2.2 Описание работы шахматных часов

При включении питания цепь R8-C6 формирует положительный импульс, который обнуляет счетчики DD1, DD8, DD2-DD4, DD9-DD11 и индикатор HG1 во всех разрядах показывает нуль. Отсчет времени и звуковая сигнализация при этом отсутствует, так как на выходе триггеров DD5.1, DD5.2 будет сигнал низкого уровня.

При нажатии на кнопку SB1 "Пуск Б" на коммутатор DD6.1 поступает сигнал высокого уровня с узла совпадения DD7.3 и триггера управления DD5.1, разрешающий прохождение импульсов частотой 64 Гц с выхода 9 счетчика DD1 через инвертор DD6.2. Далее импульсная последовательность через делитель на 64 счетчика DD1 в виде импульсов с частотой 1 Гц поступает на счетный узел А1 и число секундных импульсов подсчитывают счетчики DD2-DD4. Результат счета отображают верхние три по схеме разряда индикатора HG1 в виде единиц минут и десятков секунд. Одновременно с началом отсчета времени партии сигнал высокого уровня с выхода триггера DD5.1 через элементы DD7.1, DD7.2, резистор R12 и транзистор VT1 разрешает прохождение сигнала "хода" часов на звукоизлучатель BF1. Генератор звуковой сигнализации собран на счетчике DD8 и вырабатывает импульсы частотой 2 Гц и 1024 Гц, служащие для формирования сигналов "хода" часов и окончания игры. При истечении игрового времени сигнал низкого уровня с выхода элемента DD7.3 блокирует коммутатор DD6.1, прекращает отсчет времени и разрешает прохождение импульсов частотой 1024 Гц через элемент DD7.4 и резистор R12 для формирования звукового сигнала окончания партии.

При нажатии на кнопку SB2 "Пуск Ч" описанный выше процесс повторяется. Разница состоит в том, что сигнал с коммутатора DD6.3 поступает на счетчик микросхемы DD8. Подсчет времени ведет счетный узел A2, а результат отображают три нижних по схеме разряда индикатора.

П

УИТС.403274.023 ПЗ

ри нажатии на кнопку SB3 "Пауза" триггеры DD5.1, DD5.2 устанавливаются в нулевое состояние. При этом коммутаторы DD6.1, DD6.2 блокируются, отсчет времени прекращается, а сигнал с выхода элемента DD7.1 выключает ход часов.

2.3 Оценка элементной базы

Используемая элементная база широко применяется в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями, а также имеет множество отечественных и зарубежных аналогов, что повышает ремонтопригодность изделия.

1) Микросхемы. В разрабатываемом устройстве применяются микросхемы серий К176. Они предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции, применяются в цифровых вычислительных машинах, в узлах и блоках измерительных приборов. Напряжение питания микросхем составляет +9В±10%. Диапазон рабочих температур -30..+70 ⁰С.

При изготовлении устройства возможна замена используемых микросхем на микросхемы из серии К555 с таким же функциональным назначением, при этом назначения и номера выводов микросхем не меняются, т.к. К176 является аналогом серии К555. Микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах 201.14 – 1. Вариант установки VIIIа

2) Резисторы. В качестве распределителей электрической энергии между цепями и элементами схемы шахматных часов применены резисторы общего назначения с металлодиэлектрическим проводящим слоем типа МЛТ-0.125 – резисторы металлизированные лакированные теплостойкие постоянного сопротивления, которые характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью. Вариант установки IIв.

3) Конденсаторы. В проектируемом устройстве используются керамические малогабаритные пакетные керамические конденсаторы серии К10-7В, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Диапазон рабочих температур -60…+155 ⁰С. Вариант установки IIв.

4

УИТС.403274.023 ПЗ

) Кнопки. В качестве элементов электрической коммутации используются двухполюсные кнопки типа КМ1-1. Данный тип переключателя имеет малые габариты, механическую износостойкость. Диапазон рабочих температур -60...+100 ⁰С.

Кнопки устанавливаются на лицевую панель блока.

5) Кварцевый резонатор PВ-75 среднечастотный кварцевый резонатор с пьезоэлементом камертонного типа. Диапазон температур от –40 до +85 С. Резонатор устанавливается на печатной плате.

6) Транзистор КТ315Г маломощный высокочастотный. Диапазон температур от +10 до +60 С. Вариант установки IIв. устанавливается на печатной плате.

7) Индикатор. Для индикации применен индикатор ИЖЦ4-6/7 . Диапазон рабочих температур -10...+60 С. Предназначен для работы в проходящем свете. Устанавливается на лицевую панель блока.

8) Динамик. В качестве устройства звуковой индикации используется диффузорный электродинамический громкоговоритель 0.1ГД-3, мощностью 0.1 Вт. Диапазон рабочих температур -60...+70 С Устанавливается на лицевую панель блока.

Основные параметры элементной базы, размещённой на печатной плате проектируемых шахматных часов, приведены в таблице 2.

УИТС.403274.023 ПЗ

Таблица 2

Наименование элемента	Кол-во	Вариант установки	Установочная площадь одного элемента, мм^2	Общая площадь,мм^2
Конденсаторы: К10-7В-20 пФ К10-7В-47 пФ К10-7В-120 пФ К10-7В-0,015 мкФ К10-7В-0,047 мкФ	1 1 1 3 1	II-в II-в II-в II-в II-в	17,5 17,5 17,5 31,5 58,5	205,5
Резисторы: МЛТ-0,125	13	II-в	13,2	171,6
Микросхемы: К176ИЕ3 К176ИЕ4 К176ИЕ5 К176ЛА9 К176ЛЕ5 К176ТМ2	4 2 2 1 1 1	VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a	141,57 141,57 141,57 141,57 141,57 141,57	566,28 283,14 283,14 141,57 141,57 141,57
Транзистор КТ315Г	1	II-в	21,6	21,6
Пьезорезонатор РВ-75	1		184	184

Вычисление значений приведённых в таблице 2 установочных площадей элементов приведено в пункте 4.1.

УИТС.403274.023 ПЗ

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства

При разработке конструкции устройства были учтены требования, приведенные в разделе “Расширенное техническое задание”. Объем устройства должен быть минимален, а коэффициент заполнения – максимален. Помимо этого конструкция должна обладать достаточной механической прочностью, иметь защиту от дестабилизирующих факторов. Разрабатываемые шахматные часы также должны быть ремонтопригодными и обеспечивать удобства эксплуатации.

3.1.1 В ы б о р п р е д в а р и т е л ь н о г о в а р и а н т а к о м п о н о в к и у с т р о й с т в а, для обеспечения поставленных требований рассмотрим на данном этапе два варианта компоновки проектируемого устройства, представленных на рисунке 1.

УИТС.403274.023 ПЗ

а

б

Рисунок 1 – варианты компоновки блоков устройств.

1- индикатор; 2 – батарейный отсек; 3 – печатная плата; 4 - кнопки; 5 - динамик

Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства приведен в пункте 4.1. Из расчета видно, что первый вариант компоновки имеет меньший объем блока и больший коэффициент заполнения объема, чем второй вариант. Следовательно, целесообразно остановить выбор на первом варианте компоновки блока. Этот вариант и является исходным для дальнейшей разработки конструкции.

3.1.2 В ы б о р т и п а э л е к т р и ч е с к о г о м о н т а ж а. В проектируемом устройстве применяются два типа монтажа – печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов. Объемный монтаж необходим для соединения платы с панелью индикатора, кнопками и динамиком.

3

УИТС.403274.023 ПЗ

.1.3 В ы б о р с п о с о б о в з а щ и т ы у с т р о й с т в а о т в н е ш н и х в о з д е й с т в и й. Из требований по условиям эксплуатации, записанных в техническом задании следует, что нет необходимости в применении специальных способов защиты устройства от климатических факторов, вибрации и помехонесущих полей. Частичную герметизацию осуществляет корпус устройства.

3.1.4 О п и с а н и е в ы б р а н н о г о в а р и а н т а к о м п о н о в к и у с т р о й с т в а. Корпус блока шахматных часов выполнен в форме параллелепипеда. Габаритные размеры 170 100 40 мм. Блок состоит из основания и верхней крышки. Основание имеет вид прямоугольного параллелепипеда без верхней стенки. К основанию крепится печатная плата, размерами 80 80 мм, устанавливаемая на стойках. Индикатор, динамик и кнопки устанавливаются на верхней крышке. В блоке предусмотрен батарейный отсек, выполненный за одно целое с основанием.

Данный корпус может быть легко собран и разобран для проведения профилактических или ремонтных работ.

3.2 Разработка основных элементов и узлов конструкции устройства

3.2.1 В ы б о р э л е м е н т о в н е с у щ е й к о н с т р у к ц и и, э л е м е н т о в к р е п л е н и я и ф и к с а ц и и. Корпус устройства изготовлен из ударопрочного полистирола УПМ-0612Л по ОСТ6-65-406-80 методом литья под давлением. Выбранный материал обладает повышенной механической прочностью и невысокими электроизоляционными свойствами, рекомендуется для изделий технического назначения средней и ударной прочности.

К

УИТС.403274.023 ПЗ

орпус состоит из трёх частей: основания, верхней крышки и крышки батарейного отсека. Толщина стенок основания 1,5 мм, крышки - 2 мм. Соединение основания и верхней крышки осуществляется с помощью винтов и резьбовых втулок диаметром 5 мм, выполненных за единое целое с основанием. Основание и верхняя крышка устройства соединяются с помощью винтов с потайной головкой 2,5-10-Ц ОСТ 1 315 42-80, которые ввинчиваются в резьбовые втулки. Основание выполнено в виде параллелепипеда с выемкой для батареи. Крышка батарейного отсека входит в корпус по направляющим П-образной формы, выполненным на основании корпуса.

На основании корпуса устанавливается печатная плата на стойках высотой 5 мм и диаметром 5 мм, являющихся частью корпуса, с резьбовыми отверстиями диаметром 2,5 мм под винты 2,5-6-Ц ОСТ 1 315 28-80. Для увеличения основания сцепления винтов с печатными платами используются шайбы 2,5-Ц ГОСТ 11371-78.

Индикатор крепится к верхней крышке блока путем приклеивания к корпусу с помощью клея ВК-9 по ОСТ 180215-84.

Динамик крепится к верхней стенке блока винтами 2,5-10-Ц ОСТ 1 315 42-80, гайками 2,5-Ц ГОСТ 5915-7.

3.2.2 В ы б о р к о н с т р у к т и в н ы х э л е м е н т о в э л е к т р и ч е с к о г о м о н т а ж а. В конструкции устройства применяется печатный и объемный монтаж. Электрические соединения осуществляются пайкой. Для пайки элементов применяют припой ПОС61 ГОСТ 21931-76, флюс ФКСп ОСТ 4.ГО.033.200.

Двусторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом. Материал для изготовления печатной платы – стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78.

Для объемного монтажа применяют провод МПО-0,35 ТУ 16-505 339-79 с полихлорвиниловой изоляцией. Жгут вязать капроновой крученой нитью 3К ОСТ 17-330-84. Места пайки изолировать полихлорвиниловой трубкой 305ТВ-40-1 ГОСТ 19064-82 длиной 15 мм. Номера проводов маркируются на полихлорвиниловых трубках краской ТНПФ-01.

Для защиты от атмосферных воздействий печатная плата покрываются бесцветным лаком УР-231.

УИТС.403274.023 ПЗ

3.2.3 В ы б о р з а щ и т н ы х и з а щ и т н о – д е к о р а т и в н ы х п о к р ы т и й. Данные по применяемым покрытиям преведены в таблице 3.

Таблица 3 - Применяемые покрытия

Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Покрытие лакокрасочное
Основание	полистирол УПМ-0612Л
Верхняя крышка	полистирол УПМ-0612Л
Крышка батарейного отсека	полистирол УПМ-0612Л
Печатная плата	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5	Лак УР-231 бесцветный

3.2.4 В ы б о р с п о с о б о в м а р к и р о в к и д е т а л е й и с б о р о ч н ы х е д и н и ц. На печатной плате маркировка элементов электрической схемы осуществляется травлением.

На лицевую панель надписи наносятся краской ТНПФ-0,1 черного цвета.

УИТС.403274.023 ПЗ

4 КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1. РАСЧЁТ ОБЪЁМНО-КОМПОНОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА

Габариты печатной платы, определяются, исходя из суммарной площади, занимаемой элементами.

Площадь, занимаемая одним конденсатором (микросхемой), определяется по формуле:

S= B·L,

где B и L – габаритные (установочные) размеры конденсатора (микросхемы),мм.

Для конденсатора

К10-7В-20 пФ:

К10-7В-47 пФ: S_к1 =S_к2= S_к3=3,5·5=52,5 (мм²)

К10-7В-120 пФ:

К10-7В-0,015 мкФ: S_к4=9·3,5=31,5 (мм²)

К10-7В-0,047 мкФ: S_к5=13·4,5=58,5 (мм²)

Для микросхем

К176ИЕ3:

К176ИЕ4:

К176ИЕ5:

К176ЛА9: S_м/сх=7,5·19,5=146,25 (мм²)

К176ЛЕ5:

К176ТМ2: