Проектирование 53-канальной системы сбора цифровой информации на базе микроконтроллера PIC16F877

       Принцип работы 53-канальной системы сбора цифровой информации.

     Оператор  с клавиатуры(которая состоит  из ключей и диодов) вводит числа , которые в свою очередь посылаются на микроконтроллер (PIC16F877) и там они обрабатываются с помощью программы заранее установленной на микроконтроллер и после этого ,микроконтроллер выбирает мультиплексор и посылает туда логическую единицу которая в свою очередь.  Цифровые сигналы DC1-DC53, передаются от устройств через электрический соединитель X1 (ГРПМ-1-53) на 16-канальные мультиплексоры DD1-DD4 (микросхемы К155КП1). Сигналы с адресных входов мультиплексоров через шины подаются на порты ввода/вывода микроконтроллера. Сигналы с микроконтроллера, а именно с портов ввода/вывода поступают на семисегментный цифровой индикатор и дальше с микроконтроллера поданная информация с одного мультиплексора (заданного заранее) подается на интерфейс RS-232c , затем на ПК. 

 

     5 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

     

       5.1 Расчет потребляемой  мощности

Значение  потребляемой мощности выбирается из справочника для выбранной серии  элементов. Если в справочнике не указана потребляемая мощность а  имеется I_ПОТ то P_ПОТ определяют:

Р_ПОТ=I_ПОТ*U_ПИТ,

где: Р_ПОТ – потребляемая мощность, Вт;

      I_ПОТ - потребляемый ток, А;

      U_ПИТ – напряжение питание, В.

Если  в справочнике  даны значения I¹_ПОТ и I⁰_ПОТ, то P_ПОТ вычисляется через ток:

P_ПОТ = U_ПИТ*( I¹_ПОТ + I⁰_ПОТ)/2,

где:       I⁰_ПОТ – ток, потребляемый микросхемой в состояние нуля, А;

      I¹_ПОТ – ток, потребляемый микросхемой в состояние единицы, А. 

Таблица 5.1 
 
 

 
 
 

       5.2 Расчет быстродействия

     Быстродействие  рассчитывается по следующим формулам:

,

где:  - время задержки перехода из 1 в 0, нс;

       - время  задержки перехода из 0 в 1, нс.

      Для микропроцессоров и микроконтроллеров, а также функциональных схем для  определения времени задержки берется  время срабатывания микросхемы при  выполнении программы. Для микроконтроллера расчет быстродействия производится исходя из кода программы. У нас 100 строк. И быстродействие 100 мкс. Одна строка выполняется 1 мкс.

100мкс,

10 нс,

60 нс,

      Время задержки всей комбинационной схемы  рассчитывается по формуле:

,

где:  N_I – количество элементов определенного типа.

      Тогда для нашей схемы получим:

100+0,001*4+0,006*1+0,001=100.011 мкс.

       5.3 Расчет надежности

Значение  интенсивности отказа выбирается из справочника для выбранной серии элементов.

Вероятность безотказной работы схемы за время  t, будет вычисляться по формуле:

,

здесь - интенсивность отказов элемента, 1/ч. Для ее определения необходимо воспользоваться справочными данными или рассчитать по формуле:

,

где N_i – количество элементов в каждой группе;

λ_i – интенсивность отказа элементов в этой группе.

 

Таблица 5.2

 
 

Тогда для рассчитываемой схемы суммарная интенсивность отказов составит:

=6*0,02*10^-6+5,2*10^-6+3*0,01*10^-6+0,4*10^-6+1*10^-6+0,7*10^-6+1,25*10^-60+24*10^-6 = 31,5*10^-6  1/ч,

      Зададимся временем t=1000 часов, тогда вероятность безотказной работы преобразователя за время t будет следующей:

 .

Полученная  надежность почти удовлетворяет требованиям к надежности электронных устройств.

 
 

 

     6 Выбор метода изготовления  печатной платы

       

    

Рис. 6.1

     6.1 Технология изготовления  печатных плат

     Коммутационные платы служат основанием для монтажа микросхем, бескорпусных компонентов, радиодеталей и обеспечивают коммутацию всех элементов в соответствии с принципиальной схемой. В виде коммутационных плат используются: печатные платы из стеклотекстолита (однослойные, двухслойные, многослойные); многослойные керамические платы; многослойные платы на основе полиамидной пленки; металлические основания, покрытие специальными диэлектриками.

     Изображения проводников наносят на плату  следующими способами: фотографическим, т. е. контактным копированием, при котором плата предварительно покрывается светочувствительной эмульсией; способом сеткографии, продавливанием через сетчатый трафарет кислотощелочноупорной краски; способом офсетной печати, при котором кислотощелочноупорная краска переносится с цинкографического клише на резиновый валик, а с него на плату. В бытовой аппаратуре (радиоприемники, телевизоры, магнитофоны и т. п.) обычно используют второй способ. Наиболее распространенным методом нанесения металлических проводников является: химический, предусматривающий избирательное удаление металла с предварительно фольгированной платы. В радиолюбительской практике при этом встречаются определенные трудности в создании контактных площадок для установки интегральных схем пленарного типа, где должны быть строго выдержаны расстояния между выводами.

     

        Правила монтажа РЭА:

1. изгиб выводов нужно производить не ближе 2мм от корпуса, радиус изгиба не более 2 диаметров выводов;
2. время пайки каждого вывода элемента не более 3 секунд;
3. элемент должен быть установлен так, чтобы маркировка легко и удобно читалась;
4. переменные и построечные элементы, а также элементы большой мощности должны быть закреплены с помощью своих держателей;
5. Правила монтажа микросхем:
6. изгиб выводов должен производится на расстоянии не ближе 1мм от корпуса, радиус изгиба не меньше удвоенной толщины вывода;
7. в процессе операции формовки не допускаются склоны, насечки стекла и керамики в местах заделки выводов в тело корпуса;
8. максимальная температура жала паяльника 265 С;
9. минимальное время между пайками соседних выводов – 3 сек.;
10. выводы рекомендуется распаивать в шахматном порядке или через 2;
11. после пайки и проверки, платы с микросхемой покрывают защитным лаком УР-231 и др.
12. Соединительные проводники должны иметь длину не более 20...30 см. Если же требуется передать сигнал на большее расстояние, то
13. используют так называемые витые пары. Два провода скручивают вместе, по одному из них подают сигнал, а второй "заземляют" (соединяют с общим проводом) с обоих концов. Целесообразно также оба конца сигнального провода подключить к плюсовой шине через резисторы сопротивлением 1кОм (для микросхем ТТЛ) или 100кОм (для микросхем КМОП). Длина проводников витой пары может быть 1,5...2 м.
14. Для улучшения помехозащищенности между шинами питания следует устанавливать конденсаторы типов КМ-6, К10-7, К10-17 емкостью 0,047...0,15мкф из расчета один конденсатор на два-три корпуса микросхем. Особое внимание следует уделять обеспечению помехоустойчивости устройств, имеющих в своем составе микросхемы памяти — триггеры, счетчики и т.п.
15. Неиспользуемые выводы микросхем ТТЛ следует объединять в группы  и подключать их к плюсовой шине питания через резистор сопротивлением 1...1,5кОм, неиспользуемые выводы микросхем КМОП можно непосредственно подключать к плюсовой шине.

      
 

 

     7 Разработка алгоритма  управляющей программы  микроконтроллера

     

Рис. 7.1 

     Программа для микроконтроллера будет написана на языке MPASM для микроконтроллера серии PIC фирмы Microchip. Алгоритм работы программы  приведен на рис. 7.1.

 

8 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЯ

 

     8.1 Техника безопасности при электромонтажных работах

     При монтаже РЭА, а также лужении  и пайке монтажных проводников  и выводов радиоэлементов должны быть предусмотрены меры, предохраняющие работающих от ожогов, поражения электрическим током и отравления.

     Ожоги, отравления и особенно поражения  электрическим током могут иметь  различный характер и различную  степень тяжести вызываемых ими  последствий: от кратковременного болевого ощущения до необратимых изменений в организме пострадавшего человека, включая даже смертельный исход.

     Поэтому при монтаже РЭА необходимо строго и неукоснительно соблюдать перечисленные ниже правила безопасного выполнения монтажных работ.

1. Производить работу на исправном оборудовании, пользуясь исправным инструментом и приспособлениями, и применять их только по прямому назначению. Стержень паяльника не должен качаться, его ручка не должна иметь трещин, шнур не должен иметь нарушений изоляции.
2. Электрические провода, подводящие питание к рабочему месту, должны быть надежно изолированы и защищены от механических повреждений. Напряжение питания местного освещения, электропаяльника и лудильной ванны должно быть не выше 36 В, питание приспособлений для обжига изоляции — 6 В. В перерывах между пайками паяльник надо держать на металлической или огнестойкой подставке.
3. Припаиваемый  провод  нужно  придерживать  пинцетом. Во избежание образования брызг при пайке флюс наносить тонким слоем. Лишний припой со стержня паяльника удалять специально предназначенной для этого салфеткой, а не стряхивать излишки припоя с наконечника.
4. Пользуясь боковыми кусачками, откусывать провод от себя. Следить за тем, чтобы отлетающие частицы не попадали в окружающих.

     

5. Работу  с проводами, имеющими изоляцию из стекловолокна, выполнять в хлопчатобумажных перчатках.
6. Места, где производятся работы с вредными веществами (флюсы, припои, стеклолента, фторопласт, компаунды и др.), должны быть оборудованы местными вытяжными устройствами, а все операции пайки и лужения — производиться при включенной вытяжной вентиляции.
7. Демонтаж радиоаппаратуры и отпайку проводов от контактных лепестков и электрических соединений производить в защитных очках.
8. Паяльные работы в блоках, стойках, шкафах и других изделиях можно производить при полном снятии с них напряжения.
9. Не допускать попадания влаги в лудильную ванну, все детали перед лужением хорошо просушивать.