Устройства ввода-вывода, работающие на шине ISA

Для решения задачи компоновки, поставленной, в соответствии с заданием выбирается способ машинной компоновки. Машинная компоновка предназначена для замены ручного труда конструктора работой ЭВМ, в которой используются принципы перебора возможных элементов и возможных мест трассировки соединений с помощью ЭВМ.

Эффективность методов машинной компоновки тем выше, чем выше жесткость иерархических конструкторских уровней ЭВА, т.е. стоек, рам, панелей и т.п. Если ограничена их номенклатура больше, тем больше степень унификации схемных и технологических решений. Наиболее целесообразно использование комплексного подхода и решения не частных задач машинной компоновки, а машинного проектирования ЭВА в целом. В противном случае эффективность применения машинной компоновки применения машинной компоновки позволяет повысить производительность конструкторского труда всего на восемь-десять процентов.

Машинные методы целесообразно использовать на стадии технологического процесса при разработке конструкторской документации для комплексных (совместно с технологическими системами) систем автоматизации проектирования электронно-вычислительной аппаратуры.

 

2.2 Выбор и обоснование  конструкции печатной платы

 

Печатная плата – является основным конструктивным элементом ЭВА. Особо сложная аппаратура содержит в своем составе до нескольких сотен различных печатных плат. Все чаще печатная плата используется в виде панели, служащей для коммутации ТЭЗ в блоках.

Применение печатного монтажа позволяет получить следующие преимущества:

- уменьшить габариты, массу, увеличить плотность монтажа;

- повысить надежность  за счет уменьшения общего  числа паяных соединений;

- отсутствие монтажных  ошибок и высокую идентичность  электрических и конструктивных  параметров;

- возможность автоматизации  производства, включая травление, сверление, сборку, пайку и контроль;

- высокую производительность  и низкую себестоимость в условиях серийного производства.

В качестве недостатка следует отметить трудность, а иногда невозможность ремонта, высокую себестоимость в условиях индивидуального производства за счет высокой стоимости оснастки и инструмента, а также зависимость надежности механических соединений от техники их выполнения.

При обработки конструкции плат часто возникает необходимость во внесении изменений, что приводит к изменению всего цикла проектирования. монтаж платы осуществляется в два этапа. На первом устанавливается, фиксируются и подпаиваются высокотемпературным припоем  объемные проводники сигнальных связей с монтажной стороны платы. На втором этапе на противоположной стороне платы устанавливаются и подпаиваются припоем микросхемы и радиоэлементы.

Разводка печатного монтажа выполняется следующим образом. На чертеже платы с установочными местами для компонентов разводятся трассы согласно таблице соединений или принципиальной схеме функционального узла, пока не возникнут затруднения в прокладывании какой-либо трассы без ее пересечения с уже проложенными. Эту трассу выполняют на втором чертеже той же платы и вновь переходят к первому чертежу. Итак, все трассы, которые не могут быть выполнены без пересечения на первом чертеже, разводится на втором.

Если трассу нельзя выполнить на первом и втором чертежах, ее разводят на третьем. Последовательно увеличивая число чертежей платы, можно реализовать любой рисунок соединений. По выполнении разводки, количество слоев платы, а следовательно, и тип платы определяется числом чертежей, заполняемых печатным монтажом. Однако при этом нужно помнить, что разработка плат с минимальным числом слоев сокращает стоимость, время проектирования и основания производства.

При конструировании печатных плат решаются следующие задачи:

- выбор проводников и  изоляционных материалов, формы  и размеров печатных плат, способов установки компонентов;

- определение ширины, длины  и толщины печатных проводников, расстояний между ними, диаметров монтажных и переходных отверстий, контактных площадок;

- трассировка печатного  монтажа;

- оформление конструкторской  документации.

 

 

3. Расчетная часть

 

1. Расчет параметров печатной платы

 

Применение плат с печатным монтажом повышает надежность аппаратуры, обеспечивает повторяемость ее электрических параметров от образца к образцу.

Плотность тока в печатном проводнике должна быть не более 20 А/мм2 для одной двусторонней печатной платы и наружных слоев многосторонних печатных плат и не более 15 А/мм2 для внутренних слоев многосторонних печатных плат. Печатные платы должны иметь прямоугольную форму.

Выбирается толщина платы 2,0 +- 0,2 мм, т.к. она наиболее подходит к требованиям прочности.

Диаметр вывода не более 1 мм. Металлизированное отверстие имеет диаметр 1,0 мм. Рекомендуемое соотношение диаметра металлизированного отверстия к номинальной толщине платы один к двум. Металлизированные отверстия должны иметь контактные площадки. Рекомендуемая форма контактных площадок – или прямоугольная с плавным переходом к проводнику. Минимальный диаметр круглой площадки определяется по формуле (3.1)

 

dк=d+c+2b ,      (3.1)

 

где dк – диаметр контактной площадки;

d – диметр отверстия;

с – коэффициент, учитывающий изменения диаметра отверстия;

b – ширина контактной площадки в узком месте.

Контактные площадки допускаются занижать с одной или двух сторон:

- при наличии зенковки  отверстий – до зенковки;

- при отсутствии зенковки  – до величины ширины контактной  площадки в узком месте.

Проводники шире 5 мм должны иметь вырезы. Расстояния между центрами отверстий необходимо выдерживать на платах по классу А с допуском +- 0,2 мм. Расстояния между краями отверстий (без зенковки) должны быть не менее толщины платы, но не меньше 1,0 мм для плат, толщиной менее 1,0 мм. диаметры отверстий рассчитываются по формуле (3.2)

 

dотв =dвх + 0,4 + Δb ,      (3.2)

 

где dотв – диаметр отверстий;

dвх - диаметр вывода элемента;

Δb – допуск на изготовление отверстий.

 

Допуск на изготовление отверстия равен +- 0,05 мм.

 

dотв = 1 + 0,4 + 0,05 = 1,45 (мм)

 

Диаметр вывода элемента в схеме универсальной цифровой шкалы равен 1,0 ; 1,1 мм.

Диаметр отверстия – 1,5 мм, диаметр контактной площадки – 3,0 мм, расстояние между центрами отверстий – 3,75 мм, толщина платы – 2,0.

Выбираем второй класс точности, который равен 0,45 мм и определяет ширину проводников и расстояние между ними в узких местах. Этот класс дешевый и наиболее подходит к параметрам данной печатной платы.

Плотность проводящего рисунка гибкого печатного кабеля определяется шагом расположения печатных проводников и равняется 2,5 мм.

Сопротивление изоляции зависит от материала диэлектрического основания, климатических условий и рисунка характера электрических цепей.

Шероховатость поверхностей монтажных неметаллизированых отверстий и торцов печатной платы должна быть не более восьмидесяти, металлизированных поверхностей не более сорока в соответствии с ГОСТ 2789-73. металлизируемые отверстия следует выполнять без зенкеровки.

 

3.2 Расчет надежности сенсорного устройства G-602

 

Под надежностью устройства понимают свойство устройств выполнять заданные функции сохраняя эксплуатационные показатели в допустимых пределах в течении требуемых промежутков времени и возможность возобновления функционирования утраченных по тем или иным причинам.

Целью расчета надежности является определение соответствия устройства предъявляемым к ним требованиям по надежности и оценка надежности устройства. Т.к. сенсорное устройство относится к первому классу аппаратуры, то необходимо учитывать влияние вибрации и климатические воздействия.

Расчет надежности сенсорного устройства управления G-602 осуществляется исходя из следующих теоретических предпосылок:

- все элементы устройства разбиваем на группы с одинаковыми интенсивностями отказов (λi) внутри группы подсчитывали число элементов в каждой иной группе (ni);

- по таблице находим значение интенсивности отказов элементов каждой группы (λi);

- вычисляется произведение (λini), характеризующие число отказов, вносимых элементами данной группы в общую интенсивность отказов;

- рассчитываем общую  интенсивность отказов по формуле (3.3)

 

Λ= ,       (3.3)

 

Где Λ – интенсивность отказов общая;

К – поправочный коэффициент, учитывающий относительное изменение средней интенсивности отказов элементов в аппаратуре в зависимости от ее назначения;

m – общее число групп элементов;

Кр – коэффициент, зависящий от нагрузки и воздействующей температуры;

Кн – коэффициент нагрузки;

Кэ – коэффициент, зависящий от типа аппаратуры.

 

Далее определяем среднюю наработку на отказ пол формуле (3.4)

 

Т0=1/Λ ,       (3.4)

где Т0 – средняя наработка на отказ;

Λ – общая интенсивность отказов.

 

После, необходимо рассчитать вероятность безотказной работы устройства за интересующий нас промежуток времени по формуле 3.5

 

P(t) = ,      (3.5)

 

где P(t) – вероятность безотказной работы;

Λ – общая интенсивность отказов;

t – продолжительность работы устройства;

Т0 – средняя наработка на отказ

 

Результаты расчетов надежности устройства сведены в таблицу 3.2

 

Таблица 3.2

Наименование элементов (групп)	Тип	Кол-во элементов	λ010-6 ½	Кн	К	Кр	Кэ	Λi
Микросхемы цифровые	К178	2	0,808	0,6	1	1,0	1,00	0,9600
Конденсаторы	К50-6	6	0,750	0,3	1	0,4	0,01	0,0054
Диоды	КД	4	0,170	0,2	1	1,12	0,05	0,0008
Транзисторы	КТ	7	0,300	0,4	1	1,07	0,06	0,0500
Резисторы	МЛТ	17	0,120	1,0	1	0,60	0,001	0,0012
Вилка		1	0,0030	1,0	1	0,001	0,3	-
Пайка		106	0,0020	-	1	1,00	1,00	0,2000
Печатная плата		1	0,200	1,0	1	1,00	1,00	0,2000

 

Исходя из данных, приведенных в таблице 3.2 расчитывается интенсивность отказов по формуле (3.3)

 

Λ = 91,4*5,29*3,076*4,5)*10-6 = 103*10-6

 

 

Далее определяется средняя наработка на отказ по формуле (3.4)

 

Т0 = 1/103*10-6 = 97087

 

И затем рассчитывается вероятность безотказной работы по формуле (3.5)

 

P(t) = 27-3500/97087 = 2,7-0,036 = Х = 0,99

 

3.3 Расчет технологичности сенсорного устройства управления

 

Технологичность конструкции является одной из важнейших характеристик изделия. Под технологичной понимают такую конструкцию, которая, отвечая всем эксплуатационным требованиям, обеспечивает изготовление изделий в данных условиях с наименьшими затратами времени труда и материалов.

Для обеспечения технологичностей необходимо строго соблюдать технические и эксплуатационные параметры конструкций изделий. Учитывать особенности предприятия изготовителя, а также требования по всем этапам производственного процесса изготовления, начиная с образования заготовки деталей и заканчивая сборкой и испытанием готовой продукции.

На первом этапе работ по обеспечению технологичности, решают вопросы, относящиеся к изделию в целом. Это обеспечение высокого качества и надежности изделия.

На втором этапе решают следующие вопросы:

- сокращение сроков подготовки  производства;

- освоение изделия при  заданном объеме выпуска;

- использование современной  технологичности процессов обработки  и сборки.

На третьем этапе рассматриваются вопросы, обеспечивающие надежность изделия.

К конструкционным показателям относят:

1.) Коэффициент использования  микросхем, Rибп мс

 

Rибп мс = Нимс/(Нимс + Нэрэ), (3.6)

где Нимс – число микросхем в изделии;

Нэрэ – число радиоэлементов.

 

Rибп мс =2/(2+34) = 0,06

 

2.) Коэффициент механизации  kам = 0;

3.) коэффициент автоматизации  и механизации электрорадиоэллементов  kмопэрэ = 1 ;

4.) коэффициент повторяемости  электрорадиоэлементов kпов эра

 

kпов эра = 1 - Нтэрэ/ Нэрэ ,     (3.7)

 

где Нэрэ – число типов размеров электрорадиоэлементов

 

kпов эра = 1-6/34 = 0,82

 

5.) коэффициент применяемости  электрорадиоэлементов, kпэра = 0,83 ;

6.) коэффициент прогрессивности  формообразований деталей, kф = 0,5 ;

 

В таблице 3.2 указаны коэффициенты весовой значимости базового показателя.

 

Таблица 3.2

Коэффициент, k	kисп мс	kам	kмпэрэ	kпов эра	kф	kпэра
φi	1	1	0,75	0,31	0,11	0,187