ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Создание информационно-справочной подсистемы САПР конструкторско-технологического назначения. Интегральные микросхемы

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

ВВЕДЕНИЕ8

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.1 Наименование, область применения, цель создания информационно-справочной подсистем САПР конструкторско-технологического назначения

1.2 Задачи, решаемые подсистемой

1.3 Функциональные требования к подсистеме

2. ОБЗОР ОБЬЕКТОВ ПОДЛЕЖАЩИХ ОБРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Классификация интегральных микросхем

2.2 Условно-графическое изображение цифровых микросхем

2.3 Диодно-транзисторная логика (ДТЛ)

2.4 Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

2.4.1 Логические уровни ТТЛ микросхем

2.4.2 Семейства ТТЛ микросхем

2.5 Логика на комплементарных МОП транзисторах (КМДП)

2.5.1 Особенности применения КМОП микросхем

2.5.2 Логические уровни КМОП микросхем

2.5.3 Семейства КМОП микросхем

3. ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНАЯ СИСТЕМА

3.1 Определение и классификация БД

3.2 Компилятор Visual C++, версия 6

ВЫВОДЫ

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

БД – База данных

ЭВМ – Электронно-вычислительная машина

САПР – Система автоматизации производства

МДП – метал диэлектрик полупроводник

МОП – метал окись полупроводник

КМОП - комплиментарный метал окись полупроводник

РТЛ – резистивно–транзисторная логика

ДТЛ – диодно–транзисторная логика

ТТЛ – транзисторно–транзисторная логика

ЭСЛ – эмиттерно–связанная логика

И²Л – интегральная инжекционная логика

СУБД – система управления БД

ВВЕДЕНИЕ

Различные возможности и границы применения вычислительной техники для автоматизации проектирования определяются уровнем формализации научно-технических знаний в конкретной отрасли. Чем глубже разработана теория того или иного класса технических систем, тем больше объективных возможностей существуют для автоматизации процесса их проектирования. Применение ЭВМ при проектно-конструкторских работах в своем развитии прошло несколько стадий и претерпело значительные изменения.

С появлением вычислительной техники был сделан акцент на автоматизацию проектных задач, имеющих четко выраженный расчетный характер, когда реализовывались методики, ориентированные на ручное проектирование. Затем, по мере накопления опыта, стали создавать программы автоматизированных расчетов на основе методов вычислительной математики (параметрическая оптимизация, метод конечных элементов и т. п.).

С внедрением специализированных терминальных устройств появляются универсальные программы для ЭВМ для решения как расчетных, так и некоторых рутинных проектных задач (изготовление чертежей, спецификаций, текстовых документов и т. п.). В последние годы большое внимание уделяется автоматизации расчетно-конструкторских работ при проектировании типовых узлов и агрегатов, когда синтез конструкции проводится эвристически, а основные параметры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме диалога проектировщика и ЭВМ.

Современное производство достигло той стадии развития, на которой технологические процессы представляют собой сложные последовательности операций, требующие точного представления, учета и распределения. Ручное или автоматизированное исполнение этих операций на уровне представления затруднительно. Решение этих задач возможно при использовании информационно-справочной подсистем САПР конструкторско-технологического назначения.

Внедрение информационно-справочных подсистем САПР конструкторско-технологического назначения на первых этапах развития промышленности повысило производительность труда, так как дало возможность в автоматизированном режиме производить управление информацией на разных стадиях производства, а также в различных его отделах.

Для обработки и хранения информации на всех стадиях производства применяются информационно-справочные системы. Которые содержат информацию об объектах используемых на производстве, их характеристику, назначение, маркировку и т.д.

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.1 Наименование, область применения, цель создания информационно-справочной подсистем САПР конструкторско-технологического назначения

Разрабатываемая подсистема, называемая «Информационно-справочная подсистема САПР конструкторско-технологического назначения. «Интегральные микросхемы» предназначена для учета, сбора, содержания справочной информации для конструкторско-технологических целей. Цель разработки – обеспечить информационно-справочную подсистему, которая обеспечит автоматизированный доступ и учет информации с помощью разработанной специально для этих целей базой данных (БД). Информационно-справочная подсистема должна использоваться в целях предоставления информации сразу по мере ее необходимости, должна быть также функция добавления информации, так как жесткая БД быстро устареет и в ней пропадет необходимость.

На этапах создания такой БД возникают некоторые проблемы:

1. нужно учесть доступ к БД различных категорий рабочих;

2. отображаемая информация должна быть наиболее полной;

3. БД не должна содержать данные, которые не принадлежат данной подсистеме.

1.2 Задачи решаемые подсистемой

Задачи, решаемые подсистемой, заключаются в обеспечении информацией об объектах, подлежащих для разработки систем или их технологического обеспечения. Из всех задач, которые должны решаться подобными системами следует выделить следующие:

• Обеспечение распределения микросхем по типу, корпусу, параметрам и т.д.

• Возможность добавления и корректировки информации в данной подсистеме

• Обеспечение легкости работы и поиска информации

• Предоставление наиболее полной информации об объектах

• Учет имеющихся в наличии микросхем

1.3 Функциональные требования к подсистеме

Подсистема должна обеспечивать следующие функциональные возможности автоматизированная система учёта интегральных микросхем:

1) добавление новых объектов в базу данных (БД);

2) изменение характеристик объектов базы данных;

3) удаление объектов из базы данных.

При добавлении базы данных выбор общих характеристик (наименование, код, и т.п.) объекта возлагается на оператора. Параметры учета о изменении количества и наличие микросхем на производстве оператор использующий данную подсистему не имеет право менять эти параметры вручную.

Подсистема обеспечивает обновление существующих микросхем за счёт объектно-ориентированной структуры программного комплекса – перекомпоновка без изменения базовых объектов программного комплекса.

2. ОБЗОР ОБЬЕКТОВ ПОДЛЕЖАЩИХ ОБРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Классификация и обозначения цифровых микросхем

Интегральная микросхема это микроэлектронное изделие, состоящее из активных (транзисторов) и пассивных (диодов, резисторов, конденсаторов) элементов, а также из соединяющих их проводников, которое изготавливается в едином технологическом процессе в объеме полупроводника или на поверхности диэлектрического основания, заключено в корпус и представляет собой неразделимое целое. Иногда ее называют интегральной схема, иногда микросхемой, соответственно, возможны сокращенные обозначения ИМС, ИС, МС.

По технологии изготовления микросхемы делятся на три разновидности: полупроводниковые (самые распространенные), пленочные (почти не выпускаются) и гибридные (выпускают немного и выпуск сокращают).

В полупроводниковых микросхемах все элементы и их соединения изготавливаются в объеме (внутри) и частично на поверхности полупроводника. Иногда полупроводниковую микросхему называют твердотельной схемой, что является буквальным переводом с английского языка (solid state).

В пленочной микросхеме все элементы и их соединения выполнены в виде пленок из проводящих и диэлектрических материалов на диэлектрическом основании. В этих микросхемах нет транзисторов и диодов.

В гибридных микросхемах пассивные элементы и соединительные проводники изготавливают по пленочной технологии, а бескорпусные транзисторы и диоды, изготовленные отдельно по полупроводниковой технологии, соединяют тонкими проводами диаметром 0,04 мм с контактными площадками.

По функциональному назначению микросхемы делятся на две категории:

– аналоговые, обрабатывающие сигналы, изменяющиеся по закону непрерывной функции;

– цифровые, обрабатывающие цифровые сигналы.

Транзисторы, применяющиеся в цифровых микросхемах, бывают двух типов:

– обычные (n–p–n или p–n–p) биполярные транзисторы;

– полевые (униполярные) транзисторы.

В цифровых микросхемах применяются полевые транзисторы только с изолированным затвором, имеющие структуру: металл (затвор), диэлектрик (изоляция затвора), полупроводник (канал, сток–исток), сокращенно МДП, а так как в качестве диэлектрика обычно используется окись кремния, то обычно эти транзисторы, а также микросхемы на них сокращенно называют МОП. Чаще всего в цифровых микросхемах используют пары МОП транзисторов, дополняющие друг друга по проводимости канала, такие микросхемы называют КМОП от слова комплиментарный, что означает дополняющий.

В зависимости от элементов, на которых собраны входные и выходные каскады микросхем, от схемных особенностей этих каскадов цифровые микросхемы делятся на несколько групп или, так называемых "логик" (здесь под словом "логика" подразумевается логический элемент или электронный ключ):

1. РТЛ, – резистивно–транзисторная логика, в которой на входах стоит резистивный сумматор токов, реализующий для положительной логики функцию ИЛИ; выходной каскад собран на транзисторном инверторе;

2. ДТЛ, – диодно–транзисторная логика, в которой на входах стоит несколько диодов, реализующих функцию И или ИЛИ; выходной каскад на транзисторах;

3. ТТЛ, – транзисторно–транзисторная логика, в логических элементах которой ко входам подключены эмиттеры многоэмиттерного транзистора; с помощью этого многоэмиттерного транзистора реализуется функция И; выходной каскад собран на транзисторах;

4. ЭСЛ, – эмиттерно–связанная логика, в которой на входах стоят транзисторы, эмиттеры которых связаны друг с другом;

5. nМОП, pМОП, – МОП логика, все элементы которой выполнены на МОП транзисторах с проводимостью канала n–типа (n–МОП) или p–типа (p–МОП);

6. КМОП, – логика, все элементы которой выполнены на двух типах МОП транзисторов nМОП и pМОП, дополняющих друг друга, т.е. комплиментарных;

7. И²Л, – интегральная инжекционная логика, в которой отсутствуют резисторы; инжекция носителей в область базы транзистора осуществляется с помощью активных генераторов тока, выполненных на p–n–p транзисторах, тогда как сам базовый инвертор, – на n–p–n транзисторах.

По принятой у нас системе обозначение микросхемы должно состоять из четырех основных элементов:

1) цифра, соответствующая конструктивно–технологической группе (1, 5, 6, 7, – полупроводниковые микросхемы, из них 7, – бескорпусные; 2, 4, 8, – гибридные микросхемы; 3, – прочие, в том числе пленочные, вакуумные, керамические и т.д.);

2) две, а в последнее время три цифры, обозначающие порядковый номер разработки серии микросхем;

3) две буквы, обозначающие функциональное назначение микросхемы; первая буква соответствует подгруппе (сейчас девятнадцать подгрупп), вторая, – виду (от трех до семнадцати видов в подгруппе);

4) порядковый номер разработки данной микросхемы внутри своего вида в данной серии.

Номером серии микросхемы считают первые три или четыре цифры. Для микросхем, используемых в устройствах широкого применения, перед номером серии ставится буква К. Для характеристики материала и типа корпуса микросхемы после буквы К могут быть добавлены следующие буквы: Р, – для пластмассового корпуса второго вида, М, – для керамического, металлического и стеклокерамического корпуса второго типа. В конце обозначения микросхемы может быть добавлена буква, конкретизирующая один из основных ее параметров.

Например: КМ155ЛА3, К561ИЕ33, 564ЛА7, КР565РУ8Г.

Корпуса цифровых микросхем бывают в основном двух видов:

1. Планарные (плоские), у этих микросхем условное обозначение корпуса начинается с цифры 4; выводы числом от четырнадцати до сорока двух расположены с двух сторон микросхемы с шагом 1.25 мм, прямые, припаиваются, как правило, к дорожкам печатной платы на стороне установки микросхем; такие корпуса часто называют SOIC (small outline integrated cirquit, – микросхема в малом корпусе с выводами, не лежащими в одну линию). Иногда такой тип корпуса называют сокращенно, – SO.

Рисунок 2.1 - Планарный корпус микросхемы

2. Корпус dip – dual in line package, – в две линии расположенные выводы (иногда этот тип корпуса называют DIL, иногда, чтобы указать, что корпус изготовлен из пластмассы – PDIP, plastic DIP), – корпус микросхемы, у которой обозначение корпуса начинается с цифры 2; выводы числом от четырнадцати до сорока двух с двух сторон микросхемы с шагом обычно 2,5 мм, изогнутые под углом 90⁰ , припаиваются только в отверстиях печатных плат.

Рисунок 2.2 - DIP корпус микросхемы

Отечественные ТТЛ микросхемы в планарных корпусах часто имеют в обозначении серии вторую цифру 3 (133, 136), они обычно выпускаются для специального применения при температуре от – 60 ⁰C до 125 ⁰C, а в dip–корпусах имеют вторую цифру 5 (155,1531), выпускаются для широкого применения при температуре от – 10 ⁰C до 70 ⁰C.

Среди миниатюризированных современных корпусов микросхем, предназначенных для припаивания только на стороне установки микросхем, можно в качестве примера привести следующие:

– SOIC – small outline integrated circuit, при обозначении SN…DW

Рисунок 2.3 - SOIC – small outline integrated circuit, при обозначении SN…DW

В Европе в обозначении ТТЛ микросхем имеются числа 54 для микросхем специального (военного) применения, и 74, – для широкого (гражданского) применения. Буквы в конце зарубежных обозначений означают: L, – низкое потребление мощности, но низкое быстродействие; H, – высокое быстродействие, но и большое потребление мощности; S, – с диодами Шоттки (Sсhottky); A, – улучшенные, перспективные от слова Advance (вольный перевод "аванс"); F, – быстрые от слова Fast – быстрый.