Разработка печатной платы игровой приставки (ИП) Game Boy

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ №19

 

ЗАДАНИЕ

Для курсового проекта  по курсу: "Конструирование производство и эксплуатации средств вычислительной техники".

студенту IV курса, группы 4BM2, спец. 230101

"Вычислительные  машины, комплексы, системы и сети"

Политехнического  колледжа №19

Хромову Роберту Валерьевичу

 

ТЕМА ЗАДАНИЯ: "Разработка печатной платы игровой приставки (ИП) Game Boy"

 

Курсовой проект выполняется  студентом колледжа в следующем  объеме.

1. Конструкторская часть:

1.1 Компоновка узлов  на печатной плате ИП.

1.2 Обоснование выбора  схемы и элементной базы игровой  приставки (ИП). 

1.3 Конструкторский  расчёт печатной платы ИП.

1.4 Расчёт надёжности  печатной платы ИП.

 

2. Технологическая часть:

2.1 Трассировка печатной  платы ИП.

2.2 Расчёт элементов  на печатной плате ИП.

2.3 Технологический  процесс монтажа микросхем на  печатной плате ИП.

2.4 Процесс и время  изготовления печатной платы  ИП.

2.5 Техника безопасности.

 

3. К защите представить

3.1 Пояснительную записку

3.2 Схему электрическую принципиальную ИП.

3.3 Чертёж печатной  платы ИП.

3.4 Сборочный чертёж  ИП со спецификацией.

 

 

Дата выдачи   7.12.2009

       Срок окончания ________

Председатель предметной комиссии  ____________/Пехотник Н.Р./

Преподаватель  ____________/Пехотник Н.Р./

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первое поколение компьютеров с архитектурой Фон-Неймана

Первой работающей машиной  с архитектурой Фон-Неймана стал манчестерский «Baby» — Small-Scale Experimental Machine, созданный в Манчестерском университете в 1948 году; в 1949 году за ним последовал компьютер Манчестерский Марк I, который уже был полной системой, с трубками Уильямса и магнитным барабаном в качестве памяти, а также с индексными регистрами. Другим претендентом на звание «первый цифровой компьютер с хранимой программой» стал EDSAC, разработанный и сконструированный в Кембриджском университете. Заработавший менее чем через год после «Baby», он уже мог использоваться для решения реальных проблем. На самом деле, EDSAC был создан на основе архитектуры компьютера EDVAC, наследника ENIAC. В отличие от ENIAC, использовавшего параллельную обработку, EDVAC располагал единственным обрабатывающим блоком. Такое решение было проще и надёжнее, поэтому такой вариант становился первым реализованным после каждой очередной волны миниатюризации. Многие считают, что Манчестерский Марк I / EDSAC / EDVAC стали «Евами», от которых ведут свою архитектуру почти все современные компьютеры.

Первый универсальный  программируемый компьютер в  континентальной Европе был создан командой учёных под руководством Сергея Алексеевича Лебедева из Киевского института электротехники (СССР, Украина). ЭВМ МЭСМ (Малая электронная счётная машина) заработала в 1950 году. Она содержала около 6000 электровакуумных ламп и потребляла 15 кВт. Машина могла выполнять около 3000 операций в секунду. Другой машиной того времени была австралийская CSIRAC, которая выполнила свою первую тестовую программу в 1949 году.

В октябре 1947 года директора  компании Lyons & Company, британской компании, владеющей сетью магазинов и ресторанов, решили принять активное участие в развитии коммерческой разработке компьютеров. Компьютер LEO I начал работать в 1951 году и впервые в мире стал регулярно использоваться для рутинной офисной работы.

Машина Манчестерского университета стала прототипом для Ferranti Mark I. Первая такая машина была доставлена в университет в феврале 1951 года, и, по крайней мере, девять других были проданы между 1951 и 1957 годами.

США. Машина была разработана  в компании Remington Rand, которая, в В июне 1951 года UNIVAC 1 был установлен в Бюро переписи населения конечном итоге, продала 46 таких машин по цене более чем в 1 млн. $ за каждую. UNIVAC был первым массово производимым компьютером; все его предшественники изготовлялись в единичном экземпляре. Компьютер

 

состоял из 5200 электровакуумных ламп, и потреблял 125 кВт энергии.

Использовались ртутные  линии задержки, хранящие 1000 слов памяти, каждое по 11 десятичных цифр плюс знак (72-битные слова). В отличие от машин IBM, оснащаемых устройством ввода с перфокарт, UNIVAC использовал ввод с металлизированной магнитной ленты стиля 1930-х, благодаря чему обеспечивалась совместимость с некоторыми существующими коммерческими системами хранения данных. Другими компьютерами того времени использовался высокоскоростной ввод с перфоленты и ввод/вывод с использованием более современных магнитных лент.

Первой советской серийной ЭВМ стала «Стрела», производимая с 1953 на Московском заводе счётно-аналитических  машин.

"Стрела" относится  к классу больших универсальных ЭВМ (Мейнфрейм) с трехадресной системой команд. ЭВМ имела быстродействие 2000-3000

операций в секунду. В качестве внешней памяти использовались два  накопителя на магнитной ленте емкостью 200 000 слов, объем оперативной памяти - 2048 ячеек по 43 разряда. Компьютер состоял из 6200 ламп, 60 000 полупроводниковых диодов и потреблял 150 кВт энергии.

В 1955 году Морис Уилкс  изобретает микропрограммирование, принцип, который позднее широко используется в микропроцессорах самых различных компьютеров. Микропрограммирование позволяет определять или расширять базовый набор команд с помощью встроенных программ (которые носят названия микропрограмма или firmware).

В 1956 году IBM впервые продаёт  устройство для хранения информации на магнитных дисках — RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Оно использует 50 металлических  дисков диаметром 24 дюйма, по 100 дорожек  с каждой стороны. Устройство хранило до 5 МБ данных и стоило по 10 000 $ за МБ. (В 2006 году, подобные устройства хранения данных — жёсткие диски — стоят менее 0,001 $ за МБ.) 

1950-е – начало 1960-х: второе поколение

Следующим крупным шагом  в истории компьютерной техники, стало изобретение транзистора в 1947 году. Они стали заменой хрупким и энергоёмким лампам. О компьютерах на транзисторах обычно говорят как о «втором поколении», которое доминировало в 1950-х и начале 1960-х. Благодаря транзисторам и печатным платам, было достигнуто значительное уменьшение размеров и объёмов потребляемой энергии, а также повышение надёжности. Например, IBM 1620 на транзисторах, ставшая заменой IBM 650 на лампах, была размером с офисный стол. Однако компьютеры второго поколения по-прежнему были довольно дороги и поэтому использовались

только университетами, правительствами, крупными корпорациями.

Сетунь была первым компьютером  на основе троичной логики, разработана  в 1958 году в Советском Союзе.

В 1959 году на основе транзисторов IBM выпустила мейнфрейм IBM 7090 и машину среднего класса IBM 1401. Последняя использовала перфокарточный ввод и стала самым популярным компьютером общего назначения того времени: было выпущено 12 тыс. экземпляров этой машины. В ней использовалась память на 4000 символов (позже увеличенная до 16 000 символов). Многие аспекты этого проекта были основаны на желании заменить перфокарточные машины, которые широко использовались, начиная с 1920-х до самого начала 1970-х гг.

В 1960 году IBM выпустила транзисторную IBM 1620, изначально только перфоленточную, но вскоре обновлённую до перфокарт. Модель стала популярна в качестве научного компьютера, было выпущено около 2000 экземпляров. В машине использовалась память на магнитных сердечниках объёмом до 60 000 десятичных цифр.

В том же 1960 году DEC выпустила свою первую модель — PDP-1, предназначенную для использования техническим персоналом в лабораториях и для исследований.

В 1961 году Burroughs Corporation выпустила B5000, первый двухпроцессорный компьютер  с виртуальной памятью. Другими  уникальными особенностями были стековая архитектура, адресация на основе дескрипторов, и отсутствие программирования напрямую на языке ассемблера.

Первыми советскими серийными  полупроводниковыми ЭВМ стали «Снег» и «Весна», выпускаемые с 1964 по 1972. Пиковая производительность ЭВМ «Снег» составила 300 000 операций в секунду. Машины изготавливались на базе транзисторов с тактовой частотой 5 МГц. Всего было выпущено 39 ЭВМ.

Наилучшей отечественной  ЭВМ 2-го поколения считается БЭСМ-6, созданная в 1966. В архитектуре БЭСМ-6 впервые был широко использован принцип совмещения выполнения команд (до 14 одноадресных машинных команд могли находиться на разных стадиях выполнения). Механизмы прерывания, защиты памяти и другие новаторские решения позволили использовать БЭСМ-6 в мультипрограммном режиме и режиме разделения времени. ЭВМ имела 128 Кб оперативной памяти на ферритовых сердечниках и внешнюю памяти на магнитных барабанах и ленте. БЭСМ-6

работала с тактовой частотой 10 МГц и рекордной для  того времени производительностью — около 1 миллиона операций в секунду. Всего было выпущено 355 ЭВМ.

 

Третье и четвёртое поколение

Бурный рост использования  компьютеров начался с т. н. «3-им поколением» вычислительных машин. Начало этому положило изобретение  интегральных схем, которые независимо друг от друга изобрели лауреат Нобелевской премии Джек Килби и Роберт Нойс. Позже это привело к изобретению микропроцессора Тэдом Хоффом (компания Intel).

В течение 1960-х наблюдалось  определённое перекрытие технологий 2-го и 3-го поколений. В конце 1975 года, в Sperry Univac продолжалось производство машин 2-го поколения, таких как UNIVAC 494.

Появление микропроцессоров привело к разработке микрокомпьютеров — небольших недорогих компьютеров, которыми могли владеть небольшие  компании или отдельные люди. Микрокомпьютеры, представители четвертого поколения, первые из которых появился в 1970-х, стали повсеместным явлением в 1980-х и позже. Стив Возняк, один из основателей Apple Computer, стал известен как разработчик первого массового домашнего компьютера, а позже — первого персонального компьютера. Компьютеры на основе микрокомпьютерной архитектуры, с возможностями, добавленными от их больших собратьев, сейчас доминируют в большинстве сегментов рынка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обоснование выбора схемы и элементной базы игровой приставки (ИП).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Game Boy – это переносная игровая приставка. Игровую приставку не нужно подключать к телевизору вся информация отображается на встроенном ЖКИ имеющий разрешение 144х166 точек.

Внутри корпуса располагается  центральный процессор, являющейся упрощенной версией процессора Z80, звуковой процессор и видео процессор формулирующий изображение на экране ЖКИ.

Для питания устройства применяются четыре стандартные  батарейки типа АА. Так же игровая приставка имеет последовательный порт, обеспечивающего соединения двух или четырех игровых приставок с целью совместной игры.

Картридж с программным  обеспечением подключается к игровой  приставке через 32-контактный разъем. Внутри картриджа находится ПЗУ с программой, а иногда и ОЗУ, предназначенное для сохранения игровой ситуации.

На передней панели имеются крестовина управления и четыре отдельные кнопки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компоновка узлов на печатной плате игровой приставки (ИП).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компоновка элементов на печатной плате - это процесс выбора рационального  места расположения элементов устройства таким образом, что бы они обеспечивали работоспособность создаваемого устройства.

 

Натуральная компоновка:

      Используются реальные элементы, которые располагают на заготовке и размечают места сверления отверстий под выводы и соединения в полном соответствии с принципиальной схемой прибора.

 

Аппликационная компоновка:

        В основе  метода: на тонком картоне, плотной бумаге или миллиметровке вычерчивают необходимые проекции элементов. Количество проекций зависит от сложности элементов РЭА. Для малогабаритных элементов аппликации вычерчивают в увеличенном масштабе(2:1, 5:1 и более), а для крупногабаритных - в уменьшенном. Затем вырезают по контуру

изображения элементов, которые и  будут собственно аппликациями. Если элемент имеет несколько разнохарактерных выходов, или его части могут перемещаться в пространстве (в процессе работы), то все эти особенности необходимо учесть привычерчивании его аппликации. После подготовки необходимого количества аппликаций на листе ватмана, бумаге с координатной сеткой, или миллиметровке заданных размеров начинают раскладывать аппликации в соответствии с требованиями принципиальной схемы, условиями эксплуатации, тепловыми режимами и т. п.

 

Машинная компоновка в САПР:

       Используются  компьютерные программные пакеты обеспечивающие использование принципов перебора и оценки возможных вариантов расположения элементов и возможных варианты трассировки соединений (при минимизации суммарной длины трасс). Примерами таких программных пакетов могут служить P-Cad и Altium Designer фирмы Altium, Allegro и OrCAD фирмы Cadence Design Systems и многие другие.

При проведении операции компоновки рассматривают следующие требования:

1. Обеспечение минимального  расстояния между элементами - это  требование особенно важно для устройств работающих на высоких частотах и обрабатывающих большие объемы данных.

2. Восприимчивость и  излучение ЭМС элементами - восприимчивые  к ЭМС элементы надо располагать  на достаточном расстоянии от  излучающих ЭМС элементов.

3. Особенности тепловыделений элементов - элементы с высоким тепловым излучением не должны находиться в непосредственной близости от элементов неустойчивых к тепловому воздействию т.к это может привести к их выходу из строя.

4. Взаимное расположение  элементов - Принято располагать элементы отвечающие за вычислительные ресурсы в центре платы а интерфейсы по краям.