Введение
Современный этап развития научно-технического прогресса характеризуется широким применением электроники и микроэлектроники во всех сферах жизни и деятельности человека. Важную роль при этом сыграло появление и быстрое совершенствование интегральных микросхем - основной элементной базы современной электроники.
Цифровые интегральные микросхемы применяются в вычислительных машинах и комплексах, в электронных устройствах автоматики, цифровых измерительных приборах, аппаратуре связи и передачи данных, медицинской и бытовой аппаратуре, в приборах и оборудовании для научных исследований и т. д.
В настоящее время сведения о цифровых интегральных схемах необходимы не только специалистам по радиоэлектронике, но и радиолюбителям.
Промышленность выпускает почти все функциональные электронные узлы, необходимые для создания устройств измерительной и вычислительной техники, а также систем автоматики: интегральные электронные усилители электрических сигналов; коммутаторы; логические элементы; перемножители электрических напряжений; триггеры; счетчики импульсов; регистры; сумматоры и т. д.
На основе больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем созданы и выпускают микропроцессоры и микропроцессорные комплексы, представляющие собой вычислительную машину или ее основные узлы, изготовленные в одном корпусе или в нескольких малогабаритных корпусах.
Функции, выполняемые интегральными схемами микропроцессоров, могут быть заданы подачей на их входы внешних электрических сигналов, осуществляемой по определенной программе. Тем самым данные микросхемы позволяют реализовать большое количество разнообразных операций по обработке цифровых сигналов без каких-либо изменений в технологии их изготовления.
В развитии электроники на протяжении многих лет остается стабильным только одно - это непрерывное изменение элементной и схемотехнической баз.
В связи с широким выбором интегральных схем, параметры которых известны из технических условий, изменились задачи, стоящие перед разработчиками электронной аппаратуры. Если раньше значительная часть времени уходила на расчеты режимов отдельных каскадов, определение их параметров, решение вопросов термостабилизации и т. п., то в настоящее время главное внимание уделяется вопросам выбора схем соединений и взаимного согласования микросхем.
Типовые микроузлы позволяют собрать нужный электронный блок без детального расчета отдельных каскадов. Разработчик электронной аппаратуры, определив, какие преобразования должен претерпеть электрический сигнал, подбирает необходимые интегральные микросхемы, разрабатывает схему их соединений и вводит обратные связи требуемого вида. И только в том случае, когда выпускаемые интегральные микросхемы не позволяют решить какой-то конкретный вопрос, к ним добавляют отдельные узлы на дискретных компонентах, требующие проведения соответствующих расчетов, или разрабатывают микросхемы частного применения.
ГОСТ 17021-75 определяет степень интеграции ИМС,
как показатель степени сложности микросхемы, и характеризуется числом
содержащихся в ней элементов и компонентов. Степень интеграции определяется
формулой:
Кис=[lg
N]+1;
Где lg N - целая часть;
N - число элементарных схем в ИС.
В соответствии с этой формулой, ИС первой степени - это ИС содержащие до 10 элементов и компонентов.
Для создания средств вычислительной техники определяющим фактором является развитие её схемотехники и технологии.
Достижения микроэлектроники оказывают постоянное влияние на развитие архитектуры и совершенствование логической структуры средств вычислительной техники, а так же на способы аппаратурной реализации ПО.
Новейшие разработки и интересные идеи коснулись охранных систем. Число криминальных случаев выросло и продолжает расти пропорционально росту самой криминогенной обстановки в целом.
Охотников за чужими ценностями было всегда достаточно. Поэтому системы охраны и сигнализации будут необходимы для многих. Не следует забывать, что профессиональные воры обычно знают, как нейтрализовать системы охраны промышленного производства и только неизвестные им устройства могут стать препятствием на их пути. При этом специалисты считают, что лучше, если у вас будут одновременно установлены две разные системы охраны, что значительно затруднит работу вора. Осознав серьёзность препятствий преступник, скорее всего, пойдёт искать более лёгкой добычи.
При изготовлении приводимых схем следует помнить, что надёжность работы системы охраны во многом зависит от типа используемых охранных датчиков и места их установки.
Если в системе охраны используется несколько разных видов датчиков, то обезвредить их все одновременно практически невозможно. Однако лучше, если соединительные провода от датчиков и сами датчики будут скрыты от быстрого обнаружения, а чтобы отвлечь внимание вора, можно установить декоративные «охранные» узлы - например коробочку с моргающим светодиодом или светящейся неоновой лампочкой.
Если соединительные провода от датчиков имеют большую длину и их невозможно провести скрытно, то схема охраны должна срабатывать при любом нарушении цепи (разрыв или замыкание) охранного шлейфа, что сделает невозможным незаметное отключение удалённого датчика.
Многим обычным гражданам хочется защитить как-то свою собственность. Никто не хочет, вернувшись к себе в квартиру, обнаружить, что она - пуста или то, что в ней не хватает каких-либо ценных вещей.
Промышленность и просто радиолюбители применяют много различных способов защиты. Но ведь известно, что чем хитрее система, тем больше желание ее взломать, разгадать секрет и все равно добиться своей цели.
Конечно же, идеальной системы не существует,
поэтому, как ни была бы хороша охранная система, найдется человек, который
сможет её раскрыть.
1. Обзор литературы
В книге достаточно подробно изложены сведения о функциональных узлах и компонентах, применяемых в приборостроении, автоматике, вычислительной технике. Приведённый материал знакомит с наиболее распространенными типами элементов и компонентов, также приведены формулы расчёта параметров основных узлов используемых в электронике. Рассмотрены принципы построения генераторов электрических импульсов. В данном курсовом проекте использовался материал, изложенный в книге о генераторах напряжения прямоугольной формы (мультивибраторах) на основе логических элементов.
Справочник представляет собой пятый том многотомного издания, посвященного интегральным схемам. В первом разделе приведены общие сведения об интегральных схемах: классификация и система условных обозначений, принципы построения условных графических обозначений в схемах, наименование и буквенные обозначения параметров, используемые внутри страны и за рубежом, габаритные размеры стандартизованных корпусов, виды корпусов для автоматизированной сборки и поверхностного монтажа и особенности применения. Во втором разделе даются (в цифровой последовательности, начиная с серии К544) состав серии, функциональное назначение, степень интеграции (количество интегральных элементов), тип корпуса и его масса, назначение выводов, электрические (в том числе справочные, классификационные) параметры и предельно допустимые режимы эксплуатации, условные графические обозначения, структурные или типовые схемы включения, таблицы истинности, рекомендации по применению в соответствии с частными техническими условиями (ТУ) аналоговых и цифровых интегральных микросхем, изготовленных по различным схемно-технологическим решениям (транзисторно-транзисторная логика-ТТЛ; транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки-ТТЛШ; эмиттерно-связанная транзисторная логика-ЭСЛ, по биполярной и МОП технологиям).
В литературе приведены общие сведения о цифровых интегральных микросхемах и конструктивных особенностях. Описаны интегральные схемы транзисторно-транзисторной логики, наиболее распространенные цифровые интегральные схемы на основе КМДП-транзисторов, самые быстродействующие микросхемы на основе эмитарно-связанной логики. Одна из глав книги посвящена интегральной инжекционной логике. Приведены основные параметры рассматриваемых интегральных схем, которые сведены в таблицы по разделам. Для полного понимания работы микросхем среднего уровня интеграции во многих случаях приводятся их структурные схемы, а также принципиальные схемы основных элементов. В частности, в курсовом проекте использовались такие микросхемы, как: К561ТМ2, К561КТ3, К561ЛЕ5, информация о которых приведена во второй главе книги.
В литературе производится систематизация и обобщение информации по схемотехнике узлов на МОП и КМОП микросхемах, в том числе и на основании собственного опыта автора. Рассмотрены наиболее часто применяемые в радиоаппаратуре узлы. К схемам приведены диаграммы напряжений в контрольных точках, которые позволяют легче понять происходящие процессы. Во втором разделе описана универсальная многофункциональная система охраны, состоящая из модулей. В зависимости от её назначения модули могут подключаться разные, что позволяет удовлетворять самые взыскательные требования. В разделе приведён также ряд других полезных устройств, помогающих обеспечить личную безопасность и охрану имущества. В данной литературе также приведена справочная информация по использованию микросхем, приведённых в схемах данного источника.
В источнике описывается 101 устройство, выполняющее функции измерения, управления и сигнализации в бытовой и любительской аппаратуре. Изложена методика и макетного конструирования схем и способы изготовления печатных плат. Приведены конкретные схемы звуковой и световой сигнализации, оптических и сенсорных переключателей, тестеров и других устройств. Также даны рекомендации по источникам питания для приведённых в книге схем.
В книге систематизированы в табличной форме в алфавитно-цифровой последовательности данные по основным электрическим параметрам и конструктивному исполнению на абсолютное большинство (более 3,5 тысяч) отечественных биполярных и полевых транзисторов, выпрямительных диодов, столбов и блоков, варикапов, стабилитронов и стабисторов, тиристоров, светоизлучающих и инфракрасных диодов, линейных шкал и цифро-буквенных индикаторов, диодных и транзисторных оптопар.
Книга представляет собой компактно сформированные таблицы, содержащие справочную информацию по каждому типономиналу полупроводникового прибора, от условного обозначения с электрическими параметрами, до иллюстраций конструкции корпуса с габаритными размерами и цоколёвкой выводов.
По приведённым в книге приборам даны соответствующие импортные аналоги, и наоборот. Перед основным содержанием приведён алфавитно-цифровой указатель приборов, приведённых в книге. Удобная форма поиска и восприятия информации об интересующих приборах.
Изложение основных положений единой системы конструкторской документации (ЕСКД) приведено в литературе [7]. В данной книге также описаны общие правила выполнения схем, чертежей изделий, изготовляемых с применением электрического монтажа. Приведены условные графические обозначения электрических схем, что в значительной мере упрощает поиск нужной информации, а также черчение схем.
Справочник написан с использованием материалов стандартов. В одних случаях - это таблицы значений, в других - сведения реферативного характера, дающие представления о содержании стандарта и порядке установленных величин. Он содержит все изменения и дополнения, обусловленные развитием стандартов.
В книгу включены сведения об отечественных
технических и программных средствах автоматизации разработки и выполнения
конструкторских документов, о подходе к организации работ по автоматизации.
Приведены примеры чертежей, выполненных автоматизировано, на основе которых
сделаны обобщения и даны рекомендации для разработки систем автоматизации
конструкторской документации. Справочник иллюстрирован конструкторскими
документами на изделия радиопромышленности с методическими пояснениями к ним.
2. Обоснование выбора структурной
схемы
Выбор структурной схемы для любого устройства производится исходя из назначения проектируемого устройства. На этапе конструирования структурной схемы разработчик намечает только самые крупные блоки устройства и устанавливает связи между ними.
Структурная схема разработанного устройства (см. приложение №1) состоит из следующих частей:
· Блок датчиков
· Автогенератор
· Приёмное устройство
· Блок сигнализации нарушения
· Блок сигнализации
Проектируемое в курсовом проекте устройство предназначено для охраны 100-квартирного дома. В каждую квартиру прокладывается двухпроводная линия (шлейф) и устанавливаются датчики.
Датчики могут устанавливаются в неограниченном количестве в пределах одной квартиры. Например, можно установить датчики на: входную дверь, оконную раму, дверцу шкафа или на сейф, если последний находится в квартире.
Датчики работают на размыкание цепи и поэтому они легки в установке. Не требуется каких-либо специальных приспособлений. В качестве датчиков могут применяться любые охранные устройства, имеющие релейных выход.
Блок датчиков напрямую связан с автогенератором, который в нормальном режиме работы (если все датчики замкнуты) шлёт импульсы на приёмное устройство.
Приёмное устройство расположено вне охраняемого помещения. Это может быть специально отведённая комната, где за всей охранной системой наблюдает специально назначенный человек, который и контролирует её работоспособность.
При малейшей неисправности в системе охраны, будет тотчас же информирован. И если вдруг, пусть даже на короткое время, один из датчиков разомкнул цепь блока датчиков, срабатывает блок сигнализации нарушения и система переходит в режим «Тревога». О чём свидетельствует свечение лампочки и прерывистое звучание сирены.
При этом, по состоянию блока сигнализации можно судить о причине и характере нарушения цепи охраны, что очень удобно. Это может быть также разрыв шлейфа или короткое замыкание цепи.
Если же в квартиру приходит хозяин, то он по телефону связывается с человеком на центральном пульте управления и тот снимает его квартиру с охраны.
В данной системе, несмотря на её простоту, предусмотрено одновременное срабатывание нескольких датчиков из разных квартир, что не даст ворам воспользоваться недостатками некоторых других охранных систем.
Недостаток данной системы охраны состоит в том,
что в каждую квартиру придётся вести пару проводов от центрального пульта
управления.
3. Обоснование выбора функциональной
схемы
На данном этапе раскрывается функционирование основных структурных блоков. Выбираются подходящие функциональные узлы, серии микросхем. Выбирается оптимальная, наиболее подходящая серия. Для данного задания оптимальным будет использование микросхем, использующих структуры металл-окисел-полупроводник (МОП и КМОП).
На их основе выполнены такие распространённые серии, как К176, К561, КР1561, 564 и 1564.
Отличительными особенностями данных микросхем являются:
· Малое потребление тока в статическом режиме - 0,1…100 мкА
· Высокая надёжность и помехоустойчивость
· Питание микросхем от +3…15 В
· Большинство МОП микросхем применяются на частотах до 1МГц, а некоторые серии могут работать и до 4 МГц
· Благодаря высокому входному сопротивлению (Rвх > 100 Мом) микросхемы имеют высокую нагрузочную способность Краз > 10…30 (количество входов, которые можно подключить к выходу логического элемента, ограничивается только ёмкостью монтажа; при Краз = 10 паразитная ёмкость нагрузки составляет Сн=20 пФ)