ГБПОУ «1-й МОК»
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы
«Первый Московский Образовательный Комплекс»
ФАКУЛЬТЕТ: компьютерные системы и комплексы
Курсовая работа
по дисциплине «Цифровая схемотехника»
на тему
«Цифровое устройство управления 3-х мерным индикатором»
Студент_____________________________________ (____Пилипенко К.Е.______)
Руководитель курсовой работы_________________ (___Гордеев Г.С.___________)
Москва, 2017
Оглавление
1 Общая часть 3
1.1 Общие сведения о проектировании цифровых устройств 3
1.2 Светодиоды 3
1.3 Принцип работы светодиода 4
2.Применение светодиодов. 6
2.1 Светодиодные экраны 7
2.1.1. Кластерные светодиодные экраны. 9
2.1.2. Матричные светодиодные экраны. 9
2.2 Телевизоры с LED подсветкой 11
3. Технологии изготовления печатных плат 13
3.1 Предварительная подготовка заготовки 14
3.2 Нанесение защитного покрытия 14
3.3 Очистка заготовки, сверловка, нанесение флюса, лужение 17
3.4 Основные этапы изготовления односторонней печатной платы химическим негативным методом 18
4. Технологический процесс 19
4.1 Проектирование технологического процесса 19
4.2 Составление маршрутной карты 19
4.3 Документы технологического процесса 21
5. 3D LED Cube 23
5.1 Сборка кубика 3D LED Cube 24
5.2 Список радиоэлементов: 27
5.3 Схема устройства: 27
Список литературы 29
Общая часть
1.1 Общие сведения о проектировании цифровых устройств
Процесс проектирования и изготовления цифровых устройств традиционным способом, т.е. на основе стандартных интегральных схем комбинационных и последовательных типов малой и средней степени интеграции, является узкоспециализированным. Это означает, что специалисты, участвующие в процессе создания устройств цифровой техники, выполняют определенные индивидуальные функции в этом процессе. Сам процесс создания состоит из проектных стадий, стадий подготовки производства, отработки технологии. Аналогичной сложностью характеризуется и процесс создания цифровых устройств на основе специализированных интегральных схем высокой степени интеграции. Использование же ПЛИС позволяет существенно сократить объем этих стадий, фактически свести их только к этапам проектирования с помощью ЭВМ. Существенным преимуществом ПЛИС является их универсальность и возможность быстрого программирования под выполнение функций практически любого цифрового устройства. ПЛИС представляет собой полуфабрикат, на основе которого разработчик, обладающий персональным компьютером, несложными и относительно недорогими аппаратными средствами программирования и специальным программным обеспечением, называемым системой автоматизированного проектирования (САПР), имеет возможность проектирования цифрового устройства в рекордно короткие сроки. При этом весь цикл проектирования и программирования доступен всего одному человеку – проектировщику цифровых устройств на базе ПЛИС. Все современные САПР ПЛИС работают под управлением операционных систем Windows и используют все преимущества ее графического интерфейса.
1.2 Светодиоды
Светодиод или светоизлучающий диод (LED) - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет, в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром [1].
1.3 Принцип работы светодиода
При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).
Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).
Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.
По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:
- высокая световая отдача;
- высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих);
- длительный срок службы: от 30.000 до 100.000 часов (но и он не бесконечен: при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости);
- малая инерционность (включаются сразу на полную яркость);
- количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов;
- различный угол излучения: от 15 до 180 градусов;
- низкая стоимость индикаторных светодиодов, но относительно высокая стоимость при использовании в освещении, которая снизится при увеличении производства и продаж;
- безопасность (не требуются высокие напряжения, низкая температура светодиода или арматуры, обычно не выше 60 градусов Цельсия);
- нечувствительность к низким и очень низким температурам (однако, высокие температуры противопоказаны);
- экологичность (отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения).
Применение светодиодов:
- в уличном, промышленном, бытовом освещении (светодиодная лента);
- в качестве индикаторов (в виде одиночных светодиодов или цифрового или буквенно-цифрового табло);
- в больших уличных экранах, в бегущих строках;
- как источник света в фонарях и светофорах;
- в качестве источников модулированного оптического излучения (передача сигнала по оптоволокну, пульты ДУ)
- в подсветке ЖК-экранов (мобильные телефоны, мониторы, телевизоры и т.д.);
- в играх, игрушках, значках, USB-устройствах и прочее;
- в светодиодных дорожных знаках.