Конструкторско технологическое обеспечение производства эвм реферат
Обновлено: 19.05.2024
n Конструкция (лат. сonstructio) - строение, устройство, построение, план, взаимное расположение частей.
n Технология (греч. techne) - искусство, мастерство + (logos) - понятие, учение.
Под конструкцией ЭА (электронной аппаратуры) понимается совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, электромагнитной и энергетической взаимосвязи. Эта взаимосвязь определяется электрическими схемами и конструкторской документацией и обеспечивает выполнение электронной аппаратурой заданных функций с необходимой точностью и надежностью в условиях воздействия на нее различных факторов: эксплуатационных, производственных, человеческих.
Технология производства, или технологический процесс - основная часть производственного процесса, заключающаяся в выполнении определенных действий, направленных на изменение исходных свойств объекта производства (в нашем случае ЭА) и достижение им определенного состояния, соответствующего технической (конструкторской) документации.
Конструирование и технология производства являются, с одной стороны, отдельными частями сложного процесса разработки ЭА, а с другой, не могут выполняться в отдельности, без учета взаимосвязей между собой и с другими этапами разработки. Являясь этапами более общего процесса: "разработка - производство - эксплуатация", как конструирование, так и технология определяют в конечном итоге общие потребительские свойства ЭА.
Строгий учет всех факторов, влияющих на качество и количественные характеристики на определенных этапах разработки, требуют от разработчика ЭА знаний по всем вопросам конструкторско-технологического проектирования:
· виды и порядок разработки технической документации;
· влияние внешних факторов на работоспособность ЭА;
· методы проектирования и изготовления микроэлектронных изделий;
· методы конструирования элементов, узлов и устройств ЭА;
· обеспечение электромагнитной совместимости, механической прочности, нормальных тепловых режимов и надежности;
· проектирование ЭА с учетом требований эргономики и технической эстетики;
· общие вопросы организации производства ЭА;
· стандартные и специальные технологические процессы в производстве ЭА;
· методы сборки и монтажа ЭА;
· методы регулировки, настройки и испытаний ЭА и т.д.
Развитие информационных технологий и широкое их применение для проектирования различных изделий дает возможность разработчику ЭА использовать принципиально новые инструменты и подходы, что в конечном итоге отражается на сокращении сроков разработки, улучшении технических и снижении экономических показателей создаваемой ЭА.
Государственными стандартами определен порядок разработки и постановки на производство продукции технического назначения, в том числе и ЭА. В частности, ГОСТом установлены следующие стадии разработки:
Основой для разработки является техническое задание (ТЗ), содержание которого устанавливает ГОСТ. В техническом задании излагаются назначение и область применения разрабатываемой ЭА, технические, конструктивные, эксплуатационные и экономические требования к ЭА, условия по ее хранению и транспортировке, требования по надежности, правила проведения испытаний и приемки образцов в производство.
На стадии технических предложений производится анализ существующих технических решений, патентные исследования, проработка возможных вариантов создания ЭА, выбор оптимального решения, макетирование отдельных узлов ЭА, выработка требований для последующих этапов разработки, оценка стоимости опытного образца ЭА.
На стадии эскизного проектирования осуществляют конструкторскую и технологическую проработку выбранного варианта реализации ЭА; изготавливается действующий образец или серия ЭА; проводятся их испытания в объеме, достаточном для подтверждения заданных в ТЗ технических и эксплуатационных параметров; организуется разработка в полном объеме необходимой конструкторской документации, которой присваивается литера "Э"; прорабатываются основные вопросы технологии изготовления, наладки и испытания элементов, узлов, устройств и ЭА в целом; предварительно оценивается надежность изделий.
На стадии технического проекта принимаются окончательные решения о конструкторском оформлении ЭА и составляющих ее узлов, разрабатывается полный комплект конструкторской и технологической документации, которой присваивается литера "Т", изготавливается опытная серия ЭА, проводятся испытания ЭА на соответствие заданным в ТЗ техническим и эксплуатационным требованиям. Результаты технического проектирования являются основой для разработки полного комплекта рабочей конструкторской документации, которой присваивается литера "О".
В последующем осуществляется технологическая подготовка производства, выпуск установочной серии и организация серийного (массового) производства ЭА.
Стадии разработки ТЗ, технических предложений и Эскизного проектирования, как правило, включаются в научно-исследовательскую работу (НИР), а стадии разработки технического проекта и технологической подготовки производства - в опытно-конструкторскую разработку (ОКР).
Применительно к продукции технического назначения используется термин жизненный цикл, под которым понимаются все этапы создания изделия, начиная с разработки ТЗ и кончая эксплуатацией готовых изделий с последующей утилизацией. Жизненный цикл ЭА, разделенный на этапы её разработки, изготовления и эксплуатации.
Все выше сказанное относится к вновь создаваемым ЭВ, основанной на использовании принципиально новых технических решений.
Появление печатных плат (ПП) в их современном виде совпадает с началом использования полупроводниковых приборов в качестве элементной базы электроники. Переход на печатный монтаж даже на уровне одно- и двухсторонние плат стал в свое время важнейшим этапом в развитии конструирования и технологии электронной аппаратуры. Разработка очередных поколений элементной базы (интегральная, затем функциональная микроэлектроника), ужесточение требований к электронным устройствам, потребовали развития техники печатного монтажа и привели к созданию многослойных печатных плат (МПП), появлению гибких, рельефных печатных плат. Многообразие сфер применения электроники обусловило применение различных типов печатных плат:
- односторонние печатные платы;
- двухсторонние печатные платы ;
- многослойные печатные платы ;
- гибкие печатные платы ;
- рельефные печатные платы (РПП);
- высокоплотная односторонняя печатная плата.
В данном курсовом проекте разрабатываем двустороннюю печатную плату.
Двухсторонние платы составляют в настоящее время значительную долю объема выпуска плат, например, в Великобритании до 47 %.
Опираясь на статистику последних трех лет, можно оценить долю двухсторонних плат в российском производстве в 65-75%. Столь значительное внимание разработчиков к этому виду плат объясняется своеобразным компромиссом между их относительно малой стоимостью и достаточно высокими возможностями. Технологический процесс изготовления двухсторонних плат, также как односторонних, является частью более общего процесса изготовления многослойных ПП. Однако для двухсторонних плат не требуется применять прессования слоев, значительно проще выполняется очистка отверстий после сверления. Вместе с тем, для большинства двухсторонних плат за рубежом проектные нормы "проводник / зазор" составляют 0,25 / 0,25 мм (40% от объема выпуска), 0,2 / 0,2 мм (18%) и 0,15 / 0,15 мм (18%). Это позволяет использовать такие платы для изготовления широкого круга современных изделий, они вполне пригодны как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа. Нередко на проводники двухсторонних плат наносится золотое покрытие, а для металлизации отверстий используется серебро.
Типовые параметры двухсторонних плат:
· Максимальные размеры заготовки - 300x250. 500х500 мм
· Минимальный диаметр отверстия - 0.4. 0,6 мм
· Минимальная ширина проводника - 0,15 мм
· Минимальный зазор - 0,15 мм
· Толщина фольги - 18..36 мкм
· Толщина платы - 0,4 - 2,0 мм
Опираясь на собственный опыт изготовления прототипов отечественных двухсторонних плат, можно констатировать, что запросы отечественных разработчиков удовлетворяются пока диапазоном проектных норм 0,2 / 0,2 - 0,3 / 0,3 мм, норма 0,15 / 0,15 мм встречается не более, чем в 10% случаев. Отметим, что отечественные разработчики, точно также как их зарубежные коллеги, закладывают в технические задания на изготовление двухсторонних плат нанесение паяльной маски, маркировку, весьма часто - фрезерование плат по сложному контуру. Как правило, сборка таких плат предусматривает поверхностный монтаж компонентов
1 Общая часть
1.1 Постановка задачи проектирования
Целью курсового проекта является конструирование модуля первого уровня ЭВМ. При выполнении курсового проекта предусматривается выполнение следующих работ:
-Анализ назначения, область применения и условия эксплуатации ЭВМ.
- Описание принципиальной схемы и характеристики ИМС и РЭ, т.е. рассмотреть и проанализировать вариант проекта, а также произвести выбор аппаратных средств, максимально удовлетворяющих требованиям поставленной задачи;
- Выбор и обоснование типа конструкции печатной платы. Определяются требования к конструкции печатной платы, материалу основания. необходимость дополнительной защиты. Анализируется функциональная и конструкторская сложность узла, устройства и в соответствии с ГОСТ производится выбор типа конструкции печатной платы. -Выбор и обоснование класса точности. Для осуществления трассировки выбирается необходимый класс точности печатной платы на основе анализа конструкторской сложности функционального узла, характеристик элементной базы, условий эксплуатации, надежности, технологии изготовления.
- Выбор материала основания печатной платы. На основании анализа механических воздействий, класса точности печатной платы, реализуемых функций и условий эксплуатации, по ТУ на материалы конкретного вида и ГОСТ, производится выбор материала для основания печатной платы.
- Компоновка и размещение ИМС и РЭ на плате. На основе установочных размеров интегральных микросхем, электрорадиоэлементов компонентов, с учетом рекомендаций и ограничений, производится их компоновка и размещение. Рассматриваются различные варианты по размещению элементов на печатной плате.
- Выбор габаритных размеров и конфигурации печатной платы. С учетом технологических зон, зоны установки соединителя, требований модуля второго уровня, по ГОСТ производится выбор конфигурации и габаритных размеров печатной платы.
- Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы. Выбирается наиболее современный, технологичный и экономичный метод изготовления печатной платы.
- Выбор защиты покрытия печатной платы. Выбирается наиболее эффективная, для заданных условий эксплуатации, защита печатной платы.
- Трассировка соединений и расчет элементов печатного монтажа. Производится расчет элементов печатного монтажа.
- Расчет надежности. Производится расчет среднего времени наработки на отказ и вероятность безотказной работы устройства за определенны отрезок времени.
- Расчет электрических параметров схемы. Рассчитывается электрическая мощность потребляемая устройством
1.2 Назначение и область применения устройства
16-разрядный микропроцессор явился основой для построения многих микроЭВМ и средств цифровой информатики и очень широко применялся в своё время. Надо сказать, что, несмотря на малую разрядность, микропроцессоры такого типа достаточно широко применяются (в средствах цифровой информатики в микро- и мини-ЭВМ) и в настоящее время в силу сравнительной простоты устройства и дешевизны. Однако при применении их в качестве основного звена микроЭВМ, в особенности персональных ЭВМ, малая разрядность и другие ограничения требуют в конечном итоге усложнения структурной организации и программного обеспечения.
Устройство, конструируемое в данном курсовом проекте, представляет собой собственно микропроцессорную систему с математическим сопроцессором. Данное устройство относится к наземным, стационарным ЭВМ и предназначена для эксплуатации в отапливаемых помещениях. Условия эксплуатации характеризуется диапазоном температур от +10 .. +35 °С, влажностью до 90 .. 94% при 30 0 С, атмосферным давлением (8,36…10,6) Па (630…800)мм. Рт. Ст., без механических перегрузок во время работы, воздух без присутствия активных веществ. Дестабилизирующим фактором является повышенная влажность
2.Специальная часть
2.1 Описание принципиальной схемы
2.2 Характеристики ИМС и РЭ
Характеристика интегральных микросхем:
Комплект ИС характеризуется автономностью и функциональной законченностью, унификацией их интерфейса, программируемостью микросхем, их логической и электрической совместимостью. Восьмиразрядная организация, фиксированный набор команд, большой выбор периферийных микросхем позволяет их использовать при создании различных средств вычислительной техники (устройств локальной автоматики, контроллеров измерительных приборов и периферийных устройств, микро ЭВМ для управления технологическими процессами и измерительными системами). ИС совместимы по входам с микросхемами серий ТЛЛ.
В настоящее время сложные микросхемы большой логической емкости, кроме универсальных функциональных преобразователей, включают сложные настраиваемые модули, такие как блоки памяти, блоки цифровой обработки, встроенные процессорные ядра с периферией, скоростные каналыввода/вывода. По сравнению с базовыми матричными кристаллами (БМК) использование СБИС Программируемой Логики (ПЛ) обеспечивает существенно более короткий цикл разработки, экономический выигрыш при мелкосерийном (до нескольких тысяч изделий) производстве и возможность внесения изменений в проект на любом этапе разработки. Это позволяет эффективно использовать СБИС ПЛ также и в системах прототипах.Разработчик специализированного цифрового устройства, используя средства САПР СБИС ПЛ, в привычной ему форме (схемы, текстовое описание) задает требуемое устройство и получает программирующий СБИС ПЛ файл, который используется при программировании на программаторе или непосредственно на плате. Программирование заключается в задании нужных свойств функциональным преобразователям иустановлении необходимых связей между ними. Такой цикл проектирования и изготовления занимает незначительное время, изменения могут вноситься на любой стадии разработки за считанные минуты, а внедрение новых средств проектирования на начальном этапе практически не требует материальных затрат благодаря низкой стоимости микросхем и наличию бесплатных полно-функциональных версий САПР.
Основные этапыразработки вычислительных устройств
Конструирование - это физическое выполнение принятых схематических решений, представляющих собой набор электрически и механически связанных элементов. Исходные данные для конструктора - это принципиальная электрическая схема вычислительного устройства и техническое задание на разработку конструкции.
Так как конструкторское проектированиехарактеризуется значительной трудоёмкостью, то для этих целей используются средства вычислительной техники, ЭВМ используется как в системах автоматизированного проектирования, так и в системах автоматизированного производства.
Такие комплекты называются CAD-CAM (Computer Aide Design - Computer Aided Manufacturing), т.е. поддержка проектирования производства.
Конструкторская документация. Всетребования к ней заложены в единой системе конструкторской документации. Это обеспечивает возможность взаимодействия документации. В системе определено: форма конструкторской документации, правила оформления чертежей и схем, условные обозначения и т.д.
Конструкторские документы делятся на графические и текстовые.
Схемы соединений указывают на соединение частей изделия и изображаютпровода, жгуты, кабели.
Схема подключений указывает внешние подключения изделий.
Общие схемы указывают на составные части комплекса и соединений их между собой на месте эксплуатации.
Схема расположения определяет взаимное расположение составных частей комплекса, соединений их жгутов, проводов и кабелей.
Текстовая документация содержит описание.
,
Техническое задание
Блок схема внешних условий включения фрагмента в БИС приведена на рис. 1.1, а временная диаграмм его функционирования на рис. 1.2.
Рис. 1.1. Блок-схема внешних условий включения фрагмента в БИС
Рис. 1.2. Временная диаграмма работы фрагмента БИС
Фрагмент реализует следующие логические функции:
Для варианта схемы фрагмента изображены на рис. 1.3. и 1.4.
Времени задержки фрагмента рассчитывается для набора входных сигналов, исходя из следующих внешних условий включения:
Сигналы поступают на входы фрагмента с некоторых каскадов, выраженных эквивалентными инверторами, и имеют конечное время формирования.
Выходы схемы и подключены к выходам и соответственно следующего фрагмента.
Целевой функцией условной задачи минимизации является функция , где -- время формирования выходного сигнала , а -- время формирования выходного сигнала .
Максимальное значение суммы ширин каналов транзисторов схемы равно 262.
Рис. 1.4. Сумматор, схема 1.
Рис. 1.3. Сумматор, схема 2.
2. Расчет схемы и оптимизация
Вывод формул времен задержек схем фрагмента
Для расчета времен задержек схемы составлены таблицы их переключений – табл. 2.1. и 2.2. для схемы 1 и 2 соответственно, в которых представлены все возможные варианты переключения каскадов, принимающих участие в формировании выходных сигналов, наборы входных сигналов, транзисторы, образующие путь тока перезаряда нагрузочной емкости каскада и перечислены транзисторы, образующие эту емкость.
Обозначив через нагрузочная емкость -того каскада схемы, запишем выражения для нагрузочных емкостей каскадов:
для первой схемы:
для второй схемы:
Внимательно рассмотрим обе схемы:
1. Схема №1 (рис. 1.3):
Очевидно, что для I-го каскада: , т.к. мостовое соединение всегда имеет меньшее R, чем какое-либо другое соединение.
Очевидно, для II-го каскада: , поскольку переключение происходит через транзисторы: и не зависит от времени переключения I-го каскада.
Тогда нам необходимы времена: для обоих каскадов.
Читайте также: