Реферат: Конструкторско-технологическое проектирование ЭВМ

Содержание

Введение

1. Обоснование общих конструктивно-технологическиххарактеристик изделия

1.1

Описаниеработы устройства

1.2

Выбор типа итехнологии изготовления

1.3

Выборэлектрических соединителей

1.4

Расчетэлементов печатного рисунка печатной платы

1.5

Конструктивныехарактеристики ЭРЭ печатного узла

2. Расчет электрических характеристик печатного узла

2.1 Расчет потребляемой электрической мощности

2.2.Расчет взаимной емкости и индуктивности печатных проводников

3. Тепловой расчет печатного узла

3.1 Определение размеров нагретой зоны

3.2 Расчет средней температуры поверхности нагретой зоны

4. Расчет устойчивости печатного узла к механическим воздействиям

4.1 Расчет первой резонансной частоты

4.2 Расчетизгибающего напряжения от линейного ускорения

5. Расчет надежности печатной платы

6. Разработка технологического процесса сборки печатного узла

6.1 Размещение элементов и трассировки печатной платы

6.2 Описание схемы сборки

Заключение

Списоклитературы

Приложение А.Схема электрическая принципиальная

Приложение Б.Перечень элементов

Приложение В.Трассировка печатной платы, выполненная автоматизированным способом

Приложение Г.Расположение элементов печатного узла, выполненное автоматизированным способом.

Приложение Д.Спецификация

ВВЕДЕНИЕ

Курсовойпроект по дисциплине «Конструкторско-технологическое проектирование ЭВМ »является итоговой работой по этому курсу.

Конструирование, являясьсоставной частью процесса разработки ЭВМ, представляет собой сложный комплексвзаимосвязанных работ, при выполнении которых необходимо учет разностороннихтребований к конструкции, знание современных технологий схемотехники,сопротивления материалов, теории надежности и других теоретических и прикладныхдисциплин. Рост степени интеграции ставит перед разработчиками электроннойвычислительной аппаратуры ряд задач, решения которых зависит от полноты учетавсех факторов влияющих на процесс обработки и хранения информации. Приразработке конструкции ЭВМ требуется решение задачи противодействияклиматическим, механическим и радиационным факторам, обеспечение теплового режима работы, обеспечениепомехоустойчивости и нормальных электрических режимов функционированияустройства, обеспечение механической прочности, обеспечение надежной ибезопасной работы.

Задачейкурсового проекта является разработка конструкции печатной платы и освоить маршрутную технологию ее производствав соответствии с заданными в техническом задании принципиальными электрическими параметрами. В процессевыполнения курсового проекта мы должнызакрепить основные теоретические знания по методам изготовления печатных плат.

Принципиальнаясхема устройства дает представление только о принципе работы устройства, но нео его конструкции. Множество же сложных взаимных связей между элементами,определяемых размещением их в пространстве или на плоскости, показать напринципиальной схеме нельзя. Размещение элементов принято называть компоновкой(от латинского componere – складывать).

Наиболеераспространенной ошибкой начинающего радиолюбителя-конструктора является то,что при компоновке элементов он стремится получить как можно меньшие размерыустройства, пренебрегает возможными паразитными взаимосвязями между элементамиразличных каскадов, располагая элементы без учета принципа их работы. Чтобы недопустить таких ошибок, необходимо прежде всего тщательно рассмотреть возможныеварианты компоновки элементов.

Печатныеплаты служат основой функциональных узлов и несущим элементом их конструкции.При сохранении всех возможностей проводного монтажа применение ПП позволяет:обеспечить значительное повышение плотности межсоединений и возможностьминиатюризации аппаратуры; гарантировать стабильную повторяемость параметровизделий одновременно с возможностью повышения электрических нагрузок в цепях;повысить надежность и качество аппаратуры: улучшить вибро- и механическуюпрочность, условия теплоотдачи и устойчивость соединений к климатическимфакторам; осуществить унификацию и стандартизацию функциональных узлов и блоковаппаратуры и обеспечить возможность механизации и автоматизации еепроизводства.

1.Обоснованиеобщих конструктивно-технологических характеристик изделия

1.1

Описаниеработ устройства

Предлагаемыйблок электронных ключей (см.приложения) соединяют с компьютером двумя парамипроводов. По одному из проводов каждой пары (контакты Х3 и Х5) поступает “рабочий”сигнал – “Синхронизация”и “Данные”. Вторыепровода (контакты Х4 и Х6) служат общим проводом. Для формирования нужных сигналовможно воспользоваться двумя разрядами любого из имеющихся в компьютерепараллельных портов вывода данных.

Сигналыкомпьютера поступают на входы элементов DD11.1 и DD11.3,которые совместно с элементами DD11.2 и DD11.4 выполняют роль буферныхкаскадов. В исходном состоянии оба сигнала имеют высокий логический уровень, ипока он на линии “Данные”поддерживается неизменным, на любые изменения сигнала “Синхронизация”автомат не реагирует.

Сигналомначала передачи служит переход уровня на линии “Данные” с высокогоуровня на низкий при наличии низкого уровня на линии “Синхронизация”. В этот момент на выходе элемента DD22.2формируется импульс, устанавливающий низкий уровень на вфходе 12 триггера DD23.2, который в свою очередь, разрешает работусчетчика DD24.

После стартового сигнала по линии “Данные”последовательно передаются восемь разрядов кода адреса блока ключей, каждый изкоторых сопровождаетя импульсом низкого уровня по линии “Синхронизация”. Наличие адреса позволяет при необходимостиподключить к компьютеру параллельно до 255 блоков. аналогичных описываемому,причем каждый будет принимать только предназначенную для него информацию.

Дешифрация адреса происходит так.Подсчитывая импльсы синхронизации, счетчик DD24 поочередно формирует на своих выводах импульсы высокогоуровня. Диодная схема ИЛИ формирует из них эталон адресного кода. Для этого наплате блока должны быть оставлены только те из диодов VD2-VD9, что подключены к выходам счетчика, которым в коде адресасоответствует логическая 1. Элемент 12.4 сравнивает эталон с адресом,передаваемым компьютером, и при первом же несовпадении формирует сигнал,изменяющий состояние триггера DD23.2 ивозвращающий устройство в исходное состояние.

Если сравнение адресов успешно завершено, высокий уровень устанавливаетсяна выводе 11 счетчика, что изменяет состояние триггера DD23.1, атакже запрещает дальнейшую работу самого счетчика и всех каскадов узласравнения адресов. На входе 1 триггера устанавливается высокий уровень,разрешающий прохождение импульсов синхронизации на регистр сдвига (микросхемы DD12-DD20). С каждым таким импульсоминформация, поступающая по линии “Данные”, записывается в регистр и продвигаетс по нему. После 64 импульсов синхронизации все принятыеданные будут записаны врегистр.

Далее компьютер формирует сигнал конца передач:во времядействия очередного импульса синхронизации сменяет низкий уровень на линии “Данные” высоким.Этот переход выделяется элементом DD22.1, после чего устройствовозвращается в исходное состояние.

Лампами гирлянды непостедственноуправляют микросхемы DD1-DD10, каждая изкоторыхсодержит по семь транзисторных ключей. Управляющие входы сдвига подключены к выходамрегистра сдвига. Оставшиеся свободными шесть ключей (в микросхеме DD10)-резерв, который может быть использован в случаевыхода из строя какого-нибудь из действующих ключей.

Каждый ключ коммутирует нагрузку, потребляющую ток не более 350мА принапряжении до 300В. Резисторы R1-R64 ограничивают броски тока и одновременнозащищают ключи от выхода из строя при случайном коротком замыкании нагрузки.

Гирлянда питается от источника постоянного тока напряжением от 9 до 30В.Это же напряжение подается на стабилизатор, собранный на транзисторе VT1 истабилитроне VD1. Выходное напряжениестабилизатора используется для питания микросхем.

1.2 Выбор типа и технологии изготовления

Печатные платы принятоклассифицировать по материалу основания, по числу слоев и технологическимметодам получения проводящего рисунка.(см. рис.1)

Наибольшееприменение получили так называемые субтрактивныеи аддитивные процессы. Рассмотрим эти разновидности.

Субтрактивный процесс (cubtractio-отнимать) получения проводящего рисунка заключается визбирательном удалении участков проводящей фольги, защищенного от растворениязадубленным фоторезистом или специальной краской, путем травления.

Аддитивный(additio-прибавлять)процесс -заключается в избирательном осаждении проводящего материала на нефольгированный материал основания на которое предварительно наноситсяпроводящий рисунок, либо методом переноса с временного металлическогооснования, либо токопроводящей пастой через сетчатый трафарет, либо нанесениепроводящего рисунка, контактных площадок химическим способом.

Полуаддитивныйпроцесс предусматривает предварительное нанесение тонкого(вспомогательного)проводящего покрытия, впоследствии удаляемого с пробельных мест.

Всоответствии с ГОСТ 23751-86 конструирование печатных плат следует осуществлятьс учетом следующих методов изготовления:

— химического для ОПП;

— комбинированного позитивного для ОПП, ДПП;

— электрохимического (полуаддитивног о) для ДПП;

— металлизации сквозных отверстий для МПП, ГПП;

СтандартГОСТ 23751—86 устанавливает пять классов точности ПП и гибких печатных кабелейв соответствии со значениями основных параметров и предельных отклоненийэлементов конструкции (оснований ПП, проводников, контактных площадок,отверстий.) Область применения классов точности по ГОСТ 23751—86:

1,2— для ПП с дискретными ИЭТ при малой и средней насыщенности поверхности ППнавесными изделиями.

3— для ПП с микросборками и микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы,а также с безвыводными ИЭТ при средней и высокой насыщенности поверхности ППнавесными изделиями.

4— для ПП с микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также сбезвыводными изделиями ИЭТ при высокой насыщенности поверхности ПП навеснымиИЭТ.Так как в курсовом проекте используется печатная плата с дискретными ИЭТпри малой мощности и средней насыщенности поверхности ПП навесными изделиями,следовательно класс точности 1.

Такимобразом, с учетом всех требованийтехнического задания, анализа используемых ЭРЭ, их электрических иконструктивных характеристик, а также классификаций печатных плат определили,что данная печатная плата, разрабатываемая в курсовом проекте, будет изготавливаться на основе двустороннегофольгированного диэлектрика комбинированным позитивным методом. Для изделий, эксплуатируемых при малых механических нагрузках, в качествеоснования рекомендуется использовать гетинакс как более дешевый и легко обрабатываемый материал, но исходя изусловий (ДПП, комбинированный позитивный метод) в качестве диэлектрика выбранстеклотекстолит марки СФ-2Г-35-1,5;гдетолщина фольги hф= 35 мкм,толщина материала диэлектрикаhм= 1,5мм.Таким образом толщина ПП составит: hПП= 1,5035мм.Плотность печатного монтажа составит: g

= 0,33. Для расчетов печатного монтажаhППпринимаемравным 1,5мм.

Комбинированныйпозитивный метод используется для получения двусторонних печатных плат сметаллизированными отверстиями и многослойных печатных плат на основе травящегодиэлектрика

Напыление в вакууме

Печатные платы

Основание

По числу слоев

Технологический способ получения слоев

Металлическое

Диалектрическое

Вжигание паст

Селективное осаждение (травление меди)

Травление фольгированного диалектрика (субтрактивный) метод

Хими-

ческий

Комби-

ниро

ваный пози-

тивный

Полу-

аддити

вный

Адди-

тивный

Низкоегле-

родистая

сталь

Стекло-

пластик

Алюминий

(славы)

Железо-

никелевые

сплавы

Титан

(сплавы)

Поли-

амидная

пленка

Фторопласт

Керамика

Картон

Односто-

роннние

Двусто-

ронние

Много-

слойные

Без межслойных

соединений

С межслойными

соединениями

С открытыми

контактными

площадками

Попарное

прессование

С выступающими

выводами

Послойное

наращивание

Рис.1 Классификация печатных плат.

1.3 Выбор электрических соединителей.

В качестве электрических соединителей выбранысоединители: ОНД-КС, D-SUB,DIN 41612. Эти соединители предназначены для печатного иобъемного монтажа, рассчитаны для работы в электрических цепяхпостоянного, переменного иимпульсных токов. Для данной схемыпригодны условия эксплуатации, нормы электрических параметровсоединителей.

1.4 Расчет элементов печатногорисунка печатной платы.

Конструктивно-технологическийрасчет печатных плат производится сучетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов,фотошаблона, базирования, сверления и т. п. Ниже в табличном виде приведеныграничные значения основных параметров монтажа для трех классов точности,таблица 1.

Таблица 1. Граничные значения основных параметровпечатного монтажа

Условное обозначение параметра *

Номинальные значения основных размеров для класса точности, мм

t, мм

0,75

0,45

0,25

0,15

0,10

S, мм

0,75

0,45

0,25

0,15

0,10

b, мм

0,30

0,20

0,10

0,05

0,025

g

0,40

0,33

0,25

0,20

* t– ширина проводника;

S– расстояние между проводниками,контактными площадками, проводником и контактной площадкой или проводником иметаллизированным отверстием;

b– расстояние от краяпросверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия(гарантийный поясок);

g

— отношение минимальногодиаметра металлизированного отверстия к толщине платы.

Выбранные в соответствии с табл. 1 размерынеобходимо согласовать с технологическими возможностями конкретногопроизводства.

Предельныезначения технологических параметров конструктивных элементов печатной платы(табл. 2.) получены в результате анализа производственных данных иэкспериментальных исследовании точности отдельных операций.

Таблица 2. Предельные значения технологических параметров.

Наименование коэффициента

Обозначения

Величина

Толщина предварительно осажденной меди, мм

hпм

0,005 – 0,008

Толщина наращенной гальванической меди, мм

hг

0,050 – 0,060

Толщина металлического резиста, мм

hр

0,020

Погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка, мм.

d

0,020 – 0,100

Погрешность базирования плат на сверлильном станке, мм

d

0,010 – 0,030

Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадки, мм

d

0,020 – 0,080

Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника, мм

d

шt

0,030 – 0,080

Погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое, мм

d

0,010 – 0,030

Погрешность расположения контактной площадки на слое из-за нестабильности его линейных размеров, % от толщины

d

0 – 0,100

Погрешность расположения базовых отверстий на заготовке, мм

d

0,010 – 0,030

Погрешность расположения базовых отверстий на фотошаблоне, мм

d

0,010 – 0,050

Погрешность положения контактной площадки на слое, обусловленная точностью пробивки базовых отверстий, мм

d

пр

0,030 – 0,050

Погрешность положения контактной площадки, обусловленная точностью изготовления базовых штырей пресс-формы, мм

d

пф

0,020 – 0,050

Погрешность диаметра отверстия после сверления, мм

D

0,010 – 0,030

Погрешность изготовления окна фотошаблона, мм

D

Dш

0,010 – 0,030

Погрешность на изготовление линии на фотошаблоне, мм

D

tш

0,030 – 0,060

Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка, мм

D

0,010 – 0,030

Примечание:

d

— погрешность расположения;

D

— погрешность размеров.

Минимальныйдиаметр переходного отверстия определяетсяиз соотношения:

dmin> hПП´

g = 1,5 ´0,33 = 0,495 мм (1)

Минимальныйдиаметр контактной площадки определяем из условия сохранения целостностиконтактной площадки (отсутствие разрыва) при сверлении плат. При этом мы должныучитывать явления подтравливания и разращиванивания проводящего слоя,погрешности относительного расположения отверстия и контактной площадки.

<img src=«file:///C:eferats_exceptionspalina_done%20-%20копия2438524385.filesimage004.gif» v:shapes="_x0000_i1025"> (2)

где dmax–максимальный диаметр просверленного отверстия, мм;

d

отв– погрешность расположенияотверстия, мм;

b– расстояние от края просверленного отверстия до краяконтактной площадки (берется в соответствии с классом точности платы(табл.1.)), мм;

d

кп– смещение центра контактнойплощадки, мм.

<img src=«file:///C:eferats_exceptionspalina_done%20-%20копия2438524385.filesimage006.gif» v:shapes="_x0000_i1026"> (3)

где: D

d–определяется точностью изготовления сверла и его смещением.

Всвою очередь рассчитываем:

<img src=«file:///C:eferats_exceptionspalina_done%20-%20копия2438524385.filesimage008.gif» v:shapes="_x0000_i1027"> (4)

где: dМ ОТВ– диаметр металлизированногоотверстия. При этом dМ ОТВвыбираемиз ряда, рекомендуемого отраслевым стандартом, и с учетом собираемости соштыревыми выводами электрорадиоэлементов и интегральных микросхем. Следуетотметить, что коэффициент 0,1..0,15 – величина усреднения и учитываетминимально допустимую толщину слоя гальванической меди 25мкм, слой металлорезиста,усадку отверстия после сверления, а также возможный разброс толщины пригальваническом осаждении меди и металлорезиста.

Погрешность расположения отверстияопределяем как:

d

ОТВ= dО+ dd (5)

и учитывает неточности сверлениястанка и погрешности базирования платы на станке.

Смещение центра контактной площадкизависит от точности расположения ее рисунка на шаблоне, погрешностиэкспонирования, погрешности расположения базовых отверстий в фотошаблоне изаготовкеплаты и определяем как:

<img src=«file:///C:eferats_exceptionspalina_done%20-%20копия2438524385.filesimage010.gif» v:shapes="_x0000_i1028"> (6)

Подставив значения в (6), (5), (4), (3), (2)получаем:

d

КП= 0,05 + 0,02 +1/2(0,03+0,02)=0,095 мм,

d

ОТВ= 0,08 + 0,02 = 0,1 мм,

dсв=0,5+0,15=0,645 мм,

dmax=0,645+0,2=0,665 мм,

Dmin=1,255+1,5(0,035+0,006)+0,02=1,336мм

Такимобразом минимальный эффективный диаметр контактной площадки составит 1,255мм.

Минимальныйдиаметр контактной площадки рассчитаем по следующей формуле:

<img src=«file:///C:eferats_exceptionspalina_done%20-%20копия2438524385.filesimage014.gif» v:shapes="_x0000_i1030"> (7)

и составит:

Расчет ширины проводников ведетсяиз условия сохранения достаточной прочности сцепления проводника сдиэлектриком, зависящей от адгезионных свойств материала основания игальванической фольги. Минимальная эффективная ширина проводника t1MINопределенаэксперементально и равна 0,18 мм для плат первого и второго классов.Минимальная ширина проводника определяется по следующей формуле:

<img src=«file:///C:eferats_exceptionspalina_done%20-%20копия2438524385.filesimage018.gif» v:shapes="_x0000_i1032"> (8)

исоставит:

tmin= 0,18 + 1,5 ´

(0,035 + 0,006) + 0,02 =0,261мм.

Расчет минимальных расстояний междуэлементами проводящего рисунка определяется заданным уровнемсопротивления изоляции при рабочем напряжении схемы или техническим требованиемна печатные платы. Фактический зазор между элементами проводящего рисунказависит от шага элементов, их максимальных размеров и точности расположенияотносительно заданных координат.

Минимальное расстояние между проводником иконтактной площадкой:

<img src=«file:///C:eferats_exceptionspalina_done%20-%20копия2438524385.filesimage020.gif» v:shapes="_x0000_i1033"> (9)</s

еще рефераты

Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Проектирование КЭШ-памяти

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Использование самодиагностики жестких дисков при их тестировании. технология - S.M.A.R.T.

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Обзор процессоров i80x86

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Средства хранения и переноса информации

29 Августа 2013