ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ УСТРОЙСТВ НА ЦИФРОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ

August 24, 2012 by admin Комментировать »

В этой книге описаны 60 устройств различного функционального назначения, как простых, так и довольно сложных. Если опытный радиолюбитель способен сразу приступить к изготовлению практически любой из описанных конструкций, то начинающий может и растеряться. Итак, с чего начать?

Вообще нет необходимости соблюдать определенную последовательность выбора устройств для изготовления, но все же следует учитывать и интересы, и уровень подготовки. Для приобретения опыта работы с цифровыми микросхемами сначала нужно собрать те устройства, которые содержат три-пять микросхем. Целесообразно начинать работу с наиболее дешевыми и распространенными микросхемами серии К155. Чтобы описания устройств, приведенные в книге, были понятны до конца, следует по [4, 24, 31] ознакомиться с основами цифровой техники. Если устройство собрано без ошибок и все детали исправны, оно, как правило, налаживания не требует. Ошибки же, допущенные при монтаже устройств на микросхемах серии К155 (кроме изменения полярности напряжения питания), не приведут к выходу микросхемы из строя.

Собирать устройства удобнее всего на макетных монтажных платах, изготовленных из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. На одной стороне платы располагают площадки для установки микросхем и навесных элементов, а на другой контактные площадки, соединяемые отрезками монтажного провода. Один из возможных вариантов такой платы изображен на рис. 129. На одной из сторон платы должны быть проложены широкие дорожки к ним подводят напряжение питания. Необходимо сначала выполнить весь монтаж проводников, проверить его правильность, отсутствие замыканий соседних площадок и только после этого устанавливать микросхемы и другие навесные элементы резисторы, конденсаторы и т. д.

Для удобства монтажа рекомендуется сначала по принципиальной схеме составить так называемую «расписку» таблицу, в которой оговорены все соединения между контактными площадками на монтажной плате. При этом расстановку микросхем на плате следует выполнять, стремясь сократить длину монтажных соединений между ними, а не в порядке, указанном на схеме.

На миллиметровой бумаге нужно выполнить эскиз расположения микросхем на плате, а затем на принципиальной схеме обозначить в кодированных обозначениях посадочные места каждой из микросхем. При проводном монтаже не следует применять жгутование и параллельную укладку проводов. Соединения ведут по кратчайшему пути. Рассмотрим правила выполнения монтажных работ [11].

Монтаж микросхем удобно выполнять паяльником малых размеров с номинальной мощностью до 20 Вт. При отсутствии такого паяльника следует

Рис. 129. Макетная печатная плата

выточить насадку или наконечник с диаметром рабочей части 2,5…3 мм или проточить рабочую часть наконечника до такого же диаметра. Как правило, нужно использовать нагревательный элемент на напряжение не более 36 В. Для изменения температуры «жала» паяльника имеет смысл подключать паяльник к регулятору мощности. Температура паяльника должна быть такой, чтобы при касании легко расплавлялись маленькие кусочки припоя. При пайке в бытовых условиях следует пользоваться спиртоканифольным флюсом или твердой канифолью. Для приготовлений флюса одну весовую порцию мелко натертой канифоли нужно смешать с двумя порциями этилового спирта. Не допускается паять микросхемы и навесные элементы кислотным флюсом, поскольку в последующем места пайки, даже после промывки спиртом, сильно коррозируют.

Для выполнения проводного монтажа на макетной плате соединительные проводники следует выполнять проводом типа МГТФ или использовать для этой цели лакированные обмоточные провода. Удаление слоя изоляции на концах соединительных проводников из провода МГТФ лучше выполнять с помощью «обжигалки», так как использование скальпеля или кусачек может привести к механическим повреждениям медной жилы. Концы монтажного провода перед пайкой необходимо тщательно залудить.

Как видно из чертежа макетной платы на рис. 129, микросхемы на ней можно установить двумя способами: выводы микросхем вставить в металлизированные отверстия и затем запаять, или сформовать перед установкой и припаять к контактным площадкам так же, как выводы планарных микросхем. Следует отметить, что для радиолюбителей, особенно начинающих, второй способ монтажа наиболее предпочтителен по двум причинам. Во-первых, в этом случае значительно упрощается процесс замены микросхем. Ведь для того, чтобы выпаять из платы микросхему, выводы которой запаяны в металлизированные отверстия, необходимо использовать приспособление для группового разогрева всех контактных площадок. Во-вторых, в процессе поиска неисправностей устройств, особенно собранных на ТТЛ-микросхемах, часто возникает необходимость «поднять» один из выводов микросхемы, чтобы проконтролировать наличие на этом выводе соответствующего логического уровня или подать на этот вывод необходимое напряжение. Для формовки выводов микросхем в пластмассовых и керамических корпусах можно использовать простейшие приспособления [65]. Для исключения образования разнопотенциальных проводников от зарядов статического электричества целесообразно на ручку паяльника намотать несколько витков тонкого провода без изоляции (можно металлической ленты) и соединить его с металлической частью паяльника. Принятие таких мер уменьшит вероятность выхода из строя микросхем на КМДП-структурах от действия статического электричества. Жало паяльника и измерительная аппаратура (осциллограф, источник питания, генератор импульсов) следует заземлять. Формовку выводов и монтаж КМДП-микросхем желательно производить с применением антиэлектростатических браслетов. После выполнения монтажа надо его тщательно проверить, используя при этом авомеУр.

Обозначение микросхемы

Число выводов

Потреблямая мощное мВт

Выводы

питания

Обозна

чение

микро

схемы

Число выводов

Потребляемая мощно мВт

Выводы

питания

+5 В

Об

щий

+5 В

Об

щий

К155АГЗ

16

30

16

8

К155ЛА2

14

26

14

7

К555АГЗ

16

110

16

8

К555ЛА2

14

4,4

14

7

К155ИДЗ

24

250

24

12

К155ЛАЗ

14

110

14

7

КР1533ИДЭ

24

75

24

12

К555ЛАЗ

14

16,5

14

7

К155ИД4

16

210

16

8

К155ЛА4

14

82

14

7

К555ИД4

16

55

16

8

К555ЛА4

14

13,5

14

7

К514ИД1

16

250

16

8

К155ЛА8

14

110

14

7

К514ИД2

16

250

16

8

К1533ЛА8

14

13,5

14

7

К155ИЕ1

14

150

14

7

К155ЛЕ1

14

135

14-

7

К155ИЕ2

14

265

5

10

К555ЛЕ1

14

34

14

7

К555ИЕ2

14

45

5

10

К155ЛЕ2

16

95

16

К155ИЕ4

14

255

5

10

К155ЛИ1

14

165

14

7

К155ИЕ5

14

265

5

10

К555ЛИ1

14

36

14

7

К555ИЕ5

14

45

5

10

К155ЛЛ1

14

190

14

7

К155ИЕ6

16

510

16

8

К555ЛЛ1

14

44

14

7

К555ИЕ6

16

170

16

8

К155ЛН1

14

165

14

7

К155ИЕ7

16

510

16

8

К555ЛН1

14

25

14

7

К555ИЕ7

16

170

16

8

К155ЛН2

14

165

14

7

К155ИЕ8

16

600

16

8

К555ЛН2

14

25

14

7

К155ИМЗ

16

640

5

12

К155ЛП5

14

250

14

7

К555ИМ6

16

200

16

8

К555ЛП5

14

55

14

7

К155ИПЗ

24

750

24

12

К155РЕЗ

16

550

16

8

К155ИР1

14

410

14

7

К556РТ4

16

650

16

8

К155ИР13

24

580

24

12

К556РТ5

24

950

24

12

К1533ИР13

24

200

24

12

К573РФ2

24

580

24

12

К155КП1

24

360

24

12

К573РФ4

24

580

24

12

К155КП2

16

315

16

8

К555СП1

16

100

16

8

К555КП2

16

55

16

8

К155ТМ2

14

150

14

7

К155КП5

.14

230

14

7

К555ТМ2

14

44

14

7

К155КП7

16

260

16

8

К155ТМ5

14

265

14

7

К555КП7

16

55

16

8

К155ТМ7

16

265

16

8

К555КП11

16

66

16

8

К555ТМ7

16

66

16

8

К155ЛА1

14

55

14

7

К155ТМ8

16

225

16

8

К555ЛА1

14

8,25

14

7

К555ТМ8

16

99

16

8

Обозначение микросхемы

Число выводов

Выводы

питания

Обозначение микросхемы

Число выводов

Выводы

питания

+9 В

Об

щий

+9 В

Об

щий

К176ИЕ1

14

14

7

К176ЛЕ5

14

14

7

К176ИЕ2

16

16

7

К561ЛЕ5

14

14

7

К176ИЕЗ

14

14

7

К561ЛЕ10

14

14

7

К176ИЕ4

14

14

7

К561ЛН2

14

14

7

К176ИЕ5

14

14

7

К176ЛП12

14

14

7

К176ИЕ8

16

16

8

К561ПУ4

16

1

К561Е10

16

16

8

К561ПУ8

14

14

7

К561ИЕ11

16

16

8

К176ТМ2

14

14

7

К176ИЕ12

16

16

8

К561ТМ2

14

14

7

К176ЛА7

14

14

7

К561ТМЗ

16

16

8

К561ЛА7

14

14

7

К561ТР2

16

16

8

Особое внимание следует обратить на проверку правильности монтажа цепей питания. В табл. 40, 41 указаны выводы питания и потребляемая мощность всех микросхем, используемых в описанных в книге устройствах.

Устанавливают микросхемы на монтажную плату обычно в определенной последовательности. Сначала монтируют микросхемы и навесные элементы тактовых и вспомогательных генераторов и проверяют их работу. Затем последовательно устанавливают микросхемы других функциональных узлов, работоспособность которых можно проконтролировать самостоятельно. Такой порядок проверки правильности монтажа значительно облегчает поиск неисправностей. Если какая-то из микросхем все-таки не работает, сначала проверяют, поступает ли на нее напряжение питания. Затем контролируют подачу сигналов на остальные выводы микросхемы. Проверку удобно выполнять с помощью осциллографа или логических пробников, подключая их вход непосредственно к выводам микросхемы это поможет обнаружить нарушения металлизации отверстий в плате.

Подготовленные радиолюбители могут самостоятельно разработать и изготовить печатную плату, на которой методом печатного монтажа обеспечены все необходимые соединения между элементами устройства. При этом целесообразно использовать линейно-многорядное расположение микросхем, обеспечивающее наибольшую плотность их установки. Для ориентации микросхем на печатной плате целесообразно намечать «ключи», определяющие положения их первого вывода. «Ключи» так иТ»и иначе, указаны и на каждой выпускаемой промышленностью микросхеме: либо

канавкой или точкой на корпусе, либо особой формой корпуса. Выводы отсчитывают от «ключа» против часовой стрелки (на виде сверху). При разработке монтажных схем различных устройств всегда возникает вопрос: что делать с неиспользуемыми входами интегральных микросхем? Если по логике работы на вход необходимо подать уровень логического 0, то этот вход заземляют. Если следует подать уровень логической 1, то тут может быть несколько вариантов [4, 65]. Во-первых, неиспользуемые входы микросхем серии К155 можно оставлять неподключенными, припаивая их лишь к монтажной площадке на плате. Для интегральных микросхем серий ТТЛ с диодами Шотки (К555) оставлять входы неподключенными не рекомендуется, а для микросхем серий КМДП (К176 и К561) это недопустимо. Неиспользуемые входы микросхем в ряде случаев можно подключать к используемым входам того же элемента (например, в логических элементах), что, правда, увеличивает нагрузку на микросхему, которая служит источником сигнала. Можно объединить неиспользуемые входы и в зависимости от функционального назначения подключить их либо к плюсовому проводу питания через резистор 1 кОм (для микросхем ТТЛ до 20 входов) или непосредственно для микросхем КМДП. Входы микросхем серий К555 и КР1533 также допускается подключать входы к источнику +5 В непосредственно.

Многие описанные в книге устройства имеют кнопочные органы управления: тумблеры или переключатели, устанавливаемые на лицевой панели. Так как панель управления, как правило, удалена от монтажной платы, то провода, соединяющие органы управления с микросхемами, могут стать источником ложных сигналов из-за возникающих наводок. Надежный способ исключения ложных срабатываний подача напряжения от источника питания через дополнительный резистор сопротивлением 1…5 кОм (для микросхем ТТЛ) или 10…100 кОм (для микросхем КМДП) на каждый вывод микросхемы, соединяемый с органами управления.

Во многих описанных устройствах использованы микросхемы памяти типов К155РЕЗ, К556РТ4, К576РТ5, К573РФ2, программирование которых выполняют предварительно перед установкой их на монтажные платы. Программирование ПЗУ осуществляют вручную или с помощью автоматических программаторов под управлением ЭВМ [27, 65].

Следует отметить, что в случае ошибок программирования микросхемы памяти типа К5РЗРФ2 с помощью источника ультрафиолетовых лучей можно выполнять стирание записанной информации и затем снова производить программирование ПЗУ. После программирования следует выполнить термотренировку микросхем памяти, а затем повторно проконтролировать правильность программирования согласно таблицы истинности. Наиболее просто выполнить термотренировку, выдерживая ПЗУ в выключенном состоянии при температуре 65…70 °С в течение 5 суток. Микросхемы, у которых в процессе термотренировки произошла потеря записанной информации, допускается программировать повторно с повторением термотренировки и последующего контроля. При установке микросхемы ПЗУ на печатную плату следует начинать пайку с выводов, на которые подается напряжение питания. Пайку остальных выводов можно производить в любой последовательности.

Для исключения импульсных помех на печатной плате между плюсовой и минусовой шинами питания необходимо установить блокировочные низкочастотные и высокочастотные конденсаторы. Емкость низкочастотного электролитического конденсатора следует выбрать в пределах 50…500 мкФ. На плате достаточно установить один такой конденсатор. Кроме того, на каждые пять микросхем следует ставить один керамический высокочастотный конденсатор емкостью 0,047…0,33 мкФ. Конденсаторы следует располагать на плате по возможности равномерно. Их следует также устанавливать рядом со всеми микросхемами с мощным выходом (например, К155ЛА8, нагруженными на лампы накаливания).

Микросхемы серий К555 и КР1533 можно применять вместо аналогичных микросхем серии К155 (естественно, допускается и обратная замена). Возможно совместное использование микросхем серий К555 и К155, однако следует учитывать, что нагрузочная способность микросхем серий К555 на микросхемы серии К155 составляет 5. При размещении собранной платы в корпусе следует убедиться, что радиокомпоненты, установленные на ней, а также ни один из выводов не касаются металлической поверхности корпуса. Соединительные провода между платой и передней панелью должны иметь длину, позволяющую снимать панель и поворачивать плату так, чтобы обеспечивать доступ ко всем элементам на ней для ремонта и регулировки.

Остановимся на выборе источников питания. Устройства, реализованные на микросхемах серии ТТЛ, рассчитаны на работу с напряжением +5 В. По техническим условиям для ТТЛ-микросхем необходима довольно жесткая стабилизация напряжения питания, обычно ±5 % (т. е. диапазон допустимых напряжений составляет 4,75…5,25 В). Тем не менее, как правило, ТТЛ-микросхемы могут работать и при большем разбросе напряжения питания: 4,5…5,5 В. При этом логическая функция элемента остается одной и той же, однако от напряжения питания зависят переключательные свойства элемента. В частности, при уменьшении номинального напряжения питания возрастает задержка распространения, т. е. время прохождения изменения логического уровня со входа на выход элемента. Однако в описанных устройствах это обстоятельство не является существенным. В то же время следует обратить внимание на верхнее предельное напряжение питания для ТТЛ-микросхем: абсолютное максимальное напряжение составляет +5,5 В. Даже при незначительном превышении этого напряжения в течение длительного времени микросхема выйдет из строя. Для КМДПмикросхем допускается изменение напряжения питания в более широких пределах. Подавляющее большинство их устойчиво работают в диапазоне напряжений 3…15 В. Как и у ТТЛ-микросхем, быстродействие КМДПмикросхем ухудшается при понижении напряжения питания. При напряжении питания 9…15 В. быстродействие КМДП-схем примерно в 2 раза выше, чем при номинальном напряжении +5 В, однако этот фактор не является определяющим. В подавляющем большинстве приведенных устройств на КМДП-микросхемах содержатся счетчики с дешифраторами, к выходам которых подключают цифровые светодиодные индикаторы. При напряжении питания, меньшем +9 В, яркость свечения этих индикаторов значительно падает. Поэтому для питания конструкций с КМДП-микросхемами можно использовать источник питания с номинальным постоянным напряжением в пределах 9…12 В.

Все описанные устройства потребляют от источника напряжения +5 В ток не более 1 А, а от источника +9 В ток не более 0,4 А. Поэтому для налаживания устройств целесообразно использовать универсальный блок питания с двумя источниками питания на указанные значения напряжения.

Схемы блока питания могут быть самыми разнообразными [3, 15, 36, 64]. При построении стабилизированных источников питания желательно использовать схемы, обеспечивающие защиту источника от коротких замыканий, чтобы ошибки в монтаже не приводили к выходу из строя блока питания. Наименьшие габаритные размеры и хорошие параметры среди источников вторичного электропитания с непрерывным регулированием имеют стабилизаторы напряжения на микросхемах К142ЕН5 и К142ЕН8. Все большее распространение, несмотря на схемную сложность, получают импульсные стабилизаторы напряжения (в том числе и бестрансформаторные), обладающие повышенным коэффициентом полезного действия и минимальными габаритными размерами. Перед подключением изготовленного устройства к блоку питания следует проконтролировать с помощью авометра отсутствие короткого замыкания по цепи питания. Перепайку элементов на монтажной плате в процессе наладки следует выполнять при отключенном источнике питания.

Желательно оснастить источник питания миллиамперметром, показывающим потребляемый ток. Так как в табл. 40 указана предельная мощность потребления каждой микросхемы, вы можете оценить ток, потребляемый выбранным вами устройством. При этом следует иметь в виду, что реальное потребление в 1,5…2 раза меньше предельного. Если же реальное потребление тока от источника питания превышает предельное расчетное значение, то следует искать ошибки в монтаже или неисправность компонентов.

Все описанные в книге устройства могут быть размещены в корпусах трех вариантов. Общий вид корпусов представлен на рис. 130-132. Приборный корпус (см. рис. 130) имеет ручку, фиксируемую в двух положениях и используемую как для переноски устройства, так и в качестве подставки. Типоразмер корпуса выбирают, исходя из габаритов монтажной платы и числа органов управления на передней панели устройства. Корпус такого вида целесообразно использовать в большинстве игровых автоматов и рефлексометров. Исключение игровые автоматы «Волейбол», «Теннис» и «Электронные салки», на передних панелях которых расположены органы управления игрой обоих игроков, а также индикаторы игровой ситуации. Эти автоматы целесообразно поместить в горизонтальный уплощенный корпус (см. рис. 131). Корпус с наклонной передней панелью (см. рис. 132) удобен для экзаменаторов всех типов, приборов для психологических исследований, на верхней панели которых располагают наборное поле и органы управления, многих игровых автоматов («Тир», «Охота», «Переправа» и др.)

Заключение

Приведены описания разнообразных цифровых игровых автоматов, устройств бытового назначения, приборов для спорта и кабинетов профориентации, программаторов учебного времени, демонстрационных и контролирующих знаний устройств для учебных заведений. Читатели найдут в книге множество оригинальных технических решений функциональных узлов цифровых устройств, широко используемых в радиолюбительской практике. Автор надеется, что, прочитав эту книгу, радиолюбители смогут повторить любой из описанных в ней приборов и автоматов. В то же время автор полагает, что в своей деятельности читатели не ограничатся простым копированием описанных устройств, а будут экспериментировать, искать пути к дальнейшему улучшению и совершенствованию и возможно найдут свои идеи в разработке полезных и интересных устройств различного назначения.

Источник: Фромберг Э. М., Конструкции на элементах цифровой техники. М.: Горячая линия-Телеком, 2002. 264 с.: ил. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1249).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты