Проектирование печатной платы ASUS Maximus V Extreme

Департамент  образования, науки и молодежной политики Воронежской области

Государственное образовательное бюджетное учреждение

среднего профессионального образования

Воронежской области

«Воронежский техникум строительных технологий»

(ГОБУ СПО ВО «ВТСТ»)

Предметная (цикловая) комиссия «Компьютерные системы и комплексы»

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

Студент группы     …К11.1… … Торопков Максим Андреевич

Фамилия, имя. отчество

специальности… Компьютерные системы и комплексы

Руководитель курсового проекта О.Е.Говорухина

Время выполнения курсового проекта: с…………………………… по……………

Тема курсового проекта:… Проектирование печатной   платы ASUS Maximus V Extreme

Техническое задание:

Используя систему автоматизированного проектирования MultiSim спроектировать схему цифрового счетчика на проектируемую печатную плату.

Содержание и объем проекта:

Пояснительная записка (50-60 страниц формата А4):

Аннотация

Введение

1.             Обзорно-постановочная часть
2. Проектная часть
3. Организационно-экономическая часть
4. Охрана труда и техника безопасности
1. Электробезопасность при эксплуатации технических средств
2. Требования к помещению
3. Мероприятия по противопожарной технике

Заключение

Список используемых источников

Приложения

Графическая часть

Лист 1 Формат А1 Структурная схема   печатной   платы

План выполнения курсового проекта:

Руководитель курсового проекта …………………………………. 

студент. ……………………………....

Курсовой проект закончен         « » ……………………………………2013 г.

Пояснительная записка и все материалы просмотрены

Оценка руководителя:………………………………………………………………………………………………

Считаю возможным допустить ……………………………………………………………………..    к защите

курсовой проект 

Защиту назначить на     « »______________2013 г.

Руководитель…....…………………………………………………................................................

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Большинство современных изделий и устройств сочетают в своих конструкциях механическую и электрическую составляющие. Механические детали и узлы описывают конструктивно-силовую схему и дизайн изделия, проводные соединения обеспечивают электропитание, а встроенная электроника — выполнение вычислительных операций и функций управления. Вследствие этого проектировать изделия, включающие механическую и электрическую составляющие, нужно в едином информационном пространстве с учетом всех ограничений, налагаемых каждой из этих частей друг на друга. Сложно представить нашу жизнь без различных устройств, таких как компьютеры, телефоны, принтеры, факсы сканеры и многие другие.

Поэтому в настоящее время актуальной темой является проектирование печатных плат.

Цель данного курсового проекта анализ этапов проектирования печатной платы ASUS Maximus V Extreme.

Для реализации данной цели  поставлены задачи:

1. Собрать информацию о  этапах  проектирования печатной платы ASUS Maximus V Extreme.
2. Проанализировать процесс проектирования печатной платы ASUS Maximus V Extreme.
3. Составить алгоритм проектирования печатной платы .

1. Обзорно- постановочная часть.

1.1 Характеристика печатной платы ASUS Maximus V Extreme.

1.2 Назначение и принцип работы ASUS MAXIMUS V EXTREME.

Материнская плата поставляется в стандартной для плат этой серии упаковке красного цвета. Сверху есть удобная ручка для переноски. Лицевая сторона упаковки не усыпана кучей логотипов, как это зачастую бывает. Только в нижней части присутствует парочка рекламных картинок, повествующих о возможностях платы.

Рисунок 1. Стандартная упаковка ASUS MAXIMUS V EXTREME

Комплектация, как и свойственно платам этой серии, очень богатая. В неё входят следующие компоненты:

• Инструкция по эксплуатации и диск с программным обеспечением;
• Заглушка для задней панели;
• Шесть кабелей SATA-6;
• Панель с дополнительными USB и e-SATA для внешних жестких дисков;
• Антенна для беспроводных соединений;
• Модуль mPCIe;
• Мостик Quad SLI, Triple SLI и SLI;
• OC Key для разгона без перезагрузок.

Рисунок 2. Комплектация материнской платы ASUS Maximus V Extreme.

Рисунок 3. ASUS Maximus V Extreme

А вот так выглядит сама материнская плата. Структурная схема платы приведена в приложении 1. Это действительно серьезный современный продукт, нацеленный на профессионалов. Плата раскрашена фирменными цветами бренда ROG, черным и красным. Все смотрится очень гармонично и красиво. Да, казалось бы, последнее маловажно в высокотехнологичном продукте, но эффектная внешность лучше неприметной.

Сразу хочется выделить массивные радиаторы. В течение всего тестирования они отлично справлялись со своими обязанностями. Они установлены на элементах подсистемы питания и системной логики. Размеры платы — 30.5х27.2 см.

В центре платы расположился процессорный разъем, который умеет работать с процессорами, произведенными по 32-х или 22-х нм технологическому процессу — говоря проще, всеми процессорами под LGA 1155. Так как плата построена на чипсете Z77, то разгоняться будут все процессоры, которые на это способны.

Вокруг процессора расположились элементы подсистемы питания. Подсистема питания насчитывает 12 фаз. Из них восемь отведены самому процессору, а четыре — интегрированному видеоядру. Подсистема питания оперативной памяти двухфазная.

Питания материнская плата получает по одному 24-х контактному разъему, и двум дополнительным — 4-х и 8-ми контактным разъемам. Последние расположены около процессорного разъема. Кроме того, для повышения стабильности в работе с несколькими видеоадаптерами, вы можете подключить дополнительное питание еще к одному разъему. Он шестиконтактный и находится около верхнего разъема PCI-E.

Как и остальные платы, построенные на Z77, наша оснащена четырьмя разъемами для оперативной памяти. Максимальный объем — 32 Гбайта, режим работы — двухканальный. Поддерживаются следующие частоты (МГц): 1066, 1333, 1600, 1866 (О.С.), 2000 (О.С.), 2133 (О.С.), 2200 (О.С.), 2400 (О.С.), 2600 (О.С.), 2666 (О.С.), 2800 (О.С.). Рядом с ними поселилась батарейка.

Материнская плата оснащена пятью разъемами PCI-E. Работать они могут в следующих режимах: x16 с одной видеокартой, x8 с двумя, x8/x16/x8 с тремя или x8/x16/x8/x8 с четырьмя. Если вы заметили, то количество линий PCI-E нехарактерно высокое для чипсета Z77. На помощь чипсету приходит контроллер PLX 8608, он обеспечивает дополнительные восемь линий. Присутствует один разъем PCI-E x4. Обратите внимание: разъем открытый, т.е. в него можно установить плату в полноразмерным PCI-E 16х.

На обратной стороне поселились некоторые элементы подсистемы питания, они закрыты металлической теплораспределительной пластиной.

Рисунок 4. Обратная сторона ASUS Maximus V Extreme.

А вот в правом верхнем углу платы расположился «уголок оверклокера». Здесь есть кнопки включения и перезагрузки системы. Это помогает, когда у вас открытый стенд и вы не хотите тыкать в контакты отверткой. В самом углу приютился индикатор POST-кодов. Чуть ниже есть переключатель на режим LN2. Там же есть точки для замера основных напряжений системы.

Это все, конечно, необходимо только тем, кто разгоняет процессоры при отрицательных температурах, кому важно знать про систему максимальное количество предельно точной информации. Но, по сути, эта материнская плата с такой целью и создавалась. Конечно же, никто не запрещает вам купить её и использовать в «гражданских» режимах.

Рисунок 5. Уголок оверклокера.

Задняя панель разъемов предлагает нам следующее:

• 1 x PS/2;
• 1 x Thunderbolt;
• 1 x DisplayPort;
• 1 x HDMI;
• 1 x LAN (RJ45) port(s);
• 4 x USB 3.0;
• 4 x USB 2.0;
• 1 x Optical S/PDIF out;
• 1 x Optical S/PDIF in;
• 5 x Audio jack(s);

• 1 x Clear CMOS;
• 1 x ROG Connect.

Опять же, богатый набор, недостатка в чем-либо не будет

Рисунок 6. Разъемы задней панели ASUS Maximus V Extreme.

На материнской плате вы найдете девять разъемов SATA. Восемь из них находятся в стандартном месте, как и на других платах, а один расположился под разъемами PCI-E. Все красные разъемы (их шесть) работают в режиме SATA 3, а черные в режиме SATA 2.

Рядом в разъемами SATA посажен Subzero Sense, который поможет вам сэкономить деньги на качественном термометре. В правом нижнем углу, около разъемов SATA, находится кнопка смены BIOS.

Рисунок 7. Разъемы SATA.

Ниже привожу картинку с официального сайта компании ASUS. На ней воедино собрана вся информация о материнской плате, что удобно.

Рисунок 8. ASUS Maximus V Extreme.

За интегрированный звук отвечает микросхема ALC898.

Рисунок 9.  Микросхема ALC898

Функциональность интерфейсной панели на высоте. Присутствуют почти все порты, которые могут понадобиться. Исключение составляют VGA и DVI, но вряд ли это можно считать существенным недостатком. Отметим наличие комбинированного разъема PS/2, который все еще может пригодиться. Радует наличие четырех портов USB 3.0, с возможностью увеличения количества до шести благодаря комплектной панели. Наличие кнопки Clear CMOS облегчит разгон в случае установки слишком завышенных значений. Наличие кнопки ROG Connect характерно для серии ROG. Белым цветом выделен USB порт, который используется для функции USB BIOS Flashback или ROG Connect. На материнской плате реализован порт Thunderbolt, поддерживающий вывод изображения и обладающий пропускной способностью 1 0Гбит/с. Поддерживается подключение до 6 устройств в daisy-chain. Материнская плата ASUS Maximus V Extreme оснащена восемью разъемами для подключения вентиляторов. Все разъемы четырехконтактные, а, следовательно, все вентиляторы управляемы.

UEFI BIOS. На материнской плате ASUS Maximus V Extreme в качестве предзагрузчика используется UEFI, интерфейс которого допускает навигацию по пунктам меню с помощью одной лишь мыши. Еще одним положительным моментом использования EFI является возможность выбора языка, в том числе и русского. Сам же интерфейс выполнен в характерных для серии ROG красных тонах.

Рисунок 10. UEFI BIOS.

В разделе Memory Presets находятся готовые профили, содержащие значения таймингов. Даже неподготовленный пользователь может с легкостью увеличить производительность ОЗУ, выбрав наиболее подходящий профиль.

Рисунок 11. Memory Presets.

В разделе «Monitor» можно отдельно получить доступ к мониторингу напряжений, температур, скоростей вращения вентиляторов. Реализация мониторинга одна из лучших, отслеживаются все жизненно важные параметры. В разделе Fan Speed Monitor можно включить функцию автоматического управления вентиляторами Q-Fan Control.

Рисунок 12. Monitor.

Вывод. ASUS Maximus V Extreme – материнская плата высокого уровня, которая станет отличной основой для игрового высокопроизводительного компьютера. Благодаря увеличенному количеству линий PCI Express ASUS Maximus V Extreme позволяет построить производительную графическую систему. Но, всё же, при создании материнской платы основной упор делался на возможности разгона, которые потенциально обещают не толко хороший результат в обычных или экстремальных условиях, но и обеспечивают максимальное удобство процесса и мониторинга. В итоге мы получаем качественную материнскую плату с широкими возможностями как для разгона, так и для построения очень мощной игровой системы. Цена материнской платы достаточно высокая, но ведь никто не обещал, что материнская плата hi-end класса будет стоить 90$ - настоящие профессионалы разгона должны остаться довольны таким недешевым приобретением как ASUS Maximus V Extreme.

Достоинства:

• надежный и эффективный цифровой узел питания;
• качественная элементная база;
• богатая комплектация;
• поддержка технологий ATI CrossFireX и NVIDIA SLI;
• увеличенное количество линий PCI Express для графической системы;
• поддержка дополнительных портов USB 3.0 и SATA 6 Гбит/с;
• поддержка технологии ROG Connect и эффективный авторазгон;
• обилие функций и технологий для упрощение разгона, в том числе и экстремального;
• поддержка интерфейса Thunderbolt;
• качественный аудиокодек.

2. Проектная часть.

2.1 Основные этапы разработки.

Этап 1 — подготовительный. На этом этапе производятся изучение задач, для решения которых предназначена данная ЭВМ, и анализ существующих конструкций машин,  
обсуждаются достижения в смежных областях науки и техники и новые принципы. Такой анализ позволяет ориентировочно определить технические характеристики будущей машины.

Этап 2 — разработка ТЗ. Оно должно содержать основное назначение, технические и тактико-технические характеристики (быстродействие, разрядность, объем памяти и т. д.), показатели качества и технико-экономические требования, состав конструкторской документации, а также специальные, конструктивные, технологические, эксплуатационные требования и требования по надежности. 

В ТЗ указываются предприятие-заказчик и предприятие-разработчик ЭВМ. Взаимоотношения между ними регламентируются договором—юридическим документом, определяющим взаимоотношения на различных этапах разработки. В договоре определяются взаимные обязательства сторон, их ответственность в случае нарушения отдельных его пунктов, сроки выполнения работ и источники финансирования. Кроме ТЗ к договору прилагают сметную калькуляцию работ, в которой общая сумма расхода разбивается по статьям: сырье и основные материалы, покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты; зарплата работникам НИИ и рабочим опытного производства, отчисления на капитальные вложения, финансирование сторонних организаций и т. д. В договоре указываются объем и сроки выполнения каждого из этапов работ, за которые предприятие-разработчик отчитывается перед предприятием-заказчиком. Все спорные вопросы, возникающие между разработчиком и заказчиком, разрешаются Государственной арбитражной комиссией.

 
 
Составление ТЗ обычно ведется заказчиком совместно с разработчиком-исполнителем, для того чтобы требования к ЭВМ, зафиксированные в ТЗ, являлись практически выполнимыми.

Если заказчик не знает конкретного исполнителя, то он составляет проект ТЗ и рассылает его в организации, занимающиеся разработкой вычислительной аппаратуры, и просит рассмотреть возможность реализации проекта в практической разработке.

Согласование ТЗ начинается после того, как определился конкретный исполнитель или исполнители. 

Процесс согласования состоит в том, что исполнитель после получения проекта ТЗ исследует возможность его реализации как с технической точки зрения, так и в указанные заказчиком сроки. При этом исполнитель обобщает опыт предшествующих разработок, а также опыт родственных организаций, оценивает возможности своего предприятия, проводит подбор и изучение отечественной и иностранной научно-технической литературы, патентов и авторских свидетельств. 

Наряду с этим исполнитель предварительно прорабатывает построения блоков и узлов ЭВМ и делает вывод о принципиальной возможности выполнения ТЗ. В процессе предварительной проработки заказчику от разработчика может быть выдан ряд замечаний по отдельным пунктам технических требований или предложены свои формулировки этих пунктов. Если после принятия соответствующих уточнений и изменений договаривающиеся стороны приходят к единому мнению о практической выполнимости требований, указанных в ТЗ, согласование считается законченным.

Утверждение ТЗ происходит после его согласования. При утверждении ТЗ подписывают представители и руководители организаций заказчика и разработчика. После подписания ТЗ становится официальным документом, в соответствии с которым выполняется разработка ЭВМ или системы.

 В случае необходимости  исполнителем проводится корректировка ТЗ, иногда требующаяся по результатам выполнения эскизного и технического проектирования (на рис. 2.2 обратные связи справа и слева). При конкретном проектировании может оказаться, что некоторые требования ТЗ надо изменить.

Заказчик в процессе разработки также может вносить изменения в ТЗ, не приводящие к существенным изменениям в уже проделанной работе. Корректировка проводится по взаимному согласованию между заказчиком и исполнителем.

Этапы 3, 4 — техническое предложение. На этих этапах разрабатывается совокупность конструкторских документов, в которых отображаются различные варианты конструктивного и схемного построения разрабатываемой ЭВМ и дается сравнительная оценка этих вариантов между собой и с аналогами. 

Частично эти вопросы уже должны быть рассмотрены в процессе согласования ТЗ. 

На этапе 3 разработчиком производится выбор основных комплектующих изделий, обеспечивающих выполнение требований ТЗ.  
Сюда относится выбор элементной базы, носителя информации, оперативной и внешней памяти и т. д. Большое внимание на стадии технического предложения уделяют анализу алгоритмов, определяющих логическую структуру ЭВМ, последовательность выполнения логических и арифметических операций.Всем конструкторским документам, выпускаемым на стадии технического предложения, присваивается литера «П».

Этапы 5—7 — эскизное проектирование. На этих этапах принимаются принципиальные конструктивные и технические решения, которые отличаются от технического предложения более детальной проработкой устройств в соответствии с ТЗ. 

На стадии эскизного проектирования проводятся разработка специальных схем частного применения (например, для управления запоминающим устройством, устройством ввода—вывода и т. д.), испытание разработанных схем, расчет и проверка рабочих режимов комплектующих элементов, выполняется предварительный расчет надежности как отдельных узлов и блоков ЭВМ, так и изделий в целом. 

В процессе проработки эскизного проекта, как правило, производится макетирование отдельных наиболее сложных узлов и операционных блоков, а иногда и полностью целых устройств, таких, как процессор, устройство обмена, запоминающее устройство и др. Всем конструкторским документам, выпускаемым на стадии эскизного проектирования, присваивается литера «Э». По завершении эскизного проектирования разработчик защищает эскизный проект перед заказчиком или заказчиками. Если ЭВМ имеет относительно несложную структуру или является модернизацией своей предыдущей модели, допускается опустить этап эскизного проектирования и сразу перейти к техническому проекту.

Этапы 8—9 — техническое проектирование. На этих этапах детально отрабатываются схемные и конструкторские решения, выпускаются чертежи на все элементы, узлы, блоки и устройства ЭВМ, прорабатываются вопросы защиты от механических, климатических и радиационных воздействий, доступа при ремонте и контроле, привязки к объекту установки и т. д., уточняются вопросы технологии и стоимости, особенности предприятия-изготовителя ЭВМ. В процессе выполнения технического проекта необходимо макетирование как отдельных узлов и устройств разрабатываемой ЭВМ, так и всей машины в целом. 

2.2 Разработка этапов проектирования печатных плат.

2.2.1 Разработка  схем цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции.

2.2.1.1 Классификация и система обозначений интегральных схем.

На низшем, нулевом, уровне конструктивной иерархии ЭВМ любого типа и назначения находятся интегральные микросхемы (ИС), выполняющие логические, вспомогательные, специальные функции, а также функцию запоминания. 

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество интегральных микросхем, которые можно классифицировать по ряду признаков. По функциональному назначению интегральные схемы  делят на логические (цифровые), линейно-импульсные и линейные (аналоговые). 
Логические ИС используют в цифровых устройствах. К логическим ИС принадлежат микропроцессорные схемы, схемы памяти и другие интегральные схемы, выполняющие логические функции.  
Линейно-импульсные и линейные ИС применяются в аналоговых вычислительных машинах и в устройствах преобразования информации. К этим ИС относятся различные преобразователи, операционные усилители, компараторы, ЦАП, АЦП и другие схемы. 
По технологии изготовления ИС разделяют на: 1)полупроводниковые;