Проектирование цифрового устройства управления с модулем индикации на базе интегральных микросхем серии ТТЛ с коэффициентом счета 29

Содержание
Введение 3
1. Проектно-конструкторская разработка цифрового устройства. 5
1.1 Выбор элементной базы цифрового устройства. 5
1.2 Разработка схемы электрической структурной цифрового устройства. 11
1.3 Разработка схемы электрической принципиальной цифрового устройства. 12
Генератор импульсов 12
Входной формирователь 12
Блок счетчиков 14
Блок индикации 14
Блок управления 15
Исполнительное устройство 16
Источник питания 16
2. Проектно-технологическая разработка цифрового устройства. 18
2.1 Обоснование выбора конструкции цифрового устройства. 18
2.2 Разработка печатной платы цифрового устройства. 21
2.3 Определение показателей надежности и качества цифрового устройства. 32
Заключение 36
Список литературы 37

Наиболее стойко к действию влаги покрытие из эпоксидной смолы, обеспечивающее самое высокое поверхостное сопротивление. Несколько хуже защитные свойства перхлорвиниловых, фенольных и эпоксидных лаков. Плохо защищает покрытие из полистирола, но в отличие от остальных, при помещении изделия в нормальные условия оно быстро восстанавливает свои свойства.Далее приведены наиболее распространенные материалы, применяемые для защитных покрытий.Лак СБ-1с, на основе фенолформальдегидной смолы, нанесенный на поверхность сохнет при температуре 600 С в течение 4 ч, наносят его до пяти слоев с сушкой после каждого слоя, получается плотная эластичная пленка толщиной до 140 мкм.Лак УР-231 отличается повышенной эластичностью, влагостойкостью и температуростойкостью, поэтому может применяться для гибких оснований. Лак приготовляют перед нанесением в соответствии с инструкцией и наносят на поверхность пульверизацией, погружением или кисточкой. Наносят четыре слоя с сушкой после каждого слоя при температуре 18-230 С в течение 1,5 ч.Исходя из вышеперечисленных сравнений выбран для защитного покрытия от действия влаги лак УР-231.Основными данными для расчета элементов печатного монтажа являются: класс точности, установочные характеристики компонентов и допуски на отклонения размеров координат элементов печатного монтажа от номинальных значений. Допуски на отклонения определяются уровнем технологии, применяемым оборудованием и т.д. [2].Рисунок 8 – Элементы проводящего рисунка печатной платыОбласть печатного монтажа между двумя соседними контактными площадками показана на рисунке 8, где Dк - диаметр контактной площадки; t - ширина печатного проводника; S - расстояние между соседними элементами печатного монтажа; n - число проводников между соседними контактными площадками; l - расстояние между двумя контактными площадками для прокладки n-проводников.Минимальный диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле:где :d – диаметр отверстия;Ddво - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (устанавливается в соответствии с табл.2.5);Ddmp - глубина подтравливания диэлектрика для многослойных печатных плат (принимается равной 0,03 мм);b - гарантийный поясок (табл.2;Dtво - верхнее предельное отклонение ширины проводника от номинального значения (табл.3);Dtно - нижнее предельное отклонение ширины проводника от номинального значения (табл.4);- диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения узла координатной сетки (табл.5);- диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно его номинального положения (табл.2.9).Таблица 2 - Номинальные значения основных параметров элементов конструкции печатной платы для узкого места.Параметры элементов печатного монтажаРазмеры элементов проводящего рисунка для классов точности, ммШирина проводника, t 0,75 0,45 0,25 0,15 Расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка, S 0,75 0,45 0,25 0,15 Гарантийный поясок, bН0,30 0,20 0,10 0,05 Гарантийный поясок, bВ0,15 0,10 0,05 0,03 Таблица 3 - Предельные отклонения размеров диаметров монтажных и переходных отверстийРазмер отверстия, ммНаличие металлизации Класс точности˂ 1,0 Нет ± 0,10 ± 0,10 ± 0,05 ± 0,05 Есть + 0,10 - 0,15 + 0,10 - 0,15 + 0,05 - 0,10 + 0,05 - 0,10 ≥ 1,0 Нет ± 0,15 ± 0,15 ± 0,10 ± 0,10 Есть +0,15 - 0,20 + 0,15 - 0,20 + 0,10 - 0,15 + 0,10 - 0,15  Таблица 4 - Предельное отклонение ширины проводника от номинального значения Наличие покрытия Класс точностибез покрытия ± 0,15 ± 0,10 + 0,03 ± 0,03       - 0,05   с покрытием ± 0,25 ± 0,15 + 0,10 ± 0,05       - 0,08   Таблица 5 - Диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положенияРазмер большой стороны платы, ммКласс точностиL > 180 0,20 0,15 0,08 0,05 180 < L ˂ 360 0,25 0,20 0,10 0,08 L > 360 0,30 0,25 0,15 - Таблица 6 - Диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно номинальногоВид платыРазмер большей стороны, ммКласс точностиодно- L ˂ 180 0,35 0,25 0,20 0,15 и двусторонние 180 < L ˂ 360 0,40 0,30 0,25 0,20   L > 360 0,45 0,35 0,30 -   L ˂ 180 0,40 0,35 0,30 0,25 многослойные 180 < L ˂ 360 0,50 0,45 0,40 0,35   L > 360 0,55 0,50 0,45 - Расчет минимального расстояния для прокладки n-ого количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами Dk1 и Dk2 производится по формуле:где: n - количество проводников;- диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения (табл.2.10)Таблица 7 - Диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения, ммВид платКласс точностиОдно- и двусторонние0,15 0,10 0,05 0,03 Многослойные 0,20 0,12 0,07 0,05 Произведём расчет элементов проводящего рисунка. Пусть необходимо рассчитать минимальный диаметр контактной площадки для металлизированного отверстия диаметром 0,8 мм и минимальное расстояние между центрами двух отверстий при прохождении двух проводников на многослойной печатной плате третьего класса точности размером 80 x 110 мм.Минимальный диаметр контактной площадки на наружном слое :а минимальный диаметр контактной площадки на внутреннем слое:Минимальное расстояние между центрами двух отверстий, необходимое для прохождения двух проводников на наружном слое :а минимальное расстояние на внутреннем слое:Разводка печатной платы приведена на рисунке 8.Рисунок 8 – Схема разводки печатной платыТехнологический процесс изготовления печатной платы комбинированным позитивным методом состоит из следующих операций [2]:Контроль качества сборки печатной платы:Выборочный визуальный контроль качества паяных соединений ПП.Выборочный визуальный контроль допустимого расстояния между компонентами и элементами токопроводящего рисунка.Предельно допустимое минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка 0,25 мм, между компонентами схемы 1,2... 1,5 мм.Выборочный контроль сопротивления контактного перехода паяных соединений зондовым методом с помощью микроомметра GOM-802.Выборочный контроль контуров электрической цепи на отсутствие КЗ.Выборочный контроль сопротивлений ветвей электрической цепи.Выборочный контроль контуров электрической цепи на правильность функционирования.2.3 Определение показателей надежности и качества цифрового устройства.  При проектировании РЭА стремятся создать конструкцию, удовлетворяющую оптимальным соотношениям междузаданными техническими характеристикам изделия, надежностью в заданных условиях эксплуатации и технологичностью конструкции. Расчет надежности заключается в определении показателей надежности РЭА по известным характеристикам надежности составляющих компонентов (ЭРЭ, ПП, паяные соединения и т.п.) и условиям эксплуатации. Основные характеристики надежности:1. Интенсивность отказов – , где k=k1k2k3k4 – поправочный коэффициент на условия эксплуатации;k1=1 и k2=1 – поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов; k3=2 - поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры (93% при температуре +25С); k4=1 – поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха (нормальное давление); k=1∙1∙2∙1=2ai(T,kн) – поправочный коэффициент в зависимости от температуры Т и коэффициента нагрузки kн.2. Вероятность безотказной работы - Р (t)3. Среднее время наработки до отказа - Тcр.Расчет надежности устройства проводится с целью определения вероятности безотказной работы в течение 1500 часов и сравнения ее с заданной. Заданная вероятность безотказной работы 0,9 в течение 1500 часов работы. Расчет производится по внезапным отказам. Т.е. принимается гипотеза, что интенсивность отказов элементов ячейки не изменится во времени.Вероятность безотказной работы вычисляется по формуле:Рс = ехр( - t х ∑(λj х пj х аj))(8.1)где λj - интенсивность отказов j элемента:λj =λjHxKλjH - интенсивность отказов j элемента, К - поправочный коэффициент.К = К1+К2+К3К1 - учитывает воздействие на аппаратуру механических воздействий.К1 = 1.К2 - учитывает воздействие на аппаратуру климатических воздействий.К2 = 1.К3 - учитывает воздействие на аппаратуру атмосферного давления.K3=1. nj - количество элементов j - типа.aj - поправочный коэффициент j элемента:аj – f( KH , Т °С) - определяется по таблице. Расчет суммарной интенсивности отказов сведен в таблице 2.3Таблица 8.3 - Интенсивность отказов элементовНаименование элементовКол. пшт.Интенсивность отказов, λх 10-6 (1/час) ajМикросхема К55510,041Исполнительный модуль30,041Резистор МЛТ-0,25-15кОм1 0,0150,5Резистор МЛТ-0,25-2,4кОм221Резистор МЛТ-0,5-820Ом20,010,1 Индикатор АЛС324А20,041,0 Конденсатор100,041,0Паяноесоединение1050,011,0 Печатная плата1 0,71,0 Интенсивность отказа резисторов:Интенсивность отказа диодов:Интенсивность отказа конденсаторов:Интенсивность отказа реле:Интенсивность отказа микросхемы:Интенсивность отказа светодиодного индикатора:Интенсивность отказа паяного соединения:Интенсивность отказа ПП:Интенсивность отказа системы:2. Среднее время наработки на отказ:3.Вероятность безотказной работы,(8.2)где е - основание натурального логарифма;λ - общая интенсивность отказов;t - время работы, за которое определяется вероятность безотказной работы.Таким образом, расчетное время наработки на отказ Тср превышает заданное время наработки на отказ ячейки Тз=15000ч.ЗаключениеМассовое использование цифровых устройств в бытовой и промышленной технике, широкий диапазон решаемых ими задач и, какследствие, многообразие требований, предъявляемых к параметрам в зависимости от типа прибора и объёма выполняемых функций, обусловило создание большого семейства схем управления.В данной работе осуществлён проект устройства управления с коэффициентом счёта 29.Разработанное устройство управления может применяться для систем вентиляции, освещения, охлаждения, нагревательного оборудования, а также для различной бытовой техники.Список литературы  ГОСТ Р 53432-2009 Платы печатные Общие технические требования к производству.Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: учебник для вузов. Под общей ред. В.А. Шахнова М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.А.В. Шкрябин Курсовой проект. Методические указания.http://masterkit.ru/shop/smarthome/executive-devices/1345343