Размещено на http://www.allbest.ru/

Департамент образования города Москвы

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы

"Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова"

(ГБПОУ ПК им. Н.Н. Годовикова)

Наименование профессионального модуля: ПМ 02 "Микропроцессоры и микропроцессорные системы"

Специальность (код, наименование)6 230113 Компьютерные системы и комплексы

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема "Разработка конструкции печатной платы (ПП) типового элемента замены (ТЭЗ)"

г. Москва 2016

Содержание

• Введение
• Глава 1. Анализ архитектурного исполнения микроконтроллера 8031AH
• 1.1 8-разрядный элемент управления - ориентированного микроконтроллера
• 1.2 Обзор архитектуры процессора.
• 1.3 Назначение портов микроконтроллера и обмен информацией по внешним и внутренним магистралям
• 1.4 Файл регистров общего назначения
• 1.5 Сброс и обработка прерываний
• 1.6 Универсальный асинхронный приемо-передатчик
• Глава 2 Разработка печатной платы
• 2.1 Расчет ориентировочной площади печатной платы и выбор ее размеров
• 2.2 Типоразмеры элементов печатной платы:
• 2.3 Расчет площади, занимаемой компонентами на ПП
• 2.4 Выбор типа материала печатной платы
• 2.5 Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы
• Заключение
• Список используемой литературы
• Введение
• В этом проекте разработана конструкция печатной платы типового элемента замены ЭВМ. Каждое электронное устройство содержит в себе печатную плату, поэтому данная тема актуальна.
• Целью данного проекта является разработка печатной платы по заданному варианту и изучение основной микросхемы.

Микропроцессор - процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в отличие от реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Первые микропроцессоры появились в 1970-х годах и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-битныхслов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х годов создать первые бытовые микрокомпьютеры.

Дополнительные сведения: История вычислительной техники

Долгое время центральные процессоры создавались из отдельных микросхем малой и средней интеграции, содержащих от нескольких единиц до нескольких сотен транзисторов. Разместив целый процессор на одном чипе сверхбольшой интеграции, удалось значительно снизить его стоимость. Несмотря на скромное начало, непрерывное увеличение сложности микропроцессоров привело к почти полному устареванию других форм компьютеров. В настоящее время один или несколько микропроцессоров используются в качестве вычислительного элемента во всём, от мельчайших встраиваемых систем и мобильных устройств до огромных мейнфреймов и суперкомпьютеров.

В космических программах полётов к Луне "Аполлон" в 1960-х и 1970-х годов, все бортовые вычисления для первичного наведения, навигации и управления были предоставлены небольшими специализированными процессорами бортового компьютера Аполлон.

Микроконтроллер.

С начала 1970-х годов широко известно, что рост мощности микропроцессоров следует закону Мура, который утверждает, что число транзисторов на интегральной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев. В конце 1990-х главным препятствием для разработки новых микропроцессоров стало тепловыделение (TDP).

Некоторые авторы относят к микропроцессорам только устройства, реализованные строго на одной микросхеме. Такое определение расходится как с академическими источниками, так и с коммерческой практикой (например, варианты микропроцессоров Intel и AMD в корпусах типа SECC и подобных, такие как Pentium II, были реализованы на нескольких микросхемах).

В настоящее время, в связи с очень незначительным распространением процессоров, не являющихся микропроцессорами, в бытовой лексике термины "микропроцессор" и "процессор" практически равнозначны.

С появлением однокристальных микро-ЭВМ связывают начало эры массового применения компьютерной автоматизации в области управления. По-видимому, это обстоятельство и определило термин "контроллер" (англ. controller - регулятор, управляющее устройство).

В связи со спадом отечественного производства и возросшим импортом техники, в том числе вычислительной, термин "микроконтроллер" (МК) вытеснил из употребления ранее использовавшийся термин "однокристальная микро-ЭВМ".

Первый патент на однокристальную микро-ЭВМ был выдан в 1971 году инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам американской Texas Instruments. Именно они предложили на одном кристалле разместить не только процессор, но и память с устройствами ввода-вывода.

В 1976 году американская фирма Intel выпускает микроконтроллер i8048. В 1978 году фирма Motorola выпустила свой первый микроконтроллер MC6801, совместимый по системе команд с выпущенным ранее микропроцессором MC6800. Через 4 года, в 1980 году, Intel выпускает следующий микроконтроллер: i8051. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием - в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086.

Глава 1. Анализ архитектурного исполнения микроконтроллера 8031AH

Регистровый файл быстрого доступа содержит 32х 8-разрядных регистра общего назначения, доступ к которым осуществляется за один машинный цикл. Поэтому за один машинный цикл исполняется одна операция АЛУ. Два операнда выбираются из регистрового файла, выполняется операция, результат ее записывается в регистровый файл - все за один машинный цикл.

Шесть из 32 регистров можно использовать как три 16-разрядных указателя в адресном пространстве данных, что дает возможность использовать высокоэффективную адресную арифметику (16-разрядные регистры X,Y и Z). Один из трех адресных указателей (регистр Z) можно использовать для адресации таблиц в памяти программ.

АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, с константами и регистрами. Операции над отдельными регистрами также выполняются в АЛУ.

Кроме регистровых операций, для работы с регистровым файлом могут использоваться доступные режимы адресации, поскольку регистровый файл занимает адреса $00-$1F в области данных, обращаться к ним можно как к ячейкам памяти. Пространство ввода/вывода состоит из 64 адресов для периферийных функций процессора, таких как управляющие регистры, таймеры/счетчики и другие. Доступ к пространству ввода/вывода может осуществляться непосредственно, как к ячейкам памяти расположенным после регистрового файла ($20- $5F).

Процессоры AVR построены по гарвардской архитектуре с раздельными областями памяти программ и данных. Доступ к памяти программ осуществляется при помощи одноуровнего буфера. Во время выполнения команды следующая выбирается из памяти программ. Подобная концепция дает возможность выполнять по одной команде за каждый машинный цикл. Память программ - это внутрисистемная загружаемая флэш-память. (Рисунок 1)

При помощи команд относительных переходов и вызова подпрограмм осуществляется доступ ко всему адресному пространству. Большая часть команд AVR имеет размер 16-разрядов, одно слово. Каждый адрес в памяти программ содержит одну 16- или 32-разрядную команду.

Рисунок 1. AVR RISC архитектура

При обработке прерываний и вызове подпрограмм адрес возврата запоминается в стеке. Стек размещается в памяти данных общего назначения, соответственно размер стека ограничен только размером доступной памяти данных и ее использованием в программе. Все программы пользователя должны инициализировать указатель стека (SP) в программе выполняемой после сброса (до того как вызываются подпрограммы и разрешаются прерывания). 8-разрядный указатель стека доступен для чтения/записи в области ввода/вывода.

Доступ к статическому ОЗУ, регистровому файлу и регистрам ввода/вывода осуществляется при помощи пяти доступных режимов адресации поддерживаемых архитектурой AVR.

Все пространство памяти AVR является линейным и непрерывным.

1.1 8-разрядный элемент управления - ориентированного микроконтроллера

8031AH18051AH18051AHP,

8032N + 18052N,

8751W8751H-8,

8751BW8752BI.

¦ Высокая производительность ОПЗ процесса,

¦ внутренние таймеры / счетчики событий,

¦ 2 уровня приоритета прерывания,

¦ 32 1/0 линии (четыре 8-разрядных порта),

¦ 64K Внешняя внутренние пространство памяти,

¦ Функция Security защищает EPROM частей.

Против пиратства программного обеспечения

Boolean Процессор,

Бит-Адресные RAM,

Программируемый Full Duplex Серийный канал,

111 Инструкции (64 за один цикл),

64K External Data Space памяти,

Расширенный температурный диапазон (-40 "С до +85" С).

MCS @ 51 контроллеров оптимизированы для задач управления. Байт-обработки и числовые операции по небольшие структуры данных облегчается с помощью различных режимов адресации быстро для доступа к внутренней памяти.

Основные требования, которые потребители предъявляют к управляющим блокам приборов можно сформулировать следующим образом:

* низкая стоимость,

* высокая надежность,

* высокая степень миниатюризации,

* малое энергопотребление,

* работоспособность в жестких условиях эксплуатации;

* достаточная производительность для выполнения всех требуемых функций.

В отличие от универсальных компьютеров к управляющим контроллерам, как правило, не предъявляются высокие требования к производительности и программной совместимости. Выполнение всех этих довольно противоречивых условий одновременно затруднительно, поэтому развитие и совершенствование техники пошло по пути специализации и в настоящее время количество различных моделей управляющих микроконтроллеров чрезвычайно велико. Однако можно выделить некоторые черты архитектуры и системы команд, общие для всех современных микроконтроллеров, это:

* так называемая Гарвардская архитектура - то есть раздельные области памяти для хранения команд (программы) и данных. Они могут иметь разную разрядность, в системе команд для обращения к ним предусмотрены различные команды и т.д.

* интеграция в одном корпусе микросхемы (на одном кристалле) практически всех блоков, характерных для полнофункционального компьютера - процессора, ПЗУ, ОЗУ, устройств ввода- вывода, тактового генератора, контроллера прерываний и т.д. Поэтому в русскоязычной литературе подобные устройства часто называются однокристальные ЭВМ (ОЭВМ). Микроконтроллеры обычно классифицируют по разрядности обрабатываемых чисел

* четырехразрядные - самые простые и дешевые,

* восьмиразрядные - наиболее многочисленная группа (оптимальное сочетание цены и возможностей), к этой группе относятся микроконтроллеры серии MCS-51 (Intel) и совместимые с ними, PIC (MicroChip), HC68 (Motorola), Z8 (Zilog) и др.

* шестнадцатиразрядные - MCS-96 (intel)и др. - более высокопроизводительные но более дорогостоящие

* тридцатидвухразрядные - обычно являющиеся модификациями универсальных микропроцессоров, например i80186 или i386EX.

1.2 Обзор архитектуры процессора.

Регистровый файл быстрого доступа содержит 32х 8-разрядных регистра общего назначения, доступ к которым осуществляется за один машинный цикл. Поэтому за один машинный цикл исполняется одна операция АЛУ. Два операнда выбираются из регистрового файла, выполняется операция, результат ее записывается в регистровый файл - все за один машинный цикл.

Шесть из 32 регистров можно использовать как три 16-разрядных указателя в адресном пространстве данных, что дает возможность использовать высокоэффективную адресную арифметику (16-разрядные регистры X,Y и Z). Один из трех адресных указателей (регистр Z) можно использовать для адресации таблиц в памяти программ.

АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, с константами и регистрами. Операции над отдельными регистрами также выполняются в АЛУ.

Кроме регистровых операций, для работы с регистровым файлом могут использоваться доступные режимы адресации, поскольку регистровый файл занимает адреса $00-$1F в области данных, обращаться к ним можно как к ячейкам памяти. Пространство ввода/вывода состоит из 64 адресов для периферийных функций процессора, таких как управляющие регистры, таймеры/счетчики и другие. Доступ к пространству ввода/вывода может осуществляться непосредственно, как к ячейкам памяти расположенным после регистрового файла ($20- $5F).

Процессоры AVR построены по гарвардской архитектуре с раздельными областями памяти программ и данных. Доступ к памяти программ осуществляется при помощи одноуровнего буфера. Во время выполнения команды следующая выбирается из памяти программ. Подобная концепция дает возможность выполнять по одной команде за каждый машинный цикл. Память программ - это внутрисистемная загружаемая флэш-память.

При помощи команд относительных переходов и вызова подпрограмм осуществляется доступ ко всему адресному пространству. Большая часть команд AVR имеет размер 16-разрядов, одно слово. Каждый адрес в памяти программ содержит одну 16- или 32-разрядную команду. (Рисунок 2)

Гибкий модуль прерываний имеет собственный управляющий регистр в пространстве ввода/вывода, и флаг глобального разрешения прерываний в регистре состояния. Каждому прерыванию назначен свой вектор в начальной области памяти программ. Различные прерывания имеют приоритет в соответствии с расположением их векторов. По младшим адресам расположены векторы с большим приоритетом. (Рисунок 3)

Рисунок 3. Карты памяти 8031ah

1.3 Назначение портов микроконтроллера и обмен информацией по внешним и внутренним магистралям

VCC - вывод источника питания

GND - земля

Port B (PB5..PB0) - Порт B является 6-битовым двунаправленным портом ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта B могут поглощать ток до 20мА. Если выводы PB0..PB5 используются как входы и извне устанавливаются в низкое состояние, они являются источниками тока, если включены внутренние подтягивающие резисторы. Кроме того Порт B обслуживает некоторые специальные функции, которые будут описаны ниже.

Port С (PС 5..PС 0) - Порт С является 6-битовым двунаправленным портом ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта С могут поглощать ток до 20мА. Если выводы PС 0..PС 5 используются как входы и извне устанавливаются в низкое состояние, они являются источниками тока, если включены внутренние подтягивающие резисторы. Кроме того Порт С обслуживает аналоговые входы АЦП.

Port D (PD5..PD0) - Порт D является 8-битовым двунаправленным портом ввода/вывода с внутренними подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта B могут поглощать ток до 20мА. Если выводы PD0..PD7 используются как входы и извне устанавливаются в низкое состояние, они являются источниками тока, если включены внутренние подтягивающие резисторы. Кроме того Порт D обслуживает некоторые специальные функции, которые будут описаны ниже.

RESET - Вход сброса. Удержание на входе низкого уровня в течение двух машинных циклов (если работает тактовый генератор), сбрасывает устройство.

XTAL1 - Вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешнего тактового сигнала.

XTAL2 - Выход инвертирующего усилителя генератора.

AVCC - Вывод источника питания АЦП. Этот вывод через фильтр низкой частоты должен быть подключен к выводу питания процессора.

AREF - Вход опорного напряжения АЦП. Напряжение, подаваемое на этот вывод лежит в пределах 2.7В...AVCC.

AGND - Если плата имеет отдельный слой аналоговой земли, к нему подключается этот вывод. В противном случае этот вывод соединяется с GND.

1.4 Файл регистров общего назначения

Все команды оперирующие регистрами прямо адресуются к любому из регистров за один машинный цикл. Единственное исключение - пять команд оперирующих с константами SBCI, SUBI, CPI, ANDI, ORI и команда LDI, загружающая регистр константой. Эти команды работают только со второй половиной регистрового файла.

Арифметико-логическое устройство - АЛУ

АЛУ процессора непосредственно подключено к 32 регистрам общего назначения. За один машинный цикл АЛУ производит операции между регистрами регистрового файла. Команды АЛУ разделены на три основных категории - арифметические, логические и битовые.

EEPROM память данных

8031AH содержат 256 байт электрически стираемой энергонезависимой памяти (EEPROM). EEPROM организована как отдельная область данных, каждый байт которой может быть прочитан и перезаписан. EEPROM выдерживает не менее 100000 циклов записи/стирания.

Статическое ОЗУ данных

При обращении к памяти используются пять различных режимов адресации: прямой, непосредственный со смещением, непосредственный, непосредственный с предварительным декрементом и непосредственный с постинкрементном. Прямая адресация имеет доступ ко всей памяти данных. Непосредственная адресация со смещением используется для доступа к 63 ячейкам базовый адрес которых задается содержимым регистров Y или Z. Для непосредственной адресации с инкрементом и декрементом адреса используются адресные регистры X, Y и Z.

Указатель стека SP

Этот 8-разрядный регистр хранит указатель стека процессора. Указатель стека указывает на область памяти в которой расположен стек вызова подпрограмм и прерываний.

1.5 Сброс и обработка прерываний

В процессоре предусмотрены 13 источников прерываний. Эти прерывания и сброс имеют различные векторы в области памяти программ. Каждому из прерываний присвоен отдельный бит разрешающий данное прерывание при установке бита в 1, если бит I регистра состояния разрешает общее обслуживание прерываний.

Обработка прерываний

8031AH имеют два регистра маскирования прерываний GIMSK общий регистр маски прерываний и TIMSK - регистр маски прерываний от таймеров/счетчиков. Когда возникает прерывание, бит глобального разрешения прерываний I сбрасывается и все прерывания запрещаются.

Внешние прерывания

Внешние прерывания управляются выводами INT0 и INT1. Прерывания обрабатываются даже тогда, когда выводы сконфигурированы как выходы. Это позволяет генерировать программные прерывания.

Таймеры/счетчики

В 8031AH предусмотрены два таймера/счетчика общего назначения. 8-разрядный и 16-разрядный. Каждый из таймеров индивидуально подключается к одному из выходов 10-разрядного предварительного делителя частоты. Оба таймера могут использоваться как таймеры с внутренним источником импульсов или счетчики импульсов поступающих извне.

Сторожевой таймер

Сторожевой таймер работает от отдельного встроенного генератора, работающего на частоте 1MHz (это типовое значение частоты для питания 5В). Управляя предварительным делителем сторожевого таймера можно задавать интервал сброса таймера от 16 до 2048 mS. Команда WDR сбрасывает сторожевой таймер. Для работы сторожевого таймера можно выбрать одно из 8-ми значений частоты, что позволяет в широких пределах изменять время между исполнением команды WDR и сбросом процессора.

Последовательный интерфейс SPI

Интерфейс SPI позволяет производить высокоскоростной синхронный обмен данными между 8031AH и периферийными устройствами или несколькими процессорами. Система имеет одиночный буфер в направлении передачи и двойной в направлении приема. Передаваемый символ не записывается в регистр данных SPI до тех пор, пока передача не завершится. При приеме до завершения операции сдвига данные должны быть прочитаны из регистра данных. Иначе предыдущий символ теряется.

1.6 Универсальный асинхронный приемо-передатчик

В состав 8031AH входит универсальный асинхронный приемо-передатчик (UART), его основные особенности:

- генерация произвольных значений скорости

- высокая скорость при низких тактовых частотах

- 8 или 9 бит данных

- фильтрация шума

- Определение переполнения

- Детектирование ошибки кадра

- Определение неверного стартового бита

- Три раздельных прерывания - завершение передачи, очистка регистра передачи и завершение приема.

- Режим мультипроцессорного обмена.

Аналоговый компаратор

Аналоговый компаратор сравнивает входное напряжение на положительном входе PD6 (AIN0) и отрицательном входе PD7(AIN1). Когда напряжение на положительном входе больше напряжения на отрицательном, устанавливается бит ACO (Analog Comparator Output).

Аналого-цифровой преобразователь

8031AH имеют 10-разрядный АЦП последовательного приближения. АЦП подключен к выходу шестивходового мультиплексора. Мультиплексор позволяет подключать на вход АЦП любой из входов порта C. В состав АЦП входит усилитель выборки-хранения, который позволяет сохранять на входе АЦП уровень напряжения постоянный за время преобразования. АЦП имеет два отдельных вывода питания AVCC и AGND. ФПТВ должен подключаться к GND, напряжение на AVCC не должно отличаться от VCC более чем на +-0.3В.

Глава 2 Разработка печатной платы

Прежде чем приступать к проектированию ПП, необходимо определить ее размеры, рассчитать элементы проводящего рисунка и выбрать тип разъемного соединения для ее подключения к остальным блокам аппаратуры.

Площадь платы не может быть меньше, чем суммарная площадь компонентов, которые будут на нее установлены.

Размеры проводящего рисунка зависят от класса точности изготовления ПП, который, в свою очередь, определяется тем технологическим оборудованием, которое будет использоваться для изготовления ПП.

Тип разъемного соединения определяется, прежде всего, условиями эксплуатации разрабатываемой аппаратуры и выбирается студентом самостоятельно. Разъёмные соединения позволяют многократно соединять и разъединять механические детали конструкций без повреждения её элементов.

2.1 Расчет ориентировочной площади печатной платы и выбор ее размеров

Расчет ориентировочной площади ПП () выполняется по формуле:

,

где - площадь i-го компонента, которая определяется его габаритными размерами, указанными в соответствующей справочной литературе;

n_i - количество однотипных ЭРЭ;

- площадь зазора вокруг i-го компонента. На практике этот зазор составляет 2…3 мм;

N - общее количество однотипных ЭРЭ.

Расчет площади ПП, на которой будут размещены следующие компоненты:

1. 8031АН -1шт.

2. К 1401УД 1 - 1шт.

3. AD7813 - 1шт.

4. 1533КП 14 - 2шт.

5. 1333ИД 3 - 1шт.

6. КР 1533ЛА 3 - 1шт.

7. ZQ1

8. DA3.1

9. R1..R35 - резистор - 35 шт.

10. VT1..VT17 - транзистор - 17 шт.

11. C6 - проходной конденсатор - 1 шт.

12. С 7,С 8 - конденсатор - 2 шт.

2.2 Типоразмеры элементов печатной платы:

- 8031AH

Рисунок 5.

- LM2900 аналог К 1401УД



Рисунок 6.

Рисунок 7.

Рисунок 8.

- AD7813

AD7813 является высокоскоростным, совместимым с микропроцессорами, 8-/ 10-битным аналого-цифровым конвертором с максимальной производительностью 400 тысяч выборок в секунду. Конвертор функционирует при однополярном питании от 2.7 В до 5.5 В и содержит 2.3 микросекундный АЦП последовательного приближения, цепь выборки-хранения, внутренний тактовый генератор и 8-и битный параллельный интерфейс. Параллельный интерфейс разработан для простого и надёжного доступа к микропроцессорам и DSP. 10- битный результат получается с помощью вывода двух 8- битных операций чтения. Первый байт содержит 8 старших бит, второй два младших бита. В режиме малого потребления AD7813 автоматически переходит в спящий режим при окончании цикла преобразования и "просыпается" при начале нового цикла преобразования. Это свойство позволяет снижать требования к системе питания при уменьшении производительности АЦП. Микросхема может работать и в скоростном режиме когда мощность потребления не уменьшается в процессе перерывов в преобразованиях. В этом режиме микросхема может достичь скоростей преобразования до 400 тысяч выборок в секунду.

Микросхема доступна в миниатюрном 16-ти выводном, 0.3" DIP корпусе, 0.15" узком SOIC и TSSOP корпусе.

Важнейшие достоинства:

· Однополярное питание малой мощности. AD7813 потребляет в среднем 10.5 мВт от однополярного источника 2.7 В до 5.5 В.

· Режим автоматического Выкл. Уровень потребления снижается до 34.5 мкВт при скорости преобразования 1 тысячу выборок в секунду, что идеализирует АЦП для батарейных применений.

· Параллельный интерфейс. Позволяет простую передачу данных с большинством существующих микропроцессоров и DSP, Без использования дополнительных элементов.

· Динамические спецификации для DSP применений. Дополнительно к традиционным спецификациям АЦП, AD7813 имеет спецификации переменного сигнала, включая отношение сигнал- шум и нелинейные искажения.

Отличительные особенности:

· 8-/10-битный АЦП со временем преобразования 2.3 мксек.

· Внутренний усилитель выборки -хранения

· Диапазон питающих напряжений от 2.7 В до 5.5 В.

· Специфицированы при (2.7 - 3.6 В) и 5 В ±10%

· 8-и битный параллельный интерфейс: 8-бит + 2 бита чтения.

· Мощность потребления в нормальном режиме 10.5 мВт @ Uпит.=3 В.

· Автоматическое снижение потребления при уменьшении производительности 34.6 мкВт @ 1kSPS, Uпит.=3 В.

· Диапазон входных напряжений от 0 В до Uref.

· Диапазон напряжений ИОН от 1.2 В до Uпит.



Рисунок 9.

-74als258 аналог 1533кп 14

КР 1533ЛА 10 Аналог - SN74ALS12A три логических элемента 3И-НЕ с открытым коллекторным выходом.

Микросхема содержит три идентичных логических элемента, выполняющих Булеву функцию Y=D1*D2*D2 или Y=D1+D2+D3 в положительной логике (подчеркивание означает инверсию). Выхода микросхемы выполнены в виде открытого коллектора, что позволяет объединить несколько выходов для получения функции "Монтажное И". Время переключения выхода микросхемы из низкого уровня напряжения в высокий определяется в основном внешним резистором и емкостью нагрузки.



Рисунок 10.

Рисунок 11.

- 74 als154 аналог 1533ИД 3

Микросхема КР 1533ИД 3 представляет собой дешифратор 4 на 16.

При работе микросхемы в качестве дешифратора входы А 0-А 3 являются информационными - на них задается исходный двоичный код. Входы CS1, CS2 являются стробирующими - для работы дешифратора на оба эти входа должен быть подан низкий логический уровень ("0").

Все выходы дешифратора Y0..Y15 имеют инверсию т.е. активный уровень на выходе - низкий ("0").

Рисунок 12.

Расположение выводов:

Рисунок 13

0 - низкий уровень

1 - высокий уровень

X - любое состояние

Микросхема КР 1533ИД 3 по входным и выходным уровням сигналов совместима с другими ИС стандартной ТТЛ логики.

* В отличие от старой К 155ИД 3 микросхема КР 1533ИД 3 выполнена в узком, а не в широком корпусе DIP-24.

Условное обозначение м/с КР 1533ИД 3:

Рисунок 14.

Основные характеристики КР 1533ИД 3:

Напряжение питания (Vcc)	+5В ±10%
Выходное напряжение лог.0	<0,4В
Выходное напряжение лог.1	>2,4В
Выходной ток "1", не менее	0,4мА
Выходной ток "0", не менее	10мА
Ток потребления, max	15мА
Входной ток (1/0)	20/-100мкА
Типовая задержка	32-36нс
Рабочий диапазон температур	-10..+70oC
Корпус	DIP-24S *
Импортный аналог

Рисунок 16.

- 74als00 аналог КР 1533ЛА 3

КР 1533ЛА 3 Аналог - SN74ALS00 Четыре логических элемента 2И-НЕ

Микросхема содержит четыре идентичных логических элемента со стандартным выходом выполняющих Булеву функцию

Y=D1*D2 или Y=D1+D2

в положительной логике.



Рисунок 17.

Рисунок 18.

- ZQ1 HC-49S

Чем стабильнее работает МК, тем лучше. Эта аксиома в первую очередь относится к тактовой частоте задающего генератора. Обеспечить её высокую стабильность могут кварцевые резонаторы, подключаемые к выводам ХТ 1 (вход) и ХТ 2 (выход) подсистемы синхронизации МК.

Немного истории. В 1880 г. французскими учёными братьями Пьером и Жаком Кюри было открыто новое физическое явление - пьезоэлектричество. В 1921 г. профессор Веслейского университета У. Кэди подключил кварцевую пластину к радиогенератору, что обеспечило заметную стабилизацию излучаемой частоты. Радиолюбители сразу же применили эту новинку в самодельных коротковолновых радиопередатчиках середины 1920-х годов. микроконтроллер порт файл регистр

К настоящему времени существование пьезоэлектрического эффекта обнаружено более чем у 1000 веществ. Вначале использовались кристаллы турмалина и сегнетовой соли. Позже стали применяться кристаллы природного кварца Si02 различной окраски: горный хрусталь (бесцветный), раухтопаз (дымчатый), морион (чёрный), цитрин (золотисто-жёлтый), аметист (сиреневый).

В 1950-х годах была успешно решена проблема выращивания монокристаллов искусственного кварца, который не только не уступает, но и по ряду показателей даже превосходит свой природный аналог.

Диапазон частот современных кварцевых резонаторов составляет от 32768 Гц до 300...400 МГц. Среди них условно выделяют низкочастотные (до 1 МГц), среднечастотные (1...30 МГц) и высокочастотные (свыше 30 МГц) резонаторы.

Рисунок 19.

Рисунок 20.

- DA3

LM393N/LM393D - двухканальный компаратор для работы в бытовом диапазоне температур (0..+70°С). Выход - открытый коллектор.

Микросхема компараторов LM393 по функциональному назначению и расположению выводов аналогична таким микросхемам как LM193, LM293, LM2903, но отличается от них температурным диапазоном работы и незначительно другими параметрами.

Аналоги: КР 1401СА 3 / КФ 1401СА 3.

Микросхема LM393 также может поставляться в зависимости от производителя с маркировкой DV393, UTC393, IL393N и др.

Расположение выводов LM393N/LM393D:

Рисунок 21.

Назначение выводов LM393N/LM393D:

N	Назначение
1	Выход 1
2	Инвертирующий вход 1
3	Неинвертирующий вход 1
4	- Питания (общий)
5	Неинвертирующий вход 2
6	Инвертирующий вход 2
7	Выход 2
8	+ Питания

Основные характеристики LM393N/LM393D:

Параметр	Мин.	Тип.	Макс.
Напряжение смещения		±1mV	±5mV
Синфазный входной ток		25nA	250nA
Дифференциальный входной ток		±5nA	±50nA
Выходной втекающий ток	6mA	16mA
Коэффициент усиления по напряжению	50V/mV	200V/mV
Напряжение насыщения			400mV
Ток потребления		1,1mA	2,0mA
Время отклика		1,3µS
Время отклика на большом сигнале		300nS

Рисунок 22.

- проходной конденсатор TS17

Проходные конденсаторы используются в радиотехнике, начиная с УКВ диапазона и выше. В звуковой и прочей низкочастотной технике не использовались никогда и использоваться не будут за полной ненужностью. В ВЧ и СВЧ применяются для заведения внутрь экранированного отсека питания (постоянного напряжения). С их помощью питание очищается от ВЧ наводок.

В некоторых случаях они используются для фильтрации полезного ВЧ сигнала от бесполезных СВЧ помех.

Фактически, проходной конденсатор представляют собой голый провод внутри гильзы, прикрученной к стенке.

Рисунок 23.



Рисунок 24.

- резистор МЛТ 0,125-10 кОм±10%

Рисунок 25.

- конденсатор

Рисунок 26.

- транзистор

Рисунок 27.

2.3 Расчет площади, занимаемой компонентами на ПП

Расчет площади, занимаемой компонентами на ПП, сведен в таблице ниже:

Таблица 3. Определение общей площади печатной платы

Наименование компонентов	Количество в схеме, шт.	Размер компонента, мм	Площадь компонента с учетом зазора, ммІ	Общая площадь, занимаемая однотипными компонентами, ммІ
Резистор МЛТ-0,125 кОм±10%	35	4.7x8.5	42.95	1503.25
Микросхема 8031AH	1	52.40x13.80		723.12
Микросхема LM2900	1	0.775x0.260		0,2015
Микросхема AD7813	1	19.45x6.60		128.37
Микросхема 74ALS258	2	30.5x11.65	355.323	710.65
Микросхема 74ALS154	1	19.55x6.20		409.21
Микросхема 74ALS00	1	11,06x4.7		121.11
Кварцевый резонатор ZQ1	1	5x6.2		51.99
Компаратор DA3.1	1	5.2x5.2	27.04	31
Транзистор 2n3904	17	3x6	21	459.68
Конденсаторы 226МО	2	5x3.5		42
Проходной конденсатор TS17	1			16.5
Итого	4197.1

В соответствии с ГОСТ 10317-79 печатная плата будет иметь размеры: ширина - 50мм; длина - 90мм. (См. Графический лист 2)

2.4 Выбор типа материала печатной платы

Для изготовления печатных плат химическим и комбинированным методами необходимо иметь листовой материал в виде изоляционного основания с приклеенной к нему металлической фольгой. В зависимости от назначения печатной платы в качестве изоляционного основания используют в основном гетинакс и стеклотекстолит различной толщины. Фольгу делают из меди, так как она обладает хорошими проводящими свойствами.

Материалом для изготовления печатной платы служит стеклотекстолит, так как для устройств вычислительной техники рекомендуется использовать именно его.

В таблице 4 приведены основные параметры фольгированного стеклотекстолита:

Таблица 4. Параметры фольгированного стеклотекстолита

Наименование	Марка	ГОСТ.ТУ или нормаль	Толщина материала, мм	Толщина фольги, мкм
Гетинакс фольгированный	ГФ-1-50 ГФ-2-50 ГФ-1-35 ГФ-2-35	ГОСТ 10316-70	1.3 - 3.0 1.5 - 3.0 1.5 - 3.0 1.5 - 3.0	50 50 35 35
Стеклотексталит фольгированный	СФ-1-35 СФ-2-35 СФ-1-50 СФ-2-50 СФ-1Н-50 СФ-2Н-50	ГОСТ 10316-70	0.8 - 3.0 0.8 - 3.0 0.5 - 3.0 0.5 - 3.0 0.8 - 3.0 0.8 - 3.0	35 35 50 50 50 50
Фольгированный диэлектрик тонкий	ФДТ-1 ФДТ-2	ТУ ИЖ 47-64	0.5	50
Фольгированный диэлектрик для микроэлектронной аппаратуры	ФДМЭ-1	ТУ ИЖ 54-67	0.1	35
Фольгированный диэлектрик для многослойного печатного монтажа	ФДМ-1 ФДМ-2	ТУ ИЖ 51-66	0.20 0.25	35
Фольгированный диэлектрик для многослойного монтажа, травящийся	ФДМТ-1	ТУ ИЖ 67-70	0.10 0.20 0.25	35
Стеклоткань прокладочная	СП-1 СП-2	ТУ 16503085-71	0.025 0.060	-
Стеклоткань прокладочная, травящаяся	СПТ-3	ТУ 16503085-71	0.060 0.025	-
Лента медная	М 1	ГОСТ 1173-70	-	50; 80

Примечание. Допускается применение других материалов, прошедших соответствующие испытания

2.5 Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы

Рисунок 14. Элементы проводящего рисунка печатной платы

Основными данными для расчета элементов печатного монтажа являются: класс точности, установочные характеристики компонентов и допуски на отклонения размеров координат элементов печатного монтажа от номинальных значений. Область печатного монтажа между двумя соседними контактными площадками показана на рисунке 1, где Dk - диаметр контактной площадки; t - ширина печатного проводника; S - расстояние между соседними элементами печатного монтажа; п - число проводников между соседними контактными площадками; l - расстояние между двумя контактными площадками для прокладки n-проводников.

Минимальный диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле:

,

где: d - диаметр отверстия;

d_во - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (устанавливается в соответствии с табл.7);

d_mp - глубина подтравливания диэлектрика для многослойных печатных плат (принимается равной 0,03мм);

b - гарантийный поясок (табл.6);

t_{во -} верхнее предельное отклонение ширины проводника от номинального значения (табл.8);

t_{но -} нижнее предельное отклонение ширины проводника от номинального значения (табл.8);

- диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения узла координатной сетки (табл.9);

- диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно его номинального положения (табл.10).

В таблице 5 приведены основные параметры фольгированных стеклотекстолита и гетинакса после выдержки в течение 24 часов при температуре 40°С и относительной влажности до 98%.

Таблица 5. Параметры фольгированных стеклотекстолитов

Наименование параметра, единица измерения	Материал
	ГФ	СФ
1. Удельное объемное сопротивление, Омсм, не менее	1109	51012
2. Тангенс угла диэлектрических потерь, не более	0,07	0,03
3. Прочность сцепления фольги с основанием, Н/смІ,не менее	9,0	10,0

Таблица 6. Номинальные значения основных параметров элементов конструкции печатной платы для узкого места.

Параметры элементов печатного монтажа	Размеры элементов проводящего рисунка для классов точности, мм
	1	2	3	4
Ширина проводника, t	0,75	0,45	0,25	0,15
Расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка, S	0,75	0,45	0,25	0,15
Гарантийный поясок, bН	0,30	0,20	0,10	0,05
Гарантийный поясок, bВ	0,15	0,10	0,05	0,03

Таблица 7. Предельные отклонения размеров диаметров монтажных и переходных отверстий

Размер	Наличие	Класс точности
отверстия, мм	металлизации	1	2	3	4
	Нет	0,10	0,10	0,05	0,05
1,0	Есть	+ 0,10 - 0,15	+ 0,10 - 0,15	+ 0,05 - 0,10	+ 0,05 - 0,10
	Нет	0,15	0,15	0,10	0,10
> 1,0	Есть	+0,15 - 0,20	+ 0,15 - 0,20	+ 0,10 - 0,15	+ 0,10 - 0,15

Таблица 8. Предельное отклонение ширины проводника от номинального значения

Наличие покрытия	Класс точности
	1	2	3	4
без покрытия	0,15	0,10	+ 0,03	0,03
			- 0,05
с покрытием	0,25	0,15	+ 0,10	0,05
			- 0,08

Таблица 9. Диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения

Размер большой	Класс точности
стороны платы, мм	1	2	3	4
L 180	0,20	0,15	0,08	0,05
180 < L 360	0,25	0,20	0,10	0,08
L > 360	0,30	0,25	0,15	-

Таблица 10. Диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно номинального

Вид платы	Размер большей	Класс точности
	стороны, мм	1	2	3	4
одно-	L 180	0,35	0,25	0,20	0,15
и двусторонние	180 < L 360	0,40	0,30	0,25	0,20
	L > 360	0,45	0,35	0,30	-
	L 180	0,40	0,35	0,30	0,25
многослойные	180 < L 360	0,50	0,45	0,40	0,35
	L > 360	0,55	0,50	0,45	-

Расчет минимального расстояния для прокладки n-ого количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами D_k1 и D_k2 производится по формуле:

,

где: n - количество проводников;

- диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения (табл.11)

Таблица 11. Диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения, мм

Вид плат	Класс точности
	1	2	3	4
Одно- и двусторонние	0,15	0,10	0,05	0,03
Многослойные	0,20	0,12	0,07	0,05

Необходимо рассчитать минимальный диаметр контактной площадки для металлизированного отверстия диаметром 0,46 мм и минимальное расстояние между центрами двух отверстий при прохождении двух проводников на печатной плате третьего класса точности размером 60x100 мм.

Расчеты:

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана конструкция печатной платы типового элемента замены. Печатная плата имеет размеры 50х 90.

Был изучен микроконтроллер 8031АН.

Одним из основных направлений компании является производство контроллеров семейства PIC, которое представлено 8-и, 16-и и 32-битными микроконтроллерами и цифровыми сигнальными контроллерами dsPIC.

Микроконтроллеры PIC построены по RISC архитектуре. Это предполагает, что все инструкции имеют одну длину и выбираются за один машинный цикл.

Преимущество данного микроконтроллера: высокая производительность и RISC архитектура с низким энергопотреблением.

Отличительной особенностью PIC контроллеров является хорошая преемственность как внутри, так и между семействами. Это и программная совместимость и совместимость по выводам, по отладочным средствам.

Набор инструкций этих микроконтроллеров широкий, тщательно подобранный специально для задач управления. Гарвардская архитектура процессора, широкое слово инструкции, очередь команд, RISC набор команд - все это позволило добиться очень высокого быстродействия и получить очень компактный код. Все команды микроконтроллера, за исключением команд перехода, выполняются за один машинный цикл, который составляет 4 периода тактового генератора.

Список используемой литературы

1. "Методические указания и варианты заданий"

2. http://mkdevelop.ru

3. http://www.alldatasheet.com

Размещено на Allbest.ru