Устройства ввода-вывода, работающие на шине ISA

Введение

Электронная вычислительная техника является одним из наиболее важных средств автоматизации производства. Расширение ее связано с микроминиатюризации. Использование БИС и СБИС и микропроцессоров не только решают проблему уменьшения габаритных размеров, массы, затрат на разработку, изготовлению и эксплуатацию, но и приводит к повышению качественных показателей в целом.

Каждое предприятие характеризуется производственным процессом, подразумевающий в себе совокупность действий, в результате которых материалы и полуфабрикаты превращаются в готовые изделия.

В производственный процесс входит:

- подготовка производства;

- получение исходных материалов  и комплектующих;

- входной контроль;

- изготовление деталей;

- сборка и настройка;

- изготовление технической оснастки;

- транспортировка и хранение  готовых изделий;

- сбыт готовой продукции.

Технический процесс – часть производственного процесса, содержащая действия по следующему определения состояния предмета производства. основной частью технического процесса является операция.

Операция – закопченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Основным признаком операции является постоянство рабочего места. Операции могут быть различной сложности. Сложность операции определяется типом производства. На каждую операцию определяется норма времени, квалификация исполнителя, потребность в рабочей силе и потребность в различном оборудовании.

Операции в свою очередь делятся на переходы. Переход – законченная часть операции, характеризующаяся постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке.

Вся разработка техпроцессов начинается на стадии эскизного и технического проектирования конструкторской документации. После выпуска технической документации и опытного образца производится корректировка по правилам ЕСКД. В свою очередь технологическая документация бывает графическая и текстовая. К текстовой относятся различные виды технологических карт, инструкций и различные ведомости.

Технологическая документация в совокупности в совокупности определяет следующее:

- маршрут прохождения по цехам;

- описание технологического процесса  изделия и ремонта;

- комплектация деталей, сборочных  единиц, материалов, оснастки и самой  технологической документации;

Основными видами технической документации являются:

- маршрутная карта;

- карта технологического процесса.

Что касается остальных документов, то они являются дополнительными и прилагаются к этим документам.

 

1. Общая часть

 

1. Назначение, принцип работы и область применения блока.

 

Современная промышленность выпускает ряд звуковоспроизводящих аппаратов, укомплектованных звукопроигрывающими устройствами (ЭПУ) G-602 производства фирмы Unitra польского происхождения. По своим основным электрическим параметром ЭПУ G-602 соответствующий аппаратуре Hi-Fi, однако, поскольку разработано оно было более десяти лет назад, его эксплуатационные возможности не отвечают требованиям, предъявленным к современным ЭПУ. В тоже время принципиальная схема построена таким образом, что легко допускает модернизацию, повышающую удобство пользования им.

С помощью замены кнопочных переключателей режима работы на электронные коммутаторы с сенсорным управлением значительно повышается удобство пользования и надежность ЭПУ G-602. сенсорное устройство выполнено на доступной элементной базе, имеет небольшие габариты, потребляет незначительный ток и не нуждается в собственном источнике питания.

Принципиальная схема сенсорного устройства в приложении. Устройство на ней представлено в виде трех независимых узлов:

- узла выбора скорости вращение  диска, в состав которого входят  сенсорные ячейки Е1, Е2 и триггер на элементах DD2.14

- узла включения автостопа, в  котором работают сенсорная ячейка  Е3, формирователь фронта импульса  на нижнем по схеме элементе микросхемы DD1 и счетный триггер на элементе DD2.2;

- узлы управления, образованного  сенсорными ячейками Е4, Е5 и транзисторными ключами VТ1, VТ2. состояние каждого из трех узлов индицируется включением соответствующих светодиодов.

Общим элементом всех узлов устройства являются идентичные сенсорные ячейки Е1, Е2, Е3, Е4, Е5, построенные на базе микросхемы К176ПУЗ (DD1), представляющих собой шесть преобразователей уровня. При касании пальцем сенсорных площадок на выходах пути верхних по схеме элементов микросхемы. DD1 формируется последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой, близкой к напряжению питания, имеющегося на контакты 5 платы управления ЭПУ G-602. резисторы R1, R2, R3, R4, R5 ограничивают чувствительность ячеек и исключают возможность пробоя микросхемы статическим электричеством.

Работает устройство следующим образом.

Импульсы, поступающие с ячеек Е1 или Е2 на ζ или R входы триггера DD2.1 узла выбора скорости вращения, переключают его в состояние, соответствующее вращению диска ЭПУ с частатой 33 или 45 оборотов в минуту. С выходов триггера управляющий сигнал передается на светодиодные индикаторы через транзисторы VT5 и VT6 и контакты печатного разъема № 7 и 18 соответственно, и далее через диоды VD3, VD4 на контакты управления 10,11.

При касании сенсорного поля Е3, последовательность импульсов с помощью цепочки VD2, С2 преобразуются в постоянное напряжение, соответствующее уровню логической единицы, которое через формирователь крутизны фронта на нижнем по схеме элементе микросхемы DD1 поступает на счетный триггер DD2.2. уравнивающее напряжение с выхода триггера попадает на контакт 15 платы управления ЭПУ и на индикатор включения автостопа через VT7 и контакт 15 платы управления ЭПУ G-602.

Для повышения удобства пользования ЭПУ, в сенсорном устройстве предусмотрена предварительная установка узла выбора частоты вращения в положение 33 оборота. В минуту, а узлы включения автостопа в положение «вкл. автостоп», что достигается подачей установочных импульсов на триггеры на элементах DD2.1 DD2.2 при включении напряжения питания.

Сенсорные ячейки Е4,Е5 управляют состоянием R, S триггера платы управления ЭПУ G-602, запускающего и останавливающего двигатель привода диска. Поскольку для переключения этого триггера требуется сигнал логического нуля, после ячеек Е4, Е5 включены дополнительные инвертирующие ключи на транзисторах VT1, VT2. при касании сенсорных площадок эти ключи обеспечивают появление в том или ином входе триггера, т.е. на контактах 12 и 13. последовательность импульсов отрицательной полярности и отключаются в режиме ожидания команды. Одновременно напряжение на контактах 12 и 13 платы управления ЭПУ G-602 используется для индикации режимов работы старт, стоп соответственно.

 

2. Выбор и обоснование типов элементов

 

В соответствии с заданием была определена группа аппаратуры, к которой относится разрабатываемое изделие.

К первой группе аппаратуры относятся стационарная система электронно-вычислительной техники, работающая в отапливаемых наземных и подземных помещениях. Первая группа отвечает следующим климатическим и механическим факторам, приведенных в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1

Воздействующие факторы	Параметры	Значения
Климатические: - Влажность - пониженная - температура - повышенная  - температура - давление	повышенная предельная Рабочая предельная рабочая пониженная	80% - 400С 50С 550С 400С 10000 Па
Механические: - вибрация	частота ускорение	20 Гц 2 g

В используемой как основа в схеме заданы типы активных и пассивных элементов. Для проверки их пригодности к эксплуатации в данных условиях и с заданными значениями дестабилизирующих факторов проводится сравнение паспортных данных этих элементов с данными, указанными в таблице 1.

В результате сравнения выяснилось, что паспортные значения данных элементов перекрывают значение воздействия дестабилизирующих факторов. поэтому типы используемых элементов не подвергаются изменению.

 

3. Общие требования к конструкции блока

 

Рассмотрим основные требования к конструкции.

Увеличение объема происходит из-за наличия в электронно-вычислительной технике металлических несущих конструкций, обеспечивающих прочность и защиту от внешних воздействий, удовлетворяя требования нормального теплового режима, использование крупногабаритных компонентов, в том числе индикаторов, соединителей, трансформаторов, реле и т.п. Существующие нормы и требования на компоновку аппаратуры, принципа монтажа, возможности технологии практически сводят на нет достижения в области микроминиатюризации элементной базы. Современная электронно-вычислительная аппаратура характеризуется значительным увеличением функциональной сложности, что ведет к схемному усложнения и, как следствие, еще большему увеличению габаритов.

Уменьшение габаритов ЭВА возможно лишь при комплексном подходе к проблеме микроминиатюризации, использование безкорпусных микросхем и микросборок, разработка и использование мощных микросхем от единиц до десятков ватт для схем управления внешними устройствами и источников вторичного электропитания, широкое применение печатного монтажа, малогабаритные соединителей, толкового проката для снижения металлоемкости несущих конструкций.

Увеличения быстродействия, выбор оптимальных способов соединения, способов согласования цепей связи, элементов согласования – важнейший фактор повышения быстродействия аппаратуры.

Увеличение надежности. Проблема надежности для конструктора складывается из решения задач обеспечение нормального теплового режима, защита аппаратуры от внешних климатических и механических воздействий, воздействий электрических, магнитных и электромагнитных полей.

Надежность конструкции зависит от соотношения прочности и устойчивости, закладываемых в конструкцию при разработке, к разгрузке, которую приходится выдерживать без разрушения внешнее температурные, механические, влажностные и прочие воздействия, под устойчивостью – способность работы при тех же воздействиях.

Улучшение ремонтопригодности. Обнаружение неисправностей возможно как программно, так и аппаратными методами диагностики. В зависимости от сложности и назначения вычислительной аппаратуры замена неисправных конструкторских элементов возможно на уровне микросхем, ячеек, блоков. Легкость и быстрота замены обеспечивается применением в конструкциях электрических соединителей, невыпадающих винтов, защелок, фиксаторов и т.д.

В настоящее время широкое распространение вместо термина ячейку получило выражение типовой элемент замены. Укрупнение ТЭЗ увеличивает надежность аппаратуры за счет снижения общего числа надежных холодных контактов, улучшают ремонтопригодность, но удорожает ЭВА.

Уменьшение стоимости. Разработка оптимальных по критерию стоимости конструкций, удовлетворяющим всем требованиям технического задания, выбор оптимальных технологических процессов позволит получать минимальную себестоимость ЭВА.

Технологичность конструкции. Технологичной следует считать конструкция, удовлетворяющую с заданной надежностью техническим и эксплуатационным требованиям при выбранном типе и масштабе производства, изготавливаемую с применением прогрессивных экономически обоснованных технологических процессов, обеспечивающую наименьшие затраты на поиск неисправности и ремонт при обслуживании.

Проектирую аппаратуру, конструктор должен в максимальной степени обеспечить технологичность деталей, сборочных единиц и ЭВА в целом.

Обеспечение технологичности конструкции выполняется на всех стадиях разработки ЭВА. Для каждого типа и масштаба производства существуют свои требования и пути обеспечения технологичности конструкции.

 

2 Конструкторская часть

 

2.1 Выбор способы компоновки печатной платы.

 

Компоновка ЭВА – это размещение на плоскости элементов, имеющих электрические соединения в соответствии с принципиальной схемой, и обеспечение допустимого минимума паразитных взаимодействий, которые не нарушают значения расчетных выходных параметров ЭВА. Существуют следующие методы компоновки:

Аналитический способ. При малом разнообразии форм элементов можно использовать единичные геометрический компоновочный параметр в виде квадрата или куба, сводя площади (объемы) элементов к исходному нормированному значению и вычисления общую площадь в нормированных значениях по специальным формулам. Для СВТ устройств обработки данных часто используются соотношения вида: число функций, данное на объем, число элементов, площадь и или подобные. Аналитическим способом пользуются при ограниченном количестве типоразмеров элементов ЭВА.

Графическая и графоаналитическая компоновка. Графическая компоновка основана на упрощении графики и ускорение процесса вычеркивания элементов. Используется при выполнении компоновочных эскизов и монтажных чертежей. По современным стандартам ЕСКД допускается весьма значительное упрощение начертаний элементов ЭВА. Для ускорения работ используют детали, такие как сухие переводные изображения на прозрачной пленке, трафареты, специальные штампы и т.п.

В основе графоаналитической компоновки лежит формула (2.1)

 

AΣ = N(A2 - A1) + nA1 ,     (2.1)

 

где AΣ – суммарное значение компоновочного параметра;

N – число «больших» элементов

A1A2 – максимальное и минимальное значения компоновки параметра;

n – число «малых» элементов

Графический метод целесообразно использовать для быстрой приближенной оценки компоновочных параметров и при достаточной однородности компоновочных размеров и анализируемых импульсов.