Программатор микроконтроллеров и микросхем памяти

1 Анализ технического задния

2 Обоснование схемы электрической структурной

3 Обоснование схемы электрической принципиальной

3.1 Выбор элементной базы.

3.2 Разработка принцип работы схемы электрической принципиальной

4 Технологическая часть

4.1 Технологическая подготовка производства

4.2 Разработка технологического процесса изготовления платы

5 Конструкторская часть

5.1 Конструкция платы программатора

5.2 Оценка технологичности программатора

6 Расчётная часть

6.1 Расчёт потребляемой мощности схемы

6.3 Расчёт надёжности

7 Экономическая часть

7.1 Экономическая себестоимость платы программатора

7.2 Капитальные затраты

7.3 Экономическая эффективность автоматизации процесса

8 Безопасность и экологичность внедрения программатора

8.1Анализ условий труда

8.2 Оптимизация условий труда

8.3Пожарная безопасность при сборке и монтаже проектируемого устройства

8.4 Экологическая оценка проекта

9 Экспериментальная часть

9.1 Методика работы с прибором

9.2 Описание меню программы Turbo

9.3 Описание работы с программным пакетом Uniprog Plus

Заключение

Список используемой литературы

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно — технического прогресса.

В обширной номенклатуре изделий электронной техники особое место занимает семейство программируемых микросхем. Их ускоренное развитие в настоящее время символизирует прогресс в микроэлектронике, которая является катализатором научно — технического прогресса в современном мире.

Возрастающий круг научно — технических работников сталкивается в своей практической деятельности с вопросами применения запоминающих и логических программируемых микросхем. Их использование в радиоэлектронной аппаратуре позволяет резко сократить сроки ее разработки и промышленного освоения; поднять на новый уровень технические характеристики.

Существует принципиальная необходимость использования программируемых микросхем в микро — процессорных устройствах и системах практически для всех областей народного хозяйства, таких, как гибкие производственные системы, системы управления различными технологическими процессами, персональные ЭВМ, бытовая аппаратура.

Характерной тенденцией развития элементной базы современной аппаратуры (РЭА) является быстрый рост степени интеграции. В этих условиях актуальной становится проблема ускорения разработки узлов аппаратуры, представляющих собой схемы с большой (БИС) и со сверхбольшой (СБИС) степенями интеграции.

Программируемые БИС в настоящее время широко распространены. Их основные преимущества перед другими изделиями микроэлектроники: регулярность структуры, функциональная наращиваемость, широкий диапазон реализуемых на их основе устройств с комбинационной логикой и конечных автоматов, программируемость структуры. При этом достигаются большая и сверхбольшая степени интеграции устройств на кристалле. Преимущество БИС — возможность автоматизации процесса проектирования приборов на их основе, аппаратного резервирования модификации реализуемых функций в большом диапазоне с минимальными затратами.

Область применения — от простейших программируемых комбинационных устройств до специализированных контроллеров.

Принцип необратимого изменения связей в интегральных микросхемах электрическим способом был впервые реализован фирмой Radiation (США) в 1996 г. в запоминающей матрице постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). В 1970 г. фирма Harris conductor (США) выпустила первое законченное программируемое ПЗУ (ППЗУ) емкостью 512 бит, а с 1972 г. началось массовое производство аналогичных ППЗУ многими ведущими фирмами. С 1976 г. развивается новый тип устройств с изменяемыми связями — БИС произвольной логики: программируемые логические матрицы, мультиплексоры т.п., однако

ППЗУ до сих пор остаются наиболее массовыми устройствами этого вида.

Программируемые ПЗУ являются результатом усовершенствования классической схемы полупроводникового ПЗУ с масочным программированием. Простейшее ПЗУ содержит запоминающую матрицу, состоящую из шин строк и столбцов, дешифраторы адреса строк и столбцов и усилители считывания.

Тема данного дипломного проекта заключается в изготовлении программатора микроконтроллеров и микросхем памяти, который позволяет программировать при различных напряжениях питания.

1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Разрабатываемый в дипломном проекте программатор микроконтроллеров и микросхем памяти предназначен для программирования микросхем при различных напряжениях питания, повышая, таким образом, надёжность процесса программирования. Это крайне необходимо в развитии современных технологий, так как без прошивки сейчас не обходится ни один микроконтроллер и не одна микросхема памяти, они не будут работать и нормально функционировать.

В течении проектирования следует уделить внимание способу связи программатора, выбрав интерфейс, который позволил бы устройству с лёгкостью взаимодействовать с любым компьютером, без вмешательства дополнительного оборудования.

На данный момент существует не малое количество программаторов, которые имеют большое количество характеристик и преимуществ, позволяющие их использовать при любых условиях, но все они

При разработке программатора следует учесть его использование в составе устаревших и недорогих ПЭВМ, что позволит обеспечить невысокую стоимость разработки. Необходимость разработки данного программатора вызвана тем, что имеющиеся подобные программируемые устройства вместе с соответствующим программным обеспечением достаточно дороги, разрабатываемый же программатор стоит значительно дешевле, и даст возможность использовать его любому пользователю, не имеющего средства для покупки дорогостоящего оборудования и программного обеспечения.

2 ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРНОЙ

В настоящее время с внедрением автоматизированных рабочих мест в организациях и учреждениях всё больше возникает потребность в недорогих приборах, которые ускоряют процесс производства на предприятии.

В настоящее время существует очень много электронной техники, имеющие в своём составе микроконтроллеры для управления процессами и микросхемы памяти для хранения программ и данных. Для того чтобы микросхемы работали, их необходимо запрограммировать. Для программирования этих микросхем требуется устройство, которое позволит это делать.

Проанализировав принцип работы и технические характеристики, было разработано устройство программирования — программатор микроконтроллеров и микросхем памяти. Программатор позволяет программировать микросхемы различных типов при различных значениях напряжения.

Разрабатываемый в данном дипломном проекте программатор микроконтроллеров и микросхем памяти будет работать в комплексе с ПЭВМ. Данная схема обеспечивает надёжное и доступное программирование микросхем памяти и микроконтроллеров любому пользователю не имеющих углублённых знаний в области электроники и компьютерной техники.

Устройство построено по принципу открытой архитектуры, что даёт возможность лёгкого подключения его к любому компьютеру имеющего параллельный LPT порт. Надежность процесса программирования определяется в первую очередь достоверностью реализации режимов программирования, исправностью аппаратуры программатора, надежностью связей с программируемой микросхемой. Надежность обеспечивается проведением тестового контроля аппаратуры программатора, программного обеспечения, параметров источников воздействий на зажимах связи с ПМ.

Программатор может работать, как совместно с IBM PC, так и автономно, когда после загрузки данных в энергонезависимую память программатора его можно отключить от компьютера и запрограммировать серию микросхем автономно, что позволяет при отказах и сбоях в работе аппаратуры, не приводить к нарушению процесса прошивания, ведущих к браку запрограммированных микросхем.

При выборе интерфейса нужно исходить из того, что разрабатываемый контроллер будет внешним по отношению к ПЭВМ.

Среди внешних цифровых интерфейсов наиболее распространены USB, FireWire, LPT-порт, RS-232 — реализуется COM-портом.

Шина USB обеспечивает высокую скорость передачи данных, но присутствует лишь на новых моделях ПЭВМ, кроме этого отечественной промышленностью не выпускается средств сопряжения с ним, при этом так же могут возникнуть трудности при разработке программного обеспечения для обмена данными по этой шине с разрабатываемым устройством. Тоже самое касается и шины FireWire.

LPT-порт является проверенным техническим решением и присутствует уже много лет на всех моделях ПЭВМ. Его достоинствами является простота

организации связи между устройствами удобство программирования и приемлемая скорость передачи данных. К недостаткам можно отнести лишь небольшую длину соединительного кабеля — не более 3-х метров.

Интерфейс RS-232 реализуемый COM-портом, так же как и LPT-порт имеется на всех моделях ПЭВМ, но его отличает от LPT-порта меньшая скорость передачи данных,

На основании вышеизложенного считаю, что наиболее оптимальным является cвязь разрабатываемого программатора с ПЭВМ через LPT-порт. Это обусловлено следующими причинами:

1) Простота подключения по сравнению со всеми другими интерфейсами;

2) Наличие подробной документации;

3) Возможность использования недорогих комплектующих;

4) Присутствие на всех моделях компьютеров.

Порт параллельного интерфейса или LPT-порт был введён в состав компьютера для подключения принтера и использовал для обмена данными интерфейс Centronics.

LPT-порт использует параллельный интерфейс передачи данных и логические уровни ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики), что ограничивает длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует. Передача данных через этот порт может быть как однонаправленной, так и двунаправленной в зависимости от модели адаптера порта.

Первую модификацию LPT-порта называют SPP (Standard Parallel Port). Он является однонаправленным портом, через который программно реализуется протокол обмена Centronics. Сигналы порта

выводятся на разъем DB-25S (розетка), установленный непосредственно на плате адаптера (или системной плате) или соединяемый с ней плоским шлейфом. Название и назначение сигналов разъема порта (таблица 1) соответствуют интерфейсу Centronics.

Сам адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода/вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания, обычно IRQ7 или IRQ5. Порт имеет внешнюю 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов,

BIOS поддерживает до четырех (иногда до трех) LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом-прерыванием INT 17h, обеспечивающим через них связь с принтером по интерфейсу Centronics. Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа (по опросу готовности, не используя аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и принтера, а также опрос состояния принтера.

Стандартный порт имеет три 8-битных регистра, расположенных по соседним адресам в пространстве ввода/вывода, начиная с базового адреса порта (BASE). Базовым адресом LPT-порта как правило бывает 378h.

Если в порт записать байт с единицами во всех разрядах, а на выходные

линии интерфейса через микросхемы с выходом типа «открытый коллектор» подать какой-либо код (или соединить ключами какие-то линии со схемной землей), то этот код может быть считан из того же регистра данных.

Таблица 1. Назначение сигналов.

Таким образом, на многих старых моделях адаптеров можно реализовать порт ввода дискретных сигналов, однако выходным цепям передатчика информации придется «бороться» с выходным током логической единицы выходных буферов адаптера. Схемотехника ТТЛ такие решения не запрещает, но если внешнее устройство выполнено на микросхемах КМОП, их мощности может не хватить для «победы» в этом шинном конфликте.

На некоторых адаптерах портов выходной буфер отключается перемычкой на плате. Тогда порт превращается в обыкновенный порт ввода.

Status Контроллер порта имеет три 8-битовых регистра:

1) DR (Data Register) — 8-битовый регистр вывода данных, содержимое которого выводится на линии Data [0:7] разъема, но тот же регистр позволяет и принимать данные с линий Data [0:7]: если в регистр DR записать все единицы, а на контакты 2−9 разъема LPT-порта подать какой-либо код, то регистр DR запомнит этот код без всякого строба. Адрес регистра = базовому;

2) SR (Status Register) — 5-битовый регистр ввода состояния принтера, принимает сигналы Select, PaperEnd, Ack и Busy соответственно. Адрес регистра = базовому +1;

3) CR (Control Register) — 4-битовый регистр управления, вырабатывает сигналы Strobe#, Auto LF#, Init#, и Slct In#, соответственно. Подобно регистру данных позволяет и прием данных с разъема интерфейса Стандартный порт асимметричен — при наличии 12 линий, нормально работающих на вывод, на ввод работают только 5 линий состояния.

Недостатки стандартного порта частично устраняли новые модификации LPT-порта, появившиеся в компьютерах PS/2.

Начиная с ПЭВМ модели PS/2 порты стали иметь возможность в режиме двунаправленного порта 1 (Type 1 parallel port). Такой порт кроме стандартного режима может работать в режиме ввода или двунаправленном режиме. Протокол обмена формируется программно, а для указания направления передачи в регистр управления порта введен специальный бит CR.5:0 — буфер данных работает на вывод, 1 — на ввод. Этот порт не следует путать с EPP. Главной особенностью этого порта является то, что теперь стало возможным считывать информацию с линий регистра данных LPT-порта. Для этого достаточно лишь установить в единицу бит 5 регистра состояния LPT-порта.

Теперь регистр данных LPT-порта может, как считывать, так и записывать информацию, производя полноценный обмен данными.

Из ранее изложенного следует отметить так же наличие в регистре управления LPT-порта четырёх линий, которые могут работать на вывод информации. Это сигналы: Strobe, Select, AutoLF, Init, из которых первые три инверсные. Эти сигналы можно будет использовать в качестве сигналов управления для разрабатываемого устройства связи, которые будут сопровождать передачу данных.

В настоящее время имеется большое количество и других модификаций LPT-порта поддерживающих более функциональные режимы передачи данных, такие как EPP, ECP. Но ознакомившись с ними, я пришёл к выводу, что они менее чем ранее рассмотренные режимы, подходят для реализации интерфейса с разрабатываемым контроллером сигнализации. По этой причине в своём проекте я их не рассматриваю.

На структурной схеме, представленной на чертеже АКВТ.230 101.ДП00.14Э1, показан программатор, подключённый в компьютеру и разбитый на блоки.

Формирователь сигналов IBM представляет собой шинный формирователь, который пропускает сигналы с шины данных IBM (выходные сигналы регистра данных последовательного порта) на внутреннюю шину программатора, когда сигнал XA имеет нулевое значение. По положительному фронту сигнала XA в регистре управляющих сигналов запоминаются управляющие сигналы, которые поступают по той же шине IBM. Четыре управляющих сигнала (RD, WR, XA и OUT_HI) являются выходными сигналами регистра управления последовательного порта.

Информация для прожигания ячейки ПЗУ (адрес и данные), поступающая с шины данных IBM, запоминается в регистре адреса и регистре данных. Распределение информации по регистрам осуществляется путем программирования соответствующих управляющих сигналов.

Сигналы с выходов регистра адреса и регистра данных подаются непосредственно на микросхему ПЗУ. Кроме того, на нее поступают от одного до четырех сигналов с управляемых блоков питания. Напряжения на выходах этих блоков питания задаются информацией, записываемой в соответствующие регистры. Эта информация поступает с IBM точно так же, как данные для прожигания ячейки ПЗУ (через шинный формирователь IBM), а управляющие сигналы обеспечивают запись этой информации в соответствующие регистры.

Для чтения информации из ячейки ПЗУ сначала из IBM поступает адрес ячейки, который запоминается в регистре адреса, а затем управляющие сигналы открывают формирователь сигналов данных ПЗУ, пропуская информацию с шины данных ПЗУ на внутреннюю шину программатора. Сигнал MODE_OUT при открытом формирователе сигналов данных ПЗУ должен иметь единичное значение, отключающее формирователь сигналов IBM от внутренней шины программатора.

Чтение байта данных с внутренней шины программатора в IBM осуществляется через коммутатор в 2 этапа (по 4 бита), т.к. у последовательного порта IBM только 5 входных сигналов (входы регистра состояния). Подключение к выходу коммутатора старшего полубайта осуществляется при единичном значении сигнала OUT_HI, а при нулевом значении этого сигнала на выход коммутатора проходят сигналы младшего полубайта.

Формирователь сигналов адреса предназначен для считывания с ПЗУ младшего байта адреса. Это требуется для микросхем ПЗУ с общей 16-разрядной шиной для адреса и данных (например, КМ1801РР1). Шина адреса и данных этих микросхем является мультиплексированной (т.е. по ней сначала передается адрес, затем данные) и двунаправленной (при чтении из микросхемы данные передаются в обратную сторону). Для таких микросхем шина адреса/данных подключается к сигналам A0… A7, D0… D7 программатора, которые тоже являются двунаправленными.

Формирователь сигнала KROSS предназначен для идентификации кросс-платы. Сигнал KROSS, поступающий на формирователь с кросс-платы, скоммутирован на каждой кросс-плате с одним из разрядов адреса и поэтому повторяет значение этого разряда. Записывая в регистр адреса адрес с нулевым битом в определенном разряде, программа проверяет, соответствует ли подключенная кросс-плата микросхеме ПЗУ, выбранной пользователем.

3 ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

3.1 Выбор элементной базы.

Выбор элементной базы производится исходя из задания на разработку, то есть исходя из основного назначения и критериям на проектирование.

Для конкретного выбора элементной базы необходимо рассмотреть несколько различных серий. Наиболее широкое распространение в современной аппаратуре получили серии микросхем ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ и схемы на КМОП — структурах. Опят показал, что эти цифровые микросхемы отличаются лучшими электрическими параметрами, удобны в применении, имеют более высокий уровень интеграции и обладают большим функциональным разнообразием. На основании вышесказанного составим сравнительную таблицу 2 некоторых электрических параметров этих серий.

Таблица 2

Сравнительная характеристика электрических параметров

Цифровые микросхемы развивались в следующей последовательности: резистивно-транзисторная логика (РТЛ), диодно-транзисторная логика (ДТЛ), транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ), транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки (ТТЛШ). В этих определениях слово «логика» подразумевает понятие «электронных ключ».

Все перечисленные выше микросхемы выполнены на базе биполярных транзисторов. Наряду с ними широкое распространение получили микросхемы на МОП — структурах (на транзисторах ри п-типов с обогащённым каналом, КМОП — схемы на дополняющих транзистора). Серии РТЛ, РЕТЛ

промышленностью в настоящее время не выпускаются, но ещё используются только для комплектации в серийной РЭА. Наиболее широкое распространение в современной аппаратуре получили серии микросхем ТТЛШ, ЭСЛ и схемы на КМОП-структурах, так как ни отличаются более высоким уровнем интеграции и обладают большим функциональным разнообразием.

Параметры микросхем конкретной серии в основном определяются параметрами базовых элементов логики. К основным параметра относятся:

1) Быстродействие.

Быстродействие определяется динамическими параметрами цифровых микросхем, к которым относятся:

t1,0 — время переходя сигнала на выходе микросхемы из состояния логической «1» в состояние логического «0»;

t0,1 — время перехода из состояния низкого уровня в состояние высокого;

t1,0зд — время задержки включения;

t0,1зд — время задержки выключения;

t1,0здр — время задержки распространия при включении;

t0.1здр — время задержки распространия при выключении;

tздрср — среднее время задержки распространения сигнала является усреднённым параметром быстродействия микросхемы, используемым при расчёте временных характеристик последовательно включённых цифровых микросхем. Среднее время задержки определяется по формуле 1.

tздрср = 0.5*(t1,0здр + t0.1здр) (1)

fp — рабочая частота.

2) Потребляемая мощность.

В зависимости от технологии микросхем, мощности, потребляемые при состоянии логического «0» и «1» могут отличаться. Поэтому мощность, потребляемая логическими элементами в динамическом режиме, определяется по формуле 2.

Рпотср = 0,5(Р0пот + Р1пот) (2)

где Р0пот — мощность потребляемая микросхемой при состоянии выхода «0»;

Р1пот — мощность при выходном состоянии «1».

Некоторые логические элементы кроме статической средней мощности характеризуются мощностью, потребляемой на максимальной частоте переключения, когда токи в цепях питания возрастают во много раз к таким схемам относятся микросхемы КМОП технологии, которые потребляют микроамперы, если нет переключающих сигналов.

Допустимы уровень напряжения помехи логического элемента определяется уровнем входного напряжения, при котором ещё не происходит ложное срабатывание микросхемы.

3) Помехоустойчивость.

В статическом режиме помехоустойчивость определяется по низкому U0пом и высокому U1пом уровням. Значения U0пом и U1пом определяют с помощью передаточных характеристик. Помехоустойчивость в динамическом режиме зависит от длительности, амплитуды и формы импульса помех, а так же от запаса статистической помехоустойчивости и скорости переключения логического элемента.

4) Коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность) Краз.

Определяет число входов аналогичных элементов, которое может быть подключено к выходу предыдущего элемента без нарушения его работоспособности. С увеличением нагрузочной способности разширяются возможности применения цифровых микросхем и уменьшается число корпусов в разрабатываемом устройстве. Но при этом ухудшаются помехоустойчивость и быстродействие микросхемы и возрастает потребляемая мощность.

5) Коэффициент объединения по входу Коб.

Определяет максимальное число входов цифровых микросхем.

Рассмотрим недостатки и преимущества ТТЛ, КМОП и ЭСЛ логики:

1) Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки (ТТЛШ).

Достоинства:

— Высокое быстродействие;

— Обширная номенклатура;

— Хорошая помехоустойчивость.

Недостаток: Микросхемы обладают большой потребляемой мощностью.

Поэтому на смену микросхемам серии 155 и т. д. выпускают микросхемы К555, принципиальное отличие которых — использование транзисторов с коллекторными переходами зашунтированными диодами Шоттки. В результате транзисторы микросхем серии К555 не входят в насыщение, что существенно уменьшает задержку выключения транзисторов. К тому же они значительно меньше размеров, что уменьшает ёмкости их р-n-переходов. В результате при незначительном увеличении быстродействия микросхем серии К555 на уровне серии К155 удалось уменьшить её потребляемую мощность примерно в 4…5 раз.

2) МОП транзисторная логика (МОПТЛ), МОП (МДТ) — металл-окисел (диэлектрик) — полупроводник.

Достоинства:

— Большая помехоустойчивость;

— Высокая нагрузочная способность;

— Высокая степень интеграции.

Недостаток: Низкое быстродействие.

3)МОП транзисторная логика на комплиментарных ключах (КМОПТЛ).

Достоинства:

— Выше быстродействие, по сравнению с МОПТЛ;

— Меньше напряжение питания (Uпит);

— Большая степень интеграции.

Недостаток: Быстродействие меньше, чем у ЭСЛ, но по мере развития технологий этот недостаток устраняется.

4) Эмитторно-связная логика (ЭСЛ).

Достоинства:

— Высокое быстродействие (малое время задержки распространения сигнала);

— Применение на выходах эмиттерных повторителей обеспечивает ускорение процесса перезарядки ёмкостей, подключённым к выходам;

— Улучшение частоты характеристики транзисторов;

— Высокая нагрузочная способность;

— Широкие логически 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.

Проанализировав информацию и сопоставить данные с заданием, можно сказать, что для дипломного проекта отдадим предпочтение более быстродействующим сериям ТТЛШ и КМОП. Отметим также, цифровые микросхемы ТТЛШ остаются основой построения вычислительных устройств, а также эта серия отличается наибольшим диапазоном выбора микросхем. Широкое применение получили микросхемы, в которых используются диоды и транзисторы с эффектом Шотки. Использование диодов Шотки позволило уменьшить потребляемую мощность и время задержек. К достоинствам КМОП микросхем можно отнести высокое быстродействие, меньшее напряжение питания (Uпит), большая степень интеграции. Также микросхем ТТЛШ и КМОП серий отличает широкий функциональный набор элементов.

3.1.1 Микросхемы.

1) Микросхема К555АП5 (DD19) представляет собой два четырёхканальных формирователя с тремя состояниями на выходе. Содержит 232 интегральных элемента. Корпус типа 201.16−8, масса не более 3,6 г. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 УГО К555П5

Назначение выходов: 1 — вход разрешения передачи информации E1; 2 — вход нулевого разряда D1.0; 3 — выход третьего разряда Z2.3 (три состояния); 4 — вход первого разряда D1.1; 5 — выход второго разряда Z2.2 (три состояния); 6 — вход второго разряда D1.2; 7 — выход первого разряда Z2.1 (три состояния); 8 — вход третьего разряда D1.3; 9 — выход нулевого разряда Z2.0 (три состояния); 10 — общий; 11 — вход нулевого разряда D2.0; 12 — выход третьего разряда Z1.3

(три состояния); 13 — вход первого разряда D2.1; 14 — выход второго разряда Z2.1 (три состояния); 15 — вход второго разряда D2.2; 16 — выход первого разряда Z1.1 (три состояния); 17 — вход третьего разряда D2.3; 18 — выход нулевого разряда Z1.0 (три состояния); 19 — вход разрешения передачи информации E2; 20 — напряжение питания.

Таблица 3. Таблица истинности

Электрические параметры Номинальное напряжение питания 5 В ± 5%;

Выходное напряжение низкого уровня:? 0,5В;

Выходное напряжение высокого уровня:? 2В;

Ток потребления при низком уровне выходного напряжения:? 46 мА;

Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения:? 23 мА;

Ток потребления при включённом состоянии выходов:? 54 мА;

Входной ток низкого уровня:? |-20| мА;

Входной ток высокого уровня:? 20 мкА;

Выходной ток выключенного состояния низкого уровня:? |-20| мкА;

Выходной ток выключенного состояния высокого уровня:? 20 мкА;

Ток короткого замыкания: −225…−40 мА;

Потребляемая мощность: 297 мВт;

Время задержки распространения сигнала при переходе из состояния высокого уровня в состояние низкого уровня от входа D до выхода Z:? 18 нс;

Время задержки распространения сигнала при переходе из состояния низкого уровня в состояние высокого уровня от входа D до выхода Z:? 18 нс;

Время задержки распространения сигнала при переходе из выключенного состояния в состояние низкого уровня от входа E1 до выхода Z и от входа E2 до выхода Z:? 30нс Время задержки распространения сигнала при переходе из состояния низкого уровня в выключенное состояние от входа E1 до выхода Z и от входа E2 до выхода Z:? 35 нс;

Время задержки распространения сигнала при переходе из выключенного состояния в состояние высокого уровня от входа E1 до выхода Z и от входа E2 до выхода Z:? 23нс Время задержки распространения сигнала при переходе из состояния высокого уровня в выключенное состояние от входа E1 до выхода Z и от входа E2 до выхода Z:? 45 нс;

Коэффициент разветвления по выходу: 60.

2) Микросхема К555АП6 (DD1) представляет собой восьмиканальный двунаправленный формирователь с тремя состояниями на выходе. Содержит 230 интегральных элементов. Корпус типа 201.16−8, масса не более 3,6 г. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 2.

Рисунок 2 УГО К555АП6

Назначение выходов: 1 — вход выбора данных SED0/D1; 2 — вход/выход первого канала шины D0 (три состояния); 3 — вход/выход второго канала шины D0 (три состояния); 4 — вход/выход третьего канала шины D0 (три состояния); 5 — вход/выход четвёртого канала шины D0 (три состояния); 6 — вход/выход пятого канала шины D0 (три состояния); 7 — вход/выход шестого канала шины D0 (три состояния); 8 — вход/выход седьмого канала шины D0 (три состояния); 9 — Вход/выход восьмого канала шины D0 (три состояния); 10 — общий; 11 — Вход/выход восьмого канала шины D1 (три состояния);

12 — вход/выход седьмого канала шины D1 (три состояния); 13 — вход/выход шестого канала шины D1 (три состояния); 14 — вход/выход пятого канала шины D1 (три состояния); 15 — вход/выход четвёртого канала шины D1 (три состояния); 16 — вход/выход третьего канала шины D1 (три состояния); 17 — вход/выход второго канала шины D1 (три состояния); 18 — вход/выход первого канала шины D1 (три состояния); 19 — вход разрешения состояния высокого импеданса; 20 — напряжение питания.

Таблица 4. Таблица истинности.

Электрические параметры Номинальное напряжение питания 5 В ± 5%;

Выходное напряжение низкого уровня:? 0,5В;

Выходное напряжение высокого уровня:? 2В;

Ток потребления при низком уровне выходного напряжения:? 90 мА;

Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения:? 70 мА;

Ток потребления при включённом состоянии выходов:? 95 мА;

Входной ток низкого уровня:? |-0,2| мА;

Входной ток высокого уровня:? 20 мкА;

Выходной ток выключенного состояния низкого уровня:? |-20| мкА;

Выходной ток выключенного состояния высокого уровня:? 20 мкА;

Потребляемая мощность: 473 мВт;

Время задержки распространения сигнала при переходе из состояния высокого (низкого) уровня в состояние низкого (высокого) уровня напряжения от входа шины D0 до выхода Z0 и от входа D1 до выхода Z1:? 18 нс;

Время задержки распространения сигнала при переходе из выключенного состояния в состояние низкого (высокого) уровня напряжения на выходе Z1, Z0 от входа разрешения состояния высокого импеданса EZ: ?40нс;

Время задержки распространения сигнала при переходе из состояния низкого уровня (высокого) в выключенное состояние на выходе Z1, Z0 от входа разрешения состояния высокого импеданса EZ:? 45 нс;

Коэффициент разветвления по выходу: 60.

3) Микросхема К555ИР23 (DD3) представляет собой синхронный регистр восьмиразрядный буферный с инверсный (импульсным) управлением с начальной установкой информации. Выходы имеют 3 состояния. Содержит 365 интегральных элементов. Корпус типа 238.16−1, масса не более 3.6 г. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 УГО К555ИР23

Назначение выводов: 1- вход разрешения считывания ER; 2 — выход первого разряда (три состояния) Q1; 3 — вход информационный первого разряда D1; 4 — вход информационный второго разряда D2; 5 — выход второго разряда Q2 (три состояния); 6 — выход третьего разряда Q3 (три состояния); 7 — вход информационный третьего разряда D3; 8 — вход информационный четвёртого разряда D4; 9 — выход четвёртого разряда Q4 (три состояния); 10 — общий; 11 — вход синхронизации С; 12 — выход пятого разряда (три состояния) Q5; 13 — вход информационный шестого разряда D5; 14 — вход информационный шестого разряда Q6; 15 — выход шестого разряда Q6 (три состояния); 16 — выход седьмого разряда Q7; 18 — вход информационный восьмого разряда D8; 19 — выход восьмого разряда Q8 (три состояния); 20 — напряжение питания.

Таблица 5. Таблица истинности

Электрические параметры Номинальное напряжение питания 5 В ± 5%;

Выходное напряжение низкого уровня:? 0,5В;

Выходное напряжение высокого уровня:? 2,4В;

Ток потребления:? 45 мА;

Входной ток низкого уровня:? |-0,4| мА;

Входной ток высокого уровня:? 20 мкА;

Выходной ток в состоянии «выключено»:? |-20| мкА;

Потребляемая мощность: 210 мВт;

Время задержки распространения сигнала при выключении от входа С до выхода Q:? 28 нс;

Время задержки распространения сигнала при включении от входа С до выхода Q:? 34 нс;

Время задержки распространения сигнала при переходе из выключенного состояния в низкий уровень от входа ER До выхода Q:? 31 нс;

Время задержки распространения сигнала при переходе из выключенного состояния в высокий уровень от входа ER До выхода Q:? 28 нс;

Время задержки распространения при переходе из низкого уровня в выключенное состояние от входа ER До выхода Q:? 31 нс;

Время задержки распространения при переходе из высокого уровня в выключенное состояние от входа ER До выхода Q:? 32 нс;

Коэффициент разветвления по выходу: 30.

4) Микросхема К555КП11 представляет собой четырёхразрядный селектор 2−1 без инверсии с тремя устойчивыми состояниями. Содержит 133 инверсных элементов. Корпус типа 238.16−2, масса не более 1,2 г. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 4.

Рисунок 4 УГОК555КП11

Назначение входов: 1 — вход выборки канала V; 2 — вход A0; 3 — вход B0; 4 — выход Y0; 5 — вход A1; 6 — вход B1; 7 — выход Y1; 8 — общий; 9 — выход Y2; 10 — вход B2; 11 — вход A2; 12 — выход Y3; 13 — вход B3; 14 — вход F3; 15 — вход разрешения разряда W; 16 — напряжение питания.

Таблица 6. Таблица истинности

Электрические параметры Номинальное напряжение питания 5 В ± 5%;

Выходное напряжение низкого уровня:? 0,48В;? 0,5В;

Выходное напряжение высокого уровня:? 2,5В;? 2,4В;

Ток потребления при низком уровне выходного напряжения:? 13,6 мА;

Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения:? 9,7мА;

Ток потребления в состоянии «выключено»:? 14,5 мА;

Входной ток низкого уровня по выводу 1:? |-0,76| мА;

Входной ток низкого уровня по выводу 2, 3, 5, 6,10,11,13, 14, 15:? |-0,38|мА;

Входной ток высокого уровня по выводу 1:? 6 мкА;

Входной ток высокого уровня по выводу, 3, 5, 6,10,11,13, 14, 15:? 3 мкА;

Выходной ток низкого уровня в состоянии «выключено»:? |-3| мкА;

Выходной ток высокого уровня в состоянии «выключено»:? 3 мкА;

Потребляемая мощность: 55 мВт;

Время задержки распространения при включении (выключении) по выводам 1, 2, 3, 4, 7, 9, 12:? 21 нс;

Время задержки перехода из состояния низкого уровня в третье состояние по выводам от 15 до 4, 7, 9, 12:? 31 нс;

Время задержки перехода из состояния высокого уровня в третье состояние по выводам от 15 до 4, 7, 9, 12:? 41 нс;

Время задержки перехода из третьего состояния в состояние низкого (высокого) уровня по выводам от 15 до 4, 7, 9, 12:? 30 нс;

Коэффициент разветвления по выходу: 20.

5) Микросхема К555ЛА13(DD12, DD20) представляет собой четыре логических буферных элемента 2И-НЕ с открытым коллектором. Содержит 48 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. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 УГО К555ЛА13

Назначение выводов: 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13 — входы; 3, 6, 8, 11 — выходы; 7 — общий; 14 — напряжение питания.

Таблица 7. Таблица истинности

Электрические параметры Номинальное напряжение питания 5 В ± 5%;

Выходное напряжение низкого уровня при /?вых = 12 мА:? 0,4 В;

Выходное напряжение низкого уровня при /?вых = 24 мА:? 0,5 В;

Ток потребления при низком уровне выходного напряжения:? 2 мА;

Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения:? 12мА;

Входной ток низкого уровня:? |-0,4| мА;

Входной ток высокого уровня:? 20 мкА;

Выходной ток высокого уровня:? 0,25 мкА;

Потребляемая мощность: 36,7 мВт;

Время задержки распространения при включении:? 28 нс;

Время задержки распространения при выключении:? 32 нс;

Коэффициент разветвления по выходу: 60.

Предельно допустимые режимы эксплуатации Максимальное входное напряжение низкого уровня: 0,4 В;

Минимально входное напряжение высокого уровня: 2,7 В;

Максимальный выходной ток высокого уровня: 0,25 мА;

Максимальный выходной ток низкого уровня при U? вых = 0,4 В: 12 мА;

Максимальный выходной ток низкого уровня при U? вых = 0,5 В: 24 мА;

Температура окружающей среды: −10…+70 ?С

6) Микросхема К555ЛН3 (DD4, DD9−18, DD22, DD23) представляет собой шесть инверторов с открытым коллекторным выходом. Содержат 42 интегральных элемента. Корпус типа 201.14−1, масса не более 1 г. и 201.14−8, масса на более 2,3 г. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 6.

Рисунок 6 УГО К555ЛН3

Назначение выходов: 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.

Электрические параметры Номинальное напряжение питания 5 В ± 5%;

Выходное напряжение низкого уровня:? 0,5 В;

Ток потребления при низком уровне выходного напряжения:? 6,6 мА;

Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения:? 2,4мА;

Входной ток низкого уровня:? |-0,36| мА;

Входной ток высокого уровня:? 20 мкА;

Ток утечки на выходе:? 100 мкА;

Потребляемая мощность: 23,63 мВт;

Время задержки распространения сигнала при включении:? 28 нс;

Время задержки распространения сигнала при выключении:? 32 нс;

Коэффициент разветвления по выходу: 20.

7) Микросхема К572ПА1А (DA1-DA4) представляет собой 10-разрядный умножающий цифро-аналоговый преобразователь. Предназначены для преобразования 10-разрядного прямого параллельного двоичного кода на цифровых входах и ток на аналоговом выходе, который пропорционален значениям кода и опорного напряжения. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 7.

Рисунок 7 УГО К572ПА1А В состав ИС входят резисторная матрица типа R-2R, усилители-инверторы для управления токовыми ключами и токовые двухпозиционные ключи. Для работы в режиме с выходом по напряжению подключаются внешние источники опорного напряжения (ИОН) и операционный усилитель с целью отрицательной обратной связи, работающей в режиме суммирования токов. Содержат 144 интегральных элемента. Корпус типа 201.16−8, масса не более 2 г. и 238.16−1, масса не более 1,2 г.

Назначение выводов: 1 — аналоговый выход 1; 2 — аналоговый выход 2; 3 — общий; 4 — цифровой вход 1 (старший разряд); 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 — цифровые входы 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9; 13 — цифровой вход 10 (младший разряд); 14 — напряжение питания; 15 — опорное напряжение; 16 — выход резистора обратной связи.

Электрические параметры Номинальное напряжение питания 15 В ± 10%;

Ток потребления:? 2 мА;

Ток утечки на выходе:? 200 нА;

Среднее значение входного тока по цифровым входам:? 1 мкА;

Входной ток при Uоп = 10 В:? 2 мА;

Дифференциальная нелинейность от полной шкалы (ПШ): -0,1…+0,1%ПШ;

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы: −30…+30%ПШ;

Время установления выходного тока:? 5 мкс.

Предельно допустимые режимы эксплуатации Напряжение питания: 13,5…16,5 В;

Опорное напряжение: 10,22…10,26 В;

Входное напряжение высокого уровня: 3,6…Uп В;

Входное напряжение низкого уровня: 0…0,8 В;

Температура окружающей среды: −10…+70 ?С.

Порядок подачи режимов на ИС: потенциал земли, напряжение питания, опорное напряжение, напряжение на цифровые входы. Порядок снятия режимов должен быть обратным. Для входных напряжений менее 5,5 В порядок подачи режимов произвольный.

Опорное напряжение может быть задано любой полярности и формы.

Незадействованные цифровые входы должны быть соединены с землёй или объединены с другими входами На выходы 1 и 2 не рекомендуется подавать напряжение менее |-100| мВ и более Uп. На выводы ИС, кроме выводов 1, 2 и 15, не рекомендуется подавать напряжение менее 0 В и более Uп.

8) Микросхема КР574УД2А (DD23, DD24) представляет собой сдвоенный операционный усилитель средней точности с большим входным сопротивлением. Применяются для создания активных фильтров, повторителей, интеграторов, суммирующих усилителей, схем дискретизации, входных усилителей датчиков различных физических величин. Не имеют внутренней частотной коррекции. Содержат 74 интегральных элемента. Корпус типа 301.8 — 2, масса не более 1,5 г и 2101.8 — 2, масса не более 1 г. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 8.

Рисунок 8 УГО КР574УД2А Назначение выходов: 1 — вход инвертирующий; 2 — вход не инвертирующий; 3 — напряжение питания (+Uп); 4 — вход не инвертирующий; 5 — вход инвертирующий 2; 6 — выход; 7 — напряжение питания (- Uп); 8 — выход .

Электрические параметры Номинальное напряжение питания: ± 15В;

Максимальное выходное напряжение при Rн? 10 кОм:? 10 В;

Напряжение смещения нуля (при Rн? 10 кОм):? 50 мА;

Номинальное напряжение шума при f = 1 кГц, Rг = 0:? 150 нВ/Гц;

Ток потребления:? 5 мА;

Входной ток:? 1 нА;

Разность входных токов:? 5 нА;

Коэффициент усиления напряжения при Rн? 10 кОм:? 25*10?;

Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений:? 60 дБ;

Максимальная скорость нарастания:? 5 В/мкс;

Частота единичного усиления:? 1 МГц.

Предельно допустимые режимы эксплуатации Напряжение питания: ±13,5…±16,5 В;

Синфазное входное напряжение: 5 В;

Входное напряжение: ±10 В;

Рассеивающая мощность? 350 мВт;

Сопротивление нагрузки:? 10 кОм;

Температура окружающей среды: −45…+70 ?С.

9) Микросхема представляет КР580ВВ55А (DD5-DD8) собой программируемый параллельный интерфейс. Применяет ся в качестве элемента ввода/вывода общего назначения, сопрягающего различные типы переферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации. Обмени информацией осуществляеться через 8 — разрядный двунаправленный трёхстабильный канал данных (D). Для связи с переферийными устройствами используются 24 линии ввода/вывода, сгруппированные в три 8-разрядных канала (ВА, ВВ, ВС), направление передачи информации и режим работы которых определяются программным способом. Содержит 1600 интегральных элементов. Корпус типа 201.16−8 масса не более 6 г. Условно графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 9.

Рисунок 9 УГОК580BB55А Назначение выводов: 1, 2, 3, 4 — входы/выходы канала А; 5 — чтение информации; 6 — выбор микросхемы; 7 — общий; 8, 9 — адрес (младшие разряды); 10…17 — входы/выходы канала С; 18, 19,20, 21, 22, 23, 24, 25 — входы/выходы канала В; 26 — напряжение питания; 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 — входы/выходы канала данных; 35 — установка и исходное состояние; 36 — запись информации; 37, 38, 39, 40 — входы/выходы канала А.

Электрические параметры Номинальное напряжение питания 5 В ± 5%;

Выходное напряжение высокого уровня по каналам А, В, С, D:? 2,4 В;

Выходное напряжение низкого уровня по каналам А, В, С, D:? 0,45 В;

Ток потребления:? 120 мА;

Выходной ток к состоянии «выключено»:? 10мА;

Ток утечки по управляющим входам:? |-10| мкА Входной ток высокого уровня по каналам В и С: −1…−4 мА;

Время установления данных D7… D0 относительно сигнала RD:? 250 нс;

Длительность сигнала RD:? 300 нс;

Длительность сигнала WR:? 400 нс;

Время установления адреса А1, А0 и сигнала CS относительно сигнала WR: 0 нс;

Время сохранения канала ВА, ВВ относительно сигнала WR:? 350 нс;

Предельно допустимые режимы эксплуатации Максимальное напряжение питания: 5,25 В;

Максимальное напряжение на вводах высокого уровня: 5,25 В;

Максимальное напряжение на выводах низкого уровня: 0,8 В;

Максимальный выходной ток высокого уровня: |-0,2| мА;

Максимальный выходной ток низкого уровня: 1,7 мА;

Максимальная ёмкость нагрузки: 190 пФ;

Температура окружающей среды: −10…+70 ?С.

3.1.2 Транзисторы.

Транзимстор — трёхэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

Вся современная цифровая техника построена, в основном, на полевых МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторах (МОПТ), как более экономичных, по сравнению с БТ, элементах. Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) — транзисторы. Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем памяти, процессора, логики и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 32 нм. На одном современном чипе (обычно размером 1—2 см?) размещаются несколько (пока единицы) миллиардов МОПТ. На протяжении 60 лет происходит уменьшение размеров (миниатюризация) МОПТ и увеличение их количества на одном чипе (степень интеграции), в ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение степени интеграции транзисторов на чипе. Уменьшение размеров МОПТ приводит также к повышению быстродействия процессоров. Каждую секунду сегодня в мире изготавливается полмиллиарда МОП — транзисторов.

Характеристики выбранных биполярных транзисторов представлены в таблице 8.

Таблица 8. Характеристики биполярных транзисторов

Условные обозначения электрических параметров биполярных транзисторов:

B1-B2/Iк статический коэффициент передачи тока

Fт предельная частота коэффициента передачи тока

Iко обратный ток коллектора

Uкб максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база

Uэб максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база

Uкэ/R максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ) при заданной величине сопротивления, включенного между базой и эмиттером ®

Iбм предельно допустимый постоянный ток базы

Iкм/Iкнас предельно допустимый постоянный (Iкм) ток коллектора предельно допустимый ток коллектора в режиме насыщения (Iкнас)или в импульсе

Pк максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе

Pк/Pт максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на транзисторе без теплоотвода (Pк) и с теплоотводом (Pт).

Rпк тепловое сопротивление перехода коллектор-корпус транзистора Корпус биполярного транзистора КТ361Г (VT1-VT9, VT14-VT21, VT26-VT29) представлен на рисунке 11:

Рисунок 11 Корпус КТ361Г Корпус биполярного транзистора КТ805АМ (VT34, VT36, VT38, VT40) представлен на рисунке 12:

Рисунок 12 Корпус КТ805АМ Корпус биполярных транзисторов КТ814Б (VT10-VT13, VT22-VT25), КТ972А (VT30-VT33), КТ973А (VT35, VT37, VT39, VT 41) представлен на рисунке 13:

Рисунок 12 Корпус КТ814Б, КТ972А, КТ973А

3.1.3 Резисторы.

Резистор — пассивный элемент электрической цепи.

Резисторы классифицируются на:

— постоянные резисторы, сопротивление которых не регулируется;

— переменные регулируемые резисторы (потенциометры, реостаты, подстроечные резисторы);

— нелинейные, которые не являются обычными резисторами из-за нелинейности ВАХ;

— терморезисторы с большой зависимостью сопротивления от температуры;

— фоторезисторы, сопротивление зависит от освещённости;

— тензорезисторы, сопротивление зависит от деформации резистора;

— магниторезисторы и др.

По используемому материалу резисторы классифицируются на:

1) Проволочные резисторы. Представляют собой кусок проволоки с высоким удельным сопротивлением намотанный на какой-либо каркас. Могут иметь значительную паразитную индуктивность. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода.