Универсальный одноплатный контроллер на однокристальной ЭВМ (стр. 4 из 4)
6.1. Описание диаграмм временных регистра адреса.
При высоком уровне сигнала STB и низком сигнала ОЕ микросхемы работают в режиме шинного формирователя:
информация на выходах Q повторяется или инвертируется по отношению к входной информации D. При переходе сигнала STB из состояния высокого уровня в состояние низкого уровня происходит «защелкивание» передаваемой информации во внутреннем триггере, и она сохраняется до тех пор, пока на входе STB присутствует напряжение низкого уровня. В течение этого времени изменение информации на входах D не влияет на состояние выходов Q. При переходе сигнала STB вновь в состояние высокого уровня состояние выходов приводится в соответствие с информационными входами D.
При переходе сигнала ОЕ в состояние высокого уровня все выходы Q переходят в 3-е состояние независимо от входных сигналов STB и D. При возвращении сигнала ОЕ в состояние низкого уровня выходы Q, переходят в состояние, соответствующее внутренним триггерам.
При обращении к внешнему устройству микропроцессор в начальный период цикла выполнения микрокоманды выдает на местную шину адрес этого устройства, который передается на системную шину необходимым числом регистров КР580ИР82.
В качестве стробирующего сигнала используется сигнал ALE контроллера шины КР1810ВГ88. Разрешение доступа к шине и отключение от нее (переход выходов в 3-е состояние) осуществляется с помощью сигнала AEN арбитра КР1810ВБ89.
6.2. Описание диаграмм временных блока ОЗУ.
Расчет потребляемой мощности и быстродействия будет выполнен согласно схемы электрической принципиальной, показанной в графической части лист 1 Э3.
7.1. Расчет потребляемой мощности.
Для расчета потребляемой мощности были взяты исходные данные из справочной литературы [3,5,6,8]. Расчет потребляемой мощности выполняем по формуле
Рпотр=Iпотр * Uи.п. (7.1)
где Iпотр – ток потребления;
Uи.п. – напряжение источника питания.
Расчитаем значение потребляемой мощности всех элементов схемы электрической принципиальной по формуле:
(7.2)где Рпотр.1 –мощность, потребляемая ИМС D1.
Значенияпотребляемой мощности ИМС, и их количество указано в таблице 7.1.
Расчитаем быстродействие схемы, показаной в графической части лист 1 Э3 по самой «длинной» цепочке: D1, D2
Вычисление быстродействия осуществляется по формуле:
tбыстр = tздр.i + … + tздр.i+1(7.3)
где tздр.i – время задержки сигнала i-ой ИМС.
Из пункта 4 пояснительной записки выбираем значения времени задержки указанных микросхем и подставляем их в формулу (7.3)
Рассмотрим конструкцию универсального одноплатного микроконтроллера на однокристальной ЭВМ, показанной в графической, части лист Э7. Разработка конструкции будет выполняться согласно схемы электрической принципиальной, показанной в графической части лист Э3.
Микроконтроллер расположен на двухсторонней печатной плате размером 120*180 мм. Масса микроконтроллера - не более 0,8 кг. При описании конструкции необходимо рассмотреть основные характеристики материалов используемых при установлении печатной платы, а также осиновые моменты, которые необходимо учитывать при монтаже.
Шаг координатной сетки выбран в соответствии с ГОСТ 10317-79 и равен 1,25 мм, что согласуется с шагом позиций выводов корпусов ИМС. Класс точности изготовления печатных плат соответствует ГОСТ 23751-86, в данном случае 2-й класс, так как монтаж печатной платы с навесными дискретными элементами.
Основанием печатных плат служит фольгированный диэлектрик - стеклотекстолит. Изготовление печатных плат осуществляется комбинированным негативным методом. Для получения защитного рисунка используют метод фотопечати с негативным фоторезистом. Монтажные отверстия необходимо сверлить сверлом диаметром 0,75мм. Так как печатная плата двухсторонняя, то связь между ИМС, дискретными элементами осуществляется с помощью металлизации отверстий (для контактных площадок - поясок меди не менее 50мкм). Диаметр металлизированных отверстий равен 0,8мм.
Микросхемы на печатной плате располагаются линейно - многорядно. Корпуса ИМС со штыревыми выводами устанавливаются только со стороны печатной платы.
Монтаж производится с зазором 1-2мм. Величина выступающей части вывода с обратной стороны платы 0,5-1,5мм. Выводы дискретных элементов перед монтажом формуются, лудятся и обрезаются. Монтаж осуществляется с помощью припоя ПОС61 ГОСТ 21931-76. Диаметр отверстий от 2мм до 3мм. Расстояние между корпусами дискретных элементов не менее 1мм, расстояние между ними по торцу 1,5мм. Технические требования по объемному монтажу по ОСТ 410.054.
Для защиты от воздействия внешней среды печатную плату покрывают лаком УГ-231 ТУ6-10-263-84 С1-9 (толщина слоя 35-100 мкм).
Маркировать обозначение печатной платы и первых контактов разъема методом травления, остальное краской ТИПФ-53 черная ТУ 79-02-889-79. Ширина линии 0,3мм, шрифт ПО-2 ГОСТ 293-62.
При эксплуатации устройства необходимо соблюдать следующие требования:
- недопустимо наличие теплового удара, попадание паров, что вызывает коррозию металла
- стараться не допускать воздействия вибрационных нагрузок и ударов, влекущих за собой разрушение конструкции.
- относительная влажность воздуха в рабочем состоянии должна быть не более 80%.
- запрещается эксплуатировать микроЭВМ в помещениях с химически активной средой.
- воздействии ударных нагрузок с ускорением 15g при длительности импульса от 10 до 15 мс и частоте от 80 до 120 ударов в минуту.
- не допускается вибраций, которые имеют частоту, совпадающую с частотой собственных колебаний устройства.
Расстановка и крепление транспортной тары с упакованными ОЭВМ в транспортных средствах должны обеспечивать устойчивое положение транспортной тары и отсутствие ее перемещения во время транспортирования.
При транспортировании должна быть обеспечена защита транспортной тары с упакованной ОЭВМ от атмосферных осадков.
Рассмотрим методику проверки универсального одноплатного микроконтроллера на однокристальной ЭВМ, схема электрическая принципиальная которого представлена в графической части, лист 2 ЭЗ.
Перед началом выполняемых работ необходимо произвести визуальный осмотр конструкции, убедиться в отсутствии механических повреждений печатной платы и элементов. Затем необходимо проверить правильность установки элементов в соответствии со схемой расположения, представленной в графической части лист 5 Э7. Убедиться в наличии заземления и исправности кабелей аппаратуры комплекса куда встроена ОЭВМ.
Убедившись в отсутствии выше указанных повреждений следует приступить к проверке основных технических характеристик микропроцессора.
Установить переключатели сетевого питания аппаратуры в положение, соответствующее отключенному состоянию. Подключите к сети 220В 50Гц с помощью кабелей сетевого питания аппаратуру комплекса. При отключенном разъеме системного канала микропроцессора включите аппаратуру комплекса, проверьте ее работоспособность, а также значение питающих напряжений микропроцессор на соответствие допустимым отклонениям и затем отключите ее с помощью переключателей. Подключите микропроцессор в состав комплекса. Устранение дефектов монтажа, а также замену неисправных элементов необходимо производить маломощным паяльником, рассчитанным на напряжение не более 12В. Для защиты ИМС от статического электричества необходимо заземлить рабочий стол, паяльник, а также самого наладчика с помощью антистатического браслета.
При включении необходимо проверить время задержки каждой микросхемы с помощью осциллографа С1-72. Это время должно соответствовать значениям времени задержки, указанным в пункте 4 пояснительной записки.
Затем с помощью мультиметра Ц4360 или аналогичного производится измерение потребляемого тока. Этот ток при напряжении питания +5В не должен принимать значения больше указанных в пункте 4 пояснительной записки.
После измерения параметров микросхем нужно проверить правильность работы узлов с помощью осциллографа С1-70. Диаграммы снятые с блока ОЗУ и с регистра-заглушки должны соответствовать диаграммам, представленным в графической части лист 4 ДВ.
Правильно собранное устройство не требует настройки и начинает работать сразу после включения.
Во время выполнения курсового проекта по схеме электрической функциональной я разработала схему электрическую структурную, представленную в графической части лист 1 Э1, разработал схему электрическую принципиальную, показанную в графической части лист 2 ЭЗ. Разработка схемы электрической принципиальной также включала в себя разработку блока индикации состояния ПЗУ и системы контроля выборки ОЗУ. Затем на блок индикации и систему контроля были разработаны диаграммы временные, показанные в графической части лист 5, 6 ДВ.
По схеме электрической принципиальной были рассчитаны электрические параметры устройства. После выполнения расчетов были получены следующие значения:
После этого была разработана методика проверки работоспособности схемы электрической принципиальной. В завершение, на основании схемы электрической принципиальной, была разработана схема расположения элементов, которая выполняется согласно описанию конструкции, в которую можно внести некоторые изменения:
1). Вместо ИМС серии К155 можно применить микросхемы серии К531, что увеличит быстродействие устройства, но увеличит потребляемую мощность, или микросхемы серии К555, что уменьшит быстродействие устройства, но уменьшит и потребляемую мощность.
2). Вместо двухсторонней печатной платы, основанием которой служит стеклотекстолит, можно использовать многослойные печатные платы, конструкция которой аналогична двухсторонней печатной плате.