БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА: УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

Конструктивно-технологические особенности проектирования и изготовления модулей аппаратурной реализации САУ

Мини-автомат световых эффектов на светодиодах

Выполнил студент гр. УИТ-52в

Меринов Д. А.

Допущен к защите

Руководитель проекта Защитил с оценкой __________

Грицюк С. Н. ______________ Грицюк С. Н. ______________

________________2002 г. ________________2002 г.

2002

Содержание

Введение 3

1.1 Расширенное техническое задание 5

1.2 Анализ электрической схемы. Обоснование выбора элементной базы 6

1.3 Анализ работы электрической схемы 6

1.4 Обоснование выбора элементной базы 9

1.5 Конструкторские расчеты 12

1.6 Объемно-компоновочный расчет 12

1.7 Расчет печатного монтажа 14

1.7.1 Расчет по постоянному и переменному току 15

1.7.2 Конструктивно-технологический расчет 16

1.8 Расчет плотности монтажа на печатной плате 21

1.9 Выбор рациональной компоновки и формы блока 22

1.10 Разработка конструкции РЭУ 26

Выводы и заключения 29

Список используемой литературы 31

Введение

Задачей курсового проекта является развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭАВТ.

Цель курсового проекта – научиться пользоваться нормативно-технической документацией при разработке изделия, изучить порядок построения, изложения и оформления конструкторской документации.

Микроэлектроника, заявившая о себе в начале шестидесятых годов, сегодня оказывает решающее влияние на техническое перевооружение во всех областях радиоэлектроники. Аналоговые интегральные микросхемы широко и прочно закрепились в радиовещательной, телевизионной, звукозаписывающей и воспроизводящей аппаратуре, а логические (или цифровые) микросхемы заняли доминирующее положение в больших, мини и микро-ЭВМ, персональных компьютерах, в устройствах автоматического управления производственными процессами, движением транспорта, в станках с числовым программным управлением (ЧПУ), в аппаратуре сбора, переработки и хранения различной информации, во многих других устройствах и приборах цифровой техники. Сегодня для нас уже привычными стали электронные кассовые аппараты, быстро и точно подсчитывающие стоимость покупок в универсамах, весы с цифровым представлением результата взвешивания продуктов, автоматизированные системы управления продажей авиа- и железнодорожных билетов, микрокалькуляторы, ставшие предметом первой необходимости у инженеров и техников, бухгалтеров, многих школьников и студентов.

Цифровая техника – самое перспективное направление в современной электронике, в науке, народном хозяйстве, в учебном процессе в общеобразовательных школах, лицеях, техникумах, институтах и университетах. Без нее немыслим дальнейший научно-технический прогресс. Вряд ли нужно доказывать, какие огромные возможности вносит цифровая техника в радиолюбительское творчество.

Предшественниками описываемого устройства можно счи­тать «световые линейки», состоящие из цепи светодиодов с управлением от счетчика или сдвигающего регистра. Световые эф­фекты, создаваемые такими "линейками", быстро надоедают.

Предлагаемое устройство много­кратно превосходит по своим возможно­стям простую «световую линейку» и не требует никакого управления – режим работы выбирается автоматически, по принципу случайных чисел. Благодаря этому автомат не утомляет глаза повто­рением одной и той же комбинации цве­тов и становится довольно интересной игрушкой.

1. Расширенное техническое задание

Назначение мини-автомата основывается на получении большого количества световых эффектов в автоматическом режиме по принципу случайных чисел.

Мини-автомат световых эффектов на светодиодах применяется в игрушках и игровых автоматах.

1. Состав изделия:

• основной модуль;

• модуль индикации.

2. Технические требования:

напряжение питания………………………………………… от 9 до 12 В;

максимально потребляемый ток…………………………… 300 мА;

потребляемая мощность, не более…………………………. 3 Вт;

эксплуатация в помещениях 3 и 4 категории (неотапливаемые помещения с естественной вентиляцией и закрытые отапливаемые вентилируемые помещения):

температура ……………………………………….. от +5 до +50 ºС;

влажность при температуре 25 ºС и атмосферном

давлении 86-106 кПа, не более ………………………………90%;

3. Требования надежности:

• наработка на отказ…………..……………………..10 – 15 тыс. часов;

• интенсивность отказов ……………………………10^-7 – 10^-9 ч^-1.

3. Конструктивные требования

• использование интегральной и дискретной элементной базы;

• органы управления и индикации вынести на панель;

• масса, форма и габариты устанавливаются в процессе проектирования;

• окраска в любой цвет.

3. Ориентировочная номенклатура конструкторской документации:

• схема электрическая принципиальная ……………….А1;

• спецификация…………………………………………..А4;

• перечень элементов ……………………………………А4;

• сборочный чертеж изделия ……………………………А1;

• сборочный чертеж печатной платы …………………...А2.

2. Анализ электрической схемы. Обоснование выбора элементной базы

3. Анализ работы электрической схемы

Электронная часть автомата выполнена на интегральных мик­росхемах структуры КМОП. Для индика­ции применены светодиоды (1HL1 – 8HL1), имеющие по два перехода: с крас­ным и зеленым цветом свечения (при их одновременном возбуждении излучается желтый или оранжевый цвет – это за­висит от соотношения токов через пере­ходы). Управляют индикаторами два сдвигающих регистра DD11 и DD12 с по­мощью эмиттерных повторителей 1VT1 – 8VT1, 1VT2–8VT2. Сдвигающий регистр DD11 (условно назовем его регистром красных) управляет переходами с крас­ным цветом свечения, а сдвигающий ре­гистр DD12 (регистр зеленых) – соответ­ственно с зеленым. Цветовая картина в целом определяется коммутацией так­товых импульсов и сигналов, подавае­мых на регистры.

Основные узлы устройства управле­ния: генератор тактовых импульсов со счетчиками; два генератора случайных чисел (ГСЧ), один из которых управляе­мый; селекторы сигналов; коммутатор тактовых импульсов.

Генератор тактовых импульсов, со­бранный на элементах DD1.3–DD1.5, оп­ределяет скорость переключения свето­диодов. Сигнал с него поступает на сдви­гающие регистры DD11 и DD12 и на ИС DD5 и DD6, образующие синхронный вы­читающий счетчик. Счетчик DD5 – дели­тель на 16, задает длительность периода светового эффекта, равную шестнадцати тактам. Микросхема DD6 – счетчик по­второв, определяющий длительность ис­полнения текущего светового эффекта. Первый ГСЧ реализован на элементах DD2.1, DD2.2, DD4, он работает постоян­но и задает набор сигналов D1–D4 для реализации псевдослучайного режима работы. Второй ГСЧ выполнен на эле­ментах DD1.1, DD1.2, DD3 и управляет режимами работы устройства в целом (линии R1–R8). Мультивибраторы ГСЧ работают на разных частотах, не завися­щих одна от другой и находящихся в пре­делах 1 ...2 МГц. Для улучшения взаимной развязки генераторы реализованы на элементах из разных корпусов ИС.

Врабочем режиме (реализация теку­щего светового эффекта) счетчикDD3 остановлен напряжением высокого уров­ня на входах CN (выводы 1 и 9), поэтому его выходные сигналы R1–R8, опреде­ляющие режим работы, фиксированы. Счетчики DD5 и DD6 работают на вычита­ние. Когда их общий счет дойдет до нуля, что означает окончание текущего свето­вого эффекта, на выходе Р DD6 появится логический 0. Дифференцирующая цепь R2C4 формирует разрешающий отрица­тельный сигнал на входах CN счетчика DD3, в результате чего на его триггеры поступит пачка импульсов со счетного входа СР. Число импульсов (порядка не­скольких тысяч) зависит от параметров цепи R2C4 и тактовой частоты генерато­ра на элементах DD1.1, DD1.2. После прохождения пачки на выходах счетчика останется комбинация сигналов R1–R8, определяющая вид нового светового эф­фекта. Со следующим тактовым импуль­сом напряжение на выходе Р DD6 изме­нится до уровня логической 1 (высокого уровня). Дифференцирующая цепь R5C5 формирует импульс положительной по­лярности, по фронту которого в счетчик DD6 с входов D1, D2, D4, D8 записывает­ся новое псевдослучайное число, задаю­щее длительность следующего светово­го эффекта в периодах (каждый период равен 16 тактам). Затем начинается ис­полнение нового светового эффекта, ко­торое будет идти до достижения счетчи­ками нуля. Далее процесс повторяется.

Селектор сигналов выполнен на мультиплексорах DD8 и DD9 и управляет­ся выходами R1–R7 ГСЧ. Напряжение низкого уровня на линии R1 задает ре­жим «упорядоченных рисунков»; на вход D каждого регистра проходит одна из комбинаций сигналов А1 –А4 с делителя DD5. К примеру, на регистр красных по­ступает сигнал А2, а на регистр зеле­ных – A3. Тогда появится следующая комбинация цветов: два желтых, два зе­леных, два красных, два пробела и далее повтор. Теоретически число световых эффектов в этом режиме составляет: 4 × 4 = 16, но некоторые из них подобны друг другу и различаются лишь порядком следования цветов. Элементы DD2.3 и DD2.4, создавая возможность инвер­сии сигналов, несколько увеличивают число комбинаций. Напряжение уровня логической 1 на линии R1 включает ре­жим «беспорядочных рисунков»; на вхо­ды D регистров подаются псевдослучай­ные пары сигналов с линий D3, D4. Если же в одном из селекторов включен канал 7, то соответствующий регистр замкнет­ся в кольцо (8- или 16-битное в зависи­мости от состояния элемента «исключающее ИЛИ») и останется в таком положе­нии до конца эффекта.

Коммутатор тактовых импульсов вы­полнен на микросхемахDD7 и DD10. Ког­да на выходе элемента совпадения VD1R6 (т.е. хотя бы на одной из линий R4, R8) напряжение низкого уровня, оба эле­мента DD10.2, DD10.4 открыты. Тактовые импульсы, длительность которых умень­шена дифференцирующей цепью R7C6, проходят синхронно на оба регистра, по­этому светодиоды переключаются обыч­ным порядком. Если же на выходе эле­мента совпадения напряжение высокого уровня, регистры начинают работать раздельно; очередность их переключе­ния определяется состоянием мульти­плексора DD7. Допустим, замкнут канал 2 DD7 (выводы 15 и 3). При этом первые четыре тактовых импульса вызывают сдвиг в регистре DD11, следующие четы­ре — в DD12 и т.д. Визуально это прояв­ляется в том, что красные и зеленые цве­та на индикаторах движутся раздельно, а при «наползании» одних на другие об­разуются желтые. Замыкание канала 6 или 7 в DD7 приводит к тому, что регист­ры начинают переключаться в случайном порядке. Все это, наряду с коммутацией сигналов мультиплексорами DD8 и DD9, создает весьма неожиданные и интерес­ные цветовые рисунки.

Инвертор DD1.6 необходим для того, чтобы разделить во времени моменты переключения счетчиков и сдвигающих регистров.

Согласно описанию устройства по схеме электрической принципиальной, в нем можно выделить следующие конструктивно и функционально законченные модули:

- основной модуль;

- модуль индикации.