Ломов И.А. - Проектирование узлов цифровой электронной техники, страница 2

Если этих элементов два и более, указывают их количество.7Рис. 1. Примеры комбинационных цифровых устройстви обозначений их выводов8Рис. 2. Примеры последовательности цифровыхэлектронных устройств и обозначений их выводов9ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗАПри проектировании устройств промышленной автоматикинаиболее часто применяют микросхемы ТТЛ серии 155. Основныеэлектрические параметры микросхем ТТЛ: при высоком уровнесигнала – в интервале 2,4…5,0 В, при низком – не более 0,4 В.Входной ток низкого уровня составляет +1,6 мА, высокого –0,04 мА.

Выходной ток низкого уровня достигает 1,6 мА, высокогоуровня – не определен. Коэффициент разветвления по выходу равен 10. Потребляемая микросхемами мощность Рпотр указана втабл. 2. Напряжение питания составляет 5,0 В ± 10 %. Время задержки tзд прохождения фронта сигнала через один элемент микросхемы указано в табл. 2.Таблица 2Потребляемая мощность Pпотр и время tзд, задержкираспространения сигнала ИСИСРпотр, мВтtзд, нсИСрпотр, мВтtзд, нсЛИ1ЛН1ЛЛ1ЛА1ЛЕ1ЛА2ЛА3ЛА4–173–––26110802722222722332929ЛЕ4ЛП5ЛР1ЛР4ТМ2ТМ8ТВ1ТВ15–2627353150–100–2230222260356060Микросхемы серии 155: ЛА1, ЛА2, ЛАЗ, ЛА4, ЛИ1, ЛЛ1, ЛЕ1,ЛЕ4, ЛН2, ЛП5, ЛР1, ЛР4, ТМ2, ТМ8, ТВ1, ТВ15 выполняют в14-выводном корпусе 201.14.

Выводы ИС нумеруют относительноключа (выемки в корпусе), на виде сверху – против часовой стрелки. Чертеж корпуса 201.14 приведен на рис. 3.Напряжение питания +5 В подключают к выводу 14. Вывод 7является общим как для минуса напряжения питания, так и длявсех напряжений передачи сигналов.Микросхемы ТМ8 и ТВ15 выполнены в 16-выводномкорпусе 201.16.10Рис. 3. Чертеж корпуса 201.14Рис. 4. Чертеж соединительной РМ-В-вилкиДля электрического соединения элементов, расположенных напечатной плате, с внешними устройствами применяют соединители, которые также являются стандартными.При выполнении заданий рекомендуется использовать соединитель РМ-В-вилка, устанавливаемый на плате. Его внутренниевыводы располагаются в отверстиях платы под корпусом соединителя.

Шаг равен 2,5 мм (рис. 4).11ПЕЧАТНАЯ ПЛАТАОсновным конструкционным узлом электронных приборов иустройств является плата. Термины по печатным платам определены ГОСТ 20406–75, общие технические условия описаны в ГОСТ23752–79. Печатная плата как конструкция – это пластина с установленными на ней микросхемами, резисторами, соединителями идр. Их выводы соединяют между собой проводниковыми дорожками в соответствии с электрической принципиальной схемой.Печатная плата как деталь – это пластина изолирующего материала с отверстиями под устанавливаемые элементы. Расстояниямежду отверстиями кратны шагу выводов микросхем. Отверстиярасполагают в центре контактных площадок, которые, как правило, имеют круглую форму. На обеих сторонах платы помещаютудерживающиеся на клею медные проводниковые дорожки.

Онисоединяют контактные площадки между собой в соответствии сэлектрической схемой.Технологически процесс изготовления печатной платы (детали) заключается в обработке исходной изоляционной пластины снанесенными по обеим сторонам сплошными медными листами.Машинным способом на медные поверхности по конфигурацииплощадок и дорожек наносится защитный слой краски. Далее пластина проходит травление в растворе кислоты.

При этом вся медь,кроме защищенной краской, переходит в раствор. В дальнейшемкраска удаляется и сверлением выполняются отверстия.Существуют и другие конструкции и технологии изготовленияплат. Сборочная операция изготовления платы (конструкции) заключается в установке элементов, проводников в переходные отверстия с одной стороны на другую и соединении пайкой их выводов с контактными площадками.КОНСТРУКТОРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯКомплект конструкторской документации на плату как сборочную единицу должен отвечать требованиям ЕСКД.На стадии разработки рабочей документации обязательнымипо ГОСТ 2.102–68 являются документы: чертежи деталей, сбороч12ный чертеж и спецификация. Чертеж электрической принципиальной схемы включают в комплект при проектировании устройств,имеющих электрическую часть, как это предусмотрено заданиями.Основные правила выполнения чертежей печатных плат определены ГОСТ 2.417–78.Размеры каждой стороны печатной платы по ГОСТ 10317–79должны быть кратными: 2,5 при длине до 100 мм; 5 при длине до350 мм; 10 при длине до 470 мм.

Соотношение размеров сторонпечатной платы должно быть не более 3:1. Допуски на линейныеразмеры предусматривают по ГОСТ 25346–82 и ГОСТ 25347–82.Соединитель может находиться на длинной или короткой стороне.Чертеж рекомендуется выполнять в масштабе 2:1. Для двусторонних плат указывают две проекции. Одну из них помечают каксторону расположения элементов соответствующей надписью надизображением. Для указания размещений отверстий и проводниковых дорожек поле печатной платы на каждой из проекций покрывают тонкими линиями прямоугольной координатной сетки.Шаг равен 2,5 мм. Линии нумеруют от левого нижнего угла стороны расположения элементов.Отверстия выполняют только в узлах координатной сетки.Ориентировка микросхем горизонтальная или вертикальная.На оборотной стороне контактную площадку первого выводамикросхемы выполняют, например, прямоугольной формы, в отличие от остальных, имеющих круглую форму.Рядом с местом расположения микросхем указывают их наименования по электрической принципиальной схеме.

Надписинаносят краской или травлением, как и дорожек при изготовленииплаты.Проводниковые дорожки в основном располагают на оборотной стороне, преимущественно по линиям координатной сетки насвободном поле или под корпусами микросхем. Дорожки могутпереходить с одной стороны на другую, но не пересекаться. Дляперехода выполняют отверстие с контактными площадками наобеих сторонах. Следует иметь в виду, что большинство соединителей имеет конструкцию, допускающую пайку только с обратнойстороны корпуса.

Микросхемы такого ограничения не имеют.Чертеж печатной платы сопровождается записью техническихтребований:1) шага координатной сетки;132) диаметра и количества отверстий (если диаметры отверстийразные, то и на чертеже и при записи в технических требованиях ихуказывают в условном обозначении частичным затушевыванием);3) способов выполнения надписей на плате (по ГОСТ 2.417–78).П р и м е ч а н и е. Чертеж печатной платы задания 1 показанниже, на рис.

9, задания 2 – на рис. 17, 19.Сборочный чертеж на плату отражает взаимное расположениемикросхем, соединителя и др. В изображениях микросхем помечают расположение ключа. Все элементы, в том числе и печатнаяплата, должны иметь маркировку позиций, наносимых вне поляизделия. Около элементов микросхем помещают их позиционныеобозначения по электрической принципиальной схеме, предусмотренные в чертеже платы (детали).

На чертеже проставляют габаритные размеры.П р и м е ч а н и е. Сборочный чертеж по расчетам, приведенным в задании 2, показан на рис.18.Спецификация, как один из документов конструкторской документации, определена ГОСТ 2.108–68.В графу «Поз» вносят позиции элементов и деталей сборочного чертежа, в графу «Обозначение» – обозначения изделий исоответствующих им чертежей по ГОСТ 2.201–80. Они имеют буквенно-цифровой код с разделительными точками. Допустимообозначение: ФН7.2. 000000.001., отражающее индекс кафедры«Электротехника и промышленная электроника», индекс читаемого курса и первый порядковый регистрационный номер.

Обозначению сборочного чертежа присваивают индекс СБ, схемы электрической принципиальной – ЭЗ, спецификации – СП.В графе «Примечания» указывают дополнительную информацию, в частности, позиционные обозначения по электрическойпринципиальной схеме.П р и м е ч а н и е. Пример выполнения спецификации по заданию 2 приведен на рис.

17.ПРИМЕРЫ ОФОРМЛЕНИЯ ЗАДАНИЙОтчет по заданию должен быть выполнен в виде расчетнопояснительной записки с этапами проектирования и содержатьчертежи схем, конструкторскую документацию.14В записке необходимо привести текст задания, условно изобразить проектируемое устройство как функциональный блок суказанием входных и выходных сигналов. Записать таблицу связиэтих сигналов, представить описание этапов выполнения работы.З а д а н и е 1 .

Спроектировать комбинационное устройствоцифровой электронной техники для автомата управления технологической операцией.На входы комбинационного устройства поступают входныесигналы от трех датчиков. На выходе формируется выходной сигнал Р, равный 1 при десятичных кодах входных величин 0, 2, 3, 7.При остальных кодах Р = 0.Задание выполняют в следующем порядке.1. Представление проектируемого устройства как функционального блока. Проектируемое комбинационное устройство какфункциональный блок с входными и выходными сигналами и таблица истинности их связи показаны на рис. 5.абРис. 5. Функциональный блок проектируемого комбинационногоустройства (а) и таблица истинности (б)Логическое уравнение, связывающее входные и выходные сигналы в СДНФ, имеет видР = Х 3 · Х 2 · Х 1  Х 3 · Х 2· Х 1  Х 3 · Х 2 · Х 1Х 3 · Х 2 · Х 12.

Минимизация логического уравнения. Для выполнения тождественных преобразований, приводящих логическое уравнение вСДНФ к минимизированной дизъюнктивной нормальной форме(ДНФ), используют карту Карно – Вейча.15В карте по адресам ее ячеек расставляют нули и единицы изтаблицы истинности. Соседние единицы объединяют. Объединения могут охватывать две, четыре и восемь ячеек. Одна и та жеединица может входить в несколько объединений. Чем меньшеобъединений и чем они крупнее, тем эффективнее минимизация.В минимизированное уравнение вместо элементарных конъюнкций СДНФ записывают конъюнкции адресов объединений иэлементарные конъюнкции единиц, объединить которые не удалось.Карта Карно – Вейча, соответствующая таблице истинности,показана на рис. 6.Рис.

6. Карта Карно–ВейчаИспользуя карту, получим минимизированное логическое уравнение, описывавшее заданную логическую связь между входными ивыходными сигналами. Оно оказывается в базисе НЕ, И, ИЛИ:Р = Х 3 Х1  Х 2  Х 1Логическая схема, реализующая полученное минимизированное уравнение, приведена на рис.