Курсовая работа (т): Разработка блока вывода информации

Разработка блока вывода информации

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного проекта является разработка блока вывода информации. В данном проекте происходит расчет печатной платы с учетом всех ГОСТов, условий эксплуатаций, среды эксплуатации и т.п.

В ходе курсового проектирования решаются следующие задачи:

Проводится анализ технического задания.

Анализируется схема электрическая принципиальная.

Обосновывается элементная база и материалы проектируемого изделия.

Производятся расчеты, подтверждающие работоспособность устройства.

Производится анализ действия дестабилизирующих факторов.

Курсовой проект содержит 10 таблиц, 26 формул, 7 рисунков, в приложении приведены:

• спецификация на разработанный функциональный узел;

• сборочный чертеж ФУ (печатной платы с элементами);

• сборочный чертеж изделия;

• схема электрическая принципиальная;

• перечень элементов схемы электрической принципиальной;

• чертеж печатной платы (как детали).

1       РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.1    Основание для разработки

Основанием для разработки является программа курса для ВУЗов, утвержденная Министерством образования Республики Беларусь. Тематическая карточка на разработку не предусматривается.

1.2    Цель и назначение разработки

Цель - спроектировать функциональный узел (ФУ) РЭС на корпусных интегральных микросхемах и разработать на него конструкторскую документацию. Для достижения цели необходимо изучить основные правила построения электрических схем с использованием корпусных интегральных микросхем, составления перечня элементов электрической принципиальной схемы, разработки печатной платы и выполнения её чертежа, разработки сборочного чертежа ФУ и составления спецификации на сборочную единицу (ФУ). Комплект должен включать:

• расчетно-пояснительную записку;

• спецификацию на разработанный функциональный узел;

• сборочный чертеж ФУ (печатной платы с элементами);

• сборочный чертеж изделия;

• схему электрическую принципиальную;

• перечень элементов схемы электрической принципиальной;

• чертеж печатной платы (как детали).

1.3    Источники разработки

Источниками разработки является схема электрическая принципиальная блока вывода информации (БВИ).

1.4    Технические требования

1.4.1 Состав изделия и требования к конструктивному исполнению устройства

БВИ должен изготавливаться в соответствии с требованиями

ГОСТов, соответствовать требованиям настоящего ТЗ, ТУ и комплекта конструкторской документации.

Принцип построения БВИ должен обеспечивать:

взаимозаменяемость сменных одноименных составных частей;

ремонтопригодность.

По внешнему виду блок должен соответствовать утвержденному образцу.

Конструкция БВИ должна обеспечивать:

удобство эксплуатации;

возможность ремонта;

доступ ко всем элементам и узлам, требующим замены в процессе эксплуатации.

БВИ должен быть работоспособным при электропитании от однофазной сети переменного тока нормальным напряжением 4-5 В и частотой переменного тока 50Гц, при этом нормы качества электрической энергии при электропитании от государственной энергетической системы - по ГОСТ 1309-67.

По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающей среды блок должен соответствовать климатическому исполнению к категории размещения У2 по ГОСТ 15150-69. Поэтому по ГОСТ 23752-79 выбирают группу жесткости, определяющую соответствующие требования к конструкции ПП, к используемому материалу, необходимости применения дополнительной защиты от внешних воздействий (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Группы жесткости печатных плат

Класс точности выбирается в соответствии с рекомендациями ОСТ4.010.022-85. ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности ПП, каждый из которых характеризуется наименьшими номинальными значениями основных параметров для узкого места - это участок ПП, на который элементы печатного проводящего рисунка и расстояние между ними могут быть выполнены только с минимальными допустимыми значениями (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Наименьшее номинальное значение основных параметров для классов точности ПП

Примечание. t - наименьшая номинальная ширина проводника; S - наименьшее номинальное расстояние между проводниками; b - минимально допустимая ширина контактной площадки; γ - отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине ПП.

Для антикоррозийной защиты применять гальванические и лакокрасочные покрытия.

1.4.2 Требования к надежности

БВИ по обеспечению надежности должен удовлетворять требованиям ГОСТ 27.003-90 и должен выдерживать воздействия внешних механических и климатических факторов в соответствии с ГОСТ 3940-81 и ГОСТ 30241.1

2       КОНСТРУКТИВНЫЙ АНАЛИЗ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦПАЛЬОЙ

2.1    Уяснение назначения и функционирования схемы

Схема электрическая принципиальная разрабатываемого БВИ приведена в приложении. БВИ строится на 19 микросхемах (DD1-DD19) по заданию необходимо использовать корпус типа 4 по ГОСТ 17467-88, поэтому выбираем микросхемы серии К176 - транзистор-транзисторной логики. Питание схемы осуществляется от стабилизированного источника питания с выходным напряжением +5В относительно общей шины.

2.2    Сопоставление условий эксплуатации и технических условий на использование элементной базы

Изделия должны сохранять свои параметры в пределах норм, установленных техническими заданиями, стандартами или техническими условиями в течение сроков службы и сроков сохраняемости, указанных в техническом задании после или в процессе воздействия климатических факторов, значения которых установлены ГОСТ 15150-69.

Изделия предназначают для эксплуатации в нескольких макроклиматических районах и изготавливают в различных климатических исполнениях.

Проведем сравнительную оценку заданных условий эксплуатации и допустимых эксплуатационных параметров радиоэлементов, использованных в данном БВИ.

Из справочной литературы [3] имеем следующие данные об условиях эксплуатации интегральных микросхем серии К176 и К155:

Эксплуатационные показатели:

вибрация:

диапазон частот, Гц                       1…600

ускорение, g                                    5

многократные удары:

ускорение, g                                    75

однократный удар:

ускорение, g                                    -

линейная нагрузка с ускорением,g         25

атмосферное давление, Па:

пониженное                                     0,67∙102

повышенное                                    3∙105

температура, оС                                      -10…+70

относительная влажность

при 40 оС, %                                  40

иней, роса                                       устойчивы

Показатели надежности:

минимальная наработка, ч            100000

срок сохраняемости, лет                25

Нормальные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации изделий принимают равными значениям ГОСТ15150-69 таблица 2.1

Таблица 2.1- Значения температуры окружающего воздуха

* Для изделий, которые по условиям эксплуатации могут иметь перерывы в работе при эпизодически появляющихся температурах ниже минус 40°С, нижнее рабочее значение температуры допускается в технически обоснованных случаях принимать равным минус 40°С. Для исполнения ТУ нижнее рабочее значение температуры принимают равным минус 25°С, нижнее предельное рабочее значение температуры - минус 30°С.

**Для эксплуатации в нерабочем состоянии (для эксплуатационного хранения и транспортирования) значение принимают таким же, как для категории 3, а для вида климатического исполнения В4 - как для вида исполнения ОМ3.

Значит элементы схемы пригодны для эксплуатации в условиях У 1.1.

3       ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТОВ И МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИИ

3.1    Выбор и обоснование элементной базы

Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом требований, изложенных в техническом задании. Эксплуатационная надежность элементной базы во многом определяется правильным выбором типа элементов при проектировании и использовании в режимах, не превышающие допустимые. Следует отметить, что ниже рассматриваются допустимые режимы работы и налагаемые при этом ограничения в зависимости от воздействующих факторов лишь с точки зрения устойчивой работы самих элементов, не касаясь схемотехники и влияния параметров описываемых элементов на другие элементы.

Влияние ЭДС, шумов, коэффициентов нелинейности, паразитных емкости и индуктивности и др., должны учитываться дополнительно исходя из конкретных условий применения.

Для правильного типа элементов необходимо на основе требований к установке в части климатических, механических и др. воздействий проанализировать условия работы каждого элемента и определить:

эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур, относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление, механические нагрузки и др.);

значения параметров и их допустимые изменения в процессе эксплуатации (номинальное значение, допуск, сопротивление изоляции, шумы, вид функциональной характеристики и др.);

допустимые режимы и рабочие электрические нагрузки (мощность, напряжение, частота, параметры импульсного режима и т. д.);

показатели надежности, долговечности и сохраняемости.

Критерием выбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в любом радиоэлектронном устройстве является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданным условиям работы и эксплуатации.

Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются:

а) технические параметры:

номинальное значение параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схеме устройства;

допустимое рабочее напряжение ЭРЭ;

допустимое рассеивание мощности ЭРЭ;

диапазон рабочих частот ЭРЭ;

коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ.

б) эксплуатационные параметры:

диапазон рабочих температур;

относительная влажность воздуха;

давление окружающей среды;

вибрационные нагрузки;

другие (специальные) показатели.

Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ являются:

унификация ЭРЭ;

масса и габариты ЭРЭ;

наименьшая стоимость;

надежность.

Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия. Применение принципов стандартизации и унификации при выборе ЭРЭ, а также конструировании изделия позволяет получить следующие преимущества:

значительно сократить сроки и стоимость проектирования;

сократить на предприятии-изготовителе применяемость и масштаб производства;

исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого нового варианта РЭА, т.е. упростить подготовку производства;

создать специализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятий;

улучшить эксплуатационную и производственную технологичность;

снизить себестоимость изделия.

Учитывая вышесказанное, перейдем к выбору элементной базы разрабатываемого БВИ.

В схеме применены:

микросхемы;

В дальнейшем выбранные ЭРЭ будут полностью удовлетворять условиям эксплуатации РЭА.

3.2    Выбор материалов печатной платы

Материал для ПП выбирают по ГОСТ 23751 - 86 или ТУ. Материалы, рекомендуемые для изготовления ПП, приведены в табл. 3.1. Основные параметры наиболее употребительных материалов сведены в табл.3.2

Таблица 3.1