Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
курсовой проект / Часы для шахмат.DOC
Скачиваний:
27
Добавлен:
21.02.2014
Размер:
438.78 Кб
Скачать

Министерство высшего и среднего специального образования РФ

Саратовский Государственный Тех

нический Университет

Балаковский Институт Техники, Технологии и Управления.

Инженерно-строительный факультет

Кафедра Управления и Информатики в технических системах.

Курсовой проект

На тему :

Часы для молниеносной игры в шахматы.

Пояснительная записка

АУТС.403272.000ПЗ

Выполнил: ст.гр.УИТ-42

Храмов Д.Г.

“__”______1998

Допущен к защите Защищен с оценкой___

Руководитель проекта Фомина Н.Н. /_______/

Фомина Н.Н. /_______/

“__”___________1998 “__”__________1998

Балаково 1998

СОДЕРЖАНИЕ :

Введение....................................................................................................3

1. Расширенное техническое задание..............................................4

1.1. Назначение изделия................................................................4

1.2. Состав изделия..........................................................................4

1.3. Технические требования........................................................4

1.4. Требования по надежности....................................................5

1.5. Конструктивные требования.................................................5

1.6. Номенклатура конструкторской документации..............6

2. Анализ технического задания, электрической схемы

и элементной базы.............................................................................7

2.1. Анализ технического задания...............................................7

2.2. Анализ электрической схемы...............................................8

2.3. Оценка элементной базы..................................................9

3. Разработка конструкции ЭВА........................................................12

3.1. Разработка основных элементов и узлов конструкции

часов............................................................................................12

3.2. Выбор конструктивных элементов электрического

монтажа......................................................................................13

4. Конструкторские расчеты...............................................................14

4.1. Расчет объемно-компоновочных характеристик

устройства..................................................................................14

4.2. Расчет теплового режима.......................................................18

4.3. Расчет параметров печатной платы.....................................26

Вывод и заключение..............................................................................35

Список используемой литературы....................................................36

Приложения.............................................................................................37

ВВЕДЕНИЕ

Задача курсового проекта состоит в проектировании конструкции устройства ‘Часы для молниеносной игры в шахматы’, разработки компоновки модулей в корпусе прибора, размещении навесных ЭРЭ на печатной плате модуля, а также разработка конструкции корпуса прибора и коммутации между модулями.

Устройство предназначается для измерения времени с точностью 1 сек. при минимальном энергетическом потреблении.

Низкая себестоимость и низкое энергопотребление выделяют данное устройство из ряда аналогов.

Устройство измеряет время до 5 мин подряд с точностью 1 сек. Ход времени отображается информационными светодиодами. Интервал времени может быть задан отдельно. Информационные светодиоды группируются для каждого игрока отдельно.

Схема устройства исполняется на ЭРЭ массового выпуска. Малое число ЭРЭ в схеме позволяет разместить устройство на двусторонней печатной плате, а простота настройки - максимально упростить запуск собранной схемы.

1. Расширенное техническое задание

1.1. Н а з н а ч е н и е

‘Часы для молниеносной игры в шахматы’ предназначены для применения при игре в шахматы для измерения времени. Прибор предназначен для эксплуатации как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе. Устройство имеет автономный источник питания. Убывание времени демонстрируется поочередным зажиганием светодиодов. Два специальных светодиода осуществляют индикацию хода времени, мигая с частотой 1 Гц.

1.2. С о с т а в и з д е л и я

Устройство состоит из следующих модулей :

1) модуль питания;

2) модуль индикации, выполненный на основе светодиодов;

3) модуль задающего генератора, выполненный на основе схемы с задающей RC-цепочкой;

4) два одинаковых модуля счетчиков, выполненных по схеме делителей частоты.

Все модули объединены в один корпус, на верхней крышке которого расположены элементы управления, а нижняя скрывает доступ к источнику питания.

1.3. Т е х н и ч е с к и е т р е б о в а н и я

Условия эксплуатации:

- температура окружающей среды 20  10 С.

- относительная влажность воздуха 60  15 %.

- атмосферное давление от 84 кПа до 107 кПа.

- напряжение источника питания 9 В.

- максимальное напряжение питания не более 12 В.

- вибрации 120 Гц, 6g.

- одиночные удары 1 мс, 50g.

- максимальный интервал времени -5 минут.

- точность индикации времени -1 секунда.

- максимальная потребляемая мощность часов не более 3 Вт.

1.4. Т р е б о в а н и я н а д е ж н о с т и

Сохраняемость -7 лет.

1.5. К о н с т р у к т и в н ы е т р е б о в а н и я

1) Материал корпуса - масса прессовочная фенольная.

2) Монтаж - печатный и объемный.

3) Элементная база - дискретные и интегральные ЭРЭ.

4) Органы управления и индикации вынести на верхнюю панель. Габариты определить в процессе проектирования.

1.6. Н о м е н к у л а т у р а КД

1) Пояснительная записка АУТС.403272.000ПЗ.

2) Часы для молниеносной игры в шахматы. Сборочный чертеж АУТС.403272.000СБ.

3) Таблица соединений АУТС.403272.000ТБ.

4) Схема электрическая принципиальная АУТС.403272.000ЭЗ.

5) Модуль счетчиков. Сборочный чертеж АУТС.403272.002СБ.

2. Анализ технического задания, электрической схемы и элементной базы

2.1. А н а л и з т е х н и ч е с к о г о з а д а н и я

Существует широкий спектр устройств измерения времени. Существует три основных типа приводов часов: механический, электромеханический, электронный.

Механические часы обеспечивают измерение времени, подачу сигнала по наступлению определенного момента, точность в доли секунды и требуют постоянного подзавода.

Электромеханические часы обеспечивают те же функции, а также разделяются по виду источника питания: с питанием от стандартной сети и с питанием от автономных аккумуляторов.

Электронные часы отличаются циферблатом- электронное табло, не требующее механической части. Обеспечивают точность до тысячных и более долей секунды. Источник питания - стационарный или автономный.

Для применения в быту подходят часы с питанием от стандартной электросети и механические.

К шахматным часам предъявляется ряд требований, в том числе возможность размещения по выбору игроков. Это исключает использование электросети. Таким образом применяются часы механические или с автономным питанием.

Разработка механических часов требует точных расчетов всех кинематических пар и не дает возможность регулировать ход часов.

Аналог рассматриваемого устройства приведен в [9]. Схема его обладает рядом недостатков. Задающий генератор выполнен на мультивибраторе и настраивается на низкую образцовую частоту 256 Гц. Два делителя частоты уменьшают ее до 1 Гц. В случае колебания частоты погрешности данной схемы превышают погрешность версии [7]. Точность индикации данного устройства 10 секунд - следствие халатного выбора устройств индикации - светодиодных матриц. Версия [7] отдельно выделяет светодиод для индикации секунд. Напряжение питания в 5 В не позволяет применить малогабаритные источники постоянного тока. Элементная база - микросхемы 155 сериихарактеризуются высоким энергопотреблением, что значительно сокращает срок работы устройства от автономного источника питания. Возможность приостановки работы часов, заложенная в [9] противоречит шахматному кодексу. Эти недостатки не позволяют использовать схему [9].

Изделие ‘Часы для молниеносной игры в шахматы’[7], описанное в техническом задании, не требует доработок и обладает большей функциональной совместимостью с требованиями к шахматным часам, чем аналоги.

2.2. А н а л и з э л е к т р и ч е с к о й с х е м ы

Схема изделия разделяется на пять функциональных узлов: питания, индикации, задающего генератора, два идентичных счетчика. Соответственно изделие разделяется на пять модулей: модуль питания, модуль индикации, модуль задающего генератора, два идентичных модуля счетчиков.

Модуль индикации состоит из двенадцати маломощных транзисторных усилителей, нагруженных на двенадцать информационных светодиодов. Усилители предназначены для сопряжения интегральных логических элементов с аналоговыми вентилями. К модулю индикации относится также стабилизирующий конденсатор и одна интегральная микросхема, играющая роль инвертора.

Модуль задающего генератора выполняется на двоичном счетчике по схеме с времязадающей RC-цепочкой, управляющей частотой импульсов. Схема настраивается на частоту 1Гц. Схема задающего генератора предусматривает управление режимом работы часов. Устройство управления выполнено на дискретных элементах и микросхемах. Включение всего устройства, пуск и останов часов производится с помощью тумблера и кнопок управления.

Модули счетчиков предназначены для подсчета секундных импульсов, поступающих с задающего генератора и выработки сигналов хода времени в масштабах минут. Для каждого игрока предназначен свой модуль. Модуль представляет собой делитель частоты на двоичных счетчиках, подключенный к информационному регистру на D-триггерах. Выходы информационного регистра подключаются к модулю индикации.

Условие стабильности опорной частоты задающего генератора выполняется применением в задающей RC-цепочке конденсатора с определенной группой температурного коэффициента емкости.

2.3. О ц е н к а э л е м е н т н о й б а з ы

Элементы, используемые в схеме должны удовлетворять своими рабочими характеристиками требованиям технического задания. Одновременно ЭРЭ должны быть оптимально подобраны по габаритным размерам и стоимости. Поскольку разрабатываемое устройство не относится к стационарным изделиям, ЭРЭ выбираем по минимальным габаритным размерам.

Разумный компромисс между функциональностью и габаритами, и стоимостью представляет собой следующий выбор:

Резисторы, постоянные неизолированные металлодиэлектрические, МЛТ-0,125. Эксплуатационные данные удовлетворяют требованиям технического задания:

от -60 С до +70 С -температура окружающей среды,

200 В -предельное рабочее напряжение,

25000 ч -минимальная наработка на отказ,

15 лет -срок сохраняемости.

Резистор, подстроечный цилиндрический одинарный однооборотный с круговым перемещением подвижной контактной системы, с упорами, СП5-16ВА. Эксплуатационные данные удовлетворяют требованиям технического задания:

от -60 С до +125 С -температура окружающей среды,

74 В -предельное рабочее напряжение,

25000 ч -минимальная наработка на отказ,

15 лет -срок сохраняемости,

100 циклов -износоустойчивость.

Конденсатор алюминевый оксидно-электролитический, К50-3Б. Эксплуатационные данные удовлетворяют требованиям технического задания:

от -40 С до +70 С -температура окружающей среды,

12 лет -срок сохраняемости.

Конденсаторы К10-17а и К10-17-1а (группа с температурным коэффициентом емкости М750).

Диоды маломощные кремниевые эпитаксиально-планарные, КД522. Эксплуатационные данные удовлетворяют требованиям технического задания:

от -60 С до +100 С -температура окружающей среды,

15 В -максимальное обратное напряжение,

30 мА -средний прямой ток.

Диоды светоизлучающие фосфидогаллиевые эпитаксиальные в металлостеклянном корпусе, АЛ102В. Эксплуатационные данные удовлетворяют требованиям технического задания:

от -60 С до +70 С -температура окружающей среды,

2,8 В -постоянное прямое напряжение,

10 мА -постоянный прямой ток,

25 мккг -сила зеленого света.

Транзисторы кремниевые эпитаксиально-планарной структуры n-p-n, КТ315. Выпускаются в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Эксплуатационные данные удовлетворяют требованиям технического задания:

от -60 С до +70 С -температура окружающей среды,

150 мВт -постоянно рассеиваемая мощность,

6 В -максимальное напряжение база-эмиттер,

25 В -максимальное напряжение коллектор-эмиттер,

30...120 -статический коэффициент передачи тока.

Микросхемы КМОП-логика, серии К176. Эксплуатационные данные удовлетворяют требованиям технического задания:

от -40 С до +70 С -температура окружающей среды,

150 мВт -максимальная рассеиваемая мощность,

9 В -напряжение питания,

200 нс -время задержки,

50 -коэффициент разветвления.