Курсовая работа (т): Блок выравнивания порядков и сдвига мантисс

Блок выравнивания порядков и сдвига мантисс

Содержание

1. Введение

. Конструкторский раздел

.1 Выбор варианта конструкции модуля

.1.1 Анализ электрической принципиальной схемы модуля

.1.2 Анализ элементной базы

.1.3 Выбор типа конструкции печатной платы

.1.4 Выбор класса точности ПП

.1.5 Выбор метода изготовления ПП

.1.6 Выбор материалов для изготовления ПП

.1.6.1 Выбор базовых материалов

.1.6.1.1 Выбор материала основания ПП

.1.6.1.2 Определение толщины основания ПП

.1.6.1.3 Выбор защитного покрытия проводников и контактных площадок

.1.6.1.4 Выбор материала защитного покрытия печатной платы

.1.6.2 Выбор расходных материалов

.1.6.2.1 Выбор припоя

.1.6.2.2 Выбор флюса

.2 Расчётная часть

.2.1 Расчёт элементов проводящего рисунка

.2.1.1 Расчёт диаметра монтажных отверстий

.2.1.2 Расчёт ширины печатных проводников

.2.1.3 Расчёт диаметра контактных площадок

.2.2 Расчёт площади и выбор габаритных размеров ПП

.2.3 Расчёт технологичности

.2.4 Расчёт надёжности

1. Введение

В курсовом проекте рассматривается устройство «Блок выравнивания порядков и сдвига мантисс». Это устройство сдвигает мантиссы относительно друг друга, так чтобы их порядки стали равными. Это необходимо при сложении мантисс, чтобы веса единиц одноимённых разрядов мантиссы чисел были одинаковыми. Устройство применяется в микропроцессорах и в микропроцессорных системах. Данная схема устанавливается и эксплуатируется на автомобилях и автоприцепах, железнодорожном и гусеничном транспорте, на судах различных классов, на борту самолетов и вертолетов. В курсовом проекте будет рассматриваться применение данной схемы на автомобильном транспорте в серийном производстве.

В курсовом проекте обоснуем выбор данной схемы за счет расчетов основных параметров таких как: выбор варианта конструкции модуля, анализ электрической принципиальной схемы, анализ элементной базы, выбор класса точности ПП, метод изготовления, выбор материалов, расчет надежности, тем самым докажем, что схема удовлетворяет нашим требованиям.

2. Конструкторский раздел

Конструкторский раздел содержит сведения о функциональном назначении разрабатываемого изделия, каким конструктивным, технологическим и потребительским требованиям оно будет удовлетворять, а также какие внешние факторы будут влиять на его работоспособность и на каких объектах предназначается использовать данный блок.

2.1 Выбор варианта конструкции модуля

Для выбора варианта изготовления блока по электрической схеме определим суммарную мощность рассеивания всех элементов.

Если мощность менее 3 Вт, то блок будет изготавливаться в виде ГИС. Если более, то блок будет представлять собой модуль 1-го уровня.

Суммарная мощность потерь всех элементов подсчитывается по формуле:

где:

суммарная мощность рассеяния сопротивлений;

суммарная мощность микросхем;

суммарная мощность других элементов.

Вывод: суммарная мощность рассеивания всех элементов превышает 3 Вт, поэтому блок будет реализован в виде модуля 1-го уровня на печатной плате.

2.1.1 Анализ электрической принципиальной схемы модуля

Разрабатываемый блок является цифровым. Он выполняет операцию выравнивания порядков и сдвига мантисс над двоичными числами А и В с плавающей запятой.

БВПИСМ состоит из 34 микросхем, одного резистора и разъёма. Для компактного размещения на ПП их надо расположить как можно ближе друг к другу. В этом случае могут возникнуть пересечения проводников. Для решения этой проблемы необходимо увеличить габариты печатной платы. Но т.к. блок применяется в космосе, к нему предъявляются жёсткие требования, касающиеся и габаритно-массовых характеристик. Поэтому изготовление схемы на односторонней печатной плате нецелесообразно.

Параметры, влияющие и усложняющие компоновку ЭРИ, конструкции модуля и ПП:

-       диапазон рабочих частот 600-800 кГц (позволяет выбрать соответствующий материал основания ПП: для НЧ и ВЧ - стеклотекстолит, для СВЧ - фторопласт, полиамид);

-       быстродействие (в цифровой ЭА быстродействие зависит от длины проводников и материала, из которого изготавливается плата; длина проводников должна быть минимальна, а скорость распространения сигналов обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости материала);

-       рассеиваемая мощность  (установка радиаторов или другие способы охлаждения не требуются, блок будет охлаждаться естественно);

-       величина действующих токов и напряжений (влияет на выбор класса точности (ширину проводников) и расстояние между проводниками).

Таблица . Результаты анализа электрической принципиальной схемы

Вывод: разрабатываемый блок представляет собой типовой элемент замены (ТЭЗ), т.е. печатную плату с установленными на ней модулями нулевого уровня и электрическим соединителем

.1.2 Анализ элементной базы

Элементная база разрабатываемого блока в основном состоит из отечественных микросхем 555 серии.

Таблица . Типовые параметры 555 серии

Выпускается в пластмассовых (555, К555) и металлокерамических (КМ555) корпусах с вертикальным расположением выводов типа DIP.

В БВПИСМ будут использоваться микросхемы в металлокерамических корпусах, т.к. это позволяет использовать их в более неблагоприятных условиях (они имеют больший диапазон рабочих температур, выше надёжность и т.д.) по сравнению с микросхемами в пластмассовых корпусах.

Отклонение напряжения питания от номинального значения 5 %.

Диапазон рабочих температур: для К555, 555                  -10…+70 ℃;

для КМ555                   -45…+85 ℃.

Диапазон рабочих температур для КМ555 соответствует условиям эксплуатации.

Таблица . Предельно допустимые значения параметров и режимов эксплуатации ИС К555, КМ555 в диапазоне рабочих температур

Т.к. все ИМС, используемые в блоке, принадлежат к одной и той же серии микросхем, это значит, что они полностью совместимы по электрическим, конструктивным и другим параметрам, а также по условиям эксплуатации.

Для определения функциональной сложности модуля нужно знать, сколько ИМС используется в нём:

-       малая (1 группа сложности) до 12 ИМС;

-       средняя (2 группа сложности) 12-50 ИМС;

-       высокая (3 группа сложности) более 50 ИМС.

Т.к. в разрабатываемом блоке 34 микросхемы, функциональная сложность модуля - средняя.

Выбор конструктивной сложности зависит от количества выводов элементов блока:

-       малая - менее 300 выводов;

-       средняя - от 300 до 500 выводов;

-       высокая - более 500 выводов.

Таким образом, конструктивная сложность разрабатываемого блока - высокая, т.к. он имеет 618 выводов.

К шагу координатной сетки привязаны все элементы конструкции ПП (контактные площадки, проводники, отверстия и т.д.), а также ЭРИ и ПМК.

Шаг координатной сетки выбирают таким образом, чтобы он соответствовал шагу расположения выводов большинства ЭРИ и ПМК, устанавливаемых на ПП. В разрабатываемом блоке используются в основном микросхемы. Следовательно, шаг координатной сетки будет равен 1,75 мм, т.е. минимальному шагу их выводов.

Форма и размер монтажных отверстий и контактных площадок зависят от геометрии выводов ЭРИ: круглые отверстия и КП применяются для штыревых выводов, прямоугольные или квадратные КП - для планарных выводов или ПМК.

У микросхем КМ555ИР23 тип корпуса 2140.20-1.

Установочная площадь:

У микросхем КМ555ИР11, КМ555ИЕ17 тип корпуса 238.16-1.

У микросхем КМ555ИМ6, КМ555СП1, КМ555КП11 тип корпуса 238.16-2.

Установочная площадь:

У микросхем КМ555ИМ5, КМ555ЛН1, КМ555ЛИ1, КМ555ЛП5, КМ555ЛЕ4, КМ555ЛИ3, КМ555ЛЛ1 тип корпуса 201.14-1.

Установочная площадь:

Разъём ГРПМ предназначен для соединения электрических цепей постоянного, переменного (частотой до 3 МГц) и импульсного тока электро- и радиотехнической аппаратуры

где:

Установочная площадь:

Резистор С2-23-0,125 постоянный непроволочный общего применения. Предназначен для использования в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

где:

Установочная площадь:

Ниже приведена таблица характеристик элементной базы.

Таблица. Характеристика элементной базы