СКАЧАТЬ:  ums.zip [200,93 Kb] (cкачиваний: 74)

ВВЕДЕНИЕ

Разработка устройств на микросхемах представляет собой процесс создания новых образцов, удовлетворяющих заданным требованиям. Этот процесс связан с ре­шением схемотехнических, конструкторских, технологических задач.

Особенность проектирования аппаратуры на микросхе­мах проявляется в большой сложности правильного выбора эле­ментной базы и конструктивно-технических решений. Это связано с неоднозначностью выбора вариантов построения устройства из за широкой номенклатуры микросхем, различных степеней их инте­грации и технологии изготовления.

Под объектом проектирования понимают любой объект, еще не существующий в действительности. Цель проекта проектирования состоит в том, чтобы на основе априорной информации и апостериорной информации разработать техническую документацию, требуемую для изготовления объекта проектирования. Проектирование – процесс создания прототипа – прообраза объекта, необходимого для изготовления этого объекта. Проектирование по существу представляет собой процесс управления с обратной связью, где сначала идет техническое задание, затем – выбор структуры параметров и технических средств, а критерий сравнения – результаты проектирования.

Особенности проектирования сложных систем управления. При создании сложных технических систем временная регламентация работ обуславливает выделение этапов проектирования, а детализация представлений о системах и подсистемах с отображением их свойств с определенной степенью подробности обуславливает выделение уровней проектирования. Типовыми этапами проектирования являются следующие:

1. Этап научно-исследовательских работ.
2. Этап эскизного проектирования.
3. Этап технического и рабочего проектирования.
4. Этап рабочих испытаний.

Уровни проектирования технических систем подразделяются на: алгоритмический, структурный, функционально-логический, схемотехнический, конструкторско-технологический.

На каждом из этих уровне проектирования решаются следующие вопросы. На алгоритмическом: построение системы в целом, анализа алгоритмов управления и обмена информацией. На структурном: укрупненного анализа и выбора принципов организации и архитектуры системы распределения и рационального соотношения выбора программных и аппаратных средств, определения состава структурных блоков и программных модулей, способов их взаимодействия и реконфигурации, формирования частных технических заданий на их разработку. На функционально-логическом: детализация по реализации функций отдельных подсистем и структурных блоков, технической, алгоритмической и программной реализации каждого из блоков и всей системы в целом с удовлетворением требованиям технического задания. На схемотехническом и конструкторско-технологическом уровнях производится завершение разработки блоков и подсистем с оформлением принципиально-электрических, функциональных и других схем, конструкторско-технологических чертежей и прочей необходимой документации.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ УМС

Устройство многоканальной сигнализации УМС предназначено:

-      для измерения и сигнализации состояния температуры объекта, обрыва
и короткого замыкания термопреобразователя;

-      для    циклического    преобразования    активного    сопротивления
термопреобразователя сопротивления в постоянный ток.

Устройство может быть использовано в металлургической, энергетической, газодобывающей и других отраслях промышленности для циклического контроля температуры подшипников воздуходувок, турбогенераторов, компрессоров, шаровых мельниц, прокатных станов и т.п.

Устройство предназначено для работы при температуре окружающего воздуха от 5 до 50 °С и верхнем значении относительной влажности 80% при 35 °С и более низких температурах, без конденсации влаги. Устройство работает в комплекте с термопреобразователями, подключенными по четырехпроводной линии связи. Сопротивление каждого провода линии связи термопреобразователей с устройствами не должно превышать 15 Ом.

Устройство многоканальной сигнализации имеет восемь задатчиков, согласно табл. 1, обеспечивающих возможность плавного изменения величины сигнализации (уставки) в пределах диапазона изменения входного сигнала.

Нагрузочное сопротивление (сопротивление измерительных приборов и линии связи), при котором устанавливаются пределы изменения выходного сигнала постоянного тока от 0 до 5 мА должно быть 2000±1 Ом. Устройство по сигнализации имеет контактный выход, предусматривающий коммутацию нагрузки при напряжении до 220 В и токе до 1 А.

УМС формирует:

-      выходные    сигналы    об    обрыве    и    коротком    замыкании
термопреобразователя;

-     выходные сигналы о номере подключенного канала;

-     выходные сигналы МАЛО, НОРМА, МНОГО для каждой группы из 4
каналов УМСЗ по табл. 1;

-     выходные сигналы ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ и АВАРИЯ УМС4.

Рис. 1. Вид передней панели УМСЗ

Устройство обеспечивает на лицевой панели (рис. 1) световую индикацию:

-     результата измерения;

-     номера контролируемого термопреобразователя;

-     трехпозиционной сигнализации МАЛО, НОРМА, МНОГО для каждой
группы из 4 каналов УМСЗ (предупредительной ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ и
аварийной АВАРИЯ сигнализации УМС4);

-           короткого замыкания или обрыва термопреобразователя.
Устройство многоканальной сигнализации УМС имеет режим работы «непрерывно»       (автоматический),       обеспечивающий       коммутацию термопреобразователей   независимо   от   состояния   сигнализации   при запоминании аварийных ситуаций в каждой группе из 4 каналов.

               Устройство обеспечивает возможность прекращения коммутаций термопреобразователей на любом канале оператором. В устройстве предусмотрена возможность изменения числа подключаемых термопреобразователей от 1 до 16. Цикл контроля (время опроса 16 термопреобразователей):

минимальное время – не более 16 с;

максимальное время – не менее 60 с.

Быстродействие устройства преобразования (время установления выходного сигнала) и быстродействие устройств сигнализации менее 1с.

Устройство выдерживает короткое замыкание и обрыв любого провода линии связи с термопреобразователями в течение 15 мин.

Питание устройства осуществляется переменным однофазным током с напряжением 220 В. Потребляемая мощность не более 20 ВА.

Средняя наработка на отказ не менее 25000 ч по каждой функции. Средний срок службы не менее 10 лет. Установленный срок службы >5 лет.

1.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ УМС

Устройство многоканальной сигнализации имеет 2 исполнения, указанные в таблице 1:

Таблица 1. Варианты исполнения УМС

Пределы измерений температуры в зависимости от типа термопреобразователя – от 0 до 200°С (0 - 800°С).

Основная погрешность устройства, выраженная в процентах от нормирующего значения, не более ±0,5 - измерения и преобразования; ±0,6 - сигнализации.

За нормирующее, значение принимают разность верхнего и нижнего предельных значений входного сигнала, выраженную в градусах.

Пределы изменения выходного сигнала постоянного тока устройства от 0 до 5 мА. Информативным параметром выходного сигнала является его среднее значение за время не менее 100 мс. Пульсация выходного сигнала не превышает 25 мВ.

1.3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА УМС

Принцип действия устройства многоканальной сигнализации.

Структурная схема устройства (рис.2) состоит из следующих функциональных узлов: стабилизатора тока СТ₁; ключей тока и напряжения К_I и К_U составляющих коммутатор; распределителя импульсов РИ; измери­тельного усилителя ИУ; блока АЦП и блоков компараторов К, задания уставок БЗУ, индикации БИ, управления БУ, реле БР, питания БП.

Термопреобразователи В1-В16 подключены к устройству с помощью проводов Tl, T2, П1 и П2 четырехпроводной линии связи. Опрос термопреобразователя В_i осуществляется следующим образом. Провода Т1 всех термопреобразователей В1-В16 подключены к входу 1 стабилизатора тока. Провод Т2 каждого термопреобразователя В_i через ключ K_I токовой группы коммутатора подключен к входу 2 стабилизатора тока.

При открывании ключа K_I через термопреобразователь протекает ток I_СТ создавая на термопреобразователе падение напряжения, пропорциональное его сопротивлению. При открывании ключей К_П1 и К_П2 потенциальной группы коммутатора потенциалы U₁ и U₂ проводов П1 и П2 термопреобразователя B_i подаются на входы измерительного усилителя.

Ключи К_I, К_П1, К_П2 коммутатора управляют синхронно сигналами распределителя импульсов, состоящего из генератора и счетчика СТ. Последовательность импульсов, формируемая генератором, поступает на вход счетчика с переменным коэффициентом деления, с выхода которого двоичный код номера опрашиваемого термопреобразователя подается на коммутатор, блок индикации и на выход. Изменяя частоту импульсов генератора и коэффициент деления счетчика, можно менять время цикла опроса и число опрашиваемых термопреобразователей.

Выходной сигнал измерительного усилителя, нормализованный до уровня от 0 до 8 В, подается на вход АЦП, на вход блока компараторов К и на преобразователь напряжение-ток.

Блок задания уставок формирует уставки МАЛО и МНОГО (ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ и АВАРИЯ) для каждой группы каналов 1-4, 5-8, 9-12, 13-16.

Уставки задаются переменными резисторами на лицевой стороне устройства при нажатии соответствующей кнопки. Величина уставок контролируется на табло устройства.

Блок компараторов, состоящий из четырех компараторов, формирует выходные релейные сигналы и сигналы для блока индикации, информирующие потребителя о состоянии опрашиваемого термопреобразователя (обрыв или короткое замыкание) и о температуре объекта: МАЛО, НОРМА, МНОГО для УМСЗ и ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ, АВАРИЯ для УМС4.

Блок АЦП производит преобразование сигнала с термопреобразователя (или с уставок) в цифровую форму с индикацией на блоке индикации.

Блок индикации формирует информацию о номере опрашиваемого термопреобразователя в цифровом виде и информацию о состоянии термопреобразователя и температуре объекта в виде световых сигналов.

1.4. УСТРОЙСТВО И РАБОТА СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ

Плата компараторов

На плате компаратора размещены следующие функциональные узлы:

• шестнадцатиканальный коммутатор тока на м/с Dl, D2;
• четырехканальный компаратор на м/с D4;
• дешифратор групп каналов D3;
• мощные   ключевые   элементы   D6,   D7   и   преобразователь
  напряжение-ток на м/с D8.

В зависимости от состояния счетчика каналов (на плате усилителя) происходит подключение генератора стабильного тока на текущий канал.

Одновременно на входы компараторов WI и W2 подаются напряжения уставок МАЛО и МНОГО соответствующей группы каналов. Происходит сравнение результата измерения входной величины и напряжений уставок. Для УМСЗ срабатывание реле МАЛО (МНОГО) происходит при U_BX < уставки МАЛО (Ubx > уставки МНОГО). Для УМС4 срабатывание реле ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ или АВАРИЯ происходит при U_BX > уставки П или уставки А.

Компараторы W3 и W4 обеспечивает контроль короткого замыкания и обрыва датчика. Ключевые элементы D6, D7 обеспечивают коммутацию обмоток выходных реле.

Преобразователь, собранный на м/с D8, обеспечивает преобразование входного напряжения в выходной ток.

Плата усилителя

На плате усилителя размещены следующие функциональные узлы:

• шестнадцатиканальный дифференциальный коммутатор напряжения на
  м/с Dl - D4;
• измерительный усилитель на м/с D8, D9, D11;
• задающий генератор цикла опроса каналов на м/с D10;
• счетчик с переменным коэффициентом деления на м/с D5, D7, D12.
  Входной сигнал в виде падения напряжения от стабильного тока на первичном преобразователе сопротивления через входной коммутатор подается на измерительный усилитель и затем на вход АЦП. Номер выбранного канала определяется состоянием счетчика D12, на который посту­пают импульсы с генератора D10 (или от кнопки Р на передней панели в ручном режиме). С помощью элементов D7.2, 7.3, 5.2, 5.3 и перемычек 1-6 возможно менять коэффициент деления счетчика от 1 до 16.

С помощью резисторов R6, R7 и перемычки 8 возможен выбор типа первичного преобразователя. Резисторы R12 - R13 и перемычка 7 необходимы для подстройки коэффициента усилителя в зависимости от диапазона 0-200 или 0-800°С. Устанавливая перемычки, можно легко перестроить устройство на необходимую номинальную статическую характеристику и диапазон измерения.

Плата аналого-цифрового преобразователя

Принципиальная электрическая схема платы АЦП приведена в Приложении 1 и перечень элементов к ней приведен в Приложении 2.

На плате АЦП размещены следующие функциональные узлы:

• АЦП двойного интегрирования на м/с D4;
• преобразователь двоичного кода номера канала от 0000 до 1111 в
  код от 1 до 16 для индикации на передней панели прибора на м/с D1, D3;
• генератор импульсов (около 1 с) на м/с D2.

Входное напряжение с выбранного первичного преобразователя или напряжение уставки при нажатой кнопке Т(П) либо А (А) на передней панели поступает на вход АЦП. С помощью резисторов R8 и R11 настраивается коэффициент преобразования для получения максимального отсчета 199,9 или 800 °С в зависимости от диапазона. Результат измерения через жгут поступает на табло, расположенное на плате индикации. Преобразователь кода обеспечивает получение кода N1H, N4H, N10H для индикации на табло номеров каналов от 1 до 16.

Генератор D2 обеспечивает мигающий режим светодиода (ОБРЫВ или КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ) на передней панели.

Электрическая схема УМС состоит из множества связанных между собой элементов: микросхем, конденсаторов, резисторов, диодов, транзисторов. Рассмотрим в отдельности некоторые микросхемы, входящие в состав принципиальных электрических схем.

1.5. ОПИСАНИЕ МИКРОСХЕМ ПЛАТЫ АЦП

1.5.1. Микросхема К155ИМ3 

Микросхемы представляют собой четырехразрядный (двоич­ный) полный сумматор. Содержат 781 интегральный элемент. Зарубежным аналогом является микросхема SN7483AN.

Рис. 3. Условное графическое обозначение К155ИМ3.

Назначение выводов 1 – вход слагаемого А4, 2 – выход суммы S3, 3 – вход слагаемого A3, 4 – вход слагаемого В3, 5 – напряжение питания, 6 – выход суммы S2, 7 – вход слагаемого В2, 8 – вход слагаемого А2, 9 – выход суммы S1, 10 –вход сла­гаемого А1, 11 – вход слагаемого В1, 12 – общий, 13 – вход пе­реноса Р0, 14 – выход переноса четвертого разряда Р4, 15 – выход суммы S4, 16 – вход слагаемого В4. 

Микросхема имеет корпус типа 238.16-2, следовательно, подтип корпуса элемента 21. Габаритные размеры корпуса микросхемы К155ИМ3 приведены на рисунке 4.

Рис.4. Габаритные размеры корпуса типоразмера 2103.

1.5.2. Описание микросхемы КР544УД1А 

Микросхемы представляют собой операционные дифферен­циальные усилители с высоким входным сопротивлением и ни­зким уровнем входных токов, с внутренней частотной коррек­цией, обеспечивающей устойчивую работу при любых режимах отрицательной обратной связи, включая режимы интеграторов и повторителей напряжения. Совокупность и уровень парамет­ров этих ИС позволяет их использовать вместо других ОУ, а также применять в качестве интеграторов с большим временем интег­рирования и малой погрешностью, в электрометрах и логариф­мических усилителях с расширенным диапазоном логарифмиро­вания. Малые значения шумового тока и хорошие спектральные характеристики напряжения шума, высокие динамические пара­метры, дают преимущества при использовании их в качестве усилителей для высокоомных фотоприемников с режимом пре­образования тока в напряжение, схем выборки и хранения и вы­сокоомных буферных каскадов.

Тракт передачи сигнала ИС состоит из входного дифферен­циального каскада, выполненного на полевых транзисторах, промежуточного каскада на р-п-р транзисторе и выходного кас­када, образующего двухтактный выход. Частотная коррекция осуществляется внутренним конденсатором. Построение вход­ного каскада позволяет получить низкое и стабильное напряже­ние на входных полевых транзисторах, почти не зависящее от изменения напряжения питания и синфазного входного напря­жения, в связи с чем малый уровень входного тока (или большое входное сопротивление для синфазного сигнала) сохраняется во всем диапазоне входного синфазного напряжения и допустимом диапазоне напряжения питания.

Схема выходного каскада дает возможность иметь высокую нагрузочную способность при любой полярности выходного на­пряжения, в том числе при работе на большую емкостную на­грузку и во всем диапазоне температур.

Содержит 32 интегральных элемента. Зарубежным аналогом является микросхема LF357BJ.

Назначение выводов: 1,8 – баланс; 2 – вход инвертирующий; 3 – вход неинвертирующий; 4 – напряжение питания (-U_П1); 5 – свободный; 6 – выход; 7 –напряжение питания (U_П2).

Рис.5. Обозначение микросхемы КР544УД1А.

Микросхема имеет корпус типа 301.8-2, следовательно, подтип корпуса элемента 31. Габаритные размеры корпуса микросхемы КР544УД1А приведены на рисунке 6.

Рис.6. Габаритные размеры корпуса типоразмера 3101.

1.5.3. Описание микросхемы КР572ПВ2А 

Микросхемы представляют собой интегрирующий АЦП на 3 1/2 десятичных разряда с выходом на семисегментный свето­диодный индикатор.

Совместно с ИОН и внешними резисторами и конденсатора­ми выполняют функцию АЦП двойного интегрирования с авто­матической коррекцией нуля и определением полярности вход­ного сигнала. Длительность цикла преобразования может изме­няться выбором внешних времязадающих элементов тактового генератора импульсов или изменением внешней тактовой часто­ты. ИС предназначены для применения в измерительных прибо­рах напряжения, тока, сопротивления, температуры и веса с выво­дом информации на семисегментные светодиодные индикаторы. Содержат 1040 интегральных элементов. Зарубежным аналогом является микросхема ICL7107CJL.

Назначения выводов К572ПВ2: 1,2,14 – 19 – свободные; 3 – напряжение питания (Uп2); 4 – конденсатор интегратора; 5 – резистор интегратора; 6 – конденсатор автокоррекции; 7 – аналоговый вход 1; 8 – аналоговый выход; 10 – опорный кон­денсатор; 11 – опорный конденсатор; 12 – опорное напряжение 1; 13 – опорное напряжение 2; 20 – контрольный вход; 21 – конденсатор генератора ТИ; 22 – резистор генератора ТИ; 23 – генератор ТИ; 24 – напряжение питания (Uп1); 25 – цифровой выход d1; 26 – цифровой выход с1; 27 – цифровой выход в1; 28 – цифровой  выход а1; 29 – цифровой выход f1; 30  –  циф­ровой выход g1; 31 – цифровой выход е1; 32 – цифровой выход d10; 33 – цифровой выход с10; 34 – цифровой выход b10; 35 – цифровой выход а10; 36  –  цифровой выход f10; 37 – цифровой выход е10; 38 – цифровой выход d100; 39 – цифровой выход b100; 40 – цифровой выход f100; 41 – цифровой выход е100; 42 – цифровой выход bc1000; 43 – цифровой выход g1000; 44 – общий; 45 – цифровой выход g100; 46 – цифровой выход а100; 47 – цифровой выход с100; 48 – цифровой выход g10.

Микросхема имеет корпус типа 4134.48-2, следовательно, подтип корпуса элемента 41. Габаритные размеры корпуса приведены на рис. 7.

Рис.7. Габаритные размеры корпуса типоразмера 4134.

1.5.4. Описание микросхемы КР1006ВИ1 

Микросхемы представляют собой времязадающую схему (таймер) и предназначены для формирования импульсов напря­жения длительностью Т = 1,1 RC (R и C – внешние времязадающие элементы) от нескольких микросекунд до десятков минут, об­наружения сбоя в импульсной последовательности, обеспечения прецизионной временной выдержки и для применения в стабиль­ных датчиках времени, генераторах импульсов, широтно-импульсных, частотных и фазовых модуляторах, преобразователях на­пряжения и сигналов, ключевых схемах, исполнительных устрой­ствах в системах управления, контроля и автоматики. Содержат 51 интегральный элемент. Зарубежным аналогом является микросхема NE555N.

Рис.8. Обозначение микросхемы КР1006ВИ1.

Назначение выводов: 1 – общий; 2 – запуск; 3 – выход; 4 – сброс; 5 – контроль делителя; 6 – срабатывание; 7 – цепь раз­ряда; 8 – напряжение питания.

Микросхема имеет корпус типа 2101.8-1, следовательно, подтип корпуса элемента 21. Габаритные размеры корпуса приведены на рис.9.

Рис.9. Габаритные размеры корпуса типоразмера 2101.

II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УМС

         Смоделируем принципиальную электрическую схему на базе рассмотренных в теоретической части микросхем. Основной критерий синтеза электрических схем аппаратуры на интегральных микросхемах – минимизация числа микросхем и их внешних соединений. Другой критерий – функциональная однородность, т.е. максимальное использование элементов с одинаковыми функциями. Это обуславливает унификацию схемы, что в свою очередь, ведет к снижению ее стоимости.

         Для построения принципиальной электрической схемы воспользуемся пакетом прикладных программ Novarm DipTrace, приложением Schematic. Заменим отечественные микросхемы на их зарубежные аналоги, не нарушая функциональных связей.

         Программный пакет DipTrace представляет собой полнофункциональную систему для разработки принципиальных схем и печатных плат. Включает в себя четыре программы:

1. DipTrace – проектирование плат с удобной интерактивной и автоматической трассировкой.

2. Schematic – создание принципиальных схем с последующей возможностью перевода их в платы.

3.  ComEdit – редактор корпусов для печатной платы.

4.  SchemEdit – редактор компонентов. Рисование символов схемотехники и связка их с корпусами.

Спроектированная принципиальная электрическая схема приведена в Приложении 1. Перечень элементов схемы приведен в спецификации (Приложение 2).

2.2. ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА УМС

Большую часть элементов современных электронных устройств размещают на печатных платах, представляющих собой диэлек­трическое основание с отверстиями и проводящим рисунком. Это не относится к крупногабаритным элементам (силовым трансформаторам, радиаторам мощных транзисторов, электронно-лучевым трубкам), а также к элементам, которые требуется устанавливать на передней панели аппаратуры (цифровые и сигнальные индикаторы, органы регулирования, электромеханические стрелочные приборы).

Печатные платы выполняют обычно из фольгированного стеклотекстолита – пластика на основе стекловолоконной ткани, покрытого с одной или двух сторон медной фоль­гой. Толщина диэлектрика составляет 0,8–3 мм, а толщина фольги 0,02 – 0,1 мм. Рисунок печатной платы, определяющий конфигурацию проводникового и диэлектриче­ского материалов и подготовленный конструктором, переносят на поверх­ность печатной платы методом фото­литографии. Для этого поверхность платы покрывают светочувствитель­ным слоем (фоторезистом), который засвечивают через фотошаблон, полу­ченный при фотографировании рисун­ка печатной платы. Затем фоторезист проявляют, его незасвеченные участ­ки удаляют и фольгу, находящуюся под этими участками, стравливают специальным раствором. Засвеченные участки, соответствующие проводящему рисунку, защищены слоем фоторезиста и поэтому не стравливаются. Затем в печатной плате просвер­ливают отверстия диаметром 0,6 – 1,5 мм для установки навесных эле­ментов (интегральных схем, транзисторов, резисторов, конденсаторов) механического крепления печатной платы, а также электрического соединения элементов печатной платы, нанесенных на ее противопо­ложных сторонах. Стенки отверстий металлизируют сначала химичес­ким, а затем электрохимическим способом. Таким образом, получают проводящий рисунок с одной (односторонняя печатная плата) или двух (двусторонняя печатная плата) сторон. Гибкие выводы навесных эле­ментов запаивают в монтажных отверстиях, к которым подходят пе­чатные проводники, и получают печатный узел.

Для уменьшения площади печатных плат применяют многослойные печатные платы (МПП), состоящие из чередующихся слоев диэлектри­ка с проводящими рисунками, между которыми выполнены требуемые соединения. Соединения между проводящими рисунками слоев МПП могут быть осуществлены через металлизированные отверстия. Распределение печатных проводников в слоях МПП позволяет значительно сократить размеры печатных плат, что особенно важно при исполь­зовании микросхем, содержащих множество выводов.

В устройствах малой сложности и в аппаратуре, к которой не предъявляются очень высокие требования к плотности монтажа, применяют однослойные и двухслойные платы. В аппаратуре средней и большой сложности часто используют многослойные печатные платы.

Однослойные и двухслойные платы состоят из осно­вания, на которое с одной или двух сторон наносятся печатные про­водники. Основания плат должны обладать достаточной механиче­ской прочностью, малыми диэлектрическими потерями, высокой нагревостойкостью и хорошей адгезией (сцепляемостью) материалов платы и печатных проводников. При изготовлении печатных плат широко используют стеклотекстолит, стеклоткань, гетинакс, фторопласт-4 и некоторые другие диэлектрики. Толщина плат 0,8—3 мм, а их типовые габаритные размеры 135X110; 135X246; 140X130; 140X150; 140X240; 150X200; 170X75; 170X110; 170X120; 170Х130; 170X150; 170X160; 170X200. Печатные проводники выпол­няют чаще всего из меди, алюминия, никеля или золота толщиной 20 – 70 мкм.

При выборе сечения, конфигурации и расстояния между провод­никами исходя из допустимой плотности тока (менее 20 А/мм²), рабочего напряжения, условий теплоотвода и прочности сцепления проводников с основанием. Ширина проводников печатных плат обычно составляет 1,5—2,5 мм, а расстояние между ними 0,3—1 мм. Для плат с повышенной плотностью монтажа ширину проводников и зазоры между ними уменьшают до 0,15—0,5 мм.

Печатные платы с установленными на них элементами закрепляют с помощью крепежных отверстий на элементах конструкций электронной аппаратуры, к которым относят субблоки, блоки, каркасы, контейнеры, стойки, пульты. В современной электронной аппаратуре, построенной на базе микросхем, в качестве субблоков обычно применяют печатные узлы, которые вставляют по направляющим в блоки. Электрические соединения субблоков с блоками и блоков между собой осуществляют через контактные разъемы. Таким образом, из субблоков и блоков, как из отдельных «кирпичей», создают сложные приборы и устройства. Блочный принцип конструирования электронной аппаратуры облегчает поиск и устранение неисправностей, а также повышает технологичность аппаратуры.

Для построения печатной платы прибора УМС воспользуемся приложением PCB Layout. Приложение автоматически переводит спроектированную электрическую схему в печатную плату, проводит трассировку, оптимизацию и коррекцию печатной платы.

Преобразованная двухслойная печатная плата приведена в Приложении 3.

Габаритные размеры платы 135X110 мм.

2.3. МОНТАЖНАЯ ПЛАТА УМС

         На основе печатной платы спроектируем монтажную плату. На монтажной плате показано расположение элементов схемы без соединительных каналов в реальном масштабе. Размеры корпусов радиоэлементов взяты из справочников и соответствуют стандартам ЕСКД.

         Монтажная плата приведена в Приложении 4.

ВЫВОДЫ

В своей курсовой работе я ознакомился с устройством многоканальной сигнализации УМС, его составными частями, а также с некоторыми микросхемами, входящими в состав принципиальной электрической схемы прибора.

Устройство многоканальной сигнализации УМС предназначено:

-      для измерения и сигнализации состояния температуры объекта, обрыва
и короткого замыкания термопреобразователя;

-      для    циклического    преобразования    активного    сопротивления
термопреобразователя сопротивления в постоянный ток.

Разработка устройств на микросхемах представляет собой процесс создания новых образцов, удовлетворяющих заданным требованиям. Этот процесс связан с ре­шением схемотехнических, конструкторских, технологических задач.

Особенность проектирования аппаратуры на микросхе­мах проявляется в большой сложности правильного выбора эле­ментной базы и конструктивно-технических решений. Это связано с неоднозначностью выбора вариантов построения устройства из-за широкой номенклатуры микросхем, различных степеней их инте­грации и технологии изготовления.

При проектировании возрастает сложность выбора конструкции проектируемого устройства, главным образом в отношении объемно-массовых показателей, а также резко усиливается взаимосвязь этапов проектирования по разработке, схемотехники, конструкции и технологии. Появляются новые воз­можности совершенствования характеристик аппаратуры, обуслов­ленные возможностью использования больших количеств элементов, что приводит к структурной избыточности. Указанные особенности вызывают качественные изменения традиционных и появление новых этапов проектирования аппаратуры на микросхемах.

В практике промышленного проектирования микроэлектронной аппаратуры сложилась определенная последовательность принятия решений, направленных на создание устройств с заданными функ­циональными и эксплуатационными характеристиками при мини­мальной стоимости. Но не всегда возможно полностью заимство­вать этот опыт, поскольку в распоряжении нет тех средств и методов, которыми располагают разработчики промышленной аппа­ратуры. Тем не менее, ознакомление с порядком и особенностями промышленного проектирования полезно, поскольку оно поможет определить рациональную последовательность собственных действий разработчиков при проектировании микроэлектронных устройств и узлов применительно к своим возможностям.

С помощью пакета прикладных программ Novarm DipTrace я спроектировала принципиальную электрическую схему, печатную плату и монтажную плату для устройства многоканальной сигнализации УМС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы. - М.: Энергоатомиздат, 1983

2. Батушев В.А. Микросхемы и их применение: Справ. пособие. – М. «Радио и связь», 1984. – 272 с.

3. Гальперин Б.С. Непроволочные резисторы «Энергия» Л. 1968. – 284 с.

4. Горюнова Н.Н. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник – изд.2 перераб. – М. «Энергоатомиздат», 1985. – 904 с.

5. Дипломное проектирование. Учебное пособие. Под ред. д.т.н., проф. В.И.Лачина. – Ростов н Д: изд-во «Феникс», 2003. – 352 с.

6. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник В 12 т. – М.: ИП РадиоСофт, 2001.

7. Хрулев А.К., Черепанов В.П. Диоды и их зарубежные аналоги. Справочник В З т. – М. «РадиоСофт», 2001. – 640 с.

8. Устройство многоканальной сигнализации УМС. - Техническое описание.