Разработка лабораторного модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза

6 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

6.1 Расчет потребляемой  мощности

Потребляемая мощность всей платы будет зависеть от потребляемой мощности отдельных элементов, и  количества микросхем. Для расчета  потребляемой мощности составим таблицу.

Таблица 6.1 Потребляемая мощность микросхем

Тип микросхемы	Количество корпусов	Мощность, потребляемая одним корпусом, мВт	Мощность, потребляемая всеми корпусами, мВт
AD9833	1	12,65	12,65
PIC16F877	1	10	10
74HTC244	1	35	35

 

                           

                                    (6.1)

где P_потр – потребляемая мощность всей платы, P – мощность одной микросхемы, n – количество микросхем.

В итоге  P_потр = 12,65 + 35 + 100 = 147,65 мВт.

Таким образом, потребляемая мощность платы составила всего 147,65 мВт.

 

6.2 Расчет надежности

При проектировании устройства я стремился создать  конструкцию, удовлетворяющую оптимальным соотношениям между заданными техническими характеристиками изделия, надежностью в заданных условиях эксплуатации и технологичностью конструкции.

На этапе  эскизного проектирования проводятся ориентировочные расчеты, учитывающие влияние на надежность только количества и типов применяемых ЭРИ.

Расчет надежности заключается в определении показателей  надежности ЭА по известным характеристикам надежности составляющих компонентов (ЭРИ, ПП, паяные соединения, соединитель) и условиям эксплуатации. Выполним расчет по внезапным отказам.

Исходные данные: Т_ср = 1000 ч — заданная наработка на отказ. Система является нерезервированной.

Интенсивность отказа элементов с учетом условий  эксплуатации ЭА:

                                               

                         (6.2)

где — номинальная интенсивность отказов;

 — поправочный коэффициент на условия эксплуатации;

 и — поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов, = 1,0; = 1,0 (условия эксплуатации — лабораторная ЭА);

 — поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры, = 2 (для влажности 93 % при температуре

+25 °С);

 — поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха,

       = 1 (нормальное давление).

Тогда .

Влияние температуры  при расчете надежности учитывают, используя коэффициенты электрической нагрузки и температуру блока, полученную в результате теплового расчета. — поправочный коэффициент в зависимости от температуры T° и коэффициента нагрузки . Температуру примем общей для всех ЭРИ: T=40°С. Режим электрической нагрузки учитывается коэффициентом нагрузки.

Средние значения коэффициентов  нагрузки :

для резисторов — 0,6; для конденсаторов — 0,7.

Тогда поправочный коэффициент  равен:

для резисторов — 1;

для конденсаторов — 0,6;

Таблица 6.2 Интенсивность отказов по типам элементов

Элемент	Обозначение	Номинальная интенсивность  отказа	Количество, шт.
Резисторы: МЛТ 0,125		0,087	8
Кнопка:		0,2	6
Конденсаторы: К10-17В(CL)		0,04	9
Транзисторы: КТ 6127 ж		0.05	4
Кварцевый генератор: KXO-200		0.7	1
Индикатор СС56-12		0,4	1
Печатная плата		0,7	1
Паяное соединение		0,01	158
Микросхемы: AD9833 PIC16F877 74HTC244		0,45 0,2             0,3	1 1 1
Разъемы		0,01	6

 

Интенсивность отказа конденсаторов .

Интенсивность отказа резисторов .

Интенсивность отказа кнопок .

Интенсивность отказа транзисторов .

Интенсивность отказа ПП                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

Интенсивность отказа паяного  соединения .

Интенсивность отказа индикатора CC56-12 .

Интенсивность отказа кварцевого генератора KXO-200

.

Интенсивность отказа микросхем:

Интенсивность отказа разъема

Интенсивность отказа системы

Среднее время наработки  на отказ

ч

ч > ч

Надежность последовательных элементов в течение 1000 часов определяем по формуле:

 

Таким образом, расчетное среднее время наработки на отказ превышает заданное время наработки на отказ ячейки .

Основными трудностями  являются: отсутствие в отечественных базах данных необходимых справочных данных для ЭРИ, выпускаемых зарубежными производителями, и наоборот; значительное отставание новой версии ПО от обновления справочных данных о надежности новых ЭРИ, как отечественного, так и зарубежного производства.

7 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ МК

 

7.1 Описание среды разработки

MPLAB IDE – это  абсолютно бесплатная среда разработки, включающая в себя редактор  кода программ, менеджер проектов  и непосредственно среду разработки. Предназначение данного программного  продукта – быстрое и удобное  написание и отладка кода программ для всего семейства микроконтроллеров фирмы Microchip.  В среду разработки MPLAB IDE входит набор бесплатных компонентов, позволяющих создавать и отлаживать программы для 12, 16, 17 и 18-й серии микроконтроллеров фирмы Microchip, а так же для микроконтроллеров семейства dsPIC. Так же поддерживаются компоненты третьих фирм. 

MPLAB IDE позволяет:

1. Создавать и редактировать кода программ, используя встроенный специализированный текстовый редактор.

2. Создавать, компилировать и линковать код программы.

3. Отлаживать программный  код и следить за работой  программы в пошаговом режиме, используя встроенный симулятор,  либо в режиме реального времени,  использую внешние эмуляторы  MPLAB ICE 2000 и 4000, либо внутрисхемный отладчик MPLAB ICD2.

4. Производить измерения временных интервалов программы при помощи эмуляторов или симулятора.

5.  Просматривать значения переменных в окне “Watch window”.

6. Программировать микроконтроллеры, используя такие средства программирования, как MPLAB ICD2, PICSTART Plus, PRO MATE II.

7. Быстро находить ответы на вопросы, используя online помощь.

В комплект MPLAB IDE входят:

1. Редактор программ, программа отладки кода программ, менеджер проекта.

2. Макро ассемблер  MPASM, линкер MPLINK, менеджер библиотек  MPLIB.

3. MPLAB SIM – программный симулятор для микроконтроллеров PIC12/16/17/18xxx.

4. MPLAB SIM30 – программный  симулятор для семейства dsPIC.

5. MPLAB ASM30 и MPLAB LINK30 –  макро ассемблер и линкер для  семейства dsPIC.

6. Набор утилит для  работы с dsPIC.

7. PROCMD – утилита для работы с программатором PROMATE II.

 

7.2 Разработка алгоритма  программы

8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

 

8.1 Маркетинговое исследование рынка систем генерации сигналов и актуальность разработки  лабораторного модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза

Предлагаемый проект, т. е. разработка лабораторного модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза относится к области микросхемотехники в электронике и выполняется по заказу ФГОУ СПО «Чебоксарский электромеханический колледж» в лице лаборатории «Цифровая схемотехника», по изучению математического моделирования систем обработки измерительных и управляющих сигналов.

Актуальность устройства - модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза заключается в том, что оно не дорогое и может найти применение в широком спектре отраслей. Например, для лабораторно-практических занятий по специальным дисциплинам и дисциплинам специализации для изучения генерации сигналов, сигналов различных форм, также разработчикам телекоммуникационных устройств требуются генераторы с мгновенной перестройкой частоты, с низким уровнем фазового шума и с низким уровнем гармоник и интермодуляционных составляющих. В таких случаях часто применяются генераторы сигналов как обладающие хорошими характеристиками с точки зрения спектра выходного сигнала и высоким разрешением по частоте.

Другая категория –  это различные промышленные и  медицинские системы, где генераторы сигналов используются в качестве программируемых устройств.

Из всего этого следует, что генераторы сигналов в настоящее время востребованы и на них есть реальный спрос.

Важными особенностями генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза являются возможность быстрого изменения параметров синтезируемого сигнала, высокое разрешение по частоте, фазе и наличие цифрового интерфейса для управления.

Так как разрабатываемое  устройство модуль генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза  является основной частью (базой) для производства устройств широкого спектра отраслей, оно будет производиться в количестве 100 штук.

 

8.2 Расчёт трудоемкости и цены разработки

Разработку модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза условно можно разделить на этапы и работы конструкторской подготовки производства, представленных в таблице 8.1