3380

ции и не имеет ручек регулировки. Этот разъем предназначен для подключения звукового стерео источника (например СD-плеера).

Еще одним достоинством разработанного микшера является несвойственное другим моделям подобного класса, присутствие кнопок индивидуального прослушивания любого из каналов.

В микшере имеются главный выход, выход на мониторы, и наушники, а также присутствует цепь разрыва «посыл/ возврат», предназначенная для подключения какого-либо внешнего эффекта в цепь разрыва. С помощью соответствующих ручек регулировки по отдельной шине происходит подмешивание сигнала обработанного эффектом к основному сигналу.

На передней панели микшера располагаются все органы управления, за исключением разъема и выключателя питания, которые в свою очередь располагаются на задней стенке корпуса.

Все разъемы, предназначенные для коммутации звукового тракта, располагаются в верхней части микшера. В средней части находятся органы управления частотной коррекцией, панорамы, и уровня сигнала подаваемого на внешний эффект. Также в средней части передней панели микшера находится индикатор уровня сигнала. В нижней части микшера располагаются регуляторы уровня сигнала, и кнопки индивидуального прослушивания каждого канала.

Конструктивно корпус микшера состоит из основания и крышки. Для обеспечения достаточной защиты от механических воздействий, корпус устройства изготавливается из алюминиевого сплава Д16 толщиной 1 мм методом гибки. Металлический корпус является экраном от внешних наводок и помех.

Наиболее теплонагруженными элементами микшера являются стабилизаторы напряжения, поэтому для отвода тепла к ним прикрепляется угловой пластинчатый радиатор. Для улучшения теплопроводности между тепловыделяющими элементами и радиатором нанесена паста КПТ-8.

Печатная плата закрепляется на крышке корпуса с помощью винтов прикрученных к стойкам, а так же с помощью элементов крепления разъемов. Это обуславливает достаточно прочное закрепление платы внутри корпуса.

21

УДК 539.1.074.6

И.С. Зубцова, А.Б. Антиликаторов

РАЗРАБОТКА «ТЕРМОСТАТА ДЛЯ ДЕТСКОГО ПИТАНИЯ»

В статье предлагается рассмотреть более функциональное устройство, которое будет актуальным в бытовом использовании

Существует большое количество специальных устройств для питания с функцией подогрева пищи, но удобных – единицы. Подогреватели для детского питания направлены именно на подогрев еды для ребенка. Не у многих есть функции, позволяющие комфортно для кормящей женщины справляться с задачей вовремя, а также правильно кормить ребенка.

Разработка нового технологического приспособления

Предполагаемый прибор измеряет и показывает на индикаторе температуру воды ёмкости термостата и поддерживает заданное значение путём пропорционального управления нагревательным элементом. Если нажатием на кнопку подать соответствующую команду, прибор начнет отсчитывать и выводить на индикаторе прошедшее с этого момента время. Это позволит, например, не опоздать со следующим кормлением.

На принципиальной схеме (рис. 1) приведена плата управления и силовая плата. Управление режимом его работы производится с помощью кнопок SB1 и подключенным к входам PD4 и PD5 микроконтроллера DD1. По линии PD3 происходит двусторонний обмен информацией между датчиком температуры B1 и микроконтроллером.

Весь порт B микроконтроллера, а также настроенные как выходы линии PD0 и PD6 служат для управления светодиодным индикатором HG1. Хотя для управления и удешевления прибора в нём установлен двухразрядный индикатор, с его помощью удаётся отобразить всю необходимую информацию.

Резисторы R6-R13 задают ток элементов индикатора.

23

Рис. 1. Устройство терморегулирования. Схема электрическая принципиальная

Подбирая эти резисторы можно получить необходимую яркость свечения. Подключить к одному порту микроконтроллера катоды двух разрядов индикатора удалось, применив динамическую индикацию. Она реализована с помощью транзисторов VT1 и VT2, по командам микроконтроллера коммутирующих общие анодные цепи разрядов индикатора.

Сигнал включения нагревателя микроконтроллер подаёт, устанавливая низкий уровень напряжения на выходе PD1, к которому подключены соединенные последовательно ограничивающий резистор R4, светодиод и излучающий диод оптрона U1. При протекании тока в этой цепи открывается семистор оптроТ1на U1, а с ним и соединенные встречно-параллельные тринисторы VS1 и VS2 в цепи питания нагревательного элемента. Светодиод HL1 позволяет визуально контролировать включение и выключение нагревателя

(рис. 2).

Рис. 2. Ячейка управления

24

В оптроне U1 имеется встроенный узел управления, благодаря которому семистор открывается при мгновенном значении сетевого напряжения, близком к нулевому. Это значительно снижает уровень создаваемых прибором электромагнитных помех.

Блок питания выполнен по классической схеме на трансформаторе Т1, диодном мосте VD1 и интегральном стабилизаторе DA1. С помощью выключателя SA1 можно выключить электронный узел устройства

Программа микроконтроллера DD1 написана на языке ассемблера AVRmacroassembler 2.1.2 и отлажена с помощью интегрированной среды разработки AVRstudio 4 фирмы ATMEL. Инициализировав внутренние переферийные устройства микроконтроллера, она начинает циклически опрашивать датчик температуры, сравнивать её значение с заданным и управлять нагревателем. По прерываниям о таймера программа выполняет отсчёт времени, динамическое управление индикатором и сдвигает информацию в буфере индикации.

Как отмечалось выше, индикатор в приборе двухразрядный, а длинна строки символов, подлежащих отображению значительно больше. Строка включает в себя измеренное значение температуры (три символа), изображение единиц её измерения (°С, два символа и пробел) и текущее значение отсчитываемого интервала времени в формате Ч-ММ (четыре символа, где Ч-часы, ММ-минуты). Чтобы разрешить это противоречие, в памяти микроконтроллера и организован буфер из 14 ячеек по адресам 0х80 – 0-8D. Подпрограммы измерения температуры и отсчёта времени заносят в него результаты своей работы.

Подпрограмма отображения поочередно выводит на индикатор пары символов из соседних ячеек буфера. По достижению конца буфера вывод продолжается сначала. Это создает на двухразрядном индикаторе «бегущую строку» из десяти символов. К ним в начале и конце добавлено по два пробела, что облегчает восприятие информации, давая возможность визуально определить начало строки.

Эта же подпрограмма способна управлять яркостью индикатора, изменяя скважность подаваемых на него импульсов. Яркость устанавливается максимальной после включения прибора в сеть или после нажатия на любую кнопку управления. Если ни одна из кно-

25

пок на нажималась в течение нескольких секунд, яркость плавно снижается.

Датчик В1 измеряет температуру с вполне достаточной для данной конструкции точностью 0.5 °С. Изготовитель гарантирует, что подготовка датчиком одного отсчета температуры займет не более 750мс, но фактически она выполняется быстрее. Программа определяет момент готовности нового отсчета, опрашивая датчик каждые 43мс, благодаря чему сведен к минимуму период повторения отсчетов температуры, используемых в дальнейшем процедурой управления нагревателем. Но в буфер индикации результат работы датчика поступает только за один цикл «бегущей строки». Это предотвращает появления на индикаторе искаженного значения температуры, если случайно она изменилась, как раз в момент отображения.

С помощью кнопок SB1 и SB2 управляют работой термостата. Переходы из одного режима в другой происходят при нажатиях кнопки.

Изменение заданного значения температуры шагами по 0.5 °С происходит только в сторону её увеличения, но за максимальным значением 70,5 °С следует минимальное 25°С. При отображении её значений на индикаторе «бегущая строка» отключена, две цифры целой части присутствуют постоянно, а включенная в младшем разряде десятичная точка добавляет к ним полградуса.

Значение заданной температуры, записанное в EEPROM, сохраняется в нем даже при выключенном питании и автоматически восстанавливается при его включении.

При отображении режима работы нагревателя «бегущая строка» также не действует, на индикатор выводится одна из следующих комбинаций символов:

-□□- нагреватель постоянно включен; -_□- температура поддерживается автоматически; -_ _ - нагреватель выключен.

Переключение режимов происходит по кольцу в указанной последовательности.

Как уже отмечалось, в автоматическом режиме программа управляет нагревателем по пропорциональному закону. В отличие от термостатов порогового регулирования, при котором при одной (меньшей) температуре нагреватель включают, а при другой (большей) его выключают, здесь задано только одно значение, которое под-

26

держивается за счет плавного изменения мощности нагревателя в зависимости от разности фактической температуры и заданной. Такой метод позволяет точно и без значительных колебательных переходных процессов поддерживать температуру в условиях значительной тепловой инерции контура регулирования.

Действительно, после включения нагревателя сначала растет температура его самого, с некоторым отставанием и неравномерно, температура воды в чайнике, его стенок и, наконец, датчика температуры. Фактически датчик измеряет температуру термостабилизируемой среды не в текущий момент, а некоторое время назад Это приводит к тому, что при регулировании по принципу «вклю- чен-выключен» отключение нагревателя произойдет при температуре воды в термостате выше заданной, а сигнал включения поступает, когда большая часть объема воды уже успела остыть. В результате температура постоянно колеблется с размахом, достигающим нескольких градусов, даже если значение температуры включения и выключения нагревателя заданы равными.

Если сделать изменение мощности нагревателя плавным или регулировать её достаточно мелкими ступенями, то при правильно выбранных параметрах регулятора колебания температуры через некоторое время затухнут или вообще не возникнут. В месте установки датчика установится температура, равная заданной. В системе наступит равновесие: мощность нагревателя равна теплопотерям.

В рассматриваемом устройстве микроконтроллер изменяет среднюю мощность нагревателя, включая его на M из N периодов сетевого напряжения, причем число N выбрано достаточно большим. Если температура отличается от заданной на 0.5 °С, значение M минимально. При отличии на 1°С оно удваивается, при 15°С утраивается и так далее. Проверка в реальных условиях показала, что устройство, действующее по такому алгоритму поддерживает температуру не более чем на 0.5°С, отличающуюся от заданного значения и ниже его.

27

Литература

1.Дьяков В.И. "Типовые расчеты по электрооборудованию": Практ. Пособие – 7-е изд., перераб и доп. – М.: Высш. шк., 1991.-160 с

2.Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 2./А. В. Нефедов. - М.:ИП РадиоСофт, 1999г. - 640с.:ил.

3.Булатова Е.М. Вскармливание детей раннего возраста

всовременных условиях / Автореф. дисс… д-ра мед. наук. СПб, 2005. 26 с

Воронежский государственный технический университет

28

УДК 621.329

Д.А. Хараджиди, Н.В. Ципина, К.Н. Багнюков

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТРЁХМЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СБОРКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Современные технологии 3D-микрокорпусирования и микросборки позволяют эффективно сократить площадь, объем, массу электронного узла не за счет повышения степени интеграции ИС, а за счет работы с коммутационной составляющей системы и пассивными компонентами: платой, расположением и свойствами элементов

В настоящее время в микроэлектронике технология производства интегральных микросхем (ИС) вынуждена выходить за рамки привычного понимания изготовления микросхем. Миниатюризация элементов вышла на новый уровень, следствием чего возник риск сохранения темпов развития кремниевой промышленности. Это вызвано не только за счет достижения предела масштабирования двухмерных (планарных, 2D) транзисторов, но и экспоненциально возрастающей сложностью при формировании наноразмерных структур, приводящей к увеличению стоимости производства. Тем не менее, эксперты считают, что кремниевая технология будет сохранять своё лидирующее положение вплоть до 20нм технологических норм.Так как при современных технологиях не представляется возможным осуществить резкий переход к увеличению степени интеграции ниже 10нм, при которых транзистор остается транзистором в привычном понимании, то решить проблему роста темпа развития микроэлектронного производства помогут трехмерные технологии, то есть увеличение плотности по вертикали.

Современные изделия, которые изготавливаются методом «системы в корпусе», классифицируются по трем основным группам:

1. Многокристальные модули, с расположением кристаллов/корпусов друг на друге (stackeddies/PoP), в которыхмежсоединения осуществляются проволочными выводами.

29

2.Многоуровневые корпуса (systemonpackage (система в корпусе), SoP), где межсоединения организованы при помощи сварных шариков (solderball) , или, как их принято называть, бампы.

3.Многокристальные модули, которые пользуются технологиями создания переходных V-образных отверстий для организации межсоединений в материале самих полупроводнико-

вых кристаллов (throughsiliconvias, TSV).

Рис. 1. Система в корпусе (ОКР «Крутизна» ОА «НИИЭТ)

Начало технологии производства 3D ИС было положено в изделиях типа PoP (PackageonPackage — «корпус в корпусе»). Уменьшение габаритов ИС по методу «КвК» достигалось за счет монтажа корпусов между собой с использованием межсоединений и коммутационных слоев (рис. 1).

Корпус в корпусе (PoP) представляет собой метод упаковки интегральной схемы, объединяющий системы вертикальной дискретной логики и массива матрицыбампов(BGA). Две или более системы устанавливаются поверх друг друга со стандартным интерфейсом для маршрутизации сигналов между ними. Это позволяет повысить плотность компонентов в таких устройствах

30