Разработка печатной платы формирователя кода для синтезатора радиостанции «Маяк»

 

 НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

Кафедра Вычислительных систем и технологий

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект по дисциплине

«Конструкторско-технологическое  обеспечение производства ЭВМ»

 

«Разработка  печатной платы формирователя кода для синтезатора радиостанции «Маяк»»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент группы 08-В2

Айнуллин Дамир

 

 

Проверил:

Макаров Н.Н.        

 

 

 

 

 

Нижний  Новгород

2012 г. 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Техническое задание на разработку конструкции. 

 

 Введение

Настоящее ТЗ распространяется на разработку формирователя кода (переключатель каналов) для синтезатора радиостанции «Маяк».

 

Основание для разработки

Изделие разрабатывается в соответствии с учебным планом специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», утвержденным учебно-методической  комиссией кафедры ВСТ.

Разработка производится по теме «Конструирование модуля цифрового устройства».

 

Источник разработки

Источником, откуда была взята схема, является журнал «Радио» (№ 12 за 2005 г.). Аналогами разрабатываемого устройства могут являться существующие модификации переключателей каналов синтезаторов частот для УКВ радиостанций отечественного и импортного производства.

 

Технические требования и условия  эксплуатации

 

Состав  изделия.

- Печатная плата, с расположенными на ней элементами, корпус.

 

Технические параметры

• Число формируемых узлом каналов – 80.
• Длина волн рабочего диапазона – 2м (УКВ).
• Частота шага дискретизации 25 кГц.

 

Требования  к надежности

• Вероятность безотказной работы за 24 часа p=0,9;
• Наработка на отказ не менее 1000 часов;
• Средний срок службы не менее 5 лет.

 

Требования  по стандартизации и унификации

Коэффициент  унификации и стандартизации не менее 80%.

 

Конструктивные  требования

Изделие представляет собой самостоятельный прибор, который может находиться, либо в отдельном корпусе, либо в корпусе УКВ радиостанции «Маяк».

 

Условия эксплуатации

Группы по климатическому исполнению	УХЛ	Умеренно – холодный климат
Категория	4	Эксплуатация в помещениях с  искусственным климатом
Объект размещения	Группа 1	Стационарные, работающие в отапливаемых помещениях

 

 

Требования безопасности

Изделие должно отвечать требованиям  электрической безопасности, не использоваться в помещениях с повышенной влажностью. При монтаже, эксплуатации, обслуживании и ремонте изделия необходимо руководствоваться общими требованиями безопасности к аппаратуре низкого напряжения.

 

Требования  к упаковке, маркировке, транспортировке  и хранению

   Прибор может перевозиться любым видом транспорта, может быть упакован в любой материал. Предъявляются требования к необходимой защите от ударов при погрузке и выгрузке, чтобы не повредить изделие и не нарушить его работоспособность.

   Данное изделие является стационарным, работающим в отапливаемых помещениях.

   Не рекомендуется хранить изделие в помещениях с повышенной влажностью и температурой, а также в помещениях, в которых возможно воздействие агрессивных сред.

 

Требования  к патентной чистоте.

Патентная чистота в пределах Российской Федерации.

 

Стадия  разработки.

Изделие находится в стадии разработки конструкторской документации.

 

Исполнители.

- Айнуллин Д. Т.

 

Сроки выполнения по этапам.

• разработка технического задания 4-я неделя семестра,
• выполнение схемы электрической и перечня элементов - 6 неделя семестра,
• выполнение чертежа печатной платы, сборочного чертежа и спецификации - 8 неделя семестра,
• выполнение пояснительной записки – 12 неделя семестра,
• защита курсового проекта 13-14  недели семестра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Анализ технического задания.

 

2.1. Анализ назначения и объекта установки.

 

Данная схема представляет собой  формирователь кода (переключатель каналов) для синтезатора радиостанции «Маяк». Радиостанции 16Р22В-1, 16Р22С-1 «Маяк» существуют в одно- и многоканальном вариантах. Число рабочих каналов не превышает 8, что явно ограничивает возможности использования данных радиостанций. Разрабатываемое устройство предназначено для управления синтезатором частоты радиостанции «Маяк», переделанной для работы в пределах любительского диапазона 2 метра.

В соответствии с размещением на объекте электронные вычислительные машины  поделены на 7 категорий. Объект размещения в основном определяет характер механических воздействий на ЭВМ. Объект размещения данной разработки - стационарная, работающая в отапливаемых помещениях.

 

2.2. Анализ условий эксплуатации

В соответствии с заданной климатической  зоной и  категорией изделия по таблице 7 (ГОСТ 15150-69) определяем климатические  факторы, воздействующие на изделие.

 

Таблица 7.

Климатическое исполнение	Категория	Рабочая температура		Предельная  температура
		верхняя	нижняя	верхняя	нижняя
УХЛ	4	+35	+1	+40	+1

 

Таблица 8

Климатическое исполнение	Категория	Относительная влажность
		Среднее значение	Верхнее значение
УХЛ	4	65% при 20 градусах С	80% при 25 градусах С

 

Таблица 9.

Воздействие	Исполнение  и категория	Параметр
Интенсивность дождя	УХЛ, 4 категория	-
Иней, роса	УХЛ, 4 категория	-
Выпадение капель	УХЛ, 4 категория	-
Снег, снежная  пыль	УХЛ, 4 категория	-
Ветер	УХЛ, 4 категория	-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механические воздействия определяются объектом размещения по таблице 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица10.

Воздействующий  фактор	Параметры	Группа 1
Вибрация на одной частоте	Частота, Гц.	20
	Ускорение q	2
	Время выдержки, час.	0,5
Вибрация в  диапазоне частот	Частота, Гц.	-
	Ускорение q	-
	Время выдержки, час.	-
Одиночные удары	Длительность.мс.	-
	Число ударов в 1 мин	-
	Ускорение, q	-
	Общее число ударов	-
Многократные  удары	Длительность.мс.	-
	Число ударов в 1 мин	-
	Ускорение, q	-
	Общее число ударов	-
Падение	Высота, мм	-

 

Путем анализа условий эксплуатации устанавливают группу жесткости для печатной платы по климатическим воздействиям. Согласно ГОСТ 23752-79 для печатных плат устанавливают одну из 4 групп жесткости. Группа жесткости определяется по таблице 11. При выборе группы жесткости необходимо учитывать конкретные условия, в которых будет находиться печатная плата внутри конструкции более высокого уровня. Температура

модуля внутри корпуса будет  выше, чем температура окружающей среды, так как в процессе работы изделия выделяется тепло. Следовательно, при выборе группы жесткости необходимо задаться температурой перегрева внутри корпуса. ЭВМ и из этих условий определить температуру, которая будет действовать на печатную плату. Температуру перегрева внутри корпуса для учебных целей взять равной 20 градусам Цельсия.

 

Таблица 11

Воздействующий  фактор	Группа жесткости  печатной платы
	1	2	3	4
Верхнее значение температуры, градусы Цельсия	55	85	100	120
Нижнее значение температуры, градусы Цельсия	-25	-40	-60	-60
Относительная влажность, в %	75	98	98	100

 

Для определения группы жесткости  печатной платы проанализируем разрабатываемую схему. В результате анализа было выявлено достаточное число пассивных элементов и достаточное число полупроводниковых приборов. Перечисленные выше элементы в результате своей работы выделяют значительное количество тепла. Учитывая особенности умеренно-холодного климата, результаты проведенного выше анализа и условия эксплуатации изделия определим плату в 1 группу жесткости.

Исходя из воздействующих на конструкцию факторов, определяем приоритеты при конструировании:

-себестоимость (т.к. производство серийное),

-габариты,

-надежность.

 

2.3 Анализ принципиальной электрической схемы.

Выявляют особенности схемы, усложняющие  конструкцию: аналоговая, цифровая, имеется ли возможность самовозбуждения, критичность к длине связей, максимальная тактовая частота, высокая чувствительность, высокий коэффициент усиления и прочее.

Выявляют цепи, требующие особого  подхода при проектировании связей:

входные и выходные цепи,

шины «земля» и «питание»,

высокочастотные и импульсные цепи и прочее.

Объединяют данные цепи в классы.

Выявляют последовательность отдельных  каскадов схемы. Эту последовательность рекомендуется учитывать при размещении компонент на печатной плате.

Выявляют теплонагруженные компоненты, чувствительные к помехам, пути возможных паразитных связей.

Вычисляют  ток питания и рассеиваемую мощность.

Определяют электрические параметры  схемы, которые необходимы  при  расчете элементов печатного монтажа:

максимально допустимое падение напряжение: Up (для цифровых схем до 10% от питания, для прецизионных аналоговых схем, для которых падение напряжения в линиях связи может привести к ошибкам в работе, падение напряжения берется не более 1% от питания).

максимально допустимый ток в статике и динамике: Imax, Imax d. Ток во время переключения логических элементов на порядок больше тока в статике. Для его расчета необходимо выявить в схеме максимальное количество одновременно переключаемых цифровых элементов, увеличить их ток потребления по сравнению со статическим режимом  в 10 раз. Помехи, которые возникают в цепях питания и управления, как правило, определяются токами в динамическом режиме работы цифровых схем;

максимальную тактовую частоту: F max,

сопротивление изоляции (берется для прецизионных аналоговых схем -20-30 Мом, для цифровых схем 10-20 Мом).

максимальное напряжение в схеме: Ud.

 

Рассмотрение электрической принципиальной схемы показало, что в разрабатываемом модуле факторы усложняющие конструкцию (возможность самовозбуждения, критичность к длине связей, высокая чувствительность, высокий коэффициент усиления) отсутствуют.

Отсутствуют цепи, требующие особого  подхода при проектировании связей.

Присутствует достаточное число теплонагруженных компонент.

Для питания микросхем используется постоянное напряжение +5 В, ток питания микросхем не превышает 30мА. Максимальные тактовые частоты микросхем при напряжении питания 5В:

 

1. К561ИЕ11 –  1.75Мгц.
2. КР1533ЛА3 – 1 МГц.
3. КР1533ЛИ1 – 1 МГц
4. К176ИД2 - 1 МГц

 

-максимально допустимое падение напряжения Up =12*0,1=1,2 В.