Технико-экономическое обоснование выбора элементной базы

 

Выбор элементной базы является важным этапом проектирования. От правильного выбора элементной базы будет зависеть работоспособность всего изделия в целом. На выбор элементной базы всегда влияет назначение цепи, а также ее параметры и сопутствующие факторы, которые учитываются параметрами электро-радиоэлементами (ЭРЭ). При обосновании выбора элемента необходимо руководствоваться следующими критериями:

    электрические параметры элемента должны соответствовать режиму цепи и номиналу, указанному на схеме;

    технические условия (ТУ) на выбранный элемент должно соответствовать условиям эксплуатации проектируемого изделия;

конструкция элемента должна обеспечивать удобство его установки;

надежность должна быть максимальной;

стоимость элемента - минимально.

Два последних критерия являются противоречивыми, так как надежные элементы самые дорогие.

 

Конденсаторы

Конденсатор-устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом.

Исходными данными для выбора конденсаторов являются:

номинальная величина емкости, указанная на схеме и допуск на величину емкости;

назначение цепи, в которой стоит конденсатор;

режим цепи (постоянный ток, перемены ток или импульсный режим и, соответственно, сила тока, частота, параметры импульсов);

условия эксплуатации прибора, указанные в техническом задании на разработку прибора (температура, влажность, давление воздуха, механические нагрузки);

конструктивное оформление конденсатора.

При больших номиналах емкости используют слюдяные и электролитические конденсаторы К10-17, КД2, К10-7В, ESX, КМ-6. Выбираем ESX и КМ6, потому что они имеют небольшие габариты и меньший разброс параметров. Габаритные размеры ESX и КМ6 представлены на рисунках 1 и 2, соответственно.

Технические характеристики электролитических конденсаторов ESX:

номинальная емкость, мкФ 470;

напряжение, В 25;

импеданс, max 20 C, 100 кГц, Ом 1,3;

ток пульсации, мА  230;

габаритные размеры, мм х мм 5х11.

Технические характеристики керамических конденсаторов KM6:

- номинальная емкость, мкФ 0,47;

напряжение, В 400;

импеданс, max 20 C, 100 кГц, Ом 1,7;

ток пульсации, мА  270;

габаритные размеры, мм х мм 7,5х7,5.

 

Резисторы

Резистор - пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома для участка цепи.

Исходными данными для выбора резисторов являются:

номинальная величина сопротивления, указанная на схеме и допуск на величину сопротивления;

мощность рассеивания;

назначение цепи, в которой установлен резистор;

режим цепи (постоянный ток, перемены ток или импульсный режим и, соответственно, сила тока, частота, параметры импульсов);

максимально допустимая рабочая частота;

условия эксплуатации прибора, указанные в техническом задании на разработку прибора (температура, влажность, давление воздуха, механические нагрузки);

желательное конструктивное оформление резисторов.

Резисторы подразделяются на проволочные и непроволочные. В разрабатываемом устройстве используем непроволочные резисторы, так как они имеют меньший вес, стоимость, габариты и паразитные параметры. Непроволочные резисторы подразделяются на углеродистые тонкослойные, металлодиэлектрические тонкослойные и композиционные объемные.

В POST Card используются постоянные тонкоплёночные резисторы, т.к. они имеют большую стабильность при циклическом воздействии температуры, механических нагрузках, меньшую зависимость значения сопротивления от приложенного напряжения, меньшее ЭДС шумов по сравнению с композиционными. В данной схеме возможно использование резисторов: С2-10, С2 - 23В и МЛТ. Выбираем С2 - 10 т.к. они имеют более высокую точность, которая требуется в данном устройстве, и нужное конструктивное оформление.

Технические характеристики:

номинальное сопротивление, кОм 220;

точность, %   5;

номинальная мощность, Вт 2;

максимальное рабочее напряжение, В 750;

- рабочая температура,⁰С155;

 

Светодиоды

Светодиод или светоизлучающий диод - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока.

В процессе выбора были выделены следующие типы светодиодов: 3Л365А, АЛ102АМ, 3Л102Г. Исходя из технического задания, выбираем 3Л365А, так как его рабочее напряжение не превышает 2В. Технические характеристики светодиодов приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Тип прибора	Значение параметров при Т=25С
	Iv, мкд (Lv, кд/м^2)	Iпр, мА	Uпр, В	γ макс, мкм	Iпр. макс, мА	Iпр.имакс, мА	t, мс	Uобр, макс, В
3Л365А	0.1	20	2	0.675	30	100	20	-
АЛ102АМ	130	5	2.8	0.69	20	60	2	2
3Л102Г	60	10	3	0.69	20	60	2	2

 

Микросхема НЕ

В процессе выбора были выделены следующие типы микросхем: К511ЛА1, 74HC14, К511ЛА2, технические характеристики приведены в таблице 2. Исходя, из технического задания выбираем, так как она изготовлена по ТТЛ технологии. Микросхема 74HC14 представляет собой 6 логических элементов НЕ. Тип корпуса DIP 16.

 

Таблица 2

Тип микросхемы	Технология	Функциональное назначение	Iпотр, мА.	Кразр	tзд.р
К511ЛА1	ДТЛ	4-2И-НЕ	10	25	50/100
К511ЛА2	ДТЛ	6-6И-НЕ	15	25	50/100
74HC14	ТТЛ	6-НЕ	12,5	25	50/100

 

Выбор микроконтроллера (МК)

Так как рабочая частота шины PCI относительно высока (33 МГц), то реализация подобного устройства на дискретных микросхемах стандартной логики проблематична, поэтому в качестве основы устройства возможно использование ПЛИС фирмы Altera: EPM3064ALC44-10, EPM3064ALC44, EPM3064bs85. ВыбранаEPM3064ALC44-10 имеющая достаточное быстродействие, низкую цену и в то же время выпускающаяся в корпусе PLCC44.

Главными причинами применения МК серии EPM3064ALC44-10 стали: его большая функциональная насыщенность, достаточно высокое быстродействие и средняя потребляемая мощность.

Основные параметры микросхемы EPM3064ALC44-10:

- разрядность обрабатываемых данных                               16;

-        число выполняемых команд 78;

-        максимальный объем адресуемой памяти, Кбайт 64;

-        число адресуемых устройств ввода / вывода 256/256;

-        число уровней прерывания 8;

-        быстродействие, тыс. оп./с 625;

-        тактовая частота, МГц 2,5;

-        потребляемая мощность, мВт   1250.

Назначение выводов EPM3064ALC44-10:

VCC - напряжение питания;

GND - земля;

- Port А (РА7..РА0) - 8-разрядный двунаправленный порт I/O. Выходные буферы обеспечивают втекающий ток 20 мА и способны напрямую управлять LED индикатором. При использовании выводов порта в качестве входов и установке внешним сигналом в низкое состояние, ток будет вытекать только при подключенных встроенных нагрузочных резисторах. Порт А, при наличии внешней SRAM, используется в качестве мультиплексируемой шины адреса / данных;

Port В (РВ7..РВО) - 8-разрядный двунаправленный порт I/O со встроенными нагрузочными резисторами. Выходные буферы обеспечивают втекающий ток 20 мА. При использовании выводов порта в качестве входов и установке внешним сигналом в низкое состояние, ток будет вытекать только при подключенных встроенных нагрузочных резисторах. Порт В используется также при реализации различных специальных функций;

Port С (РС7..РСО) - 8-разряпный порт выхода. Выходные буферы обеспечивают втекающий ток 20 мА. Порт С используется также как выходы адреса при использовании внешней SRAM;

Port D (PD7..PD0) - 8-разряаный двунаправленный порт I/O со встроенными нагрузочными резисторами. Выходные буферы обеспечивают втекающий ток 20 мА. При использовании выводов порта в качестве входов и установке внешним сигналом в низкое состояние, ток будет вытекать только при подключенных встроенных нагрузочных резисторах;

RESET - вход сброса. Для выполнения сброса необходимо удерживать низкий уровень на входе в течение двух машинных циклов;

XTAL1 - вход инвертирующего усилителя генератора и вход схемы встроенного генератора тактовой частоты;

XTAL2 - выход инвертирующего усилителя генератора;

AVCC - напряжение питания аналого-цифрового преобразователя. Вывод подсоединяется к внешнемуVCC через низкочастотный фильтр;

AREF - вход аналогового напряжения сравнения для аналого-цифрового преобразователя. На этот вывод, для обеспечения работы аналого-цифрового преобразователя, подается напряжение в диапазоне между AGND и AVC;.

AGND - этот вывод должен быть подсоединен к отдельной аналоговой земле, если плата оснащена ею. В ином случае вывод подсоединяется к общей земле;

PEN - вывод разрешения программирования в низковольтном последовательном режиме программирования. При удержании этого вывода на низком уровне во время сброса по включении питания, прибор перейдет в режим программирования по последовательному каналу;

 

Стабилизатор напряжения

В качестве стабилизатора напряжения можно использовать микросхемы AD5PI111AR, NM1012, L78L05CD, КР142ЕН5А, LM317T, КР142ЕН12А.

В данной схеме используется микросхема LM317T из-за высокой надежности, механической прочности и малой стоимости. Стабилизатор предназначен для работы в понижающих, повышающих стабилизированных преобразователях напряжения.

Стабилизатор имеет следующие параметры:

- максимальное входное напряжение, В                             5,12;

-     ток нагрузки, А 2;

-     нестабильность по напряжению, %   0,05;

-     нестабильность по току, % 1,33;

-     температурный диапазон, С от минус 10 до +70;

 

Блок индикации

Для регистрации полученных результатов операций микроконтроллера необходим блок индикации, в который входят индикатор и два сдвиговых регистра. Индикаторы, выполненный на светодиодах, соответственно выводят полученный результат, а регистры необходимы для преобразования двоично-десятичного кода в семисегментный, поступающего на индикатор с микроконтроллера.

В качестве индикатора использован АЛС335Б (обратного свечения). Полупроводниковые индикаторы имеют высокую яркость, низкое рабочее напряжение, большой срок службы, устойчивость к механическим воздействиям.

Данный блок индикации обладает следующими параметрами, следующими параметрами:

- максимальный допустимый ток, мА                                   25;

максимальный импульсный ток, мА                                   200;

высота знаков, мм                                                                  12;

цвет                                                                               красный;

максимум спектра, мкм                                     от 0,56 до 0,57.

Для реализации вывода результата на индикатор, имеющий обратное свечение, необходимо использовать устройство, преобразующее двоичный код в семисегментный. В качестве регистров могут использоваться следующие типы микросхем К155ИД9, КР1533ИД7, 74HC595. Из них выбирается микросхема 74HC595, так как для него не требуются дополнительных устройств для согласования.

Назначение выводов микросхемы 74HC595:

- Q0..Q7 - управляемые выводы. Могут находится в трёх состояниях: логическая единица, логический ноль и высокоомное Hi-Z состояние;

GND - земля;

Q7′ - выход предназначенный для последовательного соединения регистров;

MR - сброс регистра;

SH_CP - вход для тактовых импульсов;

ST_CP - вход «защёлкивающий» данные;

OE - вход переводящий выходы из HI-Z в рабочее состояние;

DS - вход данных;

VCC - питание 5 В.