем фотографирования с оригиналов рисунка печатной платы.
Трафаретная печать (сеткографический метод). Метод основан на получении необходимого рисунка схемы на поверхности медной фольги путем продавливания защитной краски резиновым ракелем через сетчатый трафарет. Сетки для трафаретов изготовляют из капроновых или лавсановых нитей. Более высокая точность рисунка схемы получается при использовании сетки из фосфористой бронзы.
6.4 Химические и гальванические процессы изготовления печатных плат
Основное назначение химических и гальванических процессов заключается в металлизации монтажных отверстий и защите рисунка печатной платы при травлении. Типовой технологический процесс химической и гальванической металлизации печатных плат состоит из этапов подготовки поверхности, сенсибилизации, активизации, химического и гальванического меднений,
гальванического осаждения сплав SnPb.
Подготовка поверхности монтажных отверстий печатных плат заключается в гидроабразивной обработке, подтравливании диэлектрика в отверстиях серной кислотой и фтористым водородом, промывки в проточной воде. Сенсибилизация (повышение чувствительности к меди) осуществляется в растворе двухлористого олова, соляной кислоты и металлического олова в течение 5..7 минут с последующей промывкой в дистиллированной воде.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
30 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
Активизация проводится в водном растворе
двухлористого палладия и аммиака в течение 5..7 минут. Металлический палладий
служит центром кристаллизации при химическом омеднении. Химическое омеднение
состоит в восстановлении меди на активированных поверхностях из раствора, в
который входят соли меди, никеля, формалина, соды и другие. Время осаждения
слоя меди толщиной 0,25..0,5 мкм составляет 15..20 минут. Гальваническое омеднение
требует замкнутого контура проводящих покрытий, которое осуществляется
технологическими проводниками, прошивкой отверстий медной проволокой и
применение специальных рамок. Медь наращивают в сернокислом, борфтористо-водородном
и других электролитах.
Гальваническое осаждение сплава «олово-свинец» толщиной 8..20 мкм производится с целью предохранения проводящего рисунка при травлении плат и обеспечение хорошей паяемости.
6.5 Получение печатных проводников
Комбинированный метод заключается в получении печатных проводников химическим методом (то есть травлением фольгированного диэлектрика) и металлизации монтажных или переходных отверстий электрохимическим методом. Комбинированный позитивный метод применяют для изготовления ДПП и ГПП с металлизированными отверстиями на двухстороннем фольгированном диэлектрике. Травление медной фольги с незащищенных участков производят или до металлизации отверстий (негативный процесс), или после нее (позитивный процесс).
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
31 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
7 Конструкторская часть
Применение плат с печатным монтажом повышает надежность аппаратуры, обеспечивает повторяемость ее электрических параметров от образца к образцу, создает предпосылки для автоматизации производства.
По плотности печатного монтажа платы разделяют на два класса: А - пониженной плотности, Б - повышенной плотности. Печатные платы должны иметь прямоугольную форму (другая конфигурация допускается только при необходимости). Размеры печатных плат следует выбирать по ГОСТ 10317-72, в котором рекомендовано 74 типоразмера плат от 10*10 мм до 240*360 мм с отношением сторон от 1:1 до 2:1. Платы всех размеров рекомендуется конструировать по классу А. Плотность монтажа по классу Б при необходимости следует использовать на платах размером не более 120*180 мм.
Рекомендуются следующие толщины плат: 0,8 ± 0,15 мм, 1,0 ± 0,15 мм, 1,5 ± 0,2 мм, 2,0 ± 0,2 мм, 2,5 ± 0,3 мм, 3,0 ± 0,3 мм. Толщину печатной платы определяют на основании требований к прочности конструкции сборочной единицы и с учетом метода изготовления. Для односторонних и двухсторонних плат выбирают материал соответствующей толщины, для многослойных печатных плат (МПП) подбирают толщины материалов печатных слоев и склеивающих прокладок. Суммарная толщина склеивающих прокладок между соседними слоями должна быть не менее двух толщин печатных проводников, расположенных на внутренних слоях.
Плотность тока в печатном проводнике должна быть не более 20 А/мм для односторонних и двухсторонних печатных плат и наружных слоев МПП и не более 15 А/мм для внутренних слоев МПП. Для вычерчиваниярисунков печатного монтажа в соответствии с ГОСТ 10317-72 используют прямоугольную координатную сетку с шагом 2,5 мм или 1,25 мм. Расстояния между центрами отверстий необходимо выдерживать на платах по классу А с допуском ± 0,2 мм, по классу Б - с допуском ± 0,1 мм. Расстояния между краями отверстий должны быть не менее толщины платы. Металлизированные отверстия должны иметь контактные площадки. Рекомендуемая форма контактных площадок - круглая или прямоугольная с плавными переходами к проводнику.
Расстояние края любого конструктивного элемента печатной платы (проводника, контактной площадки, отверстия, паза) до края платы должно быть не меньше номинальной толщины платы с учетом допуска.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
32 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
Печатные проводники
рекомендуется выполнять номинальными по ширине на всем их протяжении, сужая их
только в узких местах до минимально допустимых значений на возможно меньшей
длине. Рекомендуется прямоугольная конфигурация печатных проводников.
Проводники шире 5 мм (экраны) должны иметь вырезы (щелевидные, прямоугольные,
овальные). Эти вырезы показывают на чертеже печатной платы.
Для построения устройства используем двухсторонний фольгированный стеклотекстолит марки СФ -2-35-1,5 (ГОСТ 10316 - 78). Размеры печатной платы – 100 мм х 140 мм, толщина - 1,5 мм. В связи с пониженной плотностью монтажа микросхем, для вычерчивания печатных рисунков используем координатную сетку с шагом 2,5 мм. Так как на плате нет металлизированных отверстий, то для ее изготовления применим химический метод. Для монтажа микросхем и конденсаторов в плате высверливаются отверстия диаметром 0,8 мм.
Для запитывания микросхем используются навесные шины питания. Так как устройство будет располагаться в корпусе вычислительной системы, то воздействие внешних факторов на схему исключается. Поэтому дополнительные защитные покрытия платы не используются.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
33 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
8 Техника безопасности и экология
8.1 Техника безопасности
При производстве электромонтажных работ необходимо соблюдать общие требования безопасности.
К работе на участке должны допускаться только те лица, которые прошли вводный инструктаж, первичный инструктаж на рабочем месте и обучение безопасным приемам труда с обязательной проверкой знаний. Лица, не прошедшие проверку знаний, к самостоятельной работе не допускаются. На рабочем месте нельзя пользоваться открытым огнем, допускать скопление пыли на оборудовании и рабочих местах. При обнаружении пожара или загорания необходимо немедленно сообщить об этом в пожарную охрану и приступить к тушению пожара имеющимися средствами пожаротушения. Лица, нарушающие требования по охране труда, в зависимости от последствий нарушения, несут дисциплинарную, материальную или уголовную ответственность.
Перед началом работы нужно:
- привести в порядок спецодежду;
- проверить исправность электрооборудования на своем рабочем месте и обо всех замеченных неисправностях сообщить мастеру;
- требующиеся инструменты, приспособления, детали и материалы расположить в удобном и безопасном для работы порядке;
- проверить исправность местной вентиляции.
Степень нагрева паяльника проверяется на кусочке припоя, а не на ощупь. Все операции пайки и лужения выполняются при включенной вентиляции. Паяльник в перерывах между пайками разрешается держать только на специальной подставке. При временном отключении тока или при уходе с места работы, даже на короткое время, электроинструмент обязательно отключать от сети. Вытаскивая вилку из розетки, следует держать ее за корпус, а не за шнур. Демонтаж радиоаппаратуры отпайку проводов производить в защитных очках.
В помещении, где производится пайка припоем, содержащим свинец, не допускать принятие пищи, вода, хранения личных вещей во избежание попадания свинца в организм человека.
Во время работы нельзя отвлекаться самому и отвлекать других посторонними делами и разговорами.
8.2 Экология
Атмосфера всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от естественных источников. Более загрязненные зоны возникают в местах активной жизнедеятельности человека. В последнее время в промышленности стали применять практически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на состоянии промышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы, а в частности, синтетическими соединениями, не существующими в природе, радиацией,
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
34 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
канцерогенными
и другими элементами.
Количество поступающих в атмосферу отходов достигает колоссальных размеров. Наиболее остро экологическая проблема стоит в городах, где на относительно незначительной территории сконцентрировано большое число промышленных объектов, транспорта и где сосредоточено более трети всего населения нашей планеты. В воздухе, удаляемом из цехов, вредные вещества находятся в виде пыли, тонкодисперсного тумана, паров и газов. Вредные вещества, содержащиеся в воздухе даже не в значительных концентрациях, способны проникать в организм человека различными путями с разнообразными клиническими проявлениями.
Если рассматривать отдельно электрическую промышленность, а в частности производство печатных плат, то нужно отметить, что в процессе их изготовления должны соблюдаться правила и положения, направленные на предотвращение загрязнения окружающей среды.
При изготовлении печатных плат ведется много работы в непосредственном контакте человека с лаками, щелочью, кислотами. Наиболее интенсивнее вредные вещества находятся в большом
количестве при выделении в процессе кислотного и щелочного травления. Для таких работ предназначены индивидуальные средства защиты. Чтобы хоть как–то компенсировать загрязнение природы, нужно соблюдать правила техники безопасности, законы и постановления, которые вплотную соприкасаются с требованиями охраны окружающей среды.
Для того чтобы снизить уровень загрязнения, хотя бы до минимально возможного уровня, необходимо применять специальное оборудование, например, для очистки вентиляционного воздуха необходимо использовать фильтры,
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
35 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
которые
нейтрализовали бы токсичные вещества.
В настоящее время микросхемы выпускаются миллионными сериями и вопрос о защите окружающей среды встает еще более остро, поэтому наиболее широкое распространение получило безотходное производство.
Для снижения промышленных выбросов необходимо искать новые технологические решения, с помощью которых был бы возможен переход на новые методы производства с минимальным загрязнением окружающей среды.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
36 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
9 Заключение
Рассматривая в данном курсовом проекте работу многофункционального арифметическо-логического устройства, я пришла к выводу, что АЛУ реализует важную часть процесса обработки данных. Заданием на курсовой проект являлось создание схемы многофункционального АЛУ. В результате работы были рассмотрены схемы обобщенной структуры АЛУ процессоров, построены структурная и принципиальная схемы, был произведен логический расчет, а также были рассчитаны потребляемая мощность, быстродействие и надежность схемы.
Исходя из задания, построена схема, для которой подобрана элементная база, выбраны параметры применяемых микросхем серии К155, К555 и К1533. В технологической части рассмотрены способы монтажа элементов на печатные платы.
Также в курсовом проекте были затронуты вопросы экологии и техники безопасности.
|
Изм. |
|
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
Лист |
|
37 |
|
КП.2201.3405111.ПЗ |
10 Список литературы
1.«Интегральные микросхемы»: Справочник / Б. В. Тарабрин, Л.Ф.Лунин, Ю. Н. Смирнов и др.; Под ред. Б. В. Тарабрина.– М.: 1985г.
2.Каган Б. М. «Электронные вычислительные машины и системы»: Учеб. пособие для вузов. – М.: 1991 г.
3.Нешумова К. А. «Электронные вычислительные машины и системы». Учеб. для техникумов спец. ЭВТ. – М.: 1989 г.
4.Нефедов А. В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги»: Справочник. Т. 2. – М.: 1997 г.
5.Нефедов А. В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги»: Справочник. Т. 5. – М.: 2000 г.
6.Нефедов А. В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги»: Справочник. Т. 10. – М.: 2001 г.
7.Орлов И. А. «Эксплуатация и ремонт ЭВМ, организация работы вычислительного центра»: Учебник для техникумов. – М. – 1989 г.