Рис. 1.4 Расчет параметров цифрового устройства
Произведем расчет таких параметров цифрового устройства, как энергопотребление (потребляемая мощность) и быстродействие
Таблица. Расчет потребляемой мощности цифрового устройства
ИМСКол-во корпусов
Потребляемый ток, мк
АНапряжение питания, ВПотребляемая мощность, мВтК564ТМ212 050,1К564ЛА72 550,05К564ЛА91 550,025К564ИЕ1 422 050,2К564ИД521 050,1К564ТЛ113 050,15Итого0,625Быстродействие устройства оценим по самому длинному пути — это DD1.1 -DD2.1 -DD2.2 -DD4 -DD5 -DD8.Общее время задержки можно выразить формулойtзад = tК564ТМ2+tК564ЛА7+tК564ЛА7+tК564ИЕ14+tК564ИЕ14+tК564ИД5+tК564ТЛ1tзад = 420+90+90+880+880+1200 + 600 = 4160 нс = 4,16 мкс. Таким образом, разработанное устройство имеет следующие параметры
Потребляемая мощность 0,625 мВтБыстродействие 4,16 мкс.
2 Проектно-технологическая разработка цифрового устройства2.
1 Обоснование выбора конструкции цифрового устройства
Блок проектируемого цифрового устройства выполнен в виде блока, оригинальной конструкции. Корпус блока выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда. Окончательные габаритные размеры 110×110×30. Корпус состоит из основания и крышки. Основание и верхняя крышка, выполнены из ударопрочного материала. Толщина стенок 2 мм. На дне основания расположена печатная плата, которая прикреплена к нему с помощью резьбовых втулок.
На задней стенке имеется симметричное отверстие, предназначенное для выводов проводов. Провод предназначен для соединения устройства с сетью 220 В. На дне основания предусмотрены ножки и вентиляционные отверстия. Верхняя крышка имеет прямоугольную форму. Напротив индикаторов в крышке предусмотрено прямоугольное отверстие, в которое вклеена пластина из прозрачного органического стекла. Так же на верхней крышке предусмотрены отверстия для разъема подключения счетных импульсов и для кнопки запуска счета. Присоединение верхней крышки к основанию осуществляется при помощи болтов.
На верхней крышке также предусмотрены вентиляционные отверстия. Из требований по условиям эксплуатации, следует, что нет необходимости в применении специальных способов защиты устройства от климатических факторов, вибрации и помехонесущих полей. Корпус устройства осуществляет частичную герметизацию. Устойчивость устройства на плоскости обеспечивают ножки, вылитые в основании.
2.2 Разработка печатной платы цифрового устройства
В конструкции устройства применяется печатный и объемный монтаж. Электрические соединения осуществляются пайкой. Для пайки элементов применяют припой ПОС61 ГОСТ 21 931;76, флюс ФКСп ОСТ 4.ГО.
033.
200.Двусторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом. Материал для изготовления печатной платы — стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10 316–78.Для объемного монтажа применяют провод МПО-0,12 ТУ 16−505.
339−79 с сечением жилы 0,12 мм2с изоляцией в оплетке из капроновой нити. На печатной плате маркировка элементов электрической схемы (резисторов, транзисторов, ИС и т. д.) осуществляется травлением. Размеры печатной платы 105×105 мм. Кол-во выводов 206. Кол-во корпусов 41. Кол-во переходов 27. Кол-во отверстий 265. Расстояния между центрами печатных проводников контактов разъемов должны составлять 2,54 мм. Платы должны изготавливаться из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,6 мм (отклонение не больше 0,2 мм). Коробление платы не должно превышать 1,3 мм на всей длине платы. Максимальная высота компонентов на собранной плате не должна превышать 10 мм.
1. Плата должна соответствовать ГОСТ 23 752–79, группа жесткости 1.
2. Класс точности 3 по ОСТ 4.
010.
019−81.
3. Плату изготовить комбинированным негативным методом.
4. Шаг координатной сетки 0,5 мм.
6. Ширина заштрихованных проводников в свободных местах не менее 2 мм, в узких местах не менее 1,5 мм.7. Предельные отклонения размеров между осями двух любых ламелей (внутри групп) ±0,1 мм.
8. Сдвиг ламелей, расположенных одна под другой, относительно их продольной оси не более 0,2 мм.
9. Величина деформации (изгиб и скручивание) печатной платы не более 0,4 мм на 100 мм длины.
10. Незадействованные ламели не выполнять.
11. Шероховатость поверхностей ламелей л/1,25 .
12. Маркировать. Шрифт 2,5 по НО.
010.
070.
13. Соблюдением минимально допустимых расстояний между печатными элементами и сохранением электрических связей.
14. Допускается нарушение металлизации в отверстиях, к которым подходит печатный проводник.
15. Клеймить штамп ОТК и дату изготовления краской МА-514 черной УХЛ4 на свободном месте.
16. Материал-заменитель: стеклотекстолит ФС-2−35−1,5 ТУ16−503 271−8017. В отдельных узких местах допускается зазор между элементами проводящего рисунка выполнять не менее 0,15 мм.
2.3 Определение показателей надежности и качества цифрового устройства
Надежность схем должна обеспечивается правильным набором элементов, правильным их соединением, согласованием параметров, грамотной эксплуатацией. Для каждого элемента определяем минимальное, среднее и максимальное значение интенсивности отказов.Таблица. Расчет интенсивности отказов
Тип элемента
Кол-во, NИнтенсивность отказов*10−6час-1N**10−6час-1Интегральные микросхемы120,010,12Резисторы, 170,370,0555
Конденсаторы30,0020,006Переключатели20,250,5Диодный мост10,380,0038
Транзистор10,740,00074
Трансформатор10,020,02Соединение пайкой2650,012,65Итого3,35 604
Суммарное значение интенсивности отказов = 3,35 604*10−6час-1Рассчитаем вероятность безотказной работы в течение времениt = 10 000 часов. Наработка на отказ, т. е. количество часов безотказной работы, определяется обратным отношением к интенсивности отказов
Таким образом, разрабатываемое устройство, имеет вероятность безотказной работы 0,967 и наработку на отказ 300 000 час. Заключение
В ходе проделанной работы, было разработано цифровое устройство на микросхемах МОП-технологии с коэффициентом счета 26. Из всего перечня серий ИМС была выбрана наиболее подходящая К564. На основании разработанной структурной схемы была синтезирована электрическая принципиальная схема и спроектирована печатная плата. Разработанное цифровое устройство имеет следующие параметры:
Питание от сети 220 В, 50 Гц. Потребляемая мощность цифровой части устройства 0,625 мВт. Быстродействие 4,16мкс.Вероятность безотказной работы в течение 10 000 ч — 0,967.Наработка на отказ — 300 000 часов.
Список литературы
Боровиков С. М. Расчёт показателей надёжности радиоэлектронных средств: учеб.
метод. пособие / С. М. Боровиков, И. Н. Цырельчук, Ф. Д. Троян; под ред.
С. М. Боровикова. — Минск: БГУИР, 2010. — 68 с. Вуколов Н.
И., Михайлов А. Н. Знакосинтезирующие индикаторы: Справочник/ Под ред. В. П. Балашова. — М.: Радио и связь, 1987.
— 576 с. Горячева Г. А., Добромыслов Е. Р. Конденсаторы: Справочник. — М.:Радио и связь, 1984. -
88с.Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения. Справочник. / Б. Ф. Бессарабов, В. Д. Федюк, Д. В. Федюк — Воронеж: ИПФ «Воронеж», 1994. — 720 с. Микушин, А. В. Цифровые устройства и микропроцессоры: учеб.
пособие / А. В. Микушин, А. М. Сажнев, В. И. Сединин.
— СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — 832 с. Нефедов А. В. Интегральнае микросхемы и их зарубежные аналоги.: Справочник. Т.
2. — М.: ИП Радио
Софт, 2000. — 640 с. Нефедов А. В. Интегральнае микросхемы и их зарубежные аналоги.: Справочник. Т.
5. — М.: КУбК-а, 1997. — 608 с. Нефедов А. В. Интегральнае микросхемы и их зарубежные аналоги.: Справочник. Т.
10. — М.: ИП Радио
Софт, 2001. — 544 с. Нефедов А. В. Интегральнае микросхемы и их зарубежные аналоги.: Справочник. Т.
11. — М.: ИП Радио
Софт, 2001. — 512 с. Новиков Ю. В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. -
М.: Мир, 2001. — 379 с. Пароль Н. В., Кайдалов С. А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение: Справочник. — М.: Радио и связь, 1988. — 128 с. Пухальский Г. И., Новосельцева Т. Я. Цифровые устройства: Учебное пособие для втузов. СПб.: Политехника, 1996.
— 885 с. Резисторы: Справочник/ В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я. Патрусевич и др.; Под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. — 2-е изд., перераб. и доп. -
М.: Радио и связь, 1991. — 528 с. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. — СПб.: БХВ — Санкт-Петербург, 2000. — 528 с. Шило В.
Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. 2-е изд., испр. -
Челябинск: Металлургия, Челябинское отд., 1989. — 352 с.
