Разработка печатной платы отладочной платы S7600A
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ГБОУ СПО ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ №19
Курсовой проект
По дисциплине:
«Конструирование, производство и эксплуатация средств вычислительной техники»
На тему:
«Разработка печатной платы отладочной платы S7600A»
Выполнил:
Руководитель
Москва 2013 год
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ГОУ СПО ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ №19
ЗАДАНИЕ
Для курсового проектирования по дисциплине: «Конструирование. производство и эксплуатация средств вычислительной техники»
Студенту IV курса 4BM11 группы 230101 специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
ТЕМА ЗАДАНИЯ: «Разработка печатной платы отладочной платы (ОП) S7600A»
Курсовой проект на заданную тему выполняется студентом
колледжа в следующем объёме:
I. Пояснительная записка
Введение
1.Конструкторская часть
1.1 Обоснование выбора схемы и элементной базы ОП S7600A
1.2 Компоновка узлов на печатной плате ОП S7600A
1.3 Конструкторский расчёт элементов на печатной плате ОП S7600A
1.4 Расчёт надёжности
2. Технологическая часть
2.1 Трассировка печатной платы ОП S7600A
2.2 Расчёт элементов на печатной плате ОП S7600A
2.3 Технологический процесс
2.4 Процесс и время изготовления печатной платы
2.5 Вопросы охраны труда и техники безопасности при изготовлении печатной платы ОП S7600A
2.6 Разработка технологического
процесса сборки и
2.7 Разработка маршрутной карты
3. К защите представить
3.1 Пояснительную записку
3.2 Схему электрическую
3.3 Конструктивный сборочный
3.4 Конструктивный сборочный чертёж ОП S7600A (Трассировка)
Дата выдачи ___________
Срок окончания ___________
Председатель ПЦК /А.В.
Преподаватель /Н.Р.
Содержание
Лист
I. Пояснительная записка
Введение
1.Конструкторская часть
1.1 Обоснование выбора схемы и элементной
базы ОП S7600A
1.2 Компоновка узлов на печатной плате ОП S7600A 11
1.3 Конструкторский расчёт элементов на печатной плате ОП S7600A 16
1.4 Расчёт надёжности
2. Технологическая часть
2.1 Трассировка печатной платы ОП
S7600A
2.2 Расчёт элементов на печатной плате ОП S7600A 30
2.3 Технологический процесс
S7600A 34
2.4 Процесс и время изготовления печатной платы ОП S7600A 40
2.5 Вопросы охраны труда и
техники безопасности при изготовлении
печатной платы ОП S7600A
2.6 Разработка технологического
процесса сборки и
печатной платы ОП S7600A 51
2.7 Разработка маршрутной карты
3. Заключение
4. Список используемой литературы
5. Список используемых
технических средств
Перечень. Периферийных элементов
4. К защите представить
3.1 Пояснительную записку
3.2 Схему электрическую
3.3 Конструктивный сборочный
3.4 Конструктивный сборочный чертёж ОП S7600A (Трассировка)
Пояснительная записка
Введение
За время своего развития средства ЭВТ прошли ряд этапов, которые принято называть поколениями.
Первое поколение создавалось на основе вакуумных электроламп, машина управлялась с пульта и перфокарт с использованием машинных кодов. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, для соединения элементов использовался навесной монтаж проводами, наборный способ компоновки, модульный принцип конструирования.
Второе поколение появилось в 1953г. Элементы ЭВМ выполнялись на основе полупроводниковых транзисторов. Печатные платы представляли собой пластины из изолирующего материала, на который наносился токопроводящий материал. Для крепления транзисторов имелись специальные гнезда. Эти машины обрабатывали информацию под управлением программ на языке Ассемблер. Ввод данных и программ осуществлялся с перфокарт и перфолент. Широко стал использоваться блочный принцип конструирования машин, который позволяет подключать к основным устройствам большое число разнообразных внешних устройств, что обеспечивает большую гибкость использования компьютеров. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен килогерц.
Третье поколение выполнялось на печатных платах, содержавших на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Пример машины третьего поколения - ЕС ЭВМ. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. Применялся модульно – агрегатный принцип конструирования, модульное построение их операционных систем создали широкие возможности для изменения конфигурации вычислительных систем и применение ТЭЗов. Это поколение малой степени интеграции (МИС).
Значительно более мощным становится программное обеспечение, обеспечивающее функционирование ЭВМ в различных режимах эксплуатации. Появляются развитые системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР) различного назначения, совершенствуются АСУ, АСУТП и др. Большое внимание уделяется созданию пакетов прикладных программ (ППП) различного назначения. В СССР и странах СЭВ в начале 70-х было налажено серийное производство первых моделей ЕС ЭВМ (аналог IBM-360).
Новым этапом для развития ЭВМ послужили большие интегральные схемы (БИС). Элементная база компьютеров четвертого поколения это БИС и СБИС. Стремительное развитие электроники, позволило разместить на одном кристалле тысячи полупроводников. Такая миниатюризация привела к появлению недорогих компьютеров. Небольшие ЭВМ могли разместиться на одном письменном столе. За одним таким компьютером, через терминалы, работало сразу несколько десятков пользователей. В отличии от предыдущих поколений, основными характеристиками ЭВМ четвертого поколения являлись мультипроцессорность, языки высокого уровня, появление первых компьютерных сетей, параллельная и последовательная обработка данных.
Первым микропроцессором стал Intel-4004 созданный 1971 г. Он содержал в себе более двух тысяч полупроводников, которые разместились на одной подложке. В одной интегральной схеме разместились арифметическое - логическое устройство и управляющее устройство.
В 1985 году появился и Intel 80386DX. Он открыл класс 32-разрядных
процессоров. Микропроцессор Intel 80386 имел 275 тыс. транзисторов и изготавливался по технологии 1,5 мкм. Адресуемое адресное пространство оперативной памяти увеличилось до 4 Гб вследствие увеличения разрядности процессора с 16 бит до 32 бит. Новый микропроцессор работал на частотах: 16, 20-40 МГц.
В 1989 Intel выпускают МП Intel 80486, этот процессор был совместим с Intel 80-86, кроме того содержал математический сопроцессор и 8кб памяти.
Процессор Am486DX является функциональным аналогом процессора Intel 80486. Имеет 8 Кб объединённой (для инструкций и данных) кэш-памяти первого уровня. Кеш второго уровня расположен на системной плате в виде микросхем SRAM. Как и Intel 80486, Am486DX является полностью 32-битным процессором, содержит пятиступенчатый целочисленный конвейер и имеет встроенный математический сопроцессор, совместимый по командам с Intel 80387.Частота работы ядра Am486DX совпадает с частотой системной шины и составляет 25—40 МГц.
В 1993 году появились первые процессоры Pentium с частотой 60 и 66 МГц – это были 32-разрядные процессоры с 64-битной шиной данных. Pentium имел 3,1 млн. транзисторов, и был изготовлен по технологии 0,8 мкм; питание 5В.
От фирмы AMD был представлен
AMD K5, как конкурент процессору Intel
Pentium . Его особенностями были пять
модулей для целочисленных
20 ноября 2000 года Intel представила Pentium 4 , ставший первым микропроцессором, в основе которого лежала принципиально новая по сравнению с предшественниками архитектура седьмого поколения. Процессоры Pentium 4 разрабатывались для настольных компьютеров («настольные»), а также часть процессоров для ноутбуков («мобильные»). Процессоры Intel Pentium 4 работали на частотах 1300—3800 МГц, частотой шины 400—1066 МГц.
27 июля 2006 года был
представлен Core 2 Duo . Делятся на
модели Solo (одноядерные), Duo (двухъядерные),
Quad (четырёхъядерные) и Extreme (двух
- или четырёхъядерные с повышенн
AMD представил свою версию процессоров Phenom - многоядерный центральный процессор, предназначенный для использования в стационарных персональных компьютерах с частотой от 1,8Ггц-2Ггц, с кэшом от 2 Мб-6Мб.
В 2008 году появляется Intel Core i7, с частотой ЦП: 2,66—3,33 ГГц. Название Core i7 показывает поколение процессора (Core 2 Duo/Quad/Extreme были 6-го поколения) и продолжает использовать успешную серию брендов: Core 2 и Core. Микроархитектура содержит ряд новых возможностей, таких как: контроллер памяти находится в самом процессоре, не в отдельном чипсете, таким образом, процессор имеет прямой доступ к памяти; контроллер памяти поддерживает до 3-х каналов памяти, и в каждом может быть один или два блока памяти DDR3 DIMMs. Поэтому материнские платы для Core i7 поддерживают до 6 планок памяти, а не 4, как Core 2.Поддержка только памяти стандарта DDR3.
Для построения ЭВМ 4-го поколения используются 6 (0-5) уровней конструирования:
Уровень 0. На этом уровне
находится конструктивно
Уровень I. На уровне I неделимые
элементы объединяются в схемы сочетания,
имеющие более сложный
Уровень II. Этот уровень включает в себя конструктивные единицы, предназначенные для механического и электрического объединения элементов уровня I (панель, субблок, блок). Часто конструктивные единицы уровня II содержат лицевую панель, не имеющую самостоятельного применения.
Уровень Ш. Уровень Ш может быть реализован в виде стойки или шкафа, внутренний объем которых заполняется конструктивными единицами уровня II.
Уровень IV. Уровень IV — ЭВМ или система, включающая в свой состав несколько стоек (шкафов), соединенных кабелем.
В свете вышеизложенного в данном курсовом проекте разрабатывается печатная плата S7600A с использованием современных принципов конструирования и перспективных технологий.
1.1 Обоснование выбора схемы и элементной базы ОП S7600A
S-7600A - стандартная аппаратная реализация
минимального необходимого для создания
микро-Web-сервера. В маленьком и не требовательном
к монтажу 48-выводном корпусе S-7600A содержится
большая функциональность, отвечающая
за воплощение в кремнии четырех основных
уровней модели OSI (естественно, с учетом
несоответствия реалий TCP/IP и OSI) -- транспортного,
сетевого, канального и физического. На
транспортном уровне S-7600A предоставляет
разработчику конечного изделия два "универсальных
сокета" для соединения на уровне приложений
и модуль TCP/UDP - для гарантированной/
За формирование пакетов отвечает пользовательское программное обеспечение. Стандартная поддержка протоколов TCP / IP (версия 4,0)
PPP (STD-51-совместимый) MPU интерфейс: 68k/x80 (MOTO / Intel) Интерфейс шины или Синхронный последовательный интерфейс Интерфейс физического уровня передачи: Универсальный асинхронный / передатчик (UART) Низкая частота: Умноженный четыре на скорость передачи Рабочая частота: 256kHz, Низкое энергопотребление:
Полная передача Рабочего тока потребления: 0.9mA. Non-передачи Рабочего тока потребления: 150μA. Ток в режиме ожидания потребления: 1.0μA.
Режим ожидания:проводимых сигнал сброса Широкий диапазон рабочих напряжений: 2,4 В до 3,6 В.
Схема ОП S7600A модема построена по моносхемному принципу конструирования, на плате типа ДПП – двухсторонней печатной плате с модульным элементом. Габаритные размеры платы 50x35x6,2мм. Детали данного комплекта, как и дорожки расположены с обеих сторон печатной платы.
Схема электрическая принципиальная модернизированная S7600A построена на следующих БИС и ИМС
тактовая частота процессора 256 кГц;
емкость постоянного
запоминающего устройства — 8 К;
емкость оперативного
запоминающего устройства — 8 К;
интерфейсы:
MPU интерфейс:
68k/x80 (MOTO/Intel)
шинный интерфейс или Синхронный
последовательный интерфейс
Физический Интерфейс Транспортного уровня:
Рисунок 1: Условно-графическое обозначение МК БИС S7600A
Макс. Количество приемников-1
Макс. длина кабеля-15 м
Макс. скорость передачи-460 кбит/с
Синфазное напряжение на выходе-±25В
Напряжение в линии под нагрузкой-±5... ±15 В
Чувствительность приемника-±3В
Рисунок 2: Условно-графическое обозначение Интерфейса RS-232
Ток потребления не более 40 мА
Входной пробивной ток не более 1 мА
Потребляемая статическая мощность не более 210 мВт
Рисунок 3: Условно-графическое обозначение Дешифратора
К1533ИД4
Разрядность шины, бит-16 – данные
24 — адреса
Рабочая частота, МГц-8
Пропускная способность, Мбайт/с-16
Число подключаемых устройств, шт.-6
Рисунок 4: Условно-графическое обозначение Шины ISA
ПОКАЗАТЕЛИ УСТОЙЧИВОСТИ
линейным ускорениям: 300 000м/с2 (30 000g)
пониженной рабочей
повышенной рабочей
пониженной предельной температуре: -60°С
повышенной предельной температуре: +150°С
изменениям температуры среды: -60ó+150°С
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Наработка на отказ:
в полном диапазоне условий – 100 000 ч
в режиме(UC = 5 В±5%, 0,5IOUT, Т=25±10°С)– 120 000 ч
Рисунок 5: Условно-графическое обозначение Формирователь 74LS245N
Из приведенных параметров микросхем видно, что данная элементная база обладает следующими достоинствами: высокое быстродействие, совместимость уровней входных и выходных сигналов, экономичность, стандартный корпус. Все элементы являются доступными и относительно дешевыми, что и обусловило выбор данной элементной базы ОП S7600A.
1.2 Компоновка узлов на печатной плате ОП S7600A
Печатная плата (ПП) – это соединение из изоляционного основания и металлических слоев, которое служит для электромонтажа элементов и узлов, а также для их механического закрепления.
В настоящее время получили широкое распространение такие принципы конструирования П.П, как моносхемный, схемно-узловой, каскадно-узловой, функционально-узловой и модульный.
Моносхемный принцип конструирования заключается в том, что полная принципиальная схема изделия располагается на одной печатной плате и, поэтому, выход из строя одного элемента приводит к сбою всей системы.
Оперативная замена вышедшего из строя элемента затруднена из-за сложности его обнаружения. РЭА, построенная по моносхемному принципу, должна быть смонтирована из нескольких БИС, в которых предусмотрены меры увеличения надежности путем введения аппаратурной и информационной избыточности. Нахождение неисправностей при этом должно производиться программными методами.
Схемно-узловой принцип конструирования. При этом принципе конструирования на каждой из печатных плат располагают часть полной принципиальной схемы изделия, имеющую четко выраженные входные и выходные характеристики. По такому принципу сконструированы настольные и бортовые приборы, где различные устройства приборов выполняют на одной или нескольких платах, а объединение их между собой производят с помощью коммутационной платы.
Каскадно-узловой принцип конструирования заключается в том, что принципиальную схему изделия делят на отдельные каскады, которые не могут выполнять самостоятельных функций. Системы с относительно сложной и большой структурой строятся по каскадно-узловому принципу, а системы с более простой структурой - по схемно-узловому принципу.
Функционально-узловой принцип конструирования нашел широкое распространение при разработке больших систем. Базовым элементом конструкции здесь является П.П(0-3)уровень. Имея необходимый набор таких П.П, можно построить целый ряд систем с различными техническими характеристиками.
Модульный принцип конструирования предполагает, что основные функциональные узлы аппаратуры взаимосвязаны с помощью одного канала. Чтобы установить связь с модулем-приемником, модуль-передатчик посылает нужный сигнал вместе с адресом по одной (или более) шинам. Сигналы поступают на входы всех подключенных к каналу модулей, но отвечает только запрашиваемый.
Применяя этот принцип, можно построить
систему с практически
Компоновка – это размещение в пространстве или на плоскости радиоэлементов, имеющих электрическое соединение в строгом соответствии с электрической принципиальной схемой.
Основным критерием для
Натуральная компоновка: в основе метода используются макеты реальных элементов, которые соединяются в полном соответствии с принципиальной схемой прибора.
Аппликационная компоновка: в этом методе на тонком картоне, плотной или миллиметровой бумаге 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 более уменьшенном. Затем вырезают по контуру изображения элементов, которые и будут аппликациями. Если элемент имеет несколько разнохарактерных выходов, или его части могут перемещаться в пространстве (в процессе работы), то все эти особенности необходимого количества аппликаций на листе ватмана, бумаге с координатной сеткой, или миллиметровой бумаге заданных размеров начинают раскладывать аппликации в соответствии с требованиями принципиальной схемы, условиями эксплуатации, тепловыми режимами.
Машинная компоновка:
в этом методе для компоновки используются
Системы Автоматизированного
Приступая к проектированию радиотехнической схемы на основе использования печатного монтажа, должны иметь ряд сведений, отсутствие которых обычно исключает возможность грамотного и рационального проектирования.
Существует ряд требований к изготовлению печатных плат, регламентированных ГОСТ’ами. К ним относятся:
- Геометрическая форма. Печатные платы имеют обычно прямоугольную форму. Рекомендуемое соотношение сторон: 1:1, 1:3, 2:3, 2:5. (ГОСТ 10317-89). Отклонения от прямоугольности печатной платы не должно быть более чем 0.2мм на 100мм длины.
- Габаритные размеры. Размеры каждой стороны печатной платы должны быть кратными (ГОСТ 10317-79):
2.5 - при длине до 100мм;
5.0 - при длине до 350мм;
10.0 - при длине более 350мм;
Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470мм.
- Количество слоев. Бывают односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП) и многослойные печатные платы (МПП). Число слоев МПП может быть 20 и более.
- Толщина ПП. Номинальный размер толщины заготовки печатной платы следует выбирать равным 0.8; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0мм:
Нп = Нм + hф, (ОПП);
Нп = Нм + 2hф, (ДПП);
Нп = S Нс + (0.6:0.9) S Нпр, (МПП).
где:
Нп - толщина заготовки ПП,
Нм - толщина основания,
hф - толщина фольги,
Нс - толщина слоя МПП,
Нпр - толщина прокладки,
S - знак суммы.
Толщина МПП определяется количеством слоев прокладок и технологией их склеивания.
- Шаг координатной сетки. Основной шаг равен 2.5мм. Дополнительные - 1.25мм или 0.5мм (ГОСТ 10317-79). Центры монтажных и переходных отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки. Оси проводников рекомендуется совмещать с линиями координатной сетки.
- Диаметры монтажных и переходных отверстий (метализированных и неметализированных) принимают из ряда: 0.4-1.3; 1.5-1.8; 2.0-2.2; 2.4-2.8; 3.0мм (с 0.4 по 3.0мм с шагом 0.1мм кроме 1.4; 1.9; 2.3; 2.9мм). (ГОСТ 10317-79).
Предельные отклонения диаметров отверстий должны соответствовать требованиями, указанными в документе ГОСТ 23751-86.
Номинальные размеры сквозных отверстий под крепежные детали принимают в соответствии с указанными в документе ГОСТ 11284-75.