Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по предмету «Цифровая схемотехника»

на тему Расчет и конструирование схемы четырехразрядного синхронного счетчика с параллельным переносом



Содержание

Введение

1. Описание электрической принципиальной схемы

2. Выбор элементной базы и ее обоснование

3. Расчет тепловых процессов устройства

4. Расчет помехоустойчивости

5. Расчет надежности устройства

6. Разработка компоновки печатной платы

7. Разработка трассировки печатной платы устройства

Заключение

Список литературы



Введение

Cуществование и развитие микроэлектроники обусловлено созданием нового сверхминиатюрного электронного элемента -- интегральной микросхемы. Появление этих схем, основано на логике развития полупроводниковых приборов. Раньше каждый электронный компонент - транзистор, резистор или диод использовался по отдельности, обладал индивидуальным корпусом и включался в схему при помощи своих индивидуальных контактов. Но постепенно полупроводниковая электроника создала предпосылки для создания подобных устройств на общем кристалле, а не из отдельных элементов.

Благодаря применению данной технологии, в настоящее время можно сразу создать на одном кристалле законченную схему из нескольких десятков, сотен или даже тысяч электронных компонентов. Преимущества новой разработки очевидны:

Снижение затрат (стоимость микросхемы обычно гораздо меньше, чем общая стоимость всех электронных элементов ее составляющих).

Надежность устройства. Это имеет огромное значение, поскольку поиск неисправности в схеме из десятков или сотен тысяч электронных компонентов - довольно сложная и трудоемкая работа.

Ввиду того, что электронные элементы интегральной микросхемы в сотни и тысячи раз меньше своих аналогов в обычной сборной схеме, их энергопотребление намного меньше, а КПД гораздо выше.

Интегральной микросхемой (ИМС)называют миниатюрное электронное устройство, выполняющее определенные функции преобразования и обработки сигналов и содержащее большое число активных и пассивных элементов (от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч) в сравнительно небольшом корпусе. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) -- ИС, заключённую в корпус.

Составной элемент не может быть отделен от ИМС как самостоятельное изделие. Компонент интегральной микросхемы -- часть ИМС, выполняющая функцию какого-либо электронного элемента, которая до монтажа в ИМС была самостоятельным комплектующим изделием. Компонент может быть отделен от изготовленной ИМС (например керамический конденсатор, бескорпусный транзистор).

Корпус интегральной микросхемы, предназначен для защиты от внешних воздействий и соединения ее с внешними электрическими цепями посредством выводов. Подложка ИМС предназначается для нанесения на нее элементов гибридных и пленочных ИМС, межэлементных и межкомпонентные соединений, а также контактных площадок. Плата интегральной микросхемы является частью подложки или - всей подложкой гибридной или пленочной ИМС, на поверхность которой нанесены пленочные элементы ИМС, межэлементные и межкомпонентные соединения и контактные площадки. Контакты площадки представляют собой металлизированные участки на плате, подложке или кристалле ИМС, предназначенные для присоединения выводных тактов, а также контроля электрических параметров и режимов ИМС.

Сегодня интегральные микросхемы являются одним из самых массовых изделий современной микроэлектроники. Микросхемы способны облегчать расчет и проектирование функциональных узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, ускорять процесс создания новых аппаратов и внедрения их в серийное производство. Широкое применение микросхем позволяет повысить технические характеристики и надежность аппаратуры.



1. Описание электрической принципиальной схемы

Синхронные (или параллельные) счетчики представляют собой наиболее быстродействующую разновидность счетчиков. Наращивание их разрядности при соблюдении определенных условий не приводит к увеличению полной задержки срабатывания. То есть можно считать, что именно синхронные счетчики работают как идеальные счетчики, все разряды которых срабатывают одновременно, параллельно. Задержка срабатывания счетчика в этом случае примерно равна задержке срабатывания одного триггера. Достигается такое быстродействие существенным усложнением внутренней структуры микросхемы.

Вместе с тем недостатком синхронных счетчиков является более сложное управление их работой по сравнению с асинхронными счетчиками и с синхронными счетчиками с асинхронным переносом. Поэтому синхронные счетчики целесообразно применять только в тех случаях, когда действительно требуется очень высокое быстродействие, очень высокая скорость переключения разрядов. Иначе усложнение схемы управления может быть не оправдано.

Временная диаграмма работы синхронного счетчика отличается от временной диаграммы синхронного счетчика с асинхронным переносом способом формирования сигнала переноса, используемого при каскадировании счетчиков для увеличения разрядности. Сигнал переноса CR (от английского "Carry") вырабатывается в данном случае тогда, когда все выходы счетчика устанавливаются в единицу (при прямом счете) или в нуль (при обратном, инверсном счете). Входной тактовый сигнал в образовании сигнала переноса при этом не участвует.

При каскадировании (совместном включении для увеличения разрядности), например, двух счетчиков тактовые входы С обоих счетчиков объединяются, а сигнал переноса первого счетчика подается на вход разрешения счета (ECT) второго счетчика. В результате второй счетчик будет считать каждый шестнадцатый входной тактовый импульс (так как он будет срабатывать только при переносе от первого счетчика). Выходные сигналы второго счетчика будут переключаться по фронту общего тактового сигнала одновременно с выходными сигналами первого счетчика. Условием правильной работы будет в данном случае следующее: за период тактового сигнала должен успеть выработаться сигнал переноса первого счетчика.

В стандартные серии микросхем входят несколько разновидностей синхронных (параллельных) счетчиков. Различаются они способом счета (двоичные или двоично-десятичные, реверсивные или не реверсивные) и управляющими сигналами (наличием или отсутствием сигнала сброса). Все счетчики считают по положительному фронту тактового сигнала, все имеют выход переноса CR и входы расширения для каскадирования. Все счетчики имеют возможность параллельной записи информации.

2. Выбор элементной базы и ее обоснование

Счётчик -- устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах, T-триггерах и JK-триггерах.

Основной параметр счётчика -- модуль счёта -- максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ.

Для учета электрической энергии, выработанной на станциях и переданной потребителям, применяют счетчики электрической энергии. Их устанавливают на шинах генераторного напряжения, на отходящих линиях и на стороне НН понизительных подстанций потребителей. Для учета активной энергии применяют однофазные типов СО, СОУ или трехфазные индукционной системы типов САЗ (САЗУ), а для реактивной энергии -- счетчики типов СР4 (СР4У). В обозначениях счетчиков буквы и цифры означают: С -- счетчик, О -- однофазный, А -- активной энергии, Р -- реактивной энергии, У -- универсальный, 3 и 4 -- для трех- и четырехпроводных сетей.

Обмотки счетчиков рассчитаны на включение непосредственна в сеть и через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Счетчики для непосредственного включения изготовляются на 5, 10, 20, 30 и 50 А, а через трансформаторы тока -- до 2000 А, вторичный номинальный ток счетчика при этом для всех случаев будет 5 А. Номинальные напряжения счетчиков для обмоток непосредственного включения: 127, 220 и 380 В, а через трансформаторы напряжения--100 В. При наличии трансформаторов счетчики можно подключать к шинам станций с рабочими напряжениями 500, 600 В или 3, 6, 10 и 35 кВ.

На однофазных трансформаторных подстанциях мощность 4 -- 10 кВ-А, напряжением 6--10/0,23 кВ устанавливают счетчик активной энергии СО2М. Его присоединяют к трансформатору тока, установленному за однофазным трансформатором, поэтому он учитывает всю электроэнергию, проходящую через трансформатор. Счетчик имеет подогрев -- тепловое сопротивление ПЭ-75.

На однотрансформаторных подстанциях потребителей напряжением 6--10/0,4 кВ, мощностью 100--250 кВ-А устанавливают трехфазные индукционные счетчики активной энергии типов СА4У или СА4И. Счетчики предназначены для четырехпроводной цепи и имеют семь выводов: по два для подключения к каждому из трех трансформаторов тока и один для подключения к нулевому проводу. Такие счетчики устанавливаются со стороны низкого напряжения силового трансформатора до шин, к которым подключены отходящие низковольтные линии, поэтому они учитывают всю электроэнергию, пропускаемую трансформатором.

Конструктивно механизм счетчика монтируется на литой стойке, расположенной в прямоугольном стальном или пластмассовом цоколе, закрывается пластмассовой крышкой. Универсальные счетчики имеют на лицевой стороне крышки съемный щиток и устройство для его опломбирования. Счетчики выпускаются, классом точности 2,0 за исключением счетчиков реактивной энергии непосредственного включения, которые имеют класс точности 3,0.

Устройство и принцип их работы рассмотрим на примере однофазного счетчика типа С0-2М.

В пластмассовом корпусе расположен стальной сердечник , снабженный обмоткой напряжения. Она выполнена из большого числа витков провода малого диаметра и включается в цепь параллельно. Токовая обмотка намотана на сердечник и состоит из малого числа витков провода большого диаметра. Эта обмотка включается в цепь последовательно и рассчитана на номинальный ток 5 А. Между сердечниками имеется воздушный зазор, в котором может свободно вращаться алюминиевый диск, закрепленный на оси. Для регулировки счетчика служит установленный на стальной скобе постоянный магнит. Выводы обмоток подключаются к четырем клеммам б счетчика, которые закрываются крышкой и пломбируются.

При включении счетчика по его обмоткам текут токи, создающие магнитный поток в воздушном зазоре. Этот поток пересекает алюминиевый диск и индуктирует в нем вихревые токи. Взаимодействие токов в диске с магнитным потоком в обмотках вызывает появление механической силы, приводящей диск во вращение.

Диск связан зубчатой передачей со счетным механизмом счетчика, дающим показания в кВт * ч.

Для схемы, представленной в курсовой, использовались две ИМС : К555ТВ6, К55ЛА4.

Микросхема представляет собой три логических элемента 3И-НЕ. Корпус К555ЛА4 типа 201.14-1, масса не более 1 г и у КМ555ЛА4 типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.



Корпус ИМС К555ЛА4.

Условное графическое обозначение.

1,2,13,3,4,5,9,10,11 - входы X1-X9;

6 - выход Y3;

7 - общий;

8 - выход Y2;

12 - выход Y1;

14 - напряжение питания;

Электрические параметры.

1	Номинальное напряжение питания	5 В 5 %
2	Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,4 В
3	Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2,4 В
4	Напряжение на антизвонном диоде	не менее -1,5 В
5	Входной ток низкого уровня	не более -1,6 мА
6	Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА
7	Входной пробивной ток	не более 1 мА
8	Ток короткого замыкания	-18...-55 мА
9	Ток потребления при низком уровне выходного напряжения	не более 16,5 мА
10	Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения	не более 6 мА
11	Потребляемая статическая мощность на один логический элемент	не более 19,7 мВт
12	Время задержки распространения при включении	не более 15 нс
13	Время задержки распространения при выключении	не более 22 нс

Микросхема представляет собой два тактируемых J-K триггера с установкой в 0 и 1. Считывание информации с входов J и K происходит во время положительного перепада на входе С, а на выходы она передается во время отрицательного перепада. Логические уровни на J и K не должны изменяться, пока на С высокий уровень. Если соеденить выводы J и K триггер будет работать как обычный счетный (делить частоту на 2). Корпус К555ТВ6 типа 238.16-1, масса не более 2 г.

Корпус ИМС К555ТВ6.



Условное графическое обозначение.

1,15 - вход установки "0";

2 - вход J1;

3 - вход K1;

4,12 - вход синхронизации;

5,11 - вход установки "1";

6,7,9,10 - выходы;

8 - общий;

13 - вход K2;

14 - вход J2;

16 - напряжение питания

Электрические параметры.

1	Номинальное напряжение питания	5 В 5 %
2	Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,4 В
3	Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2,4 В
4	Входной ток низкого уровня по входам J,K по входам С,S по входу R	не более -1,6 мА не более -3,2 мА не более -4,8 мА
5	Входной ток высокого уровня по входам J,K по входам С,S по входу R	не более 0,04 мА не более 0,08 мА не более 0,16 мА
6	Ток потребления	не более 30 мА
7	Потребляемая статическая мощность	не более 157,5 мВт

3. Расчет тепловых процессов устройствах

Большинство радиотехнических устройств, потребляя от источников питания мощность, измеряемую десятками, а иногда и сотнями ватт, отдают полезной нагрузке от десятых долей до единиц ватт. Остальная электрическая энергия, превращаясь в тепловую, выделяется внутри аппарата. Температура нагрева аппарата оказывается выше температуры окружающей среды, в результате чего происходит процесс отдачи теплоты в окружающее пространство. Этот процесс идет тем интенсивнее, чем больше разность температур аппарата и окружающей среды.

При некотором значении температуры поверхности оказываются равными количество теплоты, отдаваемой в окружающее пространство, и количество теплоты, выделяемое внутри аппарата; наступает состояние теплового равновесия -- температура нагрева в каждой точке аппарата стабилизируется. Установившееся значение температуры определяется количеством теплоты, выделяемой внутри аппарата, и интенсивностью процесса отдачи теплоты в окружающее пространство, а также температурой окружающей среды.

Как было показано, надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры сильно зависит от температуры окружающей среды.

Для каждого типа элемента в технических условиях указывается предельная температура, при превышении которой элемент нельзя эксплуатировать. Поэтому одна из важнейших задач конструктора радиоэлектронной аппаратуры состоит в том, чтобы обеспечить правильные тепловые режимы для каждого элемента.

К555ТВ6

Для начала рассчитываем объем элемента ИМС по формуле:

V=L₁L₂h

V=0,0053м*0,0215м*0,0075м=0,00000073125м³=731,25мм³

Вычислим коэффициент заполнения аппарата:

k_з=V_д/V

k_з=700мм³/854,6мм³=0,819

Приведенный размер основания нагретой зоны:

l_пр=

l_пр==0,010м

Приведенная высота нагретой зоны:

h₃=h k_з

h₃=0,0075м*0,819=0,061м

Поверхность корпуса устройства:

S_к=2(L₁L₂+L₁h+L₂h)

S_к=2(0,0053м*0,0215м +0,0053м*0,0075м+0,0215м*0,0075м)=

=2(0,0001139м²+0,00003975м²+0,00001612м²)=0,0003395м²

Приведенная поверхность нагретой зоны:

S_з=2l_пр(l_пр+2h_з)

S_з=2*0,010м(0,010м+2*0,061м)=0,00264м²

Удельная поверхностная мощность корпуса:

P_уд.к=P/S_к

P_уд.к=0,0278Вт/0,0003395м²=81Вт

Удельная мощность нагретой зоны:



P_уд.з=P/S_з

P_уд.з=0,0278Вт/0,00264м²=10,5Вт

Средний перегрев поверхности корпуса по сравнению с температурой окружающей среды:

?t_к=P/(9S_к)

?t_к=0,0278Вт/(9*0,0003395м²)=9^оC

Средняя поверхностная температура корпуса устройства:

t_к=t_окр+?t_к

t_к=25^оС+9^оC=36^оС

К555ЛА4

Для начала рассчитываем объем элемента ИМС по формуле:

V=L₁L₂h

V=0,005м*0,0195м*0,0075м=0,0000007312м³=731,2мм³

Вычислим коэффициент заполнения аппарата:

k_з=V_д/V

k_з=700мм³/731,2мм³=0,957

Приведенный размер основания нагретой зоны:

l_пр=

l_пр==0,009м

Приведенная высота нагретой зоны:

h₃=h k_з

h₃=0,0075м*0,957=0,007м

Поверхность корпуса устройства:

S_к=2(L₁L₂+L₁h+L₂h)

S_к=2(0,005м*0,0195м +0,005м*0,0075м+0,0195м*0,0075м)=

=2(0,0000975м²+0,0000375м²+0,0001462м²)=0,0002812м²

Приведенная поверхность нагретой зоны:

S_з=2l_пр(l_пр+2h_з)

S_з=2*0,009м(0,009м+2*0,007м)=0,000414м²

Удельная поверхностная мощность корпуса:

P_уд.к=P/S_к

P_уд.к=0,0118Вт/0,0002812м²=41Вт

Удельная мощность нагретой зоны:

P_уд.з=P/S_з

P_уд.з=0,0118Вт/0,000414м²=28,5Вт

Средний перегрев поверхности корпуса по сравнению с температурой окружающей среды:

?t_к=P/(9S_к)

?t_к=0,0118Вт/(9*0,0002812м²)=4^оC

Средняя поверхностная температура корпуса устройства:

t_к=t_окр+?t_к

t_к=25^оС+4^оC=29^оС

4. Расчет помехоустойчивости

К555ЛА4

Рассчитать помехоустойчивость логических элементов ИС серии 555

= 4,47В для которых:

= 0,52 В; = 0,48 В; = 2,8 В и = 2,6В.

Необходимо определить напряжение порогового переключения:

0.7*4,75 В = 3,325 В;

0.3*4,75 В=1,425 В

Определим величины и :

= - = 1,425 В - 0,52 В = 0,905 В

= - = 2,6 В - 3,325 В = -0,525 В

Для наихудшего случая помехоустойчивость элементов велика и выше ТТЛ логики.

Определяем помехоустойчивость без учета влияния температуры: то есть при = +25. С увеличением до +80 она несколько снижается, так как величины и хотя слабо, но зависят от температуры, увеличивается примерно на 0,15 В, а уменьшается на такую же величину, при < отклонение будет меньше.

Определяем значение и для схемы:

K_u = 0,5

ДU = K_u *U_ип ;

ДU=2,375 В;

= ДU = 0,36 * 2,375 = 0,855 В

= ДU = 0,6 * 2,375 = 1,425 В

Элемент с большей помехоустойчивостью более предпочтителен, чем элемент с меньшей помехоустойчивостью, так как в первом случае возможно проектирование устройств с более высокой надежностью.

Для увеличения помехоустойчивости необходимо:

1. Увеличить логический перепад ДU.

2. Увеличить величину входного напряжения порога U_пор.

3. Уменьшить ширину области переключения.

4. Создавать передаточную характеристику, близкой к симметричной, относительно середины области переключения.

5. Уменьшить зависимость пороговых напряжений от режима работы схемы.

6. Повышать технологическую точность методов изготовления схем и ужесточить нормы на величины пороговых напряжений при отборе схем.

Но увеличение логического перепада ДU связанно с ростом напряжения питания, что в свою очередь приводит к повышенному расходу мощности, а так же увеличение пороговых напряжений приводит к росту средней задержки.

В сложном цифровом устройстве можно считать, что отпирающие и запирающие помехи приблизительно равновероятны и имеют одинаковую величину. В связи с этим, идеальная передаточная характеристика, для которой помехоустойчивость максимальна, должна соответствовать условиям. Передаточную характеристику, близкую к идеальной, имеют инверторы на КДМП - транзисторах.

Расчет помехоустойчивости:

К555ТВ6

Рассчитать помехоустойчивость логических элементов ИС серии 555 = 5В для которых:

= 0,52 В; = 0,48 В; = 2,8 В и = 2,6 В.

Необходимо определить напряжение порогового переключения:

0,7*5 В = 3,5 В;

0,3*5 В=1,5 В

Определим величины и :

= - = 1,5 В - 0,52 В = 0,98 В

= - = 2,6 В - 3,5 В = -0,9 В

Для наихудшего случая помехоустойчивость элементов велика и выше ТТЛ логики.

Определяем помехоустойчивость без учета влияния температуры: то есть при = +25. С увеличением до +80 она несколько снижается, так как величины и хотя слабо, но зависят от температуры, увеличивается примерно на 0,15 В, а уменьшается на такую же величину, при < отклонение будет меньше.

Определяем значение и для схемы:

K_u = 0,5

_ДU = K_u * U_ип = 2,5 В

= ДU = 0,36 * 2,5 = 0,9 В

= ДU = 0,6 * 2,5 = 1,5 В

Элемент с большей помехоустойчивостью более предпочтителен, чем элемент с меньшей помехоустойчивостью, так как в первом случае возможно проектирование устройств с более высокой надежностью.

Для увеличения помехоустойчивости необходимо:

1. Увеличить логический перепад ДU.

2. Увеличить величину входного напряжения порога U_пор.

3. Уменьшить ширину области переключения.

4. Создавать передаточную характеристику, близкой к симметричной, относительно середины области переключения.

5. Уменьшить зависимость пороговых напряжений от режима работы схемы.

6. Повышать технологическую точность методов изготовления схем и ужесточить нормы на величины пороговых напряжений при отборе схем.

Но увеличение логического перепада ДU связанно с ростом напряжения питания, что в свою очередь приводит к повышенному расходу мощности, а так же увеличение пороговых напряжений приводит к росту средней задержки.

В сложном цифровом устройстве можно считать, что отпирающие и запирающие помехи приблизительно равновероятны и имеют одинаковую величину. В связи с этим, идеальная передаточная характеристика, для которой помехоустойчивость максимальна, должна соответствовать условиям. Передаточную характеристику, близкую к идеальной, имеют инверторы на КДМП - транзисторах.

5. Расчет надежности устройства

Надежность - это свойства аппаратуры сохранять свои параметры в определенных условиях эксплуатации.

Надежность является комплексным свойством, которое обуславливается безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Рассчитать надежность логических элементов ИС серии 555:

Найдем в справочнике коэффициент нагрузки K_н для ИМС:

К_н=0,75.

По справочнику определим интенсивность отказов л_о:

л_о*10⁶,1/ч =0,16

Определим эксплуатационный коэффициент отказов б₁:

б₁=0,1

Определим значение коэффициента, учитывающего критичность к механическим воздействиям:

б₅=0,2

л_э= л_о* б₁* б₅*10^-6=0,16*0,1*0,2=0,0032 1/ч

л_У= л_э*n

л_У=0,0032 (1/ч) * 3=0,0096 (1/ч)

Определим среднее время наработки до первого отказа:

Т_ср=1/ Ул_У

Т_ср=1/0,0096 (1/ч)=104,7 ч

6. Разработка и компоновки печатной платы

Компоновка печатной платы - это процесс, при котором находят оптимальное размещение навесных элементов и ИМС на печатной плате.

Требования компоновки: обеспечить оптимальную плотность расположения компонентов; -исключить заметные паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия. Компоновку можно выполнять вручную или с использованием САПР. Ручную компоновку обычно выполняют с помощью шаблонов элементов, устанавливаемых на плате, изготовленных из бумаги или из другого материала. Шаблоны выполняют в том же масштабе, в котором оформлялся чертёж печатной платы. Эти шаблоны размещают на листе бумаги или другого материала с нанесённой координатной сеткой и ищут такое расположение элементов, при котором длина соединяющих их проводников минимальна. В результате компоновки находят положение контактных площадок для подключения всех элементов. Автоматическая компоновка выполняется с помощью программы Р-САD и графического редактора. Требования к габаритным размерам плат определяются технологией их изготовления. Размеры ПП должны быть экономически целесообразны (существенно ограничение на типоразмеры с целью стандартизации инструментов и приспособлений). Отклонение от прямоугольной формы и создание пазов во внешнем контуре приводит к повышенным производственным расходам и неполному использованию исходных материалов.

Если ЭРЭ имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстия печатной платы и запаивают.

Если корпус ЭРЭ имеет планарные выводы, то их припаивают к соответствующим контактным площадкам внахлест. ЭРЭ со штыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны (для плат с односторонней фольгой - на стороне где нет фольги).

Это обеспечивает возможность использования высокопроизводительных процессов пайки, например пайку «волной». Для ЭРЭ с планарными выводами пайку «волной» применять нельзя. Поэтому их можно располагать с двух сторон печатной платы. При этом обеспечивается большая плотность монтажа, так как на одной и той же плате можно расположить большее количество элементов. При размещении ЭРЭ на печатной плате необходимо учитывать следующее:

1) Полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.);

2) Должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

3) Должна быть предусмотрена возможность лёгкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы.

Если элемент имеет электропроводной корпус и под корпусом проходит проводник, то необходимо предусмотреть изоляцию корпуса или проводника.

Изоляцию можно осуществлять надеванием на корпус элемента трубок из изоляционного материала, нанесением тонкого слоя эпоксидной смолы на плату в зоне расположения корпуса (эпоксидная маска), наклеиванием на плату тонких изоляционных прокладок. От правильного расположения корпусов микросхем на печатной плате зависят такие параметры ЭВМ как габариты, масса, надежность, помехоустойчивость.

Шаг установки интегральных микросхем определяется требуемой плотностью компоновки, температурными режимами работы компонентов на плате, методом разработки топологии ПП (ручная, машинная), типом корпуса и сложностью электрической схемы. Рекомендуемый шаг установки ИМС -2,5мм. Зазоры между корпусами должны быть не менее 1,5 мм. ИМС со штырьковыми выводами располагаются с одной стороны печатной платы, так как монтаж штырьковых выводов производится в сквозные отверстия, причем концы выводов выступают на обратную сторону платы. Корпуса ИМС прочно удерживаются на плате запаянными выводами и выдерживают практически любые механические воздействия.

7. Разработка трассировки печатной платы

Трассировка печатной платы - это проведение проводников, соединяющих площадки, так, чтобы они имели минимальную длину, и минимальное число переходов на другие слои с целью устранения пересечений. микросхема счётчик плата печатный

Чертежи печатных плат выполняют на бумаге имеющей координатную сетку, нанесённую с определённым шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника. При этом по сетке можно воспроизвести рисунок печатной платы при изготовлении фото-оригиналов, с которых будут изготовлять шаблоны для нанесения рисунка платы на заготовку. Координатную сетку наносят на чертёж с шагом 2,5 или 1,25 мм. Шаг 1,25 мм. применяют в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25 мм. Центры монтажных и переходных отверстий должны быть расположены в узлах (точках пересечений линий) координатной сетки. Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два и более вывода, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все такие выводы должны быть расположены в узлах сетки. Диаметр отверстий в печатной плате должен быть большего диаметра вставляемого в него вывода, что обеспечит возможность свободной установки электро-радиоэлемента.

При диаметре вывода до 0,8 мм диаметр неметаллизированного отверстия делают на 0,2 мм больше диаметра вывода; при диаметре вывода более 0,8 мм - на 0,3 мм больше.

Диаметр металлизированного отверстия зависит от диаметра вставляемого в него вывода и от толщины платы.

Связанно это с тем, что при гальваническом осаждении металла на стенках отверстия малого диаметра, сделанного в толстой плате, толщина слоя металла получится неравномерной, а при большом отношении длины к диаметру некоторые места могут остаться непокрытыми. Диаметр металлизированного отверстия должен составлять не менее половины толщины платы. Отверстия на плате нужно располагать таким образом, чтобы расстояние между краями отверстий было не меньше толщины платы. В противном случае перемычка между от верстиями не будет иметь достаточной механической прочности.

Чтобы обеспечить надёжное соединение металлизированного отверстия с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку. Контактные площадки отверстий рекомендуется делать в форме кольца.

Печатные проводники рекомендуется выполнять прямоугольной конфигурации, располагая их параллельно линиям координатной сетки.

Проводники на всём их протяжении должны иметь одинаковую ширину. Если один или несколько проводников проходят через узкое место, ширина проводников может быть уменьшена. При этом длина участка, на котором уменьшена ширина, должна быть минимальной.

Следует иметь в виду, что узкие проводники (шириной 0,3 - 0,4 мм) могут отслаиваться от изоляционного основания при незначительных нагрузках. Если такие проводники имеют большую длину, то следует увеличивать прочность сцепления проводника с основанием, располагая через каждые 25 - 30 мм по длине проводника металлизированные отверстия или местные расширения типа контактной площадки с размером 1х1мм или более.

Если проводник проходит в узком месте между двумя отверстиями, то нужно прокладывать его так, чтобы он был перпендикулярен линии, соединяющей центры отверстий. При этом можно обеспечить максимальную ширину проводников и максимальное расстояние между ними. Экраны и проводники шириной более 5 мм следует выполнять с вырезами Связанно это с тем, что при нагревании плат в процессе из изоляционного основания могут выделяться газы. Если проводник или экран имеет большую ширину, то газы не находят выхода и могут вспучить фольгу

Участки платы, по которым не должны проходить печатные проводники, обводят штрихпунктирной линией и соответствующие указание делают в технических требованиях. Зенковку на отверстиях графически не показывают. Кроме перечисленных данных в технических требованиях чертежа должно быть указано:

А) Номер ГОСТа или ТУ, которым должна соответствовать плата;

Б) Шаг координатной сетки;

В) Указания о гальваническом покрытии проводников печатной платы, например: «Печатный монтаж серебрить Ср 9».

Г) Способ изготовления печатной платы.

Для поверхностей печатной платы, которые в процессе изготовления подвергаются механической обработке (контур платы, отверстия, пазы, и т.п.), устанавливают норму на шероховатость.

Размеры на чертеже печатной платы указывают одним из следующих способов: с помощью размерных и выносных линий; нанесением координатной сетки в прямоугольной или в полярной системе координат; комбинированным способом.

При задании размеров координатной сетки её линии нумеруют.

Проводники шириной более 2,5 мм можно изображать двумя линиями, при этом, если они совпадают с линиями координатной сетки, числовое значение ширины на чертеже не указывают. Отдельные элементы рисунка печатной платы можно выделять штриховкой, чернением. Круглые отверстия, имеющие зенковку, и круглые контактные площадки с круглыми отверстиями изображают одной окружностью.



Заключение

При выполнении данной курсовой работы были проведены расчет и построение схемы четырехразрядного синхронного счетчика с параллельным переносом (555 серии). Учитывались основные параметры, влияющие на работу цифрового устройства. Был произведен синтез электрической принципиальной схемы заданного устройства, а так же произведена разработка компоновки и трассировки печатной платы устройства, выбраны и обоснованы критерии подбора интегральных микросхем.



Список литературы

1. И. Букреев, В. Горячев, Б. Мансуров Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - Техносфера, 2014.

2. А. В. Нефедов Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. - КУБК-а, 2007.

3. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника (2012)

Список сайтов:

1. http://www.chipinfo.ru

2. http://www.studfiles.ru

3. http://ru.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru

...