Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Один из разрядов —служебный. Он используется лля индикации отрицательного знака числа, а также может служить длясигнализации о переполнении рабочих регистров и разряде источников питания.Дальнейшее совершенствование микрокалькуляторов идет по нескольким направлениям: расширяютвозможности программирования, начинают внедрять такие носители программ, у которых программа неразрушается с отключением источников питания (магнитные карты, микрокассеты), предполагается создатьбиблиотеки готовых сменных программ для микрокалькуляторов.
Объем памяти возрастает до 10 — 20регистров. Производительность повышается за счет использования параллельных вычислений и связимикрокалькулятора с большой ЭВМ.Совершенствование устройств вывода информации ведется в направлении создания встроенных устройствтепловой печати результатов, увеличения площади экрана для отображения информации.Одна из перспектив развития микрокалькуляторов — использование в них компактного алфавитноцифрового устройства отобра- жения, которое позволит реализовать диалоговый режим вычислений иобработки информации.Совершенствование микрокалькуляторов предполагается осуществить без увеличения потребляемой имимощности, а даже при ее снижении.Отечественные микрокалькуляторы описаны в [17, 27].Глава восьмаяРАЗРАБОТКА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НАМИКРОСХЕМАХ8.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВ НА МИКРОСХЕМАХРазработка РЭА на микросхемах представляет собой процесс создания новых образцов устройств, приборови аппаратов, удовлетворяющих заданным требованиям.
Этот процесс связан с решением схемотехнических,конструкторских, технологических задач. При создании сравнительно простых устройств, содержащих донескольких десятков микросхем, в радиолюбительской практике можно в целом придерживаться приемов,которые являются общепринятыми для построения миниатюрной аппаратуры на транзисторах. Однако приэтом необходимо учитывать ряд особенностей, которые связаны с использованием микросхем, чтобыполностью реализовать их преимущества.
Что касается построения более сложной аппаратуры, то этиособенности настолько существенны, что традиционная методика проектирования претерпевает существенныеизменения.Рис. 8.1. Конструктивные уровни ЕС ЭВМРассмотрим основные из этих особенностей. При построении устройств на микросхемах применяется функционально-узловой метод. При синтезе структуры устройства этим методом его схема строится изфункциональных частей, -реализуемых типовыми узлами. Примером таких узлов являются интегральныемикросхемы.
Микросхемы в аппаратуре объединяются в более крупный узел — ячейку [В литературе иногдавстречается другое обозначение этого узла — «субблок».]. Ячейка представляет собой конструктивнозаконченную сборочную единицу, состоящую из одной или нескольких печатных плат с микросхемами и неимеющую лицевой панели. Как правило, ячейки легкосъемны. С точностью до ячейки часто определяется местонеисправности и при ремонте она заменяется новой в этих случаях ячейки называют типовыми элементами замены (ТЭЗ).Несколько ячеек объединяются в блок, который имеет лицевую панель но он, как и ячейка не имеет, какправило, самостоятельного применения. В свою очередь блоки объединяются в шкафы, секции, стойки и т. п.,имеющие уже самостоятельное применение.
К последнему виду конструктивных единиц относятся такжеустройства в виде одного блока, который можно использовать самостоятельно, например микроэлектронныйцифровой вольтметр.Рассмотренные уровни сборочных единиц характерны для аппаратуры средней сложности, к которой можноотнести устройства, содержащие от 100 до 1000 микросхем первой и второй степеней интеграции (например,цифровые частотометры, вольтметры, синтезаторы частот и т. п.). Для устройств большой сложности, содержащих более 1000 микросхем, например ЭВМ, могут вводиться дополнительные промежуточные уровни.
Дляпримера на рис. 8.1 показаны конструктивные уровни ЕС ЭВМ. В таких устройствах блоки попарнообъединяются в панели, а панели в более крупную сборочную единицу — раму.По мере прогресса электроники и повышения степени интеграции микросхем количество конструктивныхуровней аппаратуры будет уменьшаться.Необходимость дальнейшего повышения уровня стандартизации конструктивно-элементной базы привела вмикроэлектронной аппаратурe к блочно-модульному методу построения. Этот метод является развитиемфункционально-узлового и предусматривает широкую стандартизацию и унификацию на всех конструктивныхуровнях.Блочно-модульный метод предусматривает использование готовых электронных модулей — функциональнои конструктивно законченных сборочных единиц, реализующих функции преобразования электрическихсигналов и выполненных на основе унифицированной базовой несущей конструкции (БНК).
Набор такихмодулей предназначен для широкого класса РЭА.Модули подразделяются на ряд уровней: 1 — ячейка, 2 — блок, 3 — шкаф, стойка. Для второго и третьегоуровней разрабатываются типовые БНК, увязанные с конструкциями как более высоких, так и более низ.:ихуровней и обеспечивающие максимальную гибкость при конструировании аппаратуры. Модули всех уровнейимеют электрическую, информационную, программную и конструктивную совместимость между собой. Вкачестве модулей первого уровня используют ячейки, содержащие наиболее распространенные узлы. Дляцифровой аппаратуры это центральный процессор, запоминающее устройство, наборы триггеров и логическихэлементов, элементы внутреннего и внешнего интерфейса, отображения информации, преобразователисигналов и т.
п. При построении модулей используют микросхемы различной степени интеграции, в том числев большие интегральные схемы.Другая особенность проектирования аппаратуры на микросхемах проявляется в большой сложностиправильного выбора элементной базы и конструктивно-технических решений. Это связано с неоднозначностьювыбора вариантов построения устройства из-за широкой номенклатуры микросхем, различных степеней ихинтеграции и технологии изготовления.При проектировании аппаратуры на микросхемах возрастает сложность выбора конструкциипроектируемого устройства, главным Образом в отношении объемно-массовых показателей, а также резкоусиливается взаимосвязь этапов проектирования по разработке схемотехники, конструкции и технологии.Появляются новые возможности совершенствования характеристик аппаратуры, обусловленные возможностьюиспользования больших количеств элементов, что приводит к структурной избыточности. Указанныеособенности вызывают качественные изменения традиционных и появление новых этапов проектированияаппаратуры на микросхемах.В практике промышленного проектирования микроэлектронной аппаратуры сложилась определеннаяпоследовательность принятия решений, направленных на создание устройств с заданными функциональными иэксплуатационными характеристиками при минимальной стоимости.
Радиолюбители не могут полностьюзаимствовать этот опыт, поскольку в их распоряжении нет тех средств и. методов, которыми располагаютразработчики промышленной аппаратуры. Тем не менее ознакомление с порядком и особенностямипромышленного проектирования полезно, поскольку оно поможет определить рациональнуюпоследовательность собственных действий радиолюбителя при разработке микроэлектронных устройств иузлов применительно к своим возможностям.Порядок создания РЭА в общих чертах указан в ГОСТ 2.103 — 68 и включает составление техническогозадания, разработку технического предложения, эскизного и технического проектов, а также рабочейдокументации.Рис. 8.2.
Основные этапы проектирования аппаратуры на микросхемахПокажем более подробно последовательность разработки РЭА на микросхемах на основании имеющегося внастоящее время опыта проектирования. При этом содержание основных этапов раскроем на примерецифровых устройств, для которых процесс проектирования отработан сейчас в наибольшей степени. Некоторыеособенности проектирования аналоговых устройств будут рассмотрены далее. Последовательность основныхэтапов проектирования РЭА на микросхемах может быть представлена в виде, показанном на рис. 8.2.Первый этап — разработка требовании к проектируемому устройству, т.
е. составление техническогозадания. Это задание устанавливает назначение и область применения создаваемой аппаратуры, а также ееосновные параметры. К таким параметрам у цифровых устройств относятся: быстродействие, точность, потребляемая мощность, надежность и т. п. В техническом задании указывают условия эксплуатации проектируемойаппаратуры, в част» ности, пределы изменения температуры, влажности, давления, механических воздействий идр. Задание должно содержать требования к конструкции (максимальную массу и габаритные размеры,допустимые тепловые режимы, необходимость герметизации и т.
п.). В техническом задании, как правило,приводят технико-экономические показатели (допустимая стоимость, степень унификации и стандартизации,экономическая эффективность).Техническое задание должно составляться с учетом фактических возможностей реализации проектируемойаппаратуры.Второй этап — разработка структурной схемы и определение основных технических характеристик. Нарассматриваемом этапе изучают существующие устройства, подобные проектируемому, и соответствующиепатентные материалы. Затем проводят анализ возможных принципов построения, причем каждый вариантпрорабатывают до глубины, достаточной для его сравнения с другими по наиболее существенным показателям:надежности, стоимости, перспективности и т.
п. По результатам этого сравнения выбирают лучший вариант.Для него составляют структурную схему, устанавливают общие технические характеристики ее основныхчастей и их взаимосвязи.Отметим, что структурные схемы микроэлектронны.х устройств, особенно реализуемых на микросхемахповышенной степени интеграции, часто отражают не только принципы работы, но и содержат информацию оканалах для параллельной обработки сигналов с целью повышения быстродействия, об устройствахвстроенного контроля, поканальном резервировании и т. п. Таким образом, результатом второго этапа являетсяразработка технического предложения для последующих стадий проектирования.Третий этап — выбор элементной базы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
