Выбор блока питания

Приступая к сборке микроЭВМ, следует выяснить возможность полного или частичного использования имеющихся (в кружке или дома) источников питания в качестве блока питания микро-ЭВМ. Для этого нужно знать, какие требования предъявляются к блоку питания микроЭВМ с тем, чтобы определить, смогут ли имеющиеся источники питания их удовлетворить.

Помимо специфических требований включения и выключения питающих напряжений в определенном порядке (о чем говорилось в начале этого раздела), следует знать, какие напряжения и какой ток должен выдавать блок питания. В табл. 3.2 указано потребление тока модулями и всей микроЭВМ в целом. При этом имеется в виду, что микроЭВМ будет состоять из минимального количества модулей. Если же предполагается использовать дополнительные модули, расширяющие возможности микроЭВМ, то при выборе блока питания необходимо учесть ток, потребляемый этими модулями.

Напряжения источников питания должны быть стабилизированы, в противном случае будут иметь место значительные колебания напряжения при изменении тока нагрузки и напряжения питающей сети, а это может вызвать сбои в работе микроЭВМ. Если имеющийся блок питания не полностью удовлетворяет предъявленным требованиям, то его, пользуясь описанием блоков питания, которые часто публикуются в журналах Радио или Моделист-конструктор, следует доработать или смонтировать заново нужный блок питания.

Блок питания, удовлетворяющий требованиям современных микроЭВМ, устройство довольно сложное и дорогостоящее. Объясняется это тем, что он имеет очень высокую надежность, снабжен защитой от коротких замыканий и превышения максимально допустимого тока, выдает хорошо стабилизированные напряжения, автоматически выполняет установленный порядок включения и выключения источников напряжения, а также автоматически выключает все источники при аварийном выключении одного из них. Не будем предъявлять к выбору блока питания для нашей микроЭВМ жесткие требования. Важно только, чтобы блок питания, согласно табл. 3.2, выдавал нужные стабилизированные напряжения и чтобы они включались и выключались одновременно. Желательно иметь простейшее устройство, обеспечивающее выключение питающих напряжений +5В и +12 В в том случае, если почему-либо выключилось напряжение —5 В. Это можно достигнуть, смонтировав обычное реле, питающееся напряжением —5 В, которое выключит напряжение +5 В и +12 В или же выключит сеть переменного тока напряжением 220 В, если исчезнет напряжение —5 В. Малогабаритное реле желательно разместить да плате микропроцессорного модуля, а его обмотку подключить непосредственно к соответствующим выводам панельки микропроцессора, чтобы исключить возможность нефиксируемого пропадания напряжения —5В на переходных контактах разъемов и пайках схемы. Выводы контактов реле следует подключить к резервном контактам (A3, БЗ, А2 и А6) разъема ХР1 микропроцессорного модуля и скоммутировать их на свободные гнезда (Аб , А7, Б6 и Б7) разъема XS5 блока питания для отключения напряжения +5В и +12 В в случае выключения напряжения —5 В. Выходы всех напряжений блока питания должны быть подключены к разъему общей шины так, как это показано на рис. 11.

Во избежание наводок импульсных помех провода, соединяющие, блок питания с общей шиной, нужно делать как можно короче. Для уменьшения воздействия помех между проводом ОВ и проводами питающих напряжений (+5В , —5 В, +12 В) необходимо устанавливать низкочастотные и высокочастотные блокировочные конденсаторы. Такие конденсаторы устанавливают на выходе блока питания, а также на входе шины питания каждого модуля микроЭВМ. Емкость низкочастотных электролитических конденсаторов должна быть от 10 до 50 мкФ, а высокочастотных керамических порядка 0,05—0,1 мкФ.

Если для питания микроЭВМ использовано несколько отдельных источников, то нужно предусмотреть установку общего выключателя, позволяющего отключать и включать все напряжения одновременно.

Порядок сборки модулей

Если модули учебной микроЭВМ собираются в кружке, то кружок рекомендуется разделить на 4 группы по 2—3 человека в каждой. Первая группа, состоящая из наиболее подготовленных кружковцев, собирает микропроцессорный модуль, вторая — модуль памяти, третья — модуль управления, а четвертая — монтирует общую шину и подготавливает блок питания. При этом возможны варианты. Если модуль микропроцессора конструктивно выполняется в виде съемных узлов, то первая группа собирает узел тактового генератора, вторая — узел коммутации адресной шины, третья — узел коммутации шины данных и четвертая — узел микропроцессора, куда входит и монтаж гнездовых разъемов, установленных на плате для подключения всех его узлов. Затем группы получают задания по сборке остальных модулей.

Сборка микроЭВМ, выполняемая радиолюбителем в домашних условиях, обычно начинается со сборки того модуля, который полностью обеспечен деталями, указанными на принципиальной схеме. Если будут иметь место непредвиденные задержки в сборке этого модуля, переключаются на монтаж общей шины и подготовку блока питания.

Приступая к сборке модулей в соответствии с перечнем основных этапов, прежде всего следует определить, по каким схемам будут собираться модули. Не нужно ограничиваться простым копированием схем, указанных в настоящей книге. К тому же у читателя может не оказаться в наличии какой-либо микросхемы, приведенной в описании. Поэтому, проявляя творческий подход к выбору схемы, бывает весьма полезно и поучительно прочитать дополнительно описания нескольких аналогичных микроЭВМ, а затем, окончательно выбрав принципиальную схему модуля, вычертить эту схему на листе бумаги с изображением всех соединительных цепей (в том числе и цепей питания не показываемых на принципиальных схемах). Вычерчивать схемы модулей нужно сознательно, ясно представляя себе, какой сифал будет проходить по изображаемому проводнику и каково назначенце того или иного вывода микросхемы. Вычертив схему, полезно составить спецификацию всех деталей, указанных на схеме, а по мере приобретения деталей производить предварительную проверку каждой детали. Проверку микросхем рекомендуется выполнять путем ее установки в специально смонтированную панельку, позволяющую видоизменять схему проверки и подключать измерительные приборы (пробник, вольтметр) к нужным выводам микросхемы. При проверке микросхем не следует забывать о влиянии электростатических зарядов, которые могут попасть на выводы микросхем.

Собирать модули микроЭВМ удобнее всего на унифицированных печатных платах, выполненных из двухстороннего фольги-рованного стеклотекстолита. На одной стороне платы располагаются площадки для установки микросхем, резисторов и конденсаторов, а с другой — контактные площадки, соединяемые отрезками монтажного провода. На обеих сторонах платы должны находиться и шины источника питания. Такие платы выпускаются под торговым названием ПР (плата радиолюбителя). Часто в продаже бывают и другие типы аналогичных плат, предназн а - . ченных для сборки радиолюбительских конструкций, в том числе и с использованием интегральных микросхем. Планируется выпуск печатных плат для сборки радиолюбительского компьютера Радио-86 РК. Такие платы будут иметь название ПР-8. Вместе с тем следует предостеречь читателей от разработки и изготовления печатных плат для модулей собираемой микроЭВМ, так как их не только трудно изготовить, но и сложно налаживать. Монтаж лучше выполнять навесным способом, при помощи тонких изолированных проводов. Разрабатывая конструкцию платы микропроцессорного модуля, необходимо помнить, что включать микропроцессор в схему модуля следует при помощи панельки. В целях сохранности микропроцессора предварительная проверка всех модулей должна выполняться без участия микропроцессора. Микро-процессор устанавливается в панельку только, тогда, когда будут тщательно проверены рабочие напряжения и логические уровни сигналов на всех выводах его панельки, а также будет определено, что все остальные модули смонтированы правильно и работают нормально.

Панельку изготавливают, используя гнездовой многоконтактный разъем, имеющий шаг между гнездами, равный 2,5 мм. При этом нужно учесть, что панельку для микропроцессора, имеющего 48 выводов, изготовить очень трудно из-за малого шага, большой длины и недостаточной жесткости выводов. В этом случае можно поступить и так: на плате микропроцессорного модуля установить многоконтактный гнездовой разъем, имеющий не менее 40 гнезд (например, типа ГРПМ 1—45) .Этот разъем будет служить своеобразной панелькой для будущего микропроцессора, который размещают на небольшой гетинаксовой пластинке.р ядом со штыре-вым разъемом, аналогичным по типу гнездовому разъему. Затем осторожно, соблюдая все правила, предупреждающие перегрев выводов и влияние электростатических зарядов, подпаивают 40 рабочих выводов микропроцессора (см. табл. 7 Приложения) к 40 штыревым контактам разъема. Включение микропроцессора в схему модуля выполняется путем установки штыревого разъема в гнездовой.

Перед установкой деталей на плате полезно выполнить графическое моделирование. С этой целью вычерчивают сборочный чертеж платы и на чертеже карандашом изображают примерное расположение микросхем. Затем, согласно принципиальной схеме, цветными карандашами выполняют соединение всех выводов микросхем. Если при этом обнаружится, что какая-то группа соединительных проводников получается очень длинной, то расположение микросхем меняют, так как для устойчивой работы модулей и уменьшения воздействия помех соединения между выводами отдельных элементов схемы должны быть выполнены как можно короче. По этой же причине при проводном (навесном) способе монтажа не следует применять жгутование и параллельную укладку проводов.

На первый взгляд, предварительное вычерчивание вариантов расположения микросхем может показаться утомительным и ненужным. На самом же деле оказывается значительно проще и легче несколько раз перечертить схему, чем потом выпаивать неудачно установленную микросхему. Нужно помнить, что процесс выпаивания микросхемы очень трудоемкий и не всегда заканчивается удачно. Такие микросхемы после перепайки чаще всего приходят в негодность.

При монтаже важно выполнять соединения не только правильно, но и надежно. Пайка должна обеспечить хороший электрический контакт, прочность соединения, отсутствие последующей коррозии и невозможность короткого замыкания двух рядом расположенных паек. Для выполнения этих условий все места, подлежащие пайке, должны быть чистыми, а паяльник хорошо облужен и заточен.

Поскольку выводы микросхем расположены очень близко друг возле друга, то одна пайка от другой часто отстоит на 0,5—1 мм. Поэтому паять нужно миниатюрным паяльником, имеющим диаметр жала не более 2—3 мм. Прогревая паяльником место пайки, не следует забывать о возможности перегрева микросхем (обязательно пользуясь при пайке пинцетом).

Напомним, что номера выводов у всех микросхем отсчитываются от специальной метки, выполненной на корпусе. Этой меткой служит небольшое углубление (точка), сделанное на верхней лицевой поверхности корпуса, или же небольшая выемка с одного: края корпуса (см. рис. 10).

Если микросхему расположить так, чтобы точка или выемка находились в верхней части корпуса, то в левом верхнем углу окажется первый вывод. Остальные выводы имеют нумерацию, идущую против часовой стрелки. Если смотреть на микросхему

С обратной стороны (со стороны выводов), то первый вывод находится в правом верхнем углу, а нумерация идет по часовой стрелке.

Как показывает опыт, эта особенность отсчета выводов является основной причиной ошибок при монтаже. Для правильной ориентации выводов микросхем и уменьшения вероятности ошибочного отсчета номера вывода рекомендуется на обратной стороне платы (на монтажной стороне) с помощью цветного лака или бумажного маркера обозначить положение первого вывода микросхемы и помнить, что отсчет остальных выводов при выполнении монтажа производится по часовой стрелке от этого первого вывода. Иногда радиолюбители отмечают красным и зеленым лаком шины питания +5В и 0 В и соответствующие выводы питания микросхем.

Перед установкой микросхем на плату шины 0В , +5 В, —5 В и +12 В между собой необходимо соединить перемычками и снять их после окончания монтажа платы. Монтаж микросхем, располагаемых на унифицированных платах, часто выполняют до их установки, а именно сперва соединяют проводниками контактные площадки с отверстиями под выводы микросхем, затем тщательно проверяют выполненный монтаж и после этого устанавливают навесные детали — микросхемы, резисторы, конденсаторы и др. Один из возможных вариантов расположения основных деталей на монтажной плате микропроцессорного модуля приведен на рис. 54. Цифры в белых кружках обозначают следующее:

— плата модуля;

— К155ЛАЗ (DD14 на рис. 12); 3—К155ТМ2 (DD13);

—К155ЛЛ (DD4);

— кварц Z1;

— место для монтажа R и С ;

—9,12—16 —К589АП16 (DD5—DD12);

—К155ЛН1 (DD3);

— К580ГФ24 (DD1);

— микропроцессор КР530ИК80А (DD2);

— панелька для КР580ИК80А; 19— разъем ГРПМШ — 1—45 (ХР 1 ).

Вариант размещения деталей на плате модуля памяти изображен на рис. 55. Здесь цифры обозначают следующее:

— плата модуля;

— место для дополнительных деталей;

— 8— 14 —К565РУ2 (DD1—DD8 на рис. 14);

— К155ЛАЗ (DD11);

— место для монтажа R и С ; 6,7 —К589АП16 (DD9; DD10);

— разъем ГРПМШ — 1—45 (ХР 1 ). В зависимости от типа печатных плат и комплекта деталей, конструктивное размещение элементов схемы может быть иным.

Важно только учесть, что при работе микросхемы ощутимо нагреваются (особенно микропроцессор и микросхемы памяти), поэтому платы и их размещение в корпусе нужно конструировать так, чтобы обеспечить достаточный приток воздуха для отвода тепла.