Федеральное агентство по образованию РоссийскойФедерации
Государственное образовательное учреждение высшегопрофессионального образования
«ВладимирскийГосударственный Университет»
Кафедра ВТ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
подисциплине:
«СхемотехникаЭВМ»
на тему:
«Проектированиеблока буферной памяти»
Выполнил: студент гр.ЗЭВМ-105
Ильчик В.В.
Принял: Барашев А.Ф.
Владимир 2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Техническое задание
2 Разработка структурной схемы
3 Разработка функциональной схемы
4 Выбор элементной базы
5 Выбор блока питания
7 Расчет надежности
Заключение
Список используемых источников
Введение
В настоящее время, когдакомпьютерные системы развиваются быстрее всего во всем мире, не говоря уже осупер стремительном росте вычислительных скоростей, появляется проблемаразработки внешних дополнительных устройств, для выполнения той или инойспецифической задачи. Сейчас нереально разрабатывать и продаватьузкоспециализированные компьютерные системы, для широкого круга пользователей.Большинство пользователей просто требует, чтобы их компьютер выполнял множестворазличных функций, вот например самые распространенные из них, это аудио ивидео возможности, а с появлением интернета компьютер превратился в оченьудобное и мощное средство общения и не только посредством текста, пользователихотят разговаривать и видеть друг друга. Как мы видим, возможности современныхкомпьютерных систем далеко ушли от тех, для выполнения которых была придуманаЭВМ. Но для дополнительных функций нужны и дополнительные аппаратные ипрограммные средства. Например, для ввода в компьютер графической информациииспользуется сканер или телекамера, а с развитием общества такие потребностибыстро растут.
Сложность таких устройствне велика, но если требуется высокое качество и при этом на ввод информациинужно затратить минимум времени, то сложность таких устройств очень резковозрастает.
Трудность заключается втом, что все эти устройства изготавливаются из элементной базы, а еевозможности тоже не безграничны. Поэтому иногда возникает потребность вобновлении самого алгоритма устройства, принципа работы и так далее, а на этонеобходимо затратить большое количество знаний.
Разработкой таких системзанимается целый ряд организаций, о чем свидетельствует увеличение донескольких десятков в год числа проводимых НИР и ОКР и число выданных авторскихсвидетельств на устройства ввода и устройства отображения информации типа ТВ.
В настоящее время средипользователей широко распространенны сканеры таких хорошо известных фирм какHewlett Packard, Mustek, Canon. Много фирм продают устройства сопряжениявидеокамеры с компьютером, называемых декодерами.
При использовании сканеравозникает необходимость в точном перемещении считывающего устройства, в связи счем возникают трудности при расчетах и изготовлении механических движущихсячастей, а также с их заменой и ремонтом. Этих недостатков лишено устройство,основанное на считывании с помощью видеокамеры.
Выбор производится исходяиз нужной скорости и нужного разрешения считывания. Так для большей скорости именьшего разрешения используют видео камеру, а для меньшей скорости и большегоразрешения используют сканер.
Основой таких устройствявляется преобразователь кода, в задачей которого является преобразованиеаналогового сигнала с телекамеры в цифровой, понятный для ЭВМ. Разработку этогоустройства будем выполнять, пытаясь затратить как можно меньше элементов, тоесть учитывая простоту реализации, но в тоже время наиболее качественно ивыполняющей все поставленные задачи, а также максимально эффективноеиспользование элементной базы.
Цель курсовой работы –получение навыков исследования и проектирования функциональных узлов, блоков иустройств вычислительной техники;
– систематизация,закрепление и расширение теоретических знаний по синтезу логических схем ииспользованию современных интегральных микросхем для построения узлов ЭВМ;
– приобретениенавыков конструирования печатных плат;
– закреплениенавыков в работе с расчетной и справочной литературой;
– приобретениенавыков графического изображения структурных и принципиальных схем.
Задача заключается нетолько в изучении большого многообразия ИС, но и в развитии навыков активногоих использования, проектирования на их основе более сложных узлов, блоков иустройств.
/>/>1 Техническое задание
Необходимо спроектироватьблок преобразования к виду по сечениям, используемый при вводе информации спромышленной телевизионной установки со следующими параметрами:
Размер изображения –N*M где N–число столбцов обрабатываемого изображения, M – число строк изображения;
Число сечений – K.
N=256
M= 512
K= 3
Необходимо рассмотретьследующие вопросы:
Описание режимов работыустройства при вводе изображения;
Спроектировать блокпреобразования к виду “по сечениям”;
Разработать структурную,функциональную и принципиальную схему устройства;
Выбрать блок питания;
Рассчитать надежность;
Вычертить структурную,функциональную и принципиальную схему блока.
/>/>2 Разработка структурной схемы
Процесс разработки любыхустройств и систем содержит стадии теоретического и практическогопроектирования. На высшем уровне которого используется наименеедетализированное представление, отражающее только самые общие черты иособенности системы.
Для разработкиструктурной схемы и определения основных технических характеристик на этапесхемотехнического проектирования определим основные блоки устройства,технические характеристики, а также опишем общий алгоритм работы устройства.
Съем информацииосуществляется с помощью стандартной промышленной телевизионной установки(ПТУ). Поле M на N элементов. Число градаций яркости 3.
Важнейшей частьюсовременных систем управления и обработки информации, систем автоматическогопроектирования, а также систем автоматической идентификации людей побиометрическим признакам, являются устройства ввода в ЭВМ визуальной информациии устройства ее отображения.
Обычно такие системыимеют в своем составе устройство воспринимающее информацию об исследуемомобъекте, блок регистровой памяти, служащий для записи и хранения информации врежимах работы воспринимающего устройства с последующей перезаписью информациив память ЭВМ.
В настоящее времяскладывается тенденция освобождать центральные ЭВМ от управления сложными внешнимиустройствами, которые способны самостоятельно решать ряд задач и строятся подвум наиболее рациональным с технической точки зрения схемам построения:устройства подчиненного цикла и как устройства автономного цикла. В курсовомпроекте целесообразно разработать устройство автономного цикла, для того, чтобыне загружать ЭВМ выполнением задач управления устройством.
Такое устройство можноподключить к одному из каналов ввода-вывода ЭВМ и оно будет работать какобычное внешнее устройство.
Правда созданиеустройства подчиненного цикла требует значительного усложнения устройства.
На существующем уровнеразвития техники можно считать целесообразным физическое разделение этапов,реализуемое в устройствах автономного цикла. При этом устройство будет связанос ЭВМ только типом промежуточного носителя информации и структурой ее записи. Впроцессе ввода и анализа изображения ЭВМ не взаимодействует с устройством, чтозначительно повышает эффективность использования машинного времени. Ихвзаимодействие начинается только при окончании занесения информации в буферныйблок памяти устройства.
Рассчитаем основныехарактеристики разрабатываемого устройства.
Телевизионный растр,образованный линейной прогрессивной разверткой, при которой полный растр заодин период кадровой развертки Тк, создается одновременный движением луча погоризонтали вдоль оси X и повертикали, вдоль оси Y.Отклоняющие сигналы формируются генераторами строчной и кадровой разверток,входящими в состав устройства управления приемником типа ТВ.
Каждая строка погоризонтали, в соответствии с заданием разбивается на N – элементов (точек), а каждый столбец по вертикали – на M элементов. В результате информациюполучаем о NxM элементах поля изображения.Соответственно объем ББП должен составлять 256х512 ячеек.
Параметры устройства: Тк– время кадра, Тк = 20 мс. Так как появление изображения асинхронно,то время записи ограничено пределами одного кадра.
Длительность строки 50мкс, время обратного хода луча 14 мкс. Вдоль строки расположено 512 элементов,т.е. время обработки одного элемента tобр.э:
/>
Частота смены элементов:
/>
Требуемый объем памяти наодно изображение: 128К x 3.
За время обработки одногоэлемента при вводе визуальной информации необходимо реализовать следующиеосновные функции: из полного телевизионного сигнала выделить и сформироватьвидеосигнал. Преобразовать амплитуду сигнала в цифровой код, записать цифровойкод в блок буферной памяти.
Так как время обработкиодного элемента 0,1 мкс, при использовании памяти статического типа нетнеобходимости использовать промежуточный регистровый накопитель, т.к времядоступа к ячейке памяти значительно меньше.
Структурная схемаустройства приведена на рисунке 1.
/>
Опишем алгоритмфункционирования устройства.
Сигнал, поступающий отустройства ввода изображения содержит в себе следующую информацию:синхроимпульсы (кадровый, строчный) и видеосигнал. Для их выделения из полноготелевизионного сигнала используется блок селекции сигналов.
Выделенные синхроимпульсыподаются в блок управления вводом информации и используются в дальнейшем длятактирования работы устройства при вводе информации. Выделенный видеосигналподается на аналого-цифровой преобразователь параллельного действия.
Блок АЦП оцифровываетвыделенный видеосигнал. Полученное значение яркости записывается в блокбуферной памяти.
По окончании ввода данныхв ББП выполняется их передача в ЭВМ. Управление устройством при этом режимеработы осуществляется программным обеспечением ЭВМ (драйвером устройства)
Для представленияизображения в виде “по сечениям” используется блок выделения сечений.
Блок управления формируеттактовые импульсы и управляющие последовательности. При вводе информации блокуправления генерирует последовательность адресов, по которым необходимоосуществить запись в ББП.
Т.о. необходимопредусмотреть два режима работы устройства:
1. Режим ввода информациис ПТУ;
2. Режим передачиинформации в ЭВМ.
В режиме ввода информацииуправление осуществляется блоком управления. В режиме передачи данныхустройством будет управлять ЭВМ.
/>/>3 Разработка функциональной схемы
На основании полученнойструктурной схемы устройства разработаем его функциональную схему. Определимвходные и выходные сигналы для блоков и опишем их назначение.
Блок селекторов должен выполнять функцию выделенияиз полного телевизионного сигнала кадрового, строчного и тактовогосинхроимпульса, а также видеосигнала.
На вход блока подается:
1. Полный видеосигнал отПТУ — Video.
На выходе:
1.Кадровый синхроимпульс – КСИ ;
2.Строчный синхроимпульс – ССИ;
3. Видеосигнал – Video.
Блок АЦП выполняет оцифровку выделенногоаналогового видеосигнала.
На вход блока подается:
1. Видеосигнал – Video.
На выходе:
1.Оцифрованный видеосигнал – DVideo[0..2].
В качестве АЦП применимблок из трёх компараторов (рис2). Это просто и не дорого. На вход подаётсявидео сигнал, а с выходов снимаются сигналы одного уровня, логической еденицы, именуемый«код Джонсона».
/>
Блок буферной памяти предназначен для хранения информацииоб изображении. Для хранения изображения в ББП каждый элемент кодируется 1-мбитом. Организация памяти – 128К x 3.
На вход блока подается:
1.Оцифрованный видеосигнал – DVideo[0..2];
2.Адрес текущей ячейки – Adr[0..13];
3.Управляющий сигнал чтение/запись – W/R;
На выходе:
1.Оцифрованный видеосигнал – DVideo[0..2].
Блок управления предназначен для формированияуправляющих сигналов.
На вход блока подается:
1.Кадровый синхроимпульс – КСИ ;
2.Строчный синхроимпульс – ССИ;
3.Сигнал запуска – Пуск;
4.Сигнал сброса – Reset;
5.Сигнал CS от ЭВМ.
6.Сигнал сброса – Reset;
На выходе:
1.Тактовый синхроимпульс – СИ;
2.Адрес для ББП – Adr[0..13];
3.Управляющий сигнал чтение/запись дляББП– W/R;
4.Управляющий сигнал CS для ББП.
5.Сигнал начала кадра НК
6.Сигнал начала строки НС
7.Сигнал конца строки КС
8.Сигнал окончания ввода изображения – Ready.
Функциональная схемаустройства приведена на рис. 3.
/>
МБУ– местныйблокуправления управляет работой остальных блоков устройства. Рассмотримструктурные части, необходимые в МБУ. Для синхронизации и управленияустройством используются сигналы КСИ и ССИ, входящие в ПТС. Для их выделения необходимселектор синхроимпульсов (СС), основа которого– аналоговая микросхема. Длязапуска устройства необходим некий сигнал, вводим еще один модуль – модульформирования сигнала начала рабочего кадра (НК). Также необходим модульформирующий сигналы управления для АЦП и ББП.
По вертикалителевизионный кадр содержит 625 строк, из них 47 строки генерируются во времяКГИ. В пределах кадра используем 512+47=559 строк. Неиспользуемые 625-559 =66строк располагаем по периферии кадра сверху и снизу, для формирования наиболееустойчивой рабочей области.
За начало отсчета кадрапримем момент совпадения выделенных из ПТС КСИ и ССИ. Учитывая неиспользуемыестроки и строки, совпадающие с действием КГИ за начало рабочего кадра выберемначало 32 строки от момента совпадения КСИ и ССИ.
Для обеспечения работыустройства ввода визуальной информации в тактах телевизионной камеры необходимосинхронизировать начало импульсной последовательности частоты 10 МГц строчнымисинхроимпульсами. На время обратного хода строчной и кадровой развертокблокировать работу устройства ввода-вывода
Формирование сигнала НКпроисходит по схеме 1. КСИ устанавливает триггер в единицу, сигнал с прямоговыхода триггера открывает с одной стороны вентиль. С другой стороны вентиляоткрывается ССИ, и сигналы подаются на вход делителя. С выхода делителяпоявится 32-ой ССИ, который используется как импульс НК. Этот сигнал опрокинеттриггер в нулевое состояние, прерывая счет числа строк.
/> />
Схема1.
Так как считываетсятолько 512 строк с момента подачи импульса НК, следовательно, необходиморазрешить работу преобразователя только в этот момент времени, для этого нужнососчитать 512 строк, но разрешение преобразователя 64х512, следовательносчитываться будет только одна строка из четырёх, в течение только первогополукадра, для этого применяется схема, аналогичная первой, но с делителем на4. Для формирования импульса завершения работы устройства используется делительна 64.
/>
Для тактированияустройства необходима последовательность сигналов частоты 10 МГц. Длясинхронизации работы ПТУ используют ГТИ с частотой 1 МГц. Целесообразно выбратьчастоту ГТИ, равную 10МГц для тактирования устройства (ТИ1), а путем деления на10 получить последовательность импульсов частоты 1МГц (ТИ2), подаваемую напередающую телевизионную установку.
/>
Импульс управления (ИУ)должен запускать АЦП для преобразования аналогового сигнала в цифровой вид.разрешение имеет преобразователь, поэтому необходим счетчик на 512, которыйбудет сбрасывать в 0 триггер после преобразования очередной строки (при этомформируется сигнал конец строки(КС)). Установка триггера(Т) в 1 производитсясигналом НС(начало строки). АЦП будет преобразовывать видеосигнал в цифровойвид при подаче тактовых импульсов ТИ1 и наличии единицы на выходе триггера Т.Схема имеет следующий вид
/>
/>/>/>
Так же можно с этого жесчётчика использовать адресную шину младших разрядов ОЗУ во время записи. Этимсамым экономим на лишних элементах.
Чтение из памятипроизводится во время прохождения второго полукадра. При этом управлениеадресной шиной будетосуществляться ЭВМ.
4Выбор элементной базы
Для построения устройствавтоматики и вычислительной техники широкое применение находят цифровыемикросхемы серии К155, которые изготавливают по стандартной технологиибиполярных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имеется свыше 100наименований микросхем серии К155. При всех своих преимуществах — высокомбыстродействии, обширной номенклатуре, хорошей помехоустойчивости — этимикросхемы обладают большой потребляемой мощностью. Поэтому им на сменувыпускают микросхемы серии К555, принципиальное отличие которых — использованиетранзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки. Врезультате транзисторы микросхем серии К555 не входят в насыщение, чтосущественно уменьшает задержку выключения транзисторов. К тому же онизначительно меньших размеров, что уменьшает емкости их р-n-переходов. Врезультате при сохранении быстродействия микросхем серии К555 на уровне серииК155 удалось уменьшить ее потребляемую мощность примерно в 4…5 раз.
Для реализации устройствабудем использовать серию К555.
В 555 серию входятразличные логические элементы общим числом 98 наименований. Их назначениезаключается в построении узлов ЭВМ и устройств дискретной автоматики с высокимбыстродействием и малой потребляемой мощностью.
Для построенияпринципиальной схемы будем использовать следующие элементы:
1.Счетчики К555ИЕ7;
2.Мультиплексоры К555КП11;
3.Микросхемы памяти К132РУ6;
4.Триггер К555ТМ2;
5.Логические элементы 4-И К555ЛН1;
6.Логические элементы 2-И – К555ЛИ1;
/>/>6.Выбор блока питания
Определим потребляемуюмощность устройства. Данные по потребляемой мощности элементов приведены втаблице 2.
Таблица 2№ Элемент Кол-во
Pпотр, мВт
∑ Pпотр 1 К555ИЕ7 6 2 12 2 К555КП11 5 2 10 3 К555ЛИ1 3 2 6 4 К555ЛН1 5 2 10 5 К555ТМ2 1 2 2 6 К132РУ6 24 400 9,6вт Всего: 9,7вт
Получили, чтопотребляемая мощность устройства равна 9,7Вт. Необходимое напряжение питания 5В. Для работы устройства предусмотрим двойной запас по выходной мощности блокапитания. Соответственно требуется блок питания мощностью 20Вт, и выходной силойтока 1А
Для борьбы с помехами вцепь питания включим конденсаторы. З конденсатора номинальной емкостью 0.1 мкФи три конденсатора емкостью 10 мкФ.
/>7 Расчетнадежности
Любое устройствосоздается для надежной безотказной работы. Свойство устройства сохранять вовремени в установленных пределах значениявсех параметров, характеризующихего способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условияхприменения, технического обслуживания и ремонтов, хранения и транспортирования,называется надежностью. Если все параметры соответствуют требованиямдокументации, такое состояние называют работоспособным, а событие,состоящее в нарушении работоспособности, -отказам. Таким образом, длявозникновения отказа достаточно ухода хотя бы одного параметра за пределы,установленные нормативно-техническими документами
В зависимости от того, какимобразом проявляются эти ухода параметров, различают внезапные и постепенныеотказы. Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменениемэксплуатационных параметров устройства, в связи с чем прогнозировать момент еговозникновения практически невозможно. Примеры внезапных отказов — короткоезамыкание обкладок конденсатора, обрыв выводов или пробой перехода транзистора.Постепенный отказ характеризуется постепенными, плавными изменениями вовремени одного или нескольких параметров, обусловленными влиянием необратимыхпроцессов старения и износа. При этом, наблюдая за соответствующими параметрамив течение длительного времени, всегда можно выявить тенденции илизакономерности их изменения и предсказать причину и время возникновения отказа.В качестве примера постепенных отказов можно привести увеличение обратного токаколлекторного перехода транзистора Iко, уменьшение коэффициентапередачи или полосы пропускания линейной интегральной схемы.
Для цифровых устройств,работающих в условиях действия помех (наводки по цепям питания, внутренние шумыи т. д), характерно наличие относительно большого числа самоустраняющихсяотказов (сбоев). Данный вид отказов связан с нарушением работоспособностиустройства на короткое время, после чего правильная работа аппаратурывосстанавливается самопроизвольно, без вмешательства извне. Следствием сбоевмогут быть искажения информации (исходных данных, управляющих воздействий и тд.), что может повлиять на нормальное функционирование устройства малаядлительность сбоя осложняет задачу его выявления и ликвидации связанных с нимнежелательных последствий.
Надежность любогообъекта, в том числе и электронного устройства, зависит от многих факторов,таких как качество использованных в нем деталей, их взаимное расположение,условия охлаждения, качество сборки (монтажа), условия эксплуатации(температура, влажность, наличие вибрации), качество обслуживания и пр. Взависимости от назначения и режима эксплуатации изделия можно разделять на двегруппы:
1) невосстанавливаемые,при отказе их заменяют исправными (к ним относят элементы электронной иэлектротехнической аппаратуры: резисторы, конденсаторы, диоды, интегральныемикросхемы и пр.),
2) восстанавливаемые, ихможно ремонтировать, заменяя в них отказавшие элементы и восстанавливаянарушенные связи.
Рассматривая отказ каксобытие случайное, для количественной оценки надежности используют вероятностьбезотказной работы и вероятность отказа вероятность того. что в заданноминтервале времени t отказ устройства не произойдет, т. е. его эксплуатационныепараметры будут находиться в установленных пределах, называется вероятностьюбезотказной работы P(t). Данная характеристика представляет собой монотонноубывающую функцию времени t, причем Р(0) = 1. Р (∞) = 0.(Предполагается, что вначале изделие исправно, а после некоторого времени,может быть очень большого, оно обязательно выйдет из строя.) Представление отом, каков характер функции P(t), можно получить в результате эксперимента сбольшой группой изделий. Результаты эксперимента с группой отражают поведениевсей массы изделий (генеральной совокупности), если выборка достаточно объемна.В этом случае говорят о представительной выборке. Пусть выборка содержит No =1000 изделии (резисторов, конденсаторов, микросхем). Поставим их в режим, соответствующийпаспортным условиям эксплуатации (окружающая температура, ток, напряжение), ибудем фиксировать момент отказа каждого изделия или количество отказавшихизделий нарастающим итогом через каждые Δt ч. Тогда вероятностьбезотказной работы:
P(t)=N(t)/N,, (1)
где N(t) — число изделий,оставшихся исправными к моменту времени t. Располагая полученной информацией,можно определить, какова в среднем вероятность того, что аналогичное изделиебудет работоспособным через 10, 100,1000 ч, сколько часов можетэксплуатироваться изделие, если задано допустимое нижнее значение P(t).
Вероятность отказа определяется как вероятностьпоявления отказа в течение времени t: Q(t) = (No — N(t))/No. Так какработоспособное состояние и состояние отказа образуют полную группу событий, тохарактеристики P(t) и Q(t) удовлетворяют соотношению P(t) +Q(t) = 1.
Введем понятие плотностивероятности появления отказа:
/> (2)
важной характеристикойнадежности является и интенсивность отказов:
/> (3)
представляющая собойвероятность отказа изделия в единицу времени после данного момента t при условии,что до него отказ не возникал. Сравнивая выражения для a(t) и λ(t),нетрудно увидеть различия между ними. Значение а(t)Δtхарактеризуетотносительную долю отказавших изделий за интервал [t, t + Δt], взятых изпроизвольной группы поставленных на испытания изделий, независимо от того,исправны они или отказали к моменту времени t. Значение λ (t)Δtопределяет относительную долю отказавших изделий в интервале [t, t + Δt],взятых из группы изделий, оставшихся работоспособными к рассматриваемомумоменту t. Для элементов электронной аппаратуры типичные значения λ от 10-6до 10-81/ч.
Важный количественныйпоказатель надежности — среднее время безотказной работы (средняя наработкадо отказа), которое определяется как математическое ожидание времени работы доотказа. Эту характеристику находят как
/> (4)
где ti, — время безотказной работы i-го изделия (для восстанавливаемых изделий — времяработы между двумя соседними отказами). Для экспоненциального закона надежности/> Средняянаработка до отказа Т и интенсивность отказов λ удобны в качествесправочных данных, так как они не зависят от времени.
В ряде случаев дляоценки безотказности устройства используется такая характеристика, как гаммапроцентная наработка до отказа Тλ, т. е. наработка, втечение которой отказ устройства т возникает с вероятностью γ, выраженнойв процентах. Соответствующее значение находят из уравнения
/> (5)
Например. Т90%означает, что указанное время наработки до отказа реализуется с вероятностью P(T90%,)= 0,9. т. е. указанное время будет достигнуто для 90% изделий.
Справочные данные обычноприводятся для одиночных элементов в нормальных условиях эксплуатации. Реальныеусловия эксплуатации могут отличаться от нормальных, а устройства, надежностькоторых надо определить, содержат большое число различных элементов.
Влияние условийэксплуатации (электрических режимов, температуры, радиации, влажности вибрациии ударов) проявляется в изменении интенсивности отказов, определяемом опытнымпутем. Утяжеление условии существенно повышает интенсивность отказов. Например,увеличение рабочего напряжения на конденсаторе на 10% может повысить λ1более чем вдвое.
Способы соединенияэлементов и узлов, связей между ними разнообразны. Обычно выделяют основное ирезервное соединения. Соединение, когда отказ любого из элементов приводит котказу всего устройства, называют основным (например, бытоваяаппаратура). Модель расчета надежности для такого соединения — последовательнаяцепочка элементов, когда работоспособному состоянию устройства соответствуетисправность P первого, P второго,…, P n-го элементов. Вероятность исправногосостояния системы, содержащей n элементов:
/>
В этом причина низкойнадежности сложных систем с большим числом элементов: если Р = 0,999, а n =1000, то Рс = 0,37. Другие показатели надежности для основного соединенияэлементов выводят из формулы произведения вероятностей:
/>
Найдем показателинадежности нашей разработанной схемы. Из справочника знаем λiравно конденсаторов 0,25*10-6 и интегральной микросхемы 0,06*10-6. Найдем λс для всех элементов схемы. Расчеты представлены втабл. 3.
Таблица 3№ Элемент Кол-во, N
λmin
λave
λmax
N * λmin
N * λave
N * λmax 1 Интегральные микросхемы 47
0,046*10-6
0,06*10-6
0,072*10-6
2,162*10-6
2,82*10-6
3,384*10-6 2 Конденсаторы 6
0,2*10-6
0,25*10-6
0,3*10-6
1,2*10-6
1,5*10-6
1,8*10-6 Итого:
3,362*10-6
4,32*10-6
5,184*10-6
По вычисленным значениям ∑λmin, ∑ λave, ∑ λmax, строим графики зависимостей P(t) в полулогарифмическом масштабе. Вычисленные значенияпредставлены в таблице 4.
Таблица 4t
P1(t)
P2(t)
P3(t)
100 0,99999746600321 0,99999676000525 0,99999611202016
101 0,99997466032106 0,99996760052487 0,99996112075582
102 0,99974663210307 0,99967605248233 0,99961127557293
103 0,99746920786785 0,99676524313589 0,99611954848599
104 0,97497836302477 0,96811925691656 0,96186612615635
105 0,77615735678016 0,72325024237984 0,67786983042356
106 0,07934102062807 0,03916389509899 0,02048627764798
107 0,00000000000989 0,00000000000001 0,00000000000000
Вычислим время наработкина отказ:
Tmin=257202 ч.
Tср= 308642 ч.
Tmax=394633 ч.
Графики, построенные повычисленным значениям, представлены на графике.
/>
График вероятностибезотказной работы устройства для λmin
График вероятностибезотказной работы устройства для λave
График вероятностибезотказной работы устройства для λmax
/>/>Заключение
В курсовом проектеразработана принципиальная схема устройства ввода изображения в ЭВМ посечениям. В устройстве предусмотрены два режима работы: ввод изображения вбуферный блок памяти и передача данных в формате сечений в ЭВМ.
Для построения устройстваиспользовали микросхемы серии К555, т.к. они являются более современными именее мощными, чем серия К155. В работе выполнены расчеты потребляемой мощностии вероятности безотказной работы устройства, разработаны структурная ифункциональная схема устройства.
/>/>Список используемых источников
1. Методические указанияк курсовой работе по дисциплине «Цифровая схемотехника» на тему «Проектированиецифрового устройства».
2. Шило В.Л.Популярные цифровые микросхемы: справочник, — Москва; металлургия, 1988,-352 с.
3. Орнадский П.П.Автоматические измерения и приборы. — К.; Техника,1990 — 448с.
4. Цифровые ианалоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В.Якубовский, Л.И.Нильсон,В.И.Кулешова и др./ Под ред. С.В.Якубовского.-М.: Радио и связь, 1990.-496с.