Проектирование универсальной микро-ЭВМ

Площадь монтажной зоны определяют как сумму установочных площадей элементов, помноженную на коэффициент плотности монтажа :

                                            (4.3)

Выберем значение K_пл = 3,5 так как в нашем случае плотность монтажа небольшая.

Таким образом получим:

 

 

Рисунок 4.1 – Принципиальная схема блока центрального процессора

Максимальный размер любой из сторон не должен превышать 470 мм, а соотношение длины к ширине нежелательно выбирать более чем 3:1. Такие ограничения связаны с обеспечением механической прочности монтажа. При необходимости разместить на плате устройство с большой площадью монтажной зоны рекомендуется принять решение о разделении устройства на две части, либо о монтаже некоторых крупногабаритных элементов вне печатной платы.

Выберем для нашей печатной платы  размер 115×75 мм, что удовлетворяет стандарту и не противоречит предъявленным требованиям.

Также будем использовать металлизацию монтажных и переходных отверстий. Это позволит повысить коммутационные возможности и прочность сцепления выводов навесных элементов с проводящим рисунком.

В качестве материала печатной платы  выберем стеклотекстолит. В его  основе используется стеклоткань пропитанная  эпоксидной смолой. Этот материал более качественный, чем гетинакс, но более дорогой и труднообрабатываемый (быстро затупляет острые кромки инструментов). Возьмем марку СФ-2-35 с толщиной 2 мм, она относится к фольгированным диэлектрикам – это электроизоляционные основания, плакированные (покрытые) обычно медной фольгой с оксидированным гальваностойким слоем, прилегающим к электроизоляционному основанию.

Позиционные допуски расположения осей монтажных отверстий под  автоматическую установку элементов  устанавливают  равными 0,1 мм независимо  от класса точности печатной платы. Позиционные допуски расположения  осей фиксирующих отверстий на печатных платах (групповых заготовках) под автоматическую установку элементов устанавливают по 4-му  классу  точности  ГОСТ 23751-86 независимо от класса точности печатной платы.

Так как количество проводников  довольно большое будет удобнее  использовать двустороннюю печатную плату.

Возьмем 3 класс точности, его наименьшие номинальные значения приведены ниже:

 

 

 

 

 

Номинальное значение диаметра монтажного отверстия d мм, рассчитывают по формуле:

                                          (4.4)

где – максимальное значение диаметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на печатную плату;

 – разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода устанавливаемого элемента. Величину r рекомендуется выбирать с учётом допусков на расположения выводов на корпусе устанавливаемого элемента;

 – нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.

Диаметр монтажного отверстия выбирают таким, чтобы величина r была в пределах 0,1–0,4 мм.  Как видно из таблицы 4.1, значение r не превышает этот предел, поэтому выполним расчёты для одного монтажного отверстия.

Для него имеем (0,8 – 0.5мм):

 

Контактные площадки выполняют  прямоугольной, круглой или близкой  к ним формы. Контактные площадки, имеющие специальное назначение, например, обозначающие расположение первого вывода многовыводного элементов  выполняют по форме, отличной от остальных  контактных площадок.

Контактные площадки для автоматизированного  контроля и диагностики печатных узлов следует выполнять прямоугольной или круглой формы диаметром не менее 0,8 мм и располагать в узлах координатной сетки с шагом 2,5 мм в свободных местах.

Наименьшее номинальное  значение диаметра контактной площадки      D(мм), под выбранное отверстие рассчитывается но формуле                  (ГОСТ 23751-86):

            (4.5)

где – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

 – величина подтравливания диэлектрика в отверстии, которая принимается равной 0,03 мм для МПП, а для ОПП, ДПП и ГПК - нулю;

 – позиционный  допуск расположения оси отверстия;

 – позиционный  допуск расположения контактной  площадки;

 – верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

 – нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки.

Расчётную величину диаметра контактной площадки следует округлять в  большую сторону до десятых долей  миллиметра.

Для нашего монтажного отверстия:

 

 

Печатные проводники рекомендуется  выполнять постоянной, возможно большей  ширины на всем протяжении при любом  методе проектирования. В узком месте  печатные проводники следует выполнять  наименьшей номинальной ширины на возможно меньшей  длине. Располагают проводники равномерно по всей поверхности платы на возможно большем расстоянии друг от друга, преимущественно параллельно линиям координатной сетки.

Расстояние между соседними  элементами проводящего рисунка  устанавливают в зависимости от электрических, конструктивных и технологических требований.

Наименьшее номинальное расстояние между соседними элементами проводящего  рисунка S, мм, определяют по формуле:

                                           (4.6)

где – минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка;

 – верхнее предельное отклонение ширины элемента проводящего рисунка.

 

Ширину печатного проводника определяют в зависимости от электрических, инструктивных и технологических требований.

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника t, мм, рассчитывают по формуле:

                                             (4.7)

где – минимально допустимая ширина печатного проводника;

 – нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника.

 

Для крепления всех плат использован  один типоразмер отверстия – Ø 3,2мм для винтов (заклёпок) с резьбой М3.

Некоторые правила конструирования  печатных плат:

– для правильной ориентации микросхем  при их установке на плату, на последней  должны быть предусмотрены «ключи», определяющие положение первого  вывода микросхемы;

– конденсаторы, резисторы и другие навесные элементы следует располагать параллельно координатной сетке. Расстояние между их корпусами должно быть не менее 1 мм;

– на печатных платах должен быть предусмотрен ориентирующий паз (или срезанный  угол) или технологические базовые  отверстия, необходимые для правильной ориентации при изготовлении двусторонней печатной платы;

– печатные проводники по возможности  следует выполнять минимально короткими;

– ширину печатных проводников и  расстояние между ними следует устанавливать  после проведения соответствующих  расчетов;

– заземляющие проводники, по которым  протекают суммарные токи всех цепей, следует изготовлять максимально  широкими;

– число отверстий различных  диаметров следует сводить к  минимуму. Чем меньше это число, тем  меньше труда потребуется в изготовлении печатной платы.

 

Заключение

В процессе выполнения данного  курсового проекта была разработана  микроЭВМ с параметрами, соответствующими заданию. Был решён ряд задач, связанных с выбором микропроцессорного комплекта и остальной элементной базой, разработкой памяти и системного интерфейса (внутреннего и внешнего), электрическое согласование элементов.

Данная микроЭВМ может быть использована:

• в управлении процессами на производстве;
• встраиваемая в бытовую технику;
• для сбора и анализа различной информации из окружающей среды.

При этом она не является оптимально спроектированным устройством и  предполагает дальнейшее совершенствование: использование более современной элементной базы, уменьшение количества ИС и т.д.

При выполнении этого курсового  проекта мною был закреплен теоретический и практический материал, изучаемый в курсе “Микропроцессорная техника”. Этот проект позволил получить лучшее представление о процессе проектирования, стадиях разработки и принципах взаимодействия функциональных блоков ЭВМ.

 

Список  используемых источников

1 . Микропроцессоры: В 3-х кн. Кн. 1. Архитектура и проектирование микроЭВМ. Организация вычислительных процессов: Учеб. для техн. Вузов. П.В.Нестеров, В.Ф.Шаньгин, В.Л.Горбунов и др.; Под ред. Л.Н.Преснухина. -Мн.: Высшая школа, 1987.-414с.: ил.

2 . Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. В 2 т./ В.-Б.Б.Арбайтис, Н.Н.Аверьянов, А.И.Белоус и др. Под ред. В.А.Шахнова. -М.: Радио и связь, 1988. -Т.1.-386 с. -Т.2.-368с.

3 . Микропроцессоры семейства 8086/8088. Архитектура, программирование и проектирование микрокомпьютерных систем. Лю Ю-Чжен, Гибсон Г. Пер.; Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1987. – 512с.: ил.

4 . Полупроводниковые БИС запоминающих устройств: Справочник/ В.В.Баранов, Н.В.Бекин, А.Ю.Гордонов и др.Под ред. А.Ю.Гордонова и Ю.Н.Дьякова. -М.: Радио и связь, 1986. -360 с.

5. Цифровые интегральные микросхемы: Справ./ М.И.Богданович, И.Н.Грель, В.А.Прохоренко, В.В.Шалимо.-Мн.: Беларусь, 1991. -493с.

6 . Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. В.И.Иванов, А.И.Аксенов, А.М.Юшин - 2-е изд., перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат, 1988. -448с.

7 . Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В.-М.: Издательство стандартов, 1989. 325с.

8 . Полупроводниковые приборы. Галкин В.И., Булычёв А.Л.  – Мн.: Вышэйшая школа, 1989. – 285с.