Разработка устройства контроля ячеек ПЗУ

Разработка устройства контроля ячеек ПЗУ

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

. Технико-экономическое обоснование

3. Теоретическая часть

.1 Обзор объектов контроля

3.1.1 Типы объектов контроля

3.1.2 Виды отказов

3.1.3 Описание ячеек ПЗУ (БЗПМ 09.003, 09.004), (БЗПП 09.005, 09.006)

.2 Обзор методов контроля

.2.1 Методы диагностики дискретных объектов

.2.2 Методы компактного тестирования

.2.3 Типовые схемы организации проверок отдельных блоков

.2.4 Модели объектов диагностирования (ОД) в системе поэлементного диагностирования (СПД)

.2.5 Структура систем автоматического контроля и диагностики (САК и Д)..

.3 Анализ и обоснование требований к устройству контроля

.3.1 Описание требований к устройству контроля

.3.2 Выбор модели объекта контроля и метода контроля

.3.3 Описание структурной схемы устройства контроля и выбор шины сопряжения

.3.4. Описание алгоритма проверки

4. Техническая часть

.1 Разработка и описание функциональной схемы устройства сопряжения

.2 Разработка и расчет принципиальной схемы устройства сопряжения

.3 Разработка и расчет принципиальной схемы узла коммутаций и соединений

5. Конструкторско-технологическая часть

5.1 Описание выбранной общей конструкции

.2 Технология изготовления печатных плат

6. Экономическая часть

7. Безопасность и экологичность проекта

7.1 Обоснование и выбор рабочего места оператора ПЭВМ89

.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов

7.2.1 Разработка мероприятий по обеспечению оптимальных условий зрительной работы при обработке информации на ПЭВМ

.3 Кондиционирование на вычислительных центрах

.3.1 Требования, предъявляемые к выбору СОКВ ПЭВМ

Характеристики

БК-1500

БК-2000

БК-2500

Производительность

.3.2 Экологичность проекта

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

В связи с широким применением в промышленности микропроцессоров, БИС и аналоговых интегральных схем повышенной сложности возникли проблемы производственного характера, связанные с резким увеличением требуемого объема контрольно-диагностических операций, составляющих около 50% общей трудоемкости изготовления изделий.

В настоящее время продолжается переход от "ручных" средств проверки к контрольно-измерительным системам, обеспечивающим как ручной, так полуавтоматический и автоматический режимы работы. Этот переход обусловлен рядом причин, в частности повышением требований к производительности и достоверности, а также развитием средств вычислительной техники, позволяющих эффективно решать задачи, связанные с автоматизацией процесса контроля.

В данной дипломной работе объектом контроля являются ячейки ПЗУ запоминающие постоянные устройства, которые входят в состав центрально-вычислительного комплекса (ЦВК). Данные ячейки относятся к внутренней памяти и используются для хранения и выдачи постоянной информации. К такой информации относятся различные константы (1, 0, 10, p), тестовые программы, стандартные подпрограммы для вычисления значений элементарных функций (например, е^х, ln х ...) и т.п.

В процессе изготовления ячеек запоминающих постоянных программ и микропрограмм используются много ручных операций, приводящих к большому числу ошибок, выявление и устранение которых становится серьезной проблемой. В настоящее время контроль и настройка этих ячеек осуществляется на ручных и полуавтоматических средствах проверки. Разрабатываемое устройство контроля должно обеспечивать автоматический контроль запоминающих блоков ЦВК, так как он существенно сокращает время и затраты на контроль и тестирование блоков.

ПЗУ различного типа находятся не только в ЭВМ - в принципе постоянным ЗУ оборудовано много современной бытовой техники. Поэтому очень актуальной задачей является разработка технических средств контроля и диагностики ПЗУ.

2. Технико-экономическое обоснование

В настоящей работе предложено для разработки устройство контроля ячеек ПЗУ с использованием ЭВМ. Данная тема является актуальной технической задачей. Это следует из того, что устройство контроля ППУ-10, которое используется в настоящее время на ГРПЗ, требует незамедлительной замены по причине своего морального и технического старения.

Автоматизация процесса проверки, наладки и ремонта сложных технических систем (СТС) - важнейшее средство ускорения процесса создания, выпуска, внедрения, ремонта и повышения эффективности СТС различного назначения. Наиболее выгодной является интегрированная автоматизация процессов проверок СТС, включающая в себя автоматизацию подготовки проверочных воздействий, восприятия ответной реакции диагностируемого объекта. Автоматизация самого процесса проверки и принятия решения, устранения неисправностей, прогноза состояния объекта. Самой главной причиной замены является сокращение времени контроля. В таблице 2.1 приведено сравнение затрат времени на контроль различных параметров для ППУ-10 и разрабатываемого устройства. Поскольку все эти параметры проверяются несколько раз - это в нормальных условиях, при пониженной температуре t= -60°С, при повышенной температуре t= +70°С, при пониженном напряжении питания, при повышенном напряжении питания, то общее время контроля всех параметров на ППУ-10 составляет 15 часов 32 минуты 30 сек, а на разрабатываемом устройстве всего лишь 1 час 20 мин.[15]

На ППУ-10 процесс контроля хранимой информации осуществляется с помощью перфолент. Для проверки ячейки БЗП-32 09.005 необходимо произвести считывание тридцати двух перфолент. При этом на считывание одной перфоленты затрачивается 5 минут. Это время включает: установку перфоленты в фотосчитывающее устройство (≈ 1 минута), прохождение перфоленты через фотосчитывающее устройство (≈ 10 секунд) и последующую смотку перфоленты в рулон (≈ 4 минуты).

При считывании перфоленты происходит быстрый ее износ и выход из строя - разрыв. На изготовление новой перфоленты затрачивается около 1 часа рабочего времени. Поэтому это еще одна причина для замены ППУ-10.

контрольная ячейка запоминающее устройство

Таблица 2.1.Сравнительная таблица для ячеек ПЗУ

Новое устройство осуществляет считывание информации из ячейки и сравнение ее с эталоном за 70 мс и фактически затрачиваемое время на контроль определяется временем, затрачиваемым оператором на нажатие клавиши на клавиатуре ЭВМ для запуска данной проверки.

Итак, если принять во внимание то, что контроль по всем параметрам ячеек запоминающих постоянных программ производится как при сдаче ОТК, так и при сдаче представителю заказчика, то затраты времени на контроль сокращаются в 15 раз при использовании нового устройства контроля. Это очень существенный показатель. Кроме того, ППУ-10 имеет 105 переключателей и 61 светодиод для индикации, то во время проверок оператор может допустить ошибки при переключении тумблеров в нужное положение, что приведет к необходимости проведения повторной проверки.

Если коснуться потребляемой мощности, тут тоже есть выигрыш. Устройство контроля ППУ-10 потребляет 230 Вт, а предлагаемое устройство вместе с ЭВМ будет требовать не больше 200 Вт, к тому же оно способно заменить 15 устройств ППУ-10, поэтому будет сэкономлено ≈230∙14=3220 (Вт).

Наконец, уменьшаются габариты устройства. Если первоначальное устройство контроля имело размеры (мм): 480 х 430 х 400, то разрабатываемое устройство будет иметь размер: 300 х 100 (размер платы устройства сопряжения с IBM PC (УС)) + 100 х 100 (плата индикации и соединений).

С технической точки зрения следует отметить то, что надежность работы ППУ-10 намного меньше, чем у разрабатываемого устройства контроля.

Экономическое обоснование основывается на всем выше перечисленном.

Существенное уменьшение габаритных показателей, потребляемой мощности, рулонов перфолент, а самое главное - это уменьшение затрат рабочего времени на контроль повлечет за собой ощутимую экономическую выгоду.

Поскольку ячейки ПЗУ 09.003, 09.004, 09.005 и 09.006 являются узкоспециализированными и имеют уникальный интерфейс подключения, то найти на рынке контрольное оборудование невозможно.

На основании всего вышесказанного можно с полным на то основанием сделать вывод, что данное устройство, предлагаемое к реализации, как в техническом, так и в экономическом аспекте вполне обосновано и является необходимостью для замены устаревшего устройства ППУ-10.

3. Теоретическая часть

Проектирование контрольной аппаратуры является сложным процессом с точки зрения организации и методов решения. В нем можно выделить три основных этапа:

внешнее проектирование, при котором вырабатываются требования к аппаратуре в целом и определяются общие принципы ее построения;

методическое проектирование, при котором разрабатываются методики и алгоритмы проверок, а также программное обеспечение;

аппаратное проектирование, задачей которого является разработка структурных, принципиальных схем и конструктивной компоновки системы в целом и ее составных частей.[1]

При проектировании любых систем контроля и диагностирования необходимо предварительно произвести анализ всей системы в целом, а затем более тщательный анализ объекта контроля (ОК) с целью последующего выбора наиболее оптимальных методов и средств контроля.

Прежде чем начать анализировать объекты контроля необходимо провести анализ цифрового вычислительного комплекса (ЦВК).

ЦВК состоит из:

блок А09.030.05;

блок нестабилизированного выпрямителя 09.084;

жгут 09.086 - 01;

Блок А09.030.05:

БПВВ - блок процессора ввода вывода:

блок сопряжения 09.043;

блок обмена БО-2 09.044;

блок обмена БО-3 09.045;

блок обмена БО-4 09.046;

блок обмена БО-5 09.040;

Блок ЦП:

блок арифметического умножения и деления БАУД 09.018;

блок управления данными БУД 09.063;

блок управления постоянной памятью БУПП 09.066;

блок арифметико-логический БАЛ 09.017;

Запоминающие блоки:

блок ОЗУ БЗО-1 09.080;

блок ПЗУ БЗП-10М1 09.003;

блок ПЗУ БЗП-10М2 09.004;

блок ПЗУ БЗП-32П 09.005;

блок ПЗУ БЗП-36П 09.006;

Блоки электропитания:

блок стабилизаторов напряжения БСН 09.068;

блок питания БП 09.091;

блок магистральных ретрансляторов БМР;

Магистрали:

LE[0/15] - магистраль операторов предназначена для передачи информации из БЗП-32П и БЗП-36п в БЦП, а также приема кода прерывания из БПВВ;

LD[0/15] - информационная магистраль предназначена для двунаправленной передачи информации между ЦП, БПВВ и БЗО-1;

LF[0/40] - магистраль управления предназначена для передачи кодов микрокоманд из БЗПМ в блоки ЦП, БПВВ и БЗО-1;

LB[0/15] - адресная магистраль предназначена для передачи адреса в БЗП-32П и БЗП-36П;

LC[0/15] - адресная магистраль предназначена для передачи адреса в БЗП-10М1 и БЗП-10М2;

LO[0/15] внутренняя информационная магистраль обмена предназначенная для передачи информации между БВВ: БО-2, БО-3, БО-4 и БС;

После проведения анализа ЦВК переходят к анализу объектов контроля. Для этого проводят обзор объектов контроля, а именно: рассматривают методы диагностики дискретных объектов, рассматривают дискретные последовательностные устройства, а также их модели. Так же в обзоре объектов контроля изучают методы компактного тестирования, типовые схемы организации проверок отдельных блоков, рассматривают модели объектов диагностирования. Далее проводится анализ и обоснование требований к объекту контроля, затем проводится выбор модели объектов контроля и самого метода контроля. После этого проводят описание структурной схемы устройства контроля и проводят выбор шины сопряжения. На последнем этапе проводится описание алгоритма проверки ОК.

.1 Обзор объектов контроля

.1.1 Типы объектов контроля

Изделие электронной техники включает три типа устройств, подлежащих контролю:

устройство в сборе; контролируется на этапе выходного контроля, при периодической проверке работоспособности, после отказа и восстановления;

множество функциональных блоков; контролируются на этапах промежуточной сборки, после ремонта;

множество функциональных модулей, входящих в состав блоков; контролируются на этапах производства, после ремонта.

При всем разнообразии объектов контроля (ОК), среди них можно выделить следующие:

аналоговые; входные и выходные сигналы являются непрерывными, т.е. могут принимать бесконечное число значений в ограниченном (рабочем) диапазоне;

дискретные (цифровые); входные и выходные информационные сигналы принимают фиксированные значения (в общем случае находятся в достаточно узких, заранее оговоренных областях значений);

гибридные; содержат аналоговые и дискретные компоненты, поэтому информационные сигналы могут быть непрерывными и дискретными.

Специфика ОК, позволяющая отнести их к одной из указанных групп, связана в первую очередь со способом описания функционирования в исправном состоянии. Интерпретация выходных напряжений в виде логических сигналов "0" и "1" в достаточной степени условна.

Реально уровни выходных напряжений являются непрерывными величинами с ограниченными зонами допустимых значений. Это имеет существенное значение в виду того, что при определенных неисправностях выходное напряжение дискретного ОК может находиться за пределами допустимых значений. При этом в ряде случаев не происходит катастрофического отказа в классическом понимании, и после устранения неисправности электрические режимы восстанавливаются. Поэтому при моделировании отказов один и тот же ОК может рассматриваться как дискретный и непрерывный одновременно.

3.1.2 Виды отказов

При разработке технических средств контроля и диагностики наиболее важным этапом, в конечном итоге определяющим их основные технические характеристики, является моделирование отказов. Исходной позицией для моделирования является перечень наиболее вероятных отказов. Такие характеристики, как вероятность обнаружения отказа, глубина диагностики, полностью определяются правильностью составления списка возможных отказов, его адекватностью реальному физическому процессу взаимодействия влияющих факторов окружающей среды и человека с объектом диагностики.

Прежде, чем составить перечень возможных отказов, необходимо выявить основные причины, приводящие к ним с учетом известной статистики по аналогичным изделиям. Такими причинами, приводящими к нарушению функционирования изделий, реализованных с использованием полупроводниковой элементной базы любой степени интеграции, являются:

разрывы внешних соединений из-за колебаний температуры;

разрывы цепей из-за отказов разъемов и других механических коммутирующих устройств;

короткие замыкания между цепями при пайке;

разрывы в пассивных компонентах электрических схем;

разрывы термокомпрессионных сварочных соединений в микросхемах;

разрывы проволочных выводов;

короткие замыкания между кремнием и алюминиевыми проводниками через слой двуокиси кремния;

трещины в пластине кремния;

загрязнения на поверхности полупроводника;

отклонение или уход за пределы допустимых значений параметров пассивных компонентов интегральных схем и вызванное этим отклонение электрических режимов от расчетных.

Большинство из указанных неисправностей приводят к так называемым катастрофическим отказам - нарушению пути прохождения сигналов внутри ОК. Для дискретных комбинационных схем, реализованных с использованием ТТЛ и МОП технологий это эквивалентно наличию в местах неисправностей постоянных логических уровней "0" или "1" при замыкании на общую шину и обрыве соответственно. При перемычках эквивалентное состояние в точках неисправностей не может быть однозначно определено, т.к. при взаимодействии двух выходных инверторов все зависит от комбинации сигналов на их выходах. Практически все рассмотренные неисправности легко обнаруживаются. Глубина диагностики и время проверки определяются только соотношением числа внутренних сигналов и выходных цепей, а также числом входов. Вопросы синтеза диагностических тестов и их минимизации для комбинационных схем наиболее полно разработаны.

Катастрофические отказы в дискретных последовательностных схемах проявляются более многообразно. В зависимости от места неисправности и топологии интегральных компонентов возможны следующие их проявления:

неоднозначность выборки;

кратная запись;

отсутствие доступа к определенному разряду слова;

отсутствие доступа к одному разряду всех слов;

отсутствие доступа к определенным словам.

Неисправности, ведущие к параметрическим отказам, вызывают следующие нарушения:

чувствительность к набору; проявляется в виде сбоев при определенных сочетаниях режимов и записываемой информации; обнаруживается и диагностируется наиболее сложно;

увеличение времени обращения;

утечка по входу и выходу;

увеличение времени выборки.

Особенностью аналоговых устройств является сочетание малого числа каналов прохождения информационных сигналов и достаточно большого количества последовательно включенных схем обработки и преобразования. Поэтому практически любой катастрофический отказ приводит к полной потере работоспособности. Именно это затрудняет решение задачи обнаружения места и типа неисправности.

Таким образом, для любого типа ОК отказы проявляются в виде нарушения правильного функционирования и выходе за пределы допустимых значений параметров согласования: входных токов, уровней выходных напряжений, потребляемой мощности, временных параметров, характеризующих быстродействие.

3.1.3 Описание ячеек ПЗУ (БЗПМ 09.003, 09.004), (БЗПП 09.005, 09.006)

Ячейка (БЗПП 09.005)

Программируемые электрическим сигналом ПЗУ изготавливаются на биполярных диодах и транзисторах, МДП и МНДП транзисторах. Запись информации осуществляется пользователем согласно требуемому алгоритму применения, причем записанную информацию изменять нельзя.

Ячейки (БЗПП) и (БЗПМ) являются постоянными запоминающими устройствами полупроводникового типа с электрически запрограммированной информацией.

Эти ячейки предназначены для хранения и выдачи операторов (команд) и констант. Элементом памяти в ячейках БЗПП является микросхема 556РТ7 (556РТ7А). Функциональная электрическая схема ячейки БЗПП приведена на рисунке 3.1.3.1.

В состав блока входят следующие узлы:

приемник адреса;

накопитель;

буферный регистр;

входной узел управления;

дешифратор выбора микросхемы;

дешифратор строба питания;

узел импульсного питания;

выходной узел управления.

Приемник адреса предназначен для приема и усиления сигналов адреса, поступающих на ячейку. После усиления разряд А15 (или 15 разряд адреса) поступает на выходной узел управления для задания байта информации (младшего или старшего) выдаваемого на линии Д00-Д15 контролируемой ячейки. После усиления сигналы с линий А00-А03 поступают на дешифратор выбора микросхемы для формирования сигналов выборки конкретной микросхемы, к которым будет происходить обращение. Также эти сигналы поступают на дешифратор строба питания для выдачи питания на те микросхемы памяти, с которых будет происходить считывание информации.

Накопитель служит для хранения 32.768 16-разрядных слов. Накопитель состоит из 32 микросхем памяти типа 556РТ7 (556РТ7А). Микросхема 556РТ7 позволяет хранить 2.048 8-разрядных слов, поэтому для получения 16-разрядного слова производится считывание одновременно с двух микросхем. Для обеспечения экономичного режима работы накопителя по потреблению мощности, питание подается не на все 32 микросхемы памяти, а только на ту пару, с которой происходит считывание информации в данный момент. 11 адресных входов микросхемы служат для выбора конкретной ячейки памяти микросхемы. На эти адресные входы поступают сигналы с линий А04-А14, усиленные в приемнике адреса.

В процессе работы накопителя данные выдаются только одной парой микросхем. Выбор конкретной пары микросхем осуществляется сигналом, поступающим из дешифратора выбора микросхем. Линии адреса А00-А03 содержат номер пары микросхем памяти, с которых будет считываться информация.

Входной узел управления служит для формирования из сигналов обращения, сигнала "Блокировка импульсного питания" и синхронизирующих серий Т1, Т3 сигналов управления, обеспечивающих выборку данных из накопителя и запоминания их в буферном регистре.

Дешифратор выбора микросхем обеспечивает выбор конкретной пары микросхем накопителя, с которой будет считана информация в соответствии с сигналами А00-А03.

Дешифратор строба питания управляет входами токовых ключей узла импульсного питания.

Узел импульсного питания обеспечивает экономичный режим работы накопителя по потреблению мощности и высокую стабильность напряжения, питающего микросхемы памяти.

Буферный регистр служит для временного хранения информации, считанной из накопителя.

Выходной узел управления служит для формирования из сигналов «Блокировка чтения», «Чтение байта - чтение слова», «Чт [0/7] » и «Чт [8/15] » и синхронизирующей серии Т4, Т5 сигналов управления, обеспечивающих выдачу данных из буферного регистра на выходные линии БЗПП.

Выходной узел управления также содержит магистральные усилители выходных сигналов Д00-Д15; сигналов выдачи данных ВД[0/7], ВД[8/15] и сигналов Сброс[0/7], Сброс[8/15]. Сигнал ВД[0/7] указывает, что на линии Д00-Д07 выданы данные, а сигнал ВД[8/15] - на линии Д08-Д15. Передатчики выдают сигналы ВД[0/7] и Д00-Д07 до прихода сигнала Сброс[0/7], который переводит передатчики в пассивное состояние (высокий уровень). Аналогично сигналы ВД[8/15] и Д08-Д15 выдаются до прихода сигнала Сброс[8/15]. БЗПП также выдает сигналы Сброс[0/7] и Сброс[8/15] перед выдачей данных, чтобы отключить передатчики других ячеек БЗПП, подключенных к магистрали.

Ячейка БЗПП работает следующим образом:

По линиям А00-А15 поступают 0/15 разряды адреса, из которых 0-3 являются номером пары микросхем, а 4-14 разряды являются адресом ячейки памяти внутри микросхемы. Сигналы адреса в сочетании с сигналом «ОБР» (этот сигнал приходит извне в ячейку и является признаком того, что из ячейки считана информация) позволяют выбрать информацию 16-разрядным словом из накопителя ячейки, которая поступает на входы буферного регистра. В зависимости от сочетания сигналов «Чт.Б/Чт.С» и «А15», поступающих на ячейку, в буфер регистра запоминается либо 16-разрядное слово ( при «Чт.Б/Чт.С» =0, «А15» =0), либо левый (старший) байт (0/7 разряды слова) при «Чт.Б/Чт.С» =1, «А15» =1, либо правый (младший) байт (биты 8/15) при «Чт.Б/Чт.С» =1, «А15»= =0.

В ЦВК младший разряд данных и адреса имеет номер 15, а старший номер 0.

С буферного регистра информация поступает на магистральные усилители и через них выдается в магистраль данных Д00-Д15 пословно или побайтно в зависимости от поступивших из БУПП сигналов «Чт[0/7]» и «Чт[8/15]». Выдача информации в магистраль данных словом (0/15 разряды) и соответствующих ей сигналов «СБР[0/7]», «СБР[8/15]», «ВД[0/7]», «ВД[8/15]» происходит при поступлении в ячейку памяти двух сигналов чтения «Чт[0/7]» и «Чт[8/15]». Выдача в магистраль данных 0/7 разрядов и соответственно сигналов «СБР[0/7]», «ВД[0/7]» происходит при поступлении сигнала «Чт[0/7]», а выдача в магистраль данных 8/15 разрядов и соответственно сигналов «СБР[8/15]», «ВД[8/15]» происходит при поступлении сигнала «Чт[8/15]».

Временная диаграмма работ ячеек БЗПП приведена на рис. 3.1.3.2.

Работа всех устройств ЦВК и передача данных между устройствами ЦВК синхронизируется шестью синхроимпульсами. Параметры синхроимпульсов приведены на рис.2. Выработка сигналов адреса на шине А00-А15 синхронизируется синхронизирующим импульсом Т1. По синхронизирующему импульсу Т6 сигналы на линии А00-А15 переходят в пассивное состояние (высокий уровень сигнала). Выработка сигнала обращения синхронизируется синхронизирующим импульсом Т2. Высокий уровень сигнала на линии «Чт.Б/Чт.С» говорит о том, что будет считан только один байт, а не слово. Низкий уровень сигнала говорит о том, что будет считано 16-разрядное слово целиком. Выработка сигнала «Чт.Б/Чт.С» синхронизируется синхронизирующим импульсом Т2.

По синхронизирующему импульсу Т1 сигнал «Чт.Б/Чт.С» переходит в пассивное состояние. Выработка сигнала «Чт[0/7]» и сигнала «Чт[8/15]» синхронизируется синхронизирующей серией Т3.

По синхронизирующему импульсу Т2 эти сигналы переходят в пассивное состояние (высокий уровень сигнала). При наличии на входе ячейки сигнала «Чт[0/7]» низкого уровня, ячейка БЗПП выдает на линии Д00-Д07 данные. Если на ячейку по линии «Чт[0/7]» поступает сигнал высокого уровня (не менее 2,4 В), то данные на линии Д00-Д07 не выдаются.

Аналогично, при наличии сигнала низкого уровня на линии «Чт[8/15]», выдаются данные на линии Д08-Д15.

Вышеописанные сигналы являются сигналами, поступающими на ячейку и управляющими ее работой.

В ответ на поступившие сигналы ячейка по синхронизирующему импульсу Т4 выдает сигналы на линии «СБРОС[0/7]» и «СБРОС[8/15]».

Сигнал «СБРОС[0/7]» вырабатывается в том случае, если требуется выдача данных на линии Д00-Д07. Сигнал «СБРОС[8/15]» ведет себя аналогичным образом для линии Д08-Д15.

Сигнал «СБРОС» переводит выходы всех устройств, подключенных к шине данных, в пассивное состояние, тем самым, подготавливая шину данных для выдачи данных из ячейки.

При наличии на входе ячейки сигнала низкого уровня «Чт[0/7]» по синхроимпульсу Т5 ячейка выдает данные на линии Д00-Д07. По сигналу «СБРОС[0/7]» сигнал Д00-Д07 переходит в пассивное состояние. Аналогично ведет себя сигнал Д08-Д15.

По синхронизирующему импульсу Т5 вырабатывается сигнал «ВД[0/7]» и «ВД[8/15]».

По сигналу «СБР[0/7]» и «СБР[8/15]» сигналы на линиях «ВД[0/7]» и «ВД[8/15]» переходят в пассивное состояние.

Низкий уровень сигнала «ВД[0/7]» указывает, что на линии Д00-Д07 выданы данные. Аналогично для сигнала «ВД[8/15]».

Ячейки (БЗПМ 09.003 и 09.004)

БЗПМ предназначены для хранения и выдачи микропрограмм операторов и тестов.

Функциональная электрическая схема ячейки приведена на рис.3.1.3.3.

В состав ячейки входят следующие узлы:

приемник адреса;

входной узел управления;

дешифратор выбора микросхемы;

дешифратор строба питания;

накопитель;

буферный регистр;

выходной узел управления;

узел контроля.

Накопитель служит для хранения 8192 20-разрядных слов (18 разрядов информационных и 2 разряда контрольных). Накопитель состоит из 10 микросхем типа 556РТ7. В формировании 20-разрядного слова участвуют 3 микросхемы памяти.

Принцип формирования 20-разрядного слова приведен на рис. 3.1.3.4.

Изображенная на рисунке схема хранит 4к слов. Аналогично ячейке БЗПП 09.005, для обеспечения экономичного режима работы накопителя по потреблению мощности, питание подается не на все 10 микросхем памяти, а только на те 3 микросхемы, с которых происходит считывание информации в данный момент.

Выбор конкретной тройки микросхем осуществляется сигналом, поступающим из дешифратора выбора микросхем. Линии адреса А02 и А03 содержат номер тройки микросхем памяти, с которых будет считываться информация.

Узел контроля

Служит для проверки считываемой информации из ячейки. Работа схемы контроля основана на свертывании информации по mod2 и выдачи в случае четности единиц информации сигналов «Неиспр.1» и «Неиспр.2».

Разряды Д00-Д08 являются информационными, а разряд Д18 является контрольным для Д00-Д08.

Разряд Д18 содержит «1», если число «1» в разрядах Д00-Д08 четное и «0», если число единиц - нечетное. Если разряды Д00-Д08 и Д18 содержат четное число «1», то вырабатывается сигнал «Неиспр.1».

Разряды Д09-Д17 являются информационными, а разряд Д19 является контрольным для них. Сигнал «Неиспр.2» вырабатывается аналогично, как и для разрядов Д00-Д08.

Для проверки работы узла контроля в процессе эксплуатации в накопителе по адресу 7FC (шестнадцатеричная система счисления) все разряды содержат «0» и при чтении информации по данному адресу вырабатываются сигналы «Неиспр.1» и «Неиспр.2», что говорит об исправности узла контроля.

Входной узел управления формирует из сигналов «ОБР», «Т1», «Т3» сигналы внутреннего управления.

Выходной узел управления служит для организации выдачи и формирования выходных сигналов.

Назначение, устройство и работа остальных узлов ячейки БЗПМ аналогичны соответствующим узлам ячейки БЗПП 09.005, описанной выше.

Ячейка БЗПМ работает следующим образом:

По линиям А00-А14 поступают 0/143 разряды адреса, из которых второй и третий разряды являются номером тройки микросхем, а 4-14 разряды являются адресом ячейки памяти внутри микросхемы.

Сигналы адреса в сочетании с сигналом «ОБР» позволяют выбрать из накопителя блока 20-разрядную информацию (или информацию20-разрядным словом), которая поступает на входы буферного регистра.

Если сигнал на линии А00 или на линии А01 имеет низкий уровень (логическая «1»), то на все входы буферного регистра поступают «1».

С буферного регистра информация поступает на магистральные усилители, которые входят в состав выходного узла управления и через них выдается в магистраль данных Д00-Д19. Данные из ячейки могут выдаваться только 20-разрядным словом. Параллельно выдаются сигналы «ВД [0/19] » и «СБРОС [0/19] ». Выдаваемая информация поступает на узел контроля, который в случае четного числа «1» выдает сигналы «Неиспр.1» и «Неиспр.2».

Временная диаграмма работы ячеек БЗПМ приведена на рис. 3.1.3.5.

Работа всех устройств в ЦВК и передача данных между устройствами ЦВК синхронизируется шестью синхроимпульсами. Параметры синхроимпульсов приведены на рис. 3.1.3.5.

Выработка сигналов адреса на шине А00-А14 синхронизируется импульсом Т1. По синхронизирующему импульсу Т6 сигналы на линии А00-А14 переходят в пассивное состояние (высокий уровень сигнала).

Выработка сигнала обращения синхронизируется импульсом Т2.

В ответ на поступившие сигналы ячейка по синхронизирующему импульсу Т4 выдает сигнал на линии «СБРОС [0/19] ».

Сигнал «СБРОС» переводит входы всех устройств, подключенных к шине данных, в пассивное состояние, тем самым, подготавливая шину данных для выдачи данных из ячейки.

По импульсу Т5 вырабатывается сигнал «ВД [0/19] ».

По сигналу «СБРОС [0/19] » сигнал на линии «ВД [0/19] » переходит в пассивное состояние. Низкий уровень сигнала «ВД [0/19] » указывает, что на линии Д00-Д19 выданы данные.

Ячейка (БЗПП 09.006)

Электрическая функциональная схема блока 09.006 приведена на рисунке 3.1.3.6.

В состав блока входят следующие узлы:

Узел коммутации памяти - УКП;

Узел приемника адреса - ПрА;

Узел согласователя - СГ;

Узел местного управления - Мупр;

Узел дешифратора строба управления - ДС упр;

Узел дешифратора строба питания - ДС пит;

Узел импульсного питания - ИП;

Накопитель;

Усилитель считывания информации - УС;

Выходной узел управления - ВУУ;

Узел коммутации памяти предназначен для выработки управляющих сигналов при обращении к блоку 09.006.

Формирование сигнала обращения к группе зон памяти происходит с помощью регистра РНГЗ записывается и читается с помощью операторов 1D и 1Е. Группа зон памяти задается двоичным кодом, при этом вырабатывается один сигнал обращения к соответствующей группе зон памяти.

Регистр РНГЗ трехразрядный, один разряд резервный. Соответствие двоичного кода и вырабатываемого сигнала приведено в таблице 3.1.3.1.

В таблице 3.1.3.2. приведены микрокоманды узла коммутации памяти.

Микропрограмма оператора - Установка коммутатора

Микропрограмма оператора 1D, ACO/АСП предназначена для записи трех разрядов (13…15) слова, находящегося либо в БЗО-1 по адресу АСО, либо в БЗПП по адресу АСП, на трех разрядный регистр номера группы зон РНГЗ.

Результат выполнения микропрограммы

РНГЗ:=АСО LD[13/15]/АСП LD[13/15]

Микропрограмма оператора размещается в БЗПМ по адресам с 03F6 по 03F8.

Время выполнения микропрограммы составляет 4Т.

Микропрограмма оператора чтение коммутатора 1Е, АСО предназначена для записи содержимого трехразрядного регистра РНГЗ в ячейку БЗО-1 по адресу АСО.

Результат выполнения микропрограммы АСО LD[13/15]:=РНГЗ

Микропрограмма размещается в БЗПМ по адресам с 09F9 по 09FC.

Время выполнения микропрограммы составляет 5Т.

Таблица 3.1.3.1

Накопитель состоит из 36 микросхем памяти серии 556РТ7 (556РТ7А).

Считанные сигналы логической единицы имеют уровень 4,5 В, логического нуля 0,5 В.

Назначение, устройство и работа остальных узлов блока 09.006 аналогичны соответствующим узлам блока09.005, описанного выше.

Работа блока 09.006 происходит следующим образом: с магистрали LD[13/15] происходит запись регистра РНГЗ. Тем самым происходит обращение к блоку 09.006 и выбирается соответствующая группа зон памяти.

Дальнейшая работа блока аналогична работе блока 09.005. Временная диаграмма приведена на рисунке 3.1.3.2.

Таблица 3.1.3.2

.2 Обзор методов контроля

.2.1 Методы диагностики дискретных объектов

Любой объект контроля, содержащий комбинационную логику и элементы памяти, может быть представлен в виде конечного автомата, задаваемого системой S = {X,Y,Q, d, L ,}, где X - входной алфавит (множество), Y - выходной алфавит, Q - алфавит состояний, d: Q x X →Q - функция переходов, L: Q x X →Y - функция выходов. Практически используют две разновидности представления: автомат Мура и автомат Мили, отличающиеся только способом формирования.

С точки зрения построения системы диагностики или системы функционального контроля принципиальное значение имеет соотношение комбинационной и последовательностной частей. Для комбинационного устройства Y(t) = L [X(t)] и функциональный контроль сводится к проверке соответствия каждому входному состоянию значения выхода. Принято считать, что такое устройство имеет только одно внутреннее состояние. При наличии элементов памяти выход определяется не только значением входа, но и внутренним состоянием: Y (t) = L [Q(t), Х (t)]. Формально для контроля таких ОК необходима проверка всех возможных последовательностей входных слов для всех внутренних состояний. Очевидно, что даже при относительно небольших объемах памяти время проверки может быть весьма большим. Для современных вычислительных систем, характеризующихся значительной емкостью постоянных и оперативных ЗУ, использование такого критерия работоспособности практически невозможно. Число внутренних состояний последовательностной части достигает таких значений, что даже их простой перебор становится невозможным. Существует ряд способов создания моделей ОК и соответствующих критериев работоспособности, на основе которых возможна разработка методов и алгоритмов контроля:

структурно-алгоритмическое описание заменяется программной функциональной моделью; объект рассматривается как некоторая программа, которая должна выполнять заданные функции; значительная структурная избыточность вычислительных систем, разнообразие функций, возможность наблюдать за ходом процесса выполнения программы позволяют в режиме диалога организовать проверку системы в целом и ее функциональных блоков; для достижения этой цели необходимо исходить из специфики решаемых задач, а формулировка общих рекомендаций затруднительна;

ОК разделяется на функциональные блоки, каждый из которых контролируется отдельно;

для моделей небольшого объема возможно разделение частей путем фиксации значений внутренних сигналов Z(t). Для этого последовательная часть предварительно устанавливается в нужное состояние. При таком подходе контроль сводится к проверке отдельно комбинационной логики и памяти.

3.2.1.1 Дискретные последовательностные устройства

Изделия электронной техники, выполненные на современной элементной базе, обычно содержат кроме распределенных элементов памяти функционально обособленные блоки ЗУ. Их логическая функция проста и заключается в запоминании и хранении в течение неопределенного интервала времени кода М и выдаче его по команде на выходные шины. Структурно такие устройства организованы в виде матрицы из N запоминающих элементов (ЗЭ), схем управления и дешифраторов координат. Устройство является конечным автоматом с числом внутренних состояний 2 n . Под воздействием внешних сигналов записи W i и чтения R i автомат слабо переходит из одного состояния в другое, либо остается в прежнем состоянии,. Если одновременно возможна запись в любое число ЗЭ, граф переходов является полным. Существующие устройства, как правило, не могут быть переведены с помощью одной операции записи в любое состояние, т.к. не имеют одновременного доступа ко всем ЗЭ. Возможны не все переходы, а только те из них, которые связывают вершины графа, отличающимися не более чем К разрядами.

3.2.1.2 Модели последовательностных устройств

Внешним проявлением отказов устройств с памятью, так же как и комбинационных устройств, является несовпадение выходного сигнала с ожидаемым. При этом особое значение приобретает проблема диагностики, основным препятствием для решения которой является весьма большое число внутренних состояний при малом числе внешних выводов. Принятие решения о состоянии ОК в значительной степени зависит от принятого тестового сигнала, т.к. проявление функциональных отказов связано с определенным сочетанием входных сигналов. Поэтому формулировка критерия исправности непосредственно связана с принятой моделью ОК. Решающую роль для функционального контроля играет выбор и обоснование моделей, а также нахождение связи между различными моделями и соответствующими тестовыми сигналами.

Неисправности, возникающие в последовательностных схемах, можно разделить на две основные группы:

катастрофические отказы, приводящие к нарушению прохождения внешних управляющих сигналов. Они приводят к неправильной работе дешифраторов, выходу из строя отдельных ЗЭ или целых слов или полной потере работоспособности;

сбои, вызывающие нарушение функционирования за счет отклонения временных параметров и взаимного влияния ЗЭ.

Первая группа неисправностей обнаруживается относительно легко с использованием любого из распространенных тестов. Из второй группы наиболее сложным видом контроля является обнаружение чувствительности к набору, вызываемой взаимным влиянием ЗЭ.

Исходным моментом для построения модели последовательностного устройства и выбора соответствующей тестовой последовательности является формулировка критерия исправности.

Возможно использование следующих критериев:

) Устройство считается исправным, если каждый ЗЭ может быть установлен в любое состояние и сохранять его в течение заданного времени, а информация о состоянии может быть выведена на выходные шины. При словарной организации и адресном доступе этот критерий интерпретируется следующим образом: устройство считается исправным, если по каждому адресу могут быть записаны и считаны нули и единицы. Установочная последовательность теста, соответствующая такому критерию, содержит 2g операций записи W i , а с учетом операций считывания - 4 g, где g = N/P - число адресов (слов), N - число ЗЭ. р - разрядность слов.

) Устройство считается исправным, если любая группа ЗЭ, к которой возможен одновременный доступ, может быть установлена в любое из 2 p состояний, хранить его, а информация о состоянии может быть выведена на выходные шины.

Это означает, что по любому адресу могут быть записаны и считаны 2 p слов. Установочная последовательность теста содержит g2 p операций записи, а полная длина теста - 2g 2 p операций.

) Устройство считается исправным, если при записи в любой ЗЭ из данного слова в остальных ЗЭ этого слова не происходит сбоя при любой хранящейся информации. Для проверки соответствия этому критерию необходимо записать и считать по каждому адресу все последовательности слов, в которых соседние слова отличаются в одном разряде. Длина соответствующего теста - 2 N 2 p операций.

) Устройство считается исправным, если при записи в любой ЗЭ в остальных, находящихся в режиме хранения, информация не меняется. Для проверки выполнения этого условия необходимо записать и считать все возможные последовательности всех возможных чисел. Длина соответствующего теста - g 2 n (2 p - 1) операций.

Первый критерий предполагает отсутствие взаимного влияния ЗЭ, поэтому модель в виде конечного автомата из всего множества состояний V = 2 n учитывает только два: V 1 = {0,0,...0}, V 2 = {1,1...1}. Второму критерию соответствует модель, предполагающая наличие ограниченного взаимного влияния между ЗЭ внутри одного слова. Число состояний автомата, переходы между которыми проверяются, равно g 2 p . Длительность тестов, соответствующих этим моделям, невелика. Модель ОК, соответствующая третьему критерию, предполагает взаимное влияние между всеми ЗЭ слова. Поэтому тест ориентируется как на проверку выполнения операций записи, так и контроль сохранности информации. Тип модели, адекватной четвертому критерию, соответствует предположению о взаимном влиянии всех ЗЭ, независимо от расположения.

Длина теста становится чрезвычайно большой и при современном уровне интеграции такой тест практически не реализуем. Поэтому общим подходом при решении задачи обнаружения перемежающихся отказов является анализ топологии и конструкции объекта с целью выявления причин взаимовлияния и учета их при определении пространственного расположения и объема групп ЗЭ, между которыми такое влияние предполагается.

.2.2 Методы компактного тестирования

Рост уровня интеграции, увеличение объема функциональных компонентов изделий, невозможность выделения в чистом виде комбинационных и последовательностных частей затрудняют использование классических методов синтеза тестов и существенно увеличивают затраты и время проверки. К настоящему времени сложился ряд методов сокращения времени контроля, упрощения контрольной аппаратуры. К этим методам относятся следующие:

свертка выходного сигнала;

сигнатурный анализ;

замена аппаратного контроля программным;

совмещение видов контроля.

Сущность метода свертки выходного сигнала заключается в следующем. Вектор выходных сигналов Y = {y 1 ,y 2 ... y m} обрабатывается программным или аппаратным способом таким образом, что полученные переменные f 1 ,...f k (к < m) интерпретируют состояние ОК. В исправном состоянии кодовое слово f1 ... f k принимает разрешенные значения. При появлении неисправности один из выходных сигналов изменяется и возникает запрещенная комбинация. Процедура функционального контроля сводится к обнаружению запрещенных сочетаний функций f i.

Компактное тестирование (сигнатурный анализ) является достаточно универсальным методом, позволяющим существенно снизить затраты на вычислительные ресурсы для хранения тестовых последовательностей и сократить время проверки. Сущность метода заключается в преобразовании программным или аппаратным способом длинных входных последовательностей в короткую, называемую сигнатурой. Это позволяет избавиться от необходимости хранить всю выходную последовательность и ограничиться некоторой ее характеристикой. Полученное значение сигнатуры сравнивается с хранящимся в ЗУ значением, полученным ранее для исправного устройства. Результат сравнения является основанием для принятия решения. Для простых анализаторов в качестве сигнатуры используют следующие характеристики входной последовательности:

взвешенную сумму сигналов;

число переходов из "1" в "0" или из "0" в "1";

число повторений сигналов.

Известны более сложные способы получения сигнатур, имеющих лучшие диагностические способности. Входная последовательность поступает на вход сумматора по модулю 2. Двоичный код с сумматора подается на сдвиговый регистр, выходы которого соединены с входами сумматора. Схема реализует функцию преобразования входной последовательности в двоичный код, который и является сигнатурой.

Способы преобразования в сигнатуры должны отвечать следующим требованиям:

для одинаковых последовательностей вероятность получения одинаковых сигнатур равна 1;

для последовательностей, отличающихся в одном разряде, вероятность получения разных сигнатур равна 1.

Для сложных вычислительных систем аппаратный контроль может быть заменен на программный. Сущность программного контроля заключается в генерировании тестов, покрывающих граф программы и в определении тестовых данных, на которых эти пути выполняются. Наиболее просто реализуется функциональное тестирование, основанное на непосредственной проверке соответствия выполняемых программой функций поставленным требованиям.

Эффективным способом сокращения времени контроля, и упрощения аппаратуры является совмещение отдельных его видов. Известен способ совмещения функционального контроля и диагностики, основанный на использовании для поиска отказов тестовых комбинаций, входящих в состав рабочей временной последовательности. При контроле функциональных модулей является целесообразным совмещение параметрического контроля с диагностикой катастрофических отказов во входных цепях.

.2.3 Типовые схемы организации проверок отдельных блоков

Организация проверок отдельных блоков осуществляется либо на стадии производства или ремонта (настройки), либо на стадии эксплуатации с помощью специального оборудования, не входящего в состав основного оборудования системы. Системы, реализующие эти проверки, должны соответствовать следующим требованиям:

наличие автоматизированной подготовки исходных данных (тестов, тестпрограмм и др.);

высокая производительность;

низкая стоимость;

простота в управлении и обслуживании;

возможность применения для новых типов проверяемых устройств.

Рассмотрим основные схемы организации подобных систем. При проверках отдельных схем и элементов обычно выделяют три типа тестирования:

1 статическое - частота смены тестовых наборов на входе проверяемого устройства и частота съема реакций значительно ниже, чем при работе устройства в реальных условиях;

2 параметрическое - проверяются динамические параметры, и предполагается измерение уровней напряжения и тока, задержек и др.;

3 динамическое - подаются входные наборы и анализируются выходные реакции проверяемого устройства на частотах, максимальных для данного устройства.

Существующее для функциональных и статических проверок автоматические системы по принципу действия можно разделить на два основных класса.

К первому классу относится сравнивающее контрольное оборудование (иначе способ сравнения с эталоном). Как правило, в этом случае для подачи входных воздействий используют псевдослучайные генераторы входных воздействий, реализованные аппаратно, что позволяет подавать их на тестируемое устройство с очень высокой частотой. Одновременно эти воздействия подаются и на заведомо исправное устройство (эталон), а ответные реакции с обоих устройств (тестируемого и эталонного) поступают на схему сравнения, которая в случае не совпадения ответных реакций выдает сообщение о неисправности тестируемого устройства. К достоинствам данного контрольного оборудования можно отнести сравнительную простоту технической реализации и универсальность, основанную на представлении тестируемого устройства в виде набора входных и выходных сигналов. Недостатками оборудования данного класса являются ориентация на проверку сравнительно несложных блоков, вероятность пропуска без проверки при тестировании отдельных цепей устройства, невозможность определения отказавшего элемента устройства.

Ко второму классу относится контрольное оборудование, в котором вместо физического эталона используется библиотека с результатами испытаний эталона либо моделирующая программа. Если в эту систему добавить программу анализа множества ответных реакций отличных от расчетных для локализации неисправностей, то на базе данного оборудования можно организовать автоматизированное рабочее место для настройки и ремонта электронных устройств.

В соответствии с возможностью решения задач обнаружения и локализации можно выделить словарные и зондовые организации поиска неисправностей. Словарная организация, как правило, предусматривает автоматический режим диагностики. В простейшем случае смысл словарного поиска состоит в следующем. Определяется и заносится в словарь реакция эталонного устройства с заданной неисправностью на выбранный набор тестовых сигналов. При проведении испытаний теми же тестами реального устройства его реакция сравнивается с хранимой в словаре информацией и по совпадению выполняется идентификация неисправностей. Структурная схема системы реализующей данный метод приведена на рис.3.2.3.1.

Недостатками данного подхода являются:

требование большого объема памяти для хранения словарей, т.к. число возможных неисправностей и их комбинаций (а также тестовых наборов их обнаруживающих) велико;

невозможность определения, в общем случае, отказавшего элемента используя только реакцию на выходе неисправного устройства (этот недостаток можно обойти, снимая реакцию объекта также с контрольных точек, число которых может быть очень велико, что приведет к резкому увеличению аппаратной части системы и объема словаря за счет роста длины векторов выходных реакций);

невозможность учета таких неисправностей, как обрыв соединения между элементами схемы и короткое замыкание между ними; необходимость проведения трудоемкой работы по составлению словарей неисправностей.

Зондовая организация поиска (поэлементного диагностирования) предусматривает полуавтоматический диалоговый режим проверки с участием инженера-оператора. Суть этого метода заключается в проведении последовательности проверок каждого компонента или фрагмента схемы с учетом обеспечения условий исключения взаимного влияния электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и неповреждающего характера тестовых воздействий. В непосредственном виде такой подход не применяется, обычно он дополняется предварительной проверкой всего устройства на исправность. Задача регулировщика заключается в подключении многоконтактного щупа к выводам ЭРЭ, определяемым в диалоге с ЭВМ.

Поиск неисправности осуществляется в статическом режиме. При подключении щупа к очередному ЭРЭ анализируется соответствие его выходных реакций эталонным, если ЭРЭ исправен, проверяются ЭРЭ непосредственно формирующие сигналы на входах данного ЭРЭ. Структурная схема системы реализующей данный метод приведена на рис. 3.2.3.2. Для реализации этого режима необходимо иметь структурное описание схемы, библиотеку параметров и функций различных типов ЭРЭ, библиотеку тестов отдельных ЭРЭ и эталонных реакций для них и, кроме того, значения сигналов на всех полюсах исправной схемы при подаче данного входного набора. Недостатками данного подхода являются:

необходимость обеспечения хорошего контакта в месте соединения зонда и исследуемого элемента;

невозможность обнаружения причин неисправности, связанной с изменением временных характеристик устройства.

Из всех рассмотренных выше систем проверок отдельных блоков, системы с зондовой организацией поиска неисправностей является наиболее интеллектуальными, т.к. освобождают человека от необходимости анализа внутренней структуры тестируемого устройства в процессе поиска причин неисправности.

.2.4 Модели объектов диагностирования (ОД) в системе поэлементного диагностирования (СПД)

Эффективная организация тестового поэлементного диагностирования существенно зависит от способов математического описания ОД. Анализ ОД как неразрывного функционально-конструктивного узла является весьма трудоемкой задачей. Указанное затруднение может быть преодолено, если применить многоуровневое рассмотрение ОД. Такими уровнями могут быть: уровень печатного монтажа, уровень электрорадиоэлементов (ЭРЭ), уровень подсхем и т.д. Следствием формального многоуровневого его описания, при котором каждый уровень формализации должен описываться своей математической моделью, являющейся частью общей модели.[4]

Совокупность моделей, описывающих ОД на различных уровнях, должна удовлетворять следующим требованиям: адекватность представляемой информации и ОД; полноте и непротиворечивости представления этих данных; возможность перехода от более сложных (общих) к более простым (частным) моделям. Основными требованиями при выборе математической модели для конкретного уровня представления ОД являются: полное представление всех существенных параметров и абстрагирование от всех несущественных параметров на соответствующем уровне представления ОД; простота описания модели; простота алгоритмов обработки данных на ЭВМ.

3.2.5 Структура систем автоматического контроля и диагностики (САК и Д)

САК и Д могут иметь функциональную различную организацию, зависящую от особенностей подключения к объекту контроля (ОК) от потоков первичной измерительной информации, от способа агрегатирования функциональных частей в составе комплекса и от ряда других факторов.

Среди возможных способов подключения систем, в зависимости от особенностей объекта контроля, следует выделить: непосредственное подключение измерительных входов и стимулирующих выходов к соответствующим точкам контролируемых объектов; подключение к контрольным точкам объектов с помощью специальных контактных приспособлений (щупов, адаптеров и т.д.); подключение к ОК через первичные измерительные преобразователи (ПИП), осуществляющие преобразование неэлектрических параметров в пропорциональные электрические.

Примерами объектов первой группы могут быть радиоэлектронные устройства, которые удовлетворяют требованиям контроле пригодности по отношению к САК и Д. Ко второй группе относятся многие радиоэлектронные и электротехнические изделия, не предусматривающие прямого подключения к входам и выходам САК и Д.

К третьей группе относятся прочие объекты контроля, первичные измерительные параметры и стимулирующие воздействия, для которых включают и неэлектрические величины. В этом случае перед входами измерительных каналов включают преобразователи неэлектрических величин в электрические, а после выходов каналов стимулирующих воздействий должны быть включены обратные преобразователи электрических величин в неэлектрические.

С точки зрения функциональной организации различие структурных схем этих трех групп систем заключается в подключении переходных устройств (адаптеров) и ПИП.

В современных системах большое внимание уделяется организации связей между измерительными средствами (источниками первичной информации) и аппаратурой обработки. Связь между ними должна обеспечивать эффективное управление потоками информации без снижения достоверности результатов.

Независимо от состава измерительных приборов, источников стимулирующих сигналов, вида аппаратуры обработки и средств регистрации измерений вся эта аппаратура объединяется в единую систему с помощью интерфейсной части.

.3 Анализ и обоснование требований к устройству контроля

.3.1 Описание требований к устройству контроля

К разрабатываемому устройству контроля предъявляются следующие требования:

устройство контроля должно обеспечивать автоматическую выдачу стимулирующих сигналов, необходимых для имитации рабочих процессов и режимов работы, на объект контроля в заданные моменты времени;

должно обеспечивать автоматическое восприятие и преобразование ответных реакций;

сравнение фактических значений контролируемых параметров с их образцовыми (эталонными) значениями;

вынесение решения о состояние объекта в целом;

устройство контроля должно обеспечивать контроль на совпадение содержимого накопителя с эталонной информацией;

обеспечивать контроль выдачи информации;

обеспечивать контроль на побайтную выдачу информации (для ячейки БЗПМ);

обеспечивать контроль выработки сигнала «ошибка четности» («Неиспр.1» и «Неиспр.2») для ячейки БЗПП;

обеспечивать контроль на выдачу данных «ВД[0/7]», «ВД[8/15]», «СБРОС[0/7]», «СБРОС[8/15]».

Конструкция устройства контроля должна быть удобной для подключения внешних приборов для контроля токов, потребляемых объектом. Также конструкция устройства контроля должна быть удобной для подключения объекта контроля (ОК) и контроля параметров входных и выходных сигналов с помощью осциллографа.

Устройство контроля должно обеспечивать выдачу напряжения питания на объект контроля в следующей последовательности: 3, 5, 10, 20 В и снятия напряжения питания в обратной последовательности.

.3.2 Выбор модели объекта контроля и метода контроля

Ячейки БЗПП и БЗПМ относятся к дискретным (цифровым) ОК, у которых входные и выходные информационные сигналы принимают фиксированные значения.

Для описания БЗПП и БЗПМ выбираем функциональную модель ОК, в качестве формы задания функциональных моделей (ФМ).

Из рассмотренных методов контроля наиболее подходящим методом для решения поставленной задачи является метод сравнения с эталоном, где в качестве эталона используются библиотеки информации, которая должна храниться в исправной ячейке и модели контролируемых ячеек для сравнения выходных сигналов с расчетными.

Для решения задачи контроля методы компактного тестирования, которые также относятся к методу сравнения с эталоном, не подходят. Хотя они и сокращают время контроля, но возникает вероятность не обнаружения неисправности.

В процессе изготовления ячеек БЗПП и БЗПМ их покрывают лаком, что затрудняет применение метода поэлементного диагностирования из-за невозможности обеспечения хорошего контакта в месте соединения зонда и исследуемого элемента.

3.3.3 Описание структурной схемы устройства контроля и выбор шины сопряжения

Структурная схема устройства контроля приведена на рис. 3.3.3.1

Устройство контроля состоит из управляющей ЭВМ, устройства сопряжения, узла коммутации и источников питания.

Управляющая ЭВМ (УЭВМ) обеспечивает визуализацию результатов контроля на экране монитора и гибкое управление процессом контроля. Она служит для хранения библиотек эталонной информации в виде файлов, осуществляет сравнение считанной с ячеек информации с эталонной, сравнивает выходные сигналы ячеек с расчетными и выдает команды на устройство сопряжения в процессе контроля. В качестве УЭВМ используется наиболее распространенная универсальная ЭВМ совместимая с IBM AT.

Устройство сопряжения предназначено для преобразования сигналов, поступающих от управляющей ЭВМ в тестовые сигналы, которые поступают на ОК для приема от ОК и выдачи в ЭВМ ответной реакции.

Через узел коммутации подключаются источники питания (ИП) к ОК.

Рис.3.3.3.1.Структурная схема устройства контроля

Выбор шины сопряжения

К персональному компьютеру типа IBM AT периферийные устройства (например, устройство сопряжения) могут быть подключены тремя путями, соответствующими трем типам стандартных внешних интерфейсов, средства которых входят в базовую конфигурацию компьютера:

через системную магистраль или шину, канал - эти термины равнозначны (это ISA - Industrial Standard Architecture);

через параллельный интерфейс Centronics;

через последовательный интерфейс RS-232С.

Каждый из трех указанных методов подключения имеет свои преимущества и недостатки.

Приведем сравнение этих трех методов подключения по восьми параметрам, которые надо учитывать при выборе одного из них. Отсюда следует что, что выбор системной магистрали обеспечивает наибольшую скорость обмена. При этом не требуется ни отдельного конструктива (плата УС устанавливается в корпус компьютера), ни дополнительного источника питания (используется тот, который есть в компьютере). В то же время одноплатное исполнение ограничивает сложность УС, а соседство с быстродействующими и мощными цифровыми узлами компьютера приводит к высокому уровню электромагнитных помех и наводок по цепям питания.

Выбор Centronics или RS-232С позволяет расположить УС (причем УС любой сложности) на большом расстоянии от компьютера. Но при этом достигается гораздо меньшая скорость обмена, а также требуется внешний конструктив и дополнительный источник питания, что существенно увеличивает стоимость системы. Немаловажно и то, что без специальных ухищрений через эти интерфейсы можно подключить только одно УС. Что касается сложности узлов сопряжения (интерфейсной части УС), то понятно, что обмен в параллельном формате гораздо проще, чем в последовательном.

Из трех рассмотренных интерфейсов ни один не удовлетворяет требованиям подключения разрабатываемого узла сопряжения к компьютеру, так как нам требуется высокая скорость обмена 800000 слов в секунду (по техническому заданию) и длина линии связи с компьютером - до 2 м.

По скорости обмена системная магистраль ISA удовлетворяет нашим требованиям, но у нее отсутствует линия связи с компьютером, т.е. УС встроенные.

Интерфейс Centronics удовлетворяет нашим требованиям по длине линии связи УС c компьютером, но скорость обмена очень низкая.

Поэтому встает вопрос об использовании приемопередатчиков 559ИП3, которые без снижения скорости обмена позволят увеличить дальность связи ОК с компьютером.

Разрабатываемое устройство должно позволить удаление ОК на расстояние до 4 метров.

.3.4 Описание алгоритма проверки

I. Алгоритм контроля на совпадение информации

Управляющая ЭВМ выдает на устройство сопряжения (УС) адрес считываемого из объекта контроля (ОК) слова информации.

УС выдает на ОК адрес и сигналы управления.

УС принимает от ОК информацию, считанную по указанному адресу, и выдает ее в ЭВМ.

ЭВМ сравнивает принятую информацию с эталонной, хранящейся в библиотеке.

Данный процесс повторяется для всех адресов ОК.

II. Алгоритм контроля блокировки выдачи информации

По команде УЭВМ устройство сопряжения выдает на линию "БЛ. ЧТ" сигнал активного низкого уровня.

Производится чтение информации по всем адресам по алгоритму, изложенному в п. I. По всем адресам должен быть прочитан 0.

III. Проверка побайтной выдачи информации

УЭВМ анализирует информацию в эталонной библиотеке и выбирает слово, у которого содержимое младшего и старшего байта не совпадает и не равно 0.

УЭВМ выдает на УС адрес этого слова.

УС читает из ОК старший байт по старшим линиям данных Д00-Д07 для чего:

а) УС выдает на ОК этот адрес с разрядом A[15]=1 и сигналы управления: ОБР

ЧБ/ЧС высокого уровня (чтение байта)

ЧТ[0/7]

б) принимает от ОК считанную информацию и выдает ее в ЭВМ.

ЭВМ сравнивает старший байт эталона со старшим байтом принятой информации, а младший байт принятой информации должен содержать 0.

Далее считывает старший байт по младшим линиям данных Д08-Д15.

Для этого выполняем п.1-п.4, только вместо сигнала ЧТ[0/7] устройство сопряжения выдает на ОК сигнал ЧТ[8/15] .

Аналогично читаем младший байт, сначала по старшим, а затем по младшим линиям данных. При этом А15=0.

IV. Контроль на выдачу сигнала "ошибка четности" ("Неиспр.1", "Неиспр.2")

Формирование этого сигнала было рассмотрено при описании ячеек запоминающих постоянных микропрограмм.

ЭВМ выдает на УС адрес, равный 0.

По этому адресу считывается информация из ОК (как в п. I).

УС принимает от ОК сигналы по линиям "Неиспр.1" и "Неиспр.2" и выдает их в ЭВМ.

Если хотя бы один из сигналов имеет активный уровень, то ЭВМ выдает сообщение о неисправности узла контроля.

V. Контроль на выдачу сигналов «ВД[0/7]», «ВД[8/15]», «СБРОС[0/7]», «СБРОС[8/15]»

Эти сигналы должны вырабатываться при чтении информации по любому адресу, поэтому для контроля этих сигналов достаточно прочитать информацию по любому из адресов.

Рассмотрим вначале контроль на выработку этих сигналов для ячеек БЗПМ:

ЭВМ выдает на УС адрес, равный 0.

УС выдает на ОК этот адрес и сигналы управления: сигнал обращения (ОБР).

УС принимает от ОК сигналы по линиям «ВД[0/19]» и «СБРОС[0/19]».

Если в процессе чтения информации из ячейки данные сигналы оставались пассивными, т.е. сохраняли высокий уровень, то значит ячейка неисправна.

Контроль на выдачу сигналов «ВД[0/7]», «ВД[8/15]», «СБРОС[0/7]», «СБРОС[8/15]» для ячеек БЗПП.

. ЭВМ выдает на УС адрес, равный 0.

. УС выдает на ОК этот адрес и сигналы управления:

ОБР

ЧБ/ЧС

Чт[0/7]

. УС принимает от ОК сигналы по линиям «ВД[0/7]» и «СБРОС[0/7]».

Если в процессе чтения информации из ячейки данные сигналы оставались пассивными, т.е. сохраняли высокий уровень, то значит ячейка неисправна.

4. Техническая часть

4.1 Разработка и описание функциональной схемы устройства сопряжения

Функциональная схема устройства сопряжения приведена в приложении 1.[12]

Описание элементов функциональной схемы

Селектор адреса. Обеспечивающий выработку сигналов, соответствующие выставлению на шине адреса магистрали кода адреса, принадлежащего данному УС, или одного из зоны адресов данного УС. Селектор адреса состоит из ЛС 8И-НЕ и дешифратора ДС.

Буфер сигналов управления шиной ISA. Обеспечивает электрическое согласование ячейки с линиями сигналов управления обменом на шине ISA, трансляцию сигналов управления из шины ISA в ячейку, передачу на шину ISA сигналов I/O CH RDY, сигнала I/O CS16.

Двунаправленный буфер данных. Обеспечивает электрическое согласование ячейки ОК с шиной ISA и передачу данных в нужном направлении.

Устройство управления ОК.

Буферные передатчики, предназначенные для выработки, передачи и хранения сигналов:

Т1, ОБР, Т3, Т4, Т5, БЛЧТ, ЧБ/ЧС, ЧТ[0/7], ЧТ[8/15], LB[15], LD[13], LD[14], LD[15], LF[15], LF[34].

Буферные приемники, предназначенные для приема, передачи и хранения сигналов:

СБРОС[0/19], ВД[0/19], СБРОС[0/7], СБРОС[8/15], ВД[0/7], ВД[8/15], LD[13], LD[14], LD[15], LF[15], LF[34], Неиспр I, Неиспр II.

Программный доступ к ячейке со стороны управляющей ЭВМ осуществляется через шину ISA. При поступлении сигналов адреса в диапазоне 300h - 303h происходит выбор данного УС. Далее вырабатывается сигнал I/O CS16, соответствующий работе устройства с шестнадцатиразрядным словом, по шине данных ISA поступают сигналы адреса для ОК и сигнал IOW, запускающий генератор тактовой частоты (800 КГц). Формируется сетка частот Т1 - Т5, ОБР и по переднему фронту Т1 через приемопередатчик выставляется адрес ОК.

Предусмотрено два режима работы УС: основной и побайтный, при этом выбор режима осуществляется подачей управляющего сигнала по адресу 301h системной шины ISA.

Основной режим работы:

Для ячеек БЗПМ 09.003 и 09.004:

а) ОК вырабатывает сигнал СБРОС[0/19] для подготовки магистрали к приему данных.

б) ОК вырабатывает сигнал ВД[0/19], подтверждающий наличие информации Инф[0/19] на магистрали, а также сигналы Неиспр I, Неиспр II.

в) УС при поступлении сигналов ВД[0/19] и IOR вырабатывает сигнал I/O CH RDY, означающий наличие данных на выходной шине устройства.

Для ячейки БЗПП 09.005:

а) перед выставлением адреса LB[0/14] в ОК по адресу 301h из системной шины ISA в ОК выдаются управляющие сигналы LD[13/15], ЧБ\ЧС, LB[15], ЧТ[0/7], ЧТ[8/15], БЛЧТ, инициализирующие режим работы ОК с шестнадцатиразрядным словом. Затем по адресу 300h из системной шины ISA в ОК выдается адреса для ОК и сигнал IOW, запускающий генератор тактовой частоты (800 КГц), формируется сетка частот Т1 - Т5, ОБР и по переднему фронту Т1 через приемопередатчик выставляется адрес ОК.

б) ОК вырабатывает сигналы СБРОС[0/7] и СБРОС[8/15] для подготовки магистрали к приему данных.

в) ОК вырабатывает сигналы ВД[0/7] и ВД[8/15], подтверждающий наличие информации Инф[0/15] на магистрали.

г) УС при поступлении сигналов ВД[0/7], ВД[8/15] и IOR вырабатывает сигнал I/O CH RDY, означающий наличие данных на выходной шине устройства.

Для ячейки БЗПП 09.006:

а) перед выставлением адреса LB[0/14] в ОК по адресу 301h из системной шины ISA в ОК выдаются управляющие сигналы LD[13/15], ЧБ\ЧС, ЧТ[0/7], ЧТ[8/15], БЛЧТ, инициализирующие режим работы ОК с шестнадцатиразрядным словом, а также обращение к группе зон памяти с помощью регистра номера группы зон РНГЗ. Затем по адресу 300h из системной шины ISA в ОК выдается адреса для ОК и сигнал IOW, запускающий генератор тактовой частоты (800 КГц), формируется сетка частот Т1 - Т5, ОБР и по переднему фронту Т1 через приемопередатчик выставляется адрес ОК.

б) ОК вырабатывает сигналы СБРОС[0/7] и СБРОС[8/15] для подготовки магистрали к приему данных.

в) ОК вырабатывает сигналы ВД[0/7] и ВД[8/15], подтверждающий наличие информации Инф[0/15] на магистрали.

г) УС при поступлении сигналов ВД[0/7], ВД[8/15] и IOR вырабатывает сигнал I/O CH RDY, означающий наличие данных на выходной шине устройства.

Побайтный режим работы:

Для ячейки БЗПП 09.005:

а) побайтный режим работы осуществляется в зависимости от сочетания сигналов ЧБ/ЧС и LB[15], приходящих из УС (при приеме старшего байта Инф[0/7] ЧБ/ЧС = 1, LB[15] = 0; при приеме младшего байта Инф[8/15] ЧБ/ЧС = 1, LB[15] = 1).

б) при наличии на входе данной ячейки сигнала низкого уровня ЧТ[0/7] по синхроимпульсу Т5 ячейка выдает данные Инф[0/7] на магистраль.

в) при наличии на входе данной ячейки сигнала низкого уровня ЧТ[8/15] по синхроимпульсу Т5 ячейка выдает данные Инф[8/15] на магистраль.

Для ячейки БЗПП 09.006: побайтный режим работы осуществляется аналогично п.1.

Также устройство контроля обеспечивает прием по адресу 302h управляющих сигналов, вырабатываемых ОК, а именно:

СБРОС[0/7];

СБРОС[8/15];

СБРОС[0/19];

ВД[0/7];

ВД[8/15];

ВД[0/19];

а также информационных сигналов, вырабатываемых ОК, а именно:

Неиспр I;

Неиспр II;[12/15];[15];[34];

с последующей их проверкой.

4.2 Разработка и расчет принципиальной схемы устройства сопряжения

Электрическая принципиальная схема УС приведена в приложении 1.

Для разрабатываемой ячейки будем использовать микросхемы со структурой ТТЛ. Такой выбор объясняется высоким быстродействием данного класса микросхем и их устойчивого к воздействию статического электричества. Из всего широкого семейства цифровых микросхем со структурой ТТЛ мы используем микросхемы серий 1533 и 559, которые широко выпускаются отечественной промышленностью в настоящее время.[2]

Генератор опорной частоты выполнен на кварцевом резонаторе BQ1, микросхеме D32 и резисторах R1 и R2. Частота генератора обеспечивается кварцем BQ1 (3200кГц), затем делится на 4 с помощью 2-х D-триггеров D33, для получения требуемой частоты 800кГц.

Селектор Адреса УС выполнен на микросхемах D1, D2 и D3, соответственно 1533ИД7, 1533ЛН1 и 1533ЛА2. С помощью дешифратора, используя младшие адреса [SA0/SA2], получим три управляющих адреса 300h, 301h и 302h.

Буфер сигналов управления шиной ISA выполнен на микросхеме D4 1533ЛП8 - буферный элемент с тремя состояниями на выходе. Для выработки I/O CS 16 управляющим сигналом ы D3 ЛА2. Для выработки I/O CH RDY управляющим сигналом D4 ЛП8 являются совокупность микросхем D9, D10 и D11, соответственно 1533ЛН1, 1533ЛИ1 и 1533ЛЛ1.

Двунаправленный буфер данных выполнен на микросхемах D5 - D8 типа 559ИП3 (магистральные приемопередатчики с открытым коллектором) и резисторных сборках D12 - D15, типа блок Б19-2.

 - мощность рассеивания одного резистора в сборке

 - ток, текущий через резистор

В одном корпусе блока резисторов - 8 резисторов, следовательно:

Предельная мощность, рассеиваемая одним блоком резисторных сборок равна 1Вт (из справочника). Следовательно, данный тип резисторных сборок Б19-2 удовлетворяет целям решаемой задачи.

Рассчитаем минимальную нагрузочную способность передатчиков:

Ток, который течет через передатчик, когда транзистор находится в открытом состоянии (выходной каскад выполнен по схеме с открытым коллекторным выходом):

Данной нагрузочной способностью обладают магистральные приемопередатчики 559ИП3, вследствие чего они и были выбраны.

Устройство управления ОК.

выполнено на микросхемах D16 - D19 (КР1533АП5 четырех канальный формирователь с тремя состояниями, в схемной реализации представляют демультиплексор) предназначенные для переключения сигналов адреса ОК и сигналов управления LD[13/15], ЧБ\ЧС, ЧТ[0/7], ЧТ[8/15] LB[15], LF[15], LF[34] ОК. - D23 (КР1533ИР13 8-ми разрядный регистр) предназначены для хранения 20-ти разрядного слова.

D28 и D29 (КР1533ИР13) предназначены для хранения сигналов НЕИСПР I, НЕИСПР II, СБРОС[0/7], СБРОС[8/15], СБРОС[0/19], ВД[0/7], ВД[8/15], ВД[0/19], LD[12/15], LF[15], LF[34].

D30 (КР1533ИР34 четырех разрядный буферный регистр с 3-мя устойчивыми состояниями на выходе, с повышенной нагрузочной способностью для работы на магистраль) предназначен для управления режимами работы ОК.

D24 - D27 (КР1533КП11А четырех разрядный селектор 2-1 с тремя устойчивыми состояниями) предназначен для переключения сигналов Инф[0/15] и сигналов Инф[16/19], НЕИСПР I, НЕИСПР II, СБРОС[0/7], СБРОС[8/15], СБРОС[0/19], ВД[0/7], ВД[8/15], ВД[0/19], LD[12/15], LF[15], LF[34].

4.3 Разработка и расчет принципиальной схемы узла коммутаций и соединений

Электрическая принципиальная схема узла коммутаций и соединений приведена в приложении 1.

Узел коммутаций и соединений предназначен для электрического согласования объектов контроля, визуализации поступления питающих напряжений объектов контроля, а также для проверки потребляемых токов объектом контроля и индикации наличия напряжения.

Узел коммутаций и соединений состоит из:

Разъемов:

Х1/IN/: СНП34С-135Р-В9(вилки), СНП34С-135Р-Р(розетки) - предназначенного для соединения устройства сопряжения (Х3/УС/), а также (X4/ПИТ/) для подключения стандартных(лабораторных) блоков питания(3В, 5В, 10В, 20В);

Х2/ОК/: СНП34С-135Р-В9(вилки), СНП34С-135Р-Р(розетки) - предназначенного для подключения ОК 09.003, 09.004, 09.005, 09.006;

Гнезд:

ГН1 и ГН2 - предназначенных для подключения амперметра к 3х - вольтовой цепи питания ОК;

ГН3 и ГН4 - предназначенных для подключения амперметра к 5ти - вольтовой цепи питания ОК;

ГН5 и ГН6 - предназначенных для подключения амперметра к 10ти - вольтовой цепи питания ОК;

ГН7 и ГН8 - предназначенных для подключения амперметра к 20ти - вольтовой цепи питания ОК;

Светодиодов серии АЛ307АМ (красного цвета):, VD2, VD3, VD4 предназначенных для индикации наличия напряжения соответственно (3В, 5В, 10В, 20В);

Тумблеров серии ТВ1:

Т1 - предназначенного для переключения 3х вольтовой цепи питания не содержащей амперметр и 3х вольтовой цепи питания содержащей амперметр;

Т2 - предназначенного для переключения 5ти вольтовой цепи питания не содержащей амперметр и 5ти вольтовой цепи питания содержащей амперметр;

Т3 - предназначенного для переключения 10ти вольтовой цепи питания не содержащей амперметр и 10ти вольтовой цепи питания содержащей амперметр;

Т4 - предназначенного для переключения 20ти вольтовой цепи питания не содержащей амперметр и 20ти вольтовой цепи питания содержащей амперметр;

Процесс измерения потребляемого тока осуществляется следующим образом:

Требуется подключить амперметр к гнездам соответствующим проверяемому напряжению (ГН1 и ГН2 - 3В, ГН3 и ГН4 - 5В, ГН5 и ГН6 - 10В, ГН7 и ГН8 - 20В), затем перевести тумблер(соответственно Т1, Т2, Т3, Т4) в положение «изм». Процесс исключения амперметра из контролируемой цепи осуществляется следующим образом:

Для того что бы не произошло нарушение режима работы объекта контроля, при исключении амперметра из проверяемой цепи питания необходимо в первую очередь перевести соответствующий тумблер в положение «выкл», затем можно отключить амперметр.

5. Конструкторско-технологическая часть

.1 Описание выбранной общей конструкции

Устройство сопряжения контролируемых ячеек с ЭВМ должен соответствовать тактико-техническим, эксплуатационным, эстетическим, экономическим и конструкторско-технологическим требованиям.

Конструкторско-технологические требования определяются областью использования и местом расположения предлагаемого устройства.

Ориентировочные габаритные размеры устройства сопряжения - 300х100 мм. Общий вид приведен на рисунке 5.1.1.

Устройство сопряжения размещается в стандартный интерфейс ISA компьютера типа IBM PC AT.

Узел коммутации выполнен в виде металлической коробки прямоугольной формы, на верхней панели которой расположен разъем для подключения контролируемых ячеек. Для обеспечения жесткого крепления ячеек рядом с разъемом установлены направляющие стойки.

Соединение узла коммутации с устройством сопряжения осуществляется при помощи кабеля.

На передней панели устройства расположены:

разъемы для контроля потребляемых токов с помощью амперметра;

тумблеры Т#, предназначенный для коммутации напряжений питания контролируемых ячеек через гнезда ГН# для подключения амперметра;

светодиоды с маркировкой «+3 В», «+5 В», «+10 В», «+20 В», позволяющие проконтролировать наличие напряжения питания;

Распайка радиоэлементов на плате устройства сопряжения производится припоем ПОС Су-61-0,5 ГОСТ 1499-70.

Лицевые панели устройства покрываются нитроэмалью голубого цвета ЭМ-НКО-5 ГОСТ 6631-53.

5.2 Технология изготовления печатных плат

Применение печатного монтажа в радиоэлектронной аппаратуре повышает ее надежность и обеспечивает повторяемость параметров от образца к образцу, способствует автоматизации и механизации производственных процессов. Метод изготовления печатных плат определяется сочетанием определенного способа создания проводящего покрытия со способом нанесения изображения проводников.[16]

Широкое распространение получил комбинированный позитивный метод изготовления печатных плат. при этом методе можно получить металлизированные переходные отверстия, что упрощает переход при монтаже от одной стороны платы на другую. Металлизация отверстий производится электрохимическим методом.

Данный метод позволяет сочетать два технологических процесса - химического травления или способа переноса (электрохимического травления) и электрохимического осаждения, поэтому и называется комбинированным. Следовательно, он обладает достоинством двух этих технологий.

Технология изготовления печатных плат позитивным комбинированным методом содержит восемнадцать последовательных технологических операций.

Изготовление заготовок плат

Полученные с завода-изготовителя материалы проверяются на соответствие техническим условиям и чертежам. Фольгированный стеклотекстолит СФ₁ или СФ₂ должен соответствовать МРТУ 15.509.001.64 ГОСТ 1.03.16-62.

Из принятого материала нарезаются заготовки с учетом припуска 10 мм на сторону. В заготовке сверлятся базовые отверстия в соответствии с картой механической обработки и годные заготовки подаются на дальнейшую обработку.

Подготовка поверхностей заготовки

Фольгированная поверхность заготовки зачищается наждачным порошком №12-2.

После промывки заготовка обезжиривается венской известью, промывается в горячей воде (50-60)ºС. Обезжиренная заготовка декатируется в растворе серной кислоты, тщательно промывается и сушится.

Нанесение светочувствительной эмульсии

Эмульсия наносится на плату поливом. Эмульсия на поливиниловом спирте может использоваться в течение 15 суток с момента изготовления, а за час до начала работы в эмульсию вводится раствор ОП-7. Затем плиту помещают в центрифугу, вращающуюся со скоростью 80-100 оборотов в минуту, внутри которой поддерживается температура на уровне (35-40)ºС. Высушенные заготовки могут храниться в темном месте не более двух часов.

Копирование, проявление, окрашивание, дубление

Заготовка закрепляется в копировальной рамке, которая, в свою очередь, закрепляется в светокопировальную рамку так, чтобы копировальный слой заготовок соприкасался с эмульсионной стороной позитива. Время экспонирования зависит от мощности источника света, расстояния до копировального слоя, толщины слоя. Проявление изображения производится под теплым водяным душем. Изображение окрашивается в растворе метилвиолета и промывается водой комнатной температуры.

Процесс химического дубления происходит с покачиванием в растворе хромового ангидрида. После промывания холодной водой изображение должно иметь коричневую окраску. Остатки эмульсии снимаются быстрым протиранием заготовки марлевым тампоном, после чего сушится на воздухе. Рисунок схемы должен быть четким и хорошо окрашенным.

Термообработка

Термообработка производится в термостате при температуре не выше 100ºС в течение трех часов. После обработки фольгированную поверхность следует протереть влажным тампоном и зачистить шлифовальным порошком №5. После чего в ОТК осуществляется визуальный контроль всех заготовок и отбраковка негодных.

Нанесение лакового защитного слоя

Для этого заготовки плат троекратно покрываются в пульверизаторной камере лаком АВ-4. Затем высушивают пленку.

Сверление и зенкование отверстий

Осуществляется по карте механической обработки. Режим сверления: 15-20 отверстий в минуту.

Химическое меднение отверстий

Заготовки плат обезжириваются в ванне с венской известью, промываются в холодной воде и сушатся на воздухе, затем обрабатываются в растворе двухлористого олова.

После промывки в холодной воде заготовки активируются в хлорном палладии.

Меднение производится в ванне из винилпласта. Состав раствора: медь сернокислая - 80г/л, натрий едкий - 60г/л, глицерин дистиллированный - 50г/л, формалин - (35-40)г/л. Формалин вводится в ванну за 7-10 минут до начала меднения.

Снятие лаковой пленки

После снятия лака поверхность заготовки зачищается шлифовальным порошком №5, деканируется в серной кислоте, промывается водой и сушится.

Растуширование изображения

Оно осуществляется асфальтовым лаком №411, после чего сушится при комнатной температуре.

Электрохимическое меднение

Поверхность предварительно эмальгируется погружением в ванну с раствором серной ртути в азотной кислоте, промывается дистиллированной водой и сушится .

Раздубление фоторезистора

Эмульсия снимается в растворе щавелевой кислоты и хлористого натрия, затем заготовки тщательно промываются и сушатся.

Травление фольги с пробельных мест

Травление производится в растворе персульфата аммония, либо хлорного железа. После промывки серебряное покрытие осветляется с осветляющего раствора.

Покрытие флюсом ФПП

Флюс наносится пульверизатором в вытяжном шкафу. Удельный вес раствора должен быть 0,9 г/см³. Затем заготовки сушатся в течение 15-20 минут. Пленка флюса должна быть прозрачной, при нажатии пальцем не должно быть отливов.

Механическая обработка плат

Производится обрезка плат на механических ножницах до нормативных размеров.

Проверка качества изготовления печатных плат

Осуществляется работником ОТК визуальным контролем.

Рассмотренный выше способ, в отличие от другого промышленного способа изготовления печатных плат сеточно-химическим методом, применяется для изготовления двухсторонних печатных плат.

Печатная плата изготовленная описанным способом, характеризуется высоким качеством и надежностью, которая обеспечивается за счет хорошей сцепляемости проводников с фотоэлектрическим слоем.

Изготовление печатных плат должно производиться согласно технологическому процессу, принятому на заводе-изготовителе, обеспечивающему выполнение всех требований чертежа и технических условий.

К печатным платам предъявляются следующие требования:

Ширина печатных проводников должна быть не менее 0,25 мм.

Минимальное расстояние между печатными проводниками должно быть не менее 0,2 мм.

Контактные площадки должны быть размером не менее 3 мм².

Слой металла должен обладать удельной проводимостью медных проводников.

Площадь поперечных сечений проводников и поверхность металла дорожки должна удовлетворять допустимой плотности тока и рабочей частоты, на которой работает плата.

Поверхность печатных плат не должна иметь пузырей, сколов, расслоений материала основания.

6. Экономическая часть

) Построение ленточного графика

Одной из основных целей планирования проекта является определение общей продолжительности работ по его проведению.

За время выполнения работы участники выполняют сравнительно небольшие по объему исследования. В этом случае наиболее удобным и наглядным средством организации работы является график. Он отражает продолжительность каждого вида работ, приведенных в таблице 6.1., в виде отрезков времени, которые располагаются в соответствии с последовательностью выполнения работ.[17]

Продолжительность каждого вида работ Т_п определяется следующим образом:

Т_пi=T_i / Ч_i (дн), где

_i - трудоемкость i-ого вида работы в человеко-днях (чел./дн.),

Ч_i - численность исполнителей i-ого вида работы.

Ленточный график изображен на рис.6.2.

Таблица 6.1.

2) Составление сметы затрат на разработку

Целью планирования себестоимости работ по разработке устройства является экономически обоснованное определение величины затрат на их выполнение. В плановую себестоимость включаются все затраты, связанные с разработкой, независимо от источника их финансирования.

Определение затрат на разработку устройства производится путем составления калькуляции плановой себестоимости. Она является основным документом, на основании которого осуществляется планирование и учет затрат на разработку.

Калькуляция плановой себестоимости разработки включает в себя следующие статьи затрат:

материалы и комплектующие (табл.6.3.);

основная заработная плата (ОЗП);

дополнительная заработная плата (ДЗП);

отчисление на социальные нужды (ОСН);

накладные расходы (НР).

К статье «Основная заработная плата» относятся зарплата инженерно-технических работников (ИТР), лаборантов и техников, непосредственно занятых выполнением конкретной разработки. Размер ОЗП устанавливается, исходя из численности различных категорий исполнителей, трудоемкостей, затраченных ими на выполнение отдельных видов работ и их ставки (средней зарплаты) за один рабочий день. Средняя зарплата за один рабочий день определяется для каждой категории работающих, исходя из месячного должностного оклада и количества рабочих дней в месяце. Результаты расчета ОЗП приведены в таблице 6.2: ОЗП = 4270 руб.

Таблица 6.2.

Всего: 4270 руб.

Таблица 6.3.

Всего: 1632 руб.

На статью «Дополнительная заработная плата» относятся выплаты, предусмотренные законодательством за не явочное (не проработанное) время: оплата времени, связанного с выполнением государственных и общественных обязанностей, оплата очередных и дополнительных отпусков, выплата вознаграждений за выслугу лет и прочие выплаты.

Транспортно-заготовительные расходы:

Тзр=5% от 1632=81,6 руб.

Всего: 81,6+1632=1713.6 руб.

ДЗП работников, непосредственно связанных с разработкой, составляет 30% от ОЗП, т.е.:

ДЗП=0,3·ОЗП=0,3·4270=1281 (руб.)

К статье «Накладные расходы» относятся расходы на управление и хозяйственное обслуживание производства, которые в равной степени относятся ко всем выполненным разработкам. По этой статье учитывается заработная плата аппарата управления и общехозяйственных служб. затраты на содержание и текущий ремонт зданий, сооружений оборудования и инвентаря, амортизационные отчисления на их полное восстановление и капитальный ремонт, расходы по охране труда, получению научно-технической информации, изобретательству и рационализации и другие затраты. Величина накладных расходов на конкретную разработку составляет 650% от ОЗП работников, непосредственно участвующих в разработке.

Накладные расходы рассчитываются следующим образом:

НР=6,5·ОЗП=6,5·4270=27755 (руб.)

Следующей статьей отчислений являются “Отчисления на социальные нужды”. К ним относятся выплаты на оплату перерывов в работе по временной нетрудоспособности и отчисления в пенсионный фонд. Размер ОСН составляет 38,5% от суммы ОЗП и ДЗП работников, непосредственно занятых разработкой устройства:

ОСН=0,385·(ОЗП+ДЗП)= 0,385·(4270+1281)=2137,135 (руб.)

На основании всего перечисленного составляется калькуляция плановой себестоимости. Она приведена в таблице 6.4.

Сп=ОЗП+ДЗП+НР+ОСН+Расходы на материалы и комплектующие=

=4270+1281+27755+2137,135+1713,6=37156,735 (руб.)

Прибыль составляет 30% от плановой себестоимости:

Налог на добавленную стоимость составляет 20% от суммы Сп и П:

Таблица 6.4.

Калькуляция плановой себестоимости на научно-техническую продукцию

) Расчет себестоимости опытного образца

Себестоимость продукции включает в себя все затраты предприятия идущие на ее изготовление.

Калькуляция себестоимости опытного образца составляется по следующим статьям затрат:

материалы и комплектующие;

зарплата основных рабочих;

доплаты;

отчисления на социальные нужды;

общепроизводственные расходы;

общехозяйственные расходы.

К статье «Материалы и комплектующие» относятся затраты на сырье, основные и вспомогательные материалы и комплектующие изделия, необходимые для изготовления опытного образца. Затраты по этой статье определяются действующими на данный момент ценами. Расчет затрат приведен в таблице 6.3.

К статье «Основная заработная плата» относится ОЗП рабочих, непосредственно занятых изготовлением опытного образца. Размер ОЗП устанавливается исходя из численности различных категорий рабочих, трудоемкости, затраченной на выполнение отдельных видов работ и их средней часовой ставки (зарплата за 1 час).

Расчет ОЗП приведен в таблице 6.5.

Таблица 6.5.

Расчет ОЗП

Таблица 6.6.

Расчет НР

В статью «Накладные расходы» включаются расходы на управление и хозяйствование обслуживания, которые в равной мере относятся ко всей выпускаемой на предприятии продукции, расчет приведен в таблице 6.6. Величина накладных расходов, приходящихся на изготовление опытного образца, определяется в процентах от ОЗП рабочих, непосредственно занятых его изготовлением.

Накладные расходы складываются из следующих статей:

расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (300% от ОЗП):

Рсэо=3·ОЗП=3·408=1224 (руб.)

цеховые расходы (200% от ОЗП):

Рц=2·ОЗП=2·408=816 (руб.)

общезаводские расходы (150% от ОЗП):

Роз=1,5·ОЗП=1,5·408=612 (руб.)

Результаты расчетов накладных расходов сведены в таблицу 6.6.

ДЗП рабочих составляет 30% от ОЗП:

ДЗП=0,3·ОЗП=0,3·408=122,4 (руб.)

Отчисления на социальные нужды составляют 38,5% от суммы общей и дополнительной зарплаты:

ОСН=0,385·(ОЗП+ДЗП)= 0,385·(408+122,4)=204,204 (руб.)

Доплаты составляют 60% от ОЗП:

Пр=0,6·ОЗП=0,6·408=244,8 (руб.)

На основании полученных данных по отдельным статьям затрат составляется калькуляция себестоимости опытного образца.

Она представлена в таблице 6.7.

Таблица 6.7.

Калькуляция себестоимости опытного образца

) Расчет проектной цены изделия

При расчете окончательной цены изделия необходимо учитывать такие важные экономические факторы, как налоги и прибыль, существенно влияющие на конечную стоимость разрабатываемого изделия.

Исходя из этого вычислим цену:

Цена = С/Б + НДС + прибыль =

= 2958,204+3845,6652+887,4612=7691,33 (руб.)

7. Безопасность и экологичность проекта

.1 Обоснование и выбор рабочего места оператора ПЭВМ

Планировка и организация рабочего места должна основываться на учёте антропометрических и психофизиологических данных людей.

Рабочее место должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.032-78 «Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования» и технической эстетики.

Рекомендуется использовать рабочий стол, регулируемый по высоте в пределах 680¸760 мм. Высота регулируемого стола принимается равной 720 мм. Столешница выполняется размером 1600¸900 мм. Должно быть обеспечено пространство для ног высотой 600 мм, шириной 500 мм и глубиной 650 мм. Ширина сиденья не должна быть меньше 400 мм, а глубина - 380 мм.

Рабочее место оператора ЭВМ изображено на рис.7.1.1.