|
44-TQFP
1.4 Обоснование выбора элементной
базы модернизированной схемы fm-steprive
Схема электрическая принципиальная
модернизированная Fm-Stepdrive а мк построена на следующих БИС и ИМС:
Рис. 1: Условно-графическое обозначение МК БИС PCF8583
1.5 Описание работы Fm-Stepdrive
по схеме электрической принципиальной модернизированной
Рассмотрим работу Fm-Stepdrive а мк по схеме
электрической принципиальной модернизированной в положительной логике
Работу Fm-Stepdrive а иллюстрирует таблица
истинности, а также временные диаграммы работы, представленные на листе 19-20.
|
CS
|
WR
|
RD
|
LEFT
|
RIGHT
|
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
|
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
|
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
|
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
|
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
управление привод блок
модернизированный
Таблица 2. Т
|
WR
|
RD
|
INT0
|
INT1
|
INT2
|
CS
|
MCLR
|
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
2. Расчетная часть проекта
2.1 Расчёт временных соотношений
командного цикла ЦАП БИС AT90S2313
Произведём расчет временных соотношений
командного цикла ЦАПП БИС AT90S2313
Тактовая частота работы МК задаётся кварцевым
резонатором (Q2) = 20 МГц.
Найдём период следования импульсов сигнала «Q2»
(TQ2):
При расчёте были использованы следующие
справочные данные:
) Время генерации адресов «RA0-RA5»:
адр = TQ2
- 6 = 44 нс
) Длительность фиксации младшего байта адреса «SCK»:
tSCK = 2 * TQ2
- tадр = 2 * 50 - 44 = 6 нс
) Время задержки сигнала фиксации, адреса
младшего байта, относительно сигналов «RA0-RA5»:
tзад1 = TQ2
- tадр = 50 - 44 = 6
нс
) Длительность сигнала чтения команды из памяти
«MCLR»
tMCLR = 3 TQ2
- 35 = 3 * 50 - 6 = 144 нс
) Время задержки сигнала чтения команды «MCLR»
относительно сигнала «SCK»
зад2 = tMCLR
- tSCK = 144 - 56 = 88 нс
) Время обработки и исполнения команды
исп
= 6 * TQ2 = 450 нс
выб
= tадр + tSCK + tзад1 + tMCLR
+ tзад2
= 6 + 56 + 6 + 144 + 88 = 450 нс
Длительность командного цикла (TКЦ)
МК БИС PCF8583 будет
равна сумме времени выборки команды из памяти (tвыб) и времени
исполнения (tисп):
TКЦ =
tвыб + tисп = 450 + 450 = 900 нс
В результате расчёта временных соотношений
командного цикла, общая задержка составила 900 нс, что соответствует
техническим условиям на данную БИС.
2.2 Расчет надежности
модернизированной схемы БУ fm-stepdrive
Надежность - это свойство изделия или отдельных
его элементов выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения
установленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах,
соответствующих данным режимам и условиям использования технического
обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки.
Надежность важная характеристика любой
конструкции. На показатель надежности оказывают влияние следующие
характеристики схемы: элементная база, количество паек, условие эксплуатации,
безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Интенсивность отказов - условная вероятная
частота возникновения отказов объекта, определяемая для рассматриваемого
времени, при условии, что до этого момента отках не возникал.
Отказ - нарушение работоспособности, без
устранения которых не возможна дальнейшая работа аппаратуры.
Долговечность - свойство аппаратуры долго
сохранять работоспособность до наступления предельного износа.
Ремонтопригодность - свойство объекта,
заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению отказов,
повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и
технического обслуживания.
Безотказность - свойство устройства непрерывно
сохранять работоспособность в течение некоторого времени и некоторой наработки.
Существует несколько методов определения
надежности, и они делятся на 2 группы: приближенный или ориентировочный расчет,
полный или окончательный расчет.
В данном курсовом проекте применяется
приближенный метод расчета надежности ЛИПсМКУ по экспоненциальному закону.
Для расчета надежности использовались данные:
. Схема электрическая принципиальная
модернизированная ЦАП БИС AT90S2313
2. Λi
- интенсивность отказов элементов i-ой
группы
3. Ni
- количество элементов i-ой
группы
Произведем расчет надежности схемы БУ fm-stepdrive.
Данные для расчета удобно представлять в виде (табл. 3), данные в таблице
представлены из справочника.
Таблица 3
|
Наименование
элементов
|
Количество
элементов
|
Интенсивность
отказов одного элемента
|
l
i × N i
*10
-6
|
|
N
i [шт ]
|
l
i* 10 -6
[1/час
]
|
[1/час]
|
|
PCF8583
|
1
|
0,00033
|
0,00033
|
|
AT90S2313
|
1
|
0,00023
|
0,00023
|
|
Конденсаторы
|
21
|
0,018
|
0,378
|
|
Пайка
|
240
|
0,001
|
0,24
|
|
Резисторы
|
16
|
0,049
|
0,784
|
|
Диоды
|
1
|
0,014
|
0,014
|
|
Всего
|
282
|
0,08303
|
1,41724
|
Произведём расчёт надёжности схемы ЦАП БИС AT90S2313
по схеме электрической принципиальной. Данные для расчёта удобно представлять в
виде таблицы, которая составляется на основе справочных данных.
) Определим общее значение интенсивности отказов
элементов схемы:
λобщ=(0,00033+0,00023+0,00026+0,00021+0,0378+0,24+0,784+0,014)*10-6
= 1,41724 * 10-6 = 0,00000141724 [1/час]
) Определим наработку на отказ:
Т0= 1/ λобщ
= 62744 часов = 2614 дней ≈ 7 лет
) Определяем вероятность безотказной работы:
P (t) = e-λобщ*t
P (0) = e-6,3 * 10^-6 * 0 = 1(10) =
e-6,3 * 10^-6 * 10 = 0,99996(100) = e-6,3 * 10^-6 * 100 = 0,99928(1000) = e-6,3
* 10^-6 *1000 = 0,99361(10000) = e-6,3 * 10^-6 * 10000 = 0,93884(100000) =
e-6,3 * 10^-6 * 100000 = 0,53249 (1000000) = e-6,3
* 10^-6 * 1000000 = 0,00194
) Вычислим показатели отказов Q(t)
= 1 - P(t).
Q (0) = 1-1 = 0
Q (10) = 1-0,99994 =
0,00006
Q (100) = 1-0,99937
= 0,00053
Q (1000) = 1-0,99372
= 0,00638
Q (10000) =
1-0,93894 = 0,06206
Q (1000000) =
1-0,00184 = 0,99716
В результате расчета на отказ было рассчитано
время безотказной работы.
Масштабы:
По оси P,Q:
в 1 см - 0,1 P(t),
Q(t)
По оси t:
в 1,5 см [час], где n = 1,2,...,6
Заключение
В данном курсовом проекте модернизируется схема
БУ fm-stepdrive.
Подводя итоги, можно сделать выводы. Fm-Stepdrive
состоит из следующих элементов: МК БИС PCF8583,
ЦАП БИС AT90S2313
является общедоступной, имеет малую потребляемую мощность, низкую стоимость и
высокое быстродействие, что и обеспечило выбор данной схемы
В схему электрическую структурную БУ fm-stepdive
входят следующие блоки: микроконтроллер, операционный усилитель,
цифро-аналоговый преобразователь, преобразователь напряжения, пятипозиционный
джойстик.
Работа БУ fm-stepdive
по схеме электрической принципиальной рассмотрена в положительной логике
(уровень логического нуля равен 0.4 В., а уровень логической единицы
соответствует 2.4 В.). Составлена таблица истинности и построены временные
диаграммы работы БУ fm-stepdrive.
Однокристальный микроконтроллер МК БИС PCF8583
функционально
состоит из следующих узлов: АЛУ, ПЗУ, ОЗУ, таймер-счетчик, схема прерывания,
тактовый генератор, устройство управления и синхронизации, регистр состояния
программ. Работу ЦАП БИС AT90S2313
иллюстрирует таблица истинности и временные диаграммы работы.
Микросхема ЦАП БИС AT90S2313
работает в следующих режимах: запись, считывание и хранение информации. Также
она содержит накопитель, дешифраторы адреса строк и столбцов, усилители записи-считывания,
схемы ввода-вывода информации и блок управления. Работу ЦАП БИС AT90S2313
иллюстрирует таблица истинности и временные диаграммы работы.
Длительность командного цикла МП, состоящего из
суммарного времени выборки команды из памяти и времени исполнения, составила
900 нс., что соответствует техническим условиям на данную БИС.
Расчет точности и погрешности работы проходили
при НУ (Нормальных условиях). В конечном итоге частота сигнала была равна 44.1MHz,
при температуре +25ºС.
Расчёт надёжности произведён приближённым
методом по экспоненциальному закону, который показал, что схема Fm-Stepdrive а
является достаточно надёжной и обеспечивает безотказную работу в течение 7 лет.
Список используемой литературы
1. А.В. Нефедов.:
«Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги», Справочник, том 9,
Издательство «РадиоСофт», 2003 г.
2. Перельман Б.Л.,Шевелев В.И.
«Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги». Справочник. Изд. «НТЦ
Микротех» 2003год.
. Пехотник Н.Р., Конспект
лекций по предмету: «Микропроцессоры и микропроцессорные системы», М., ПК№19,
2013/2014 уч/г.
4. Пучков Н.А. «Зарубежные
интегральные микросхемы и их отечественные аналоги: Справочник», Москва,
«Машиностроение», 2004г.
5. http://radioskot.ru/publ/skhema_stepdrive_1-1-0-138
6. http://octopart.ru/catalogue/
. http://forum.ixbt.com/
Перечень Элементов
|
Поз.
обозн.
|
Наименование
|
Кол.
|
|
Микросхемы
|
|
|
DD1
|
PCF8583
|
1
|
|
DD2
|
AT90S2313
|
1
|
|
|
|
|
Конденсаторы
|
|
|
С1,С2,С3,С4,С5,С6,С7
|
100 мк
|
7
|
|
С8,С9
|
10
мк
|
2
|
|
С10,С11
|
33
мк
|
2
|
|
С12,С13
|
22
мк
|
2
|
|
С14
|
47
мк
|
1
|
|
|
|
|
Резисторы
|
|
|
R1
|
39
кОм
|
1
|
|
R2,R3,R5,R11,R16
|
100 кОм
|
5
|
|
R4,R7,R10,R13,R14,R15, R12
|
10 кОм
|
7
|
|
R6
|
1
МОм
|
1
|
|
R8,R9
|
2,2
кОм
|
2
|
|
|
|
|
Кварцевые
резонатры
|
|
|
Q1
|
24,575 МГц
|
1
|
20
МГц
|
1
|
|
|
|
|
Диоды
|
|
|
D1
|
BAT85
|
1
|
Похожие работы на - Модернизация схемы блока управления для привода Fm-Stepdrive фирмы siemens с целью расширения функциональных возможностей
|