Разработка конструкции блока электронной вычислительной аппаратуры - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа
Главная
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Разработка конструкции блока электронной вычислительной аппаратуры
Конструкция современной ЭВМ. Требования по условиям эксплуатации. Интегральные микросхемы, используемые в печатной плате. Разработка конструкции блока. Задачи компоновки и покрытия. Критерии оптимального размещения модулей. Расчет теплового режима.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
по дисциплине «Конструирование, производство и эксплуатация вычислительной техники»
на тему: «Разработка конструкции блока электронной вычислительной аппаратуры»
Анализ функционально-логической схемы и технического задания
Разработка технических требований к конструкции
Решение задачи компоновки и покрытия
Определение механической прочности ПП
Расчет собственной частоты колебания ПП
Конструирование, являясь составной частью процесса разработки ЭВМ, предоставляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ, при выполнении которых необходимы учет разносторонних требований к конструкции устройства, знание современной технологии, схемотехники, импульсной техники и других теоретических и прикладных дисциплин. Важным также является исполнение практического опыта разработчиков электронной вычислительной аппаратуры.
Конструкция современной ЭВМ - это комплекс различных по природе деталей, определенным образом объединенных электрически и механически друг с другом и призванных выполнять заданные функции в заданных условиях и режимах эксплуатации. От правильного выбора этих деталей, материалов, из которых они изготовлены, правильного их размещения, закрепления и объединения зависят важнейшие характеристики устройства: быстродействие, объем, масса, потребляемая мощность, допустимые условия эксплуатации, надежность, стоимость и т.д.
Исходными данными для конструктора является электрическая схема электронного устройства и техническое задание на его разработку. Конструктор должен определить форму, материалы, размеры конструктивного узла, способы соединений входящих в него элементов, обеспечение помехоустойчивости, теплового режима, защиты от внешних воздействий. Для оценки соответствия конструкции требованиям технического задания выполняются все необходимые расчеты. От успешного решения задач конструирования зависят такие характеристики ЭВМ, как быстродействие, надежность, вес, технологичность, удобство эксплуатации и др. Качество разработанной конструкции определяются степенью соответствия ее техническим требованиям. Неудачные конструкторские решения могут привести, например, к невозможности обеспечения работоспособности ЭВМ из-за несоблюдения теплового режима или к значительному снижению быстродействия.
В рамках данного курсового проекта, согласно техническому заданию (ТЗ), производится конструирование типового элемента замены (ТЭЗ). Следует отметить, что такие этапы как размещение логических элементов по корпусам интегральных микросхем (ИМС) и размещение ИМС на печатной плате производились вручную, а трассировка печатных проводников производилась автоматизированным способом, в частотности с использованием САПР P-CAD 2001.
Анализ функционально-логической схемы и технического задания
На основании изучения функционально-логической схемы (ФЛС) устройства, анализа ее структуры и состава элементов можно сделать следующие выводы:
1. ФЛС содержит в своем составе 34 логических элемента, которые можно подразделить на три группы:
24 логических элемента И-НЕ (с двумя входами)
10 логических элементов И-НЕ (с тремя входами)
2. У схемы имеется 19 информационных входов и выходов. Помимо них необходимо еще учитывать входы «питание» и «земля».
Разработка технических требований к конструкции
Разработка конструкции ТЭЗ должна удовлетворять нескольким группам технических требований, которые можно представить:
В соответствии с требованиями ТЗ, разрабатываемый ТЭЗ должен работать при следующих условиях эксплуатации:
Конструкция ТЭЗ должна характеризоваться удобством и простотой эксплуатации, обеспечивая удобный доступ к элементам, расположенным на печатной плате, а также обеспечить возможность быстрой замены ТЭЗ в случае его неисправности. Необходимо обеспечить по возможности минимальные габариты и вес конструкции.
Электрические соединения между элементами ТЭЗ должны быть выполнены с помощью технологии печатного монтажа.
Коммутация ТЭЗ с внешними устройствами должна производится посредством стандартного штепсельного разъема.
Для разработанного ТЭЗ необходимо обеспечить приемлемый уровень технологичности в серийном производстве.
Конструкция ТЭЗ должна состоять по возможности из минимального числа элементов.
Элементы ТЭЗ должны быть реализованы на стандартной элементной базе, имеющейся в производстве, достаточно распространенной и экономически обоснованной.
При изучении существующих серий интегральных микросхем, которые в серийном производстве, их технических характеристик, а также учитывая перечисленные выше требования по условиям эксплуатации для разрабатываемого ТЭЗ, делается вывод о применении в данной конструкции интегральных микросхем серии КМ155. Этот выбор можно обосновать исходя из следующих причин:
1. Условия эксплуатации для микросхем серии КМ155 удовлетворяют требованиям изложенных в ТЗ на разрабатываемую конструкцию. Их можно представить таблицей:
Таблица 2. Условия эксплуатации для ИМС серии КМ155
Климатические и механические факторы
Относительная влажность воздуха при температуре 250С(250С для КМ155)
2. Среди интегральных микросхем данной серии имеются элементы, на которых возможно реализовать заданную ФЛС
3. Интегральные микросхемы серии КМ155 имеются в серийном производстве, достаточно распространены и доступны.
КМ155 серия имеет в своем составе все необходимые элементы для реализации ФЛС. Данная серия обладает большим числом интегральных микросхем, параметры которых удовлетворяют поставленным в ТЗ требованиям. Элементы данной серии ИМ относятся к транзисторно-транзисторной логике ТТЛ.
Таким образом, занесем необходимые для реализации ФЛС микросхемы в таблицу 2.
Таблица 3. Интегральные микросхемы, используемые в печатной плате
Распределение входов выходов логических элементов с ножками ИМС:
1,2,13,3,4,5,9,10,11 - входы X1-X9;
Блок - конструктивно законченная сборочная единица. В комплексную задачу разработки конструкции блока входят несколько основных этапов:
1. Решение задачи компоновки и покрытия
2. Выбор конструкции и размеров ТЭЗ
3. Решение задачи размещения элементов на ПП
Решение задачи компоновки и покрытия
1. Разрезание схемы - это компоновка схемы в типовые элементы, не имеющие схемной унификации.
2. Покрытие схемы - это компоновка схемы в модули заданного системно-унифицированного набора.
При решении задач компоновки используют критерии оптимизации:
1. Минимальное число межблочных соединений
3. Минимальное количество типов блоков
4. Возможно более полное использование блока
1. Максимальное количество элементов в блоке
2. Максимальное количество внешних выводов
3. На совместную и раздельную компоновку различных элементов
Задача компоновки решается точным и приближенным методами. При этом точные методы в силу своей громоздкости не получили широкого распространения. Из приближенных методов получили распространение последовательный, итерационный и смешанный.
В данном курсовом проекте задача покрытия реализована методом параллельного свертывания. Этот эвристический механизм относится к классу последовательно-параллельных алгоритмов. Сущность состоит в том, что производится параллельное наращивание по выходам и выбранным параметрам групп элементов и в последующем их укрупнении. В качестве критерия применяется критерий максимальной связности объединенных в одном корпусе элементов.
Алгоритм задачи покрытия данным методом имеет вид:
Матрица построена для 34 логических элементов и разъема.
Таким образом, задача покрытия - то есть распределение логических элементов по корпусам ИМС, была решена ручным способом. В основу решения задачи были положены критерии максимальной связности элементов внутри корпусов ИМС, а также критерии совместимости логических элементов, размещенных в одном корпусе ИМС.
Обозначение логических элементов на ФЛС
В результате решения задачи покрытия были получены следующие результаты: всего необходимо 10 микросхем, некоторые использованы не полностью, лишних элементов нет.
микросхема модуль тепловой конструкция
При изучении ФЛС разрабатываемого устройства было сделано заключение, что схема содержит 19 информационных контактов и еще два обязательных входа «питание» и «земля». С учетом этого, а также руководствуясь основными требованиями, изложенными в ТЗ, в качестве соединительного разъема был выбран 26-ти контактный малогабаритный разъем для печатного монтажа CONN26M. Разъем имеет размеры 34x12,6.
Для расчета минимальных размеров ПП были учтены конструктивные параметры, которые выбирались в соответствии с рекомендациями, приведенными в литературе:
х1=х2=10(мм) -поля под направляющие;
у2=10 (мм) -поле под ручку и элементы контроля;
tx=15 (мм) - шаг установки ИМС по оси х;
ty=25 (мм) - шаг установки ИМС по оси у;
lx= 7.5 (мм), ly= 15 (мм) - размеры микросхем по соответствующим осям;
Минимальные габариты ПП рассчитываются по следующим формулам:
Согласно ГОСТ 10317-79, на основании значений минимальных размеров ПП, принимаем следующие габариты ПП: длинна Lx=135 (мм), ширина Ly=110 (мм).
После того, как решена задача покрытия, необходимо решить задачу размещения корпусов микросхем на печатной плате. Для решения данной задачи было решено воспользоваться «последовательным алгоритмом размещения». Его можно представить в виде блок схемы:
В качестве критериев оптимального размещения модулей, которые использует «последовательный алгоритм» выступают максимальная степень связности между модулями, стоящими в соседних позициях (Y), а также минимальная суммарная длинна соединений (L). Математически это описывается следующим образом:
Здесь Yi - степень связности i-го не размещенного модуля кА всем размещенным; Li - суммарная длинна соединений между размещенными модулями и i-м модулем размещаемым на позицию pi поверхности; Eкн - множество не размещенных модулей на к-ом шаге алгоритма; Ерк - множество размещенным модулей на к-ом шаге алгоритма; рi,pj - номера позиций на плате в которых размещены i-ый и j-ый модули соответственно; гz - массив соседних позиций на z-ом шаге алгоритма; S - берется из матрицы расстояний; P - берется из матрицы связности.
Исходными данными для данной задачи является эскиз печатной платы с нанесенными на нее схематическими изображениями узлов.
В качестве модулей, размещаемых по монтажному пространству ПП выступают в данном случае 10 корпусов интегральных микросхем и одна вилка соединительного разъема. Считается, что каждый из размещенных модулей соответствует числу всевозможных позиций.
Исходя из данной схемы позиций и учитывая то, что минимальное расстояние между двумя позициями на ПП (шаг размещения принимается равным 1, можно представить матрицу S которая задает расстояние между узлами ПП и имеет вид:
Здесь элемент Sij - расстояние между i-ым и j-ым позициями, кратное шагу размещения. Матрица связности модулей с имеет такую же размерность, что и матрица S, но составляется исходя из принципиальной схемы устройства и учитывает взаимную электрическую связь размещаемых модулей между собой. Таким образом, матрица с имеет вид:
Элемент матрицы pij - это количество соединений, имеющихся между i-ым и j-ым модулями соответственно.
В данном случае модули 1-10, обозначают соответствующие им корпуса ИМС, а под 11-ым модулем понимается соединительный разъем. Изначально размещаем 11 элемент в позицию А. Результаты решения задачи размещения приведены ниже:
Результат размещения ИМС на ПП (эскиз): Рис.9.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПП
При воздействии вибраций или ускорении на печатную плату входом колебательной системы являются края платы, закрепленные в рамке модуля. В этих местах механические колебания передаются на плату. Выходом системы является центр тяжести платы и в этом случае наблюдается прогиб ее. Данная деформация может вызвать разрыв печатных проводников и др. Поэтому необходимо выбирать такие конструктивные параметры модуля, которые не приводили бык его отказам при механических воздействиях.
Расчет разрабатываемого блока на механическую прочность производится в соответствии с указаниями, приведенными в литературе и методических пособиях.
1. Определяем координаты элементов, располагающихся на ПП, и заносим их в таблицу:
2. Расчет центра тяжести приложенных сил:
3. Расчет силы Q, действующей на плату:
где P - общий вес всех элементов вместе с платой, а - ускорение/удар, действующие на плату, g - ускорение свободного падения.
4. Расчет реакции на Ra и Rb в опорах:
где l - ширина платы (сторона, перпендикулярная той, которая содержит разъём);
Q - сила, действующая на плату при ускорении и ударе;
5. Расчет максимального изгибающего момента Мтах:
где b - сторона платы, на которую производится воздействие (т.к. разъём является точкой приложения сил, то воздействие производится на большую сторону ПП);
Q - сила, действующая на плату при ускорении и ударе; Yc - центр платы по оси Y.
7. Расчет напряжения в1, вызываемого на плате изгибающим моментом:
где b - сторона платы, на которую производится воздействие;
h - толщина платы; Мтах - максимальный изгибающий момент.
9. Проверка неравенства на выполнение:
где в - напряжение, возникающее в ПП;
в1 - максимально допустимое напряжение в ПП.
Поскольку в качестве материала ПП был выбран стеклотекстолит с вдопуст.=247МПа, то неравенство Разработка конструкции блока электронной вычислительной аппаратуры курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат по теме Кровеносная система человека. Повреждение кровеносной систем и меры первой доврачебной помощи
Сочинение по теме Отношение к герою романа «Преступление и наказание» Родиону Раскольникову
Контрольная работа по теме Экономический анализ деятельности ресторана "Ажына"
Реферат: Риба і рибні продукти
Курсовая работа: Анализ современного состояния ландшафтов Апанасенковского района на базе ГИС - технологий
Реферат На Тему Романтизм В Литературе
Реферат: Методы регистрации ионизирующего излучение. Скачать бесплатно и без регистрации
Сочинение 27 2022
Реферат: Рекреационные ресурсы словакии
Дипломная работа: Социальная работа с пожилыми людьми с ограниченными возможностями
Бизнес Планирование Диссертация
Реферат: Протокол ТСР
Операционные Системы Эссе
Дипломная работа по теме Расчет тепловой схемы и проточной части паровой турбины К-160-130
Курсовая работа по теме Организация работы производства ресторана с японской кухней на 80 мест. Организация выпуска готовой продукции в горячем цехе
Отчет по практике по теме Инженерно-геологические исследования грунтов
Реферат: Retirement Essay Research Paper RetirementRetirement seems to
Отчет по практике по теме Общая характеристика деятельности кафе 'В Гости'
Контрольная работа по теме Порядок проведения конкурсов
Реферат по теме Мой идеал учителя
Выдача документов с места работы - Государство и право реферат
Рынок юридических услуг в США - Государство и право реферат
Разработка технологического процесса и выбор оборудования для изготовления изданий технической литературы - Журналистика, издательское дело и СМИ презентация