ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ З ВИГОТОВЛЕННЯ ПРИСТРОЇВ НА ЦИФРОВИХ інтегральної мікросхеми

У цій книзі описані 60 пристроїв різного функціонального призначення, як простих, так і досить складних Якщо досвідчений радіоаматор здатний відразу приступити до виготовлення практично будь-який з описаних конструкцій, то початківець може й розгубитися Отже, з чого почати

Взагалі немає необхідності дотримуватися певну послідовність вибору пристроїв для виготовлення, але все ж слід враховувати і інтереси, і рівень підготовки Для набуття досвіду роботи з цифровими мікросхемами спочатку потрібно зібрати ті пристрої, які містять три-пять мікросхем Доцільно починати роботу з найбільш дешевими і поширеними мікросхемами серії К155 Щоб опису пристроїв, наведені в книзі, були зрозумілі до кінця, слід по [4, 24, 31] ознайомитися з основами цифрової техніки Якщо пристрій зібрано без помилок і всі деталі справні, воно, як правило, налагодження не вимагає Помилки ж, допущені при монтажі пристроїв на мікросхемах серії К155 (крім зміни полярності напруги живлення), не приведуть до виходу мікросхеми з ладу

Збирати пристрої найзручніше на макетних монтажних платах, виготовлених з двостороннього фольгованого склотекстоліти На одній стороні плати розташовують майданчики для установки мікросхем і навісних елементів, а на другий контактні площадки, що зєднуються відрізками монтажного проводу Один з можливих варіантів такої плати зображений на рис 129 На одній із сторін плати повинні бути прокладені широкі доріжки до них підводять напругу живлення Необхідно спочатку виконати весь монтаж провідників, перевірити його правильність, відсутність замикань сусідніх майданчиків і тільки після цього встановлювати мікросхеми та інші навісні елементи резистори, конденсатори і т д

Для зручності монтажу рекомендується спочатку за принциповою схемою скласти так звану «розписку» таблицю, в якій обумовлені всі зєднання між контактними майданчиками на монтажній платі При цьому розстановку мікросхем на платі слід виконувати, прагнучи скоротити довжину монтажних зєднань між ними, а не в порядку, зазначеному на схемі

На міліметровому папері потрібно виконати ескіз розташування мікросхем на платі, а потім на принциповій схемі позначити в кодованих позначеннях посадочні місця кожної з мікросхем При дротовому монтажі не слід застосовувати жгутованіе і паралельну укладку проводів Сполуки ведуть по найкоротшому шляху Розглянемо правила виконання монтажних робіт [11]

Монтаж мікросхем зручно виконувати паяльником малих розмірів з номінальною потужністю до 20 Вт За відсутності такого паяльника слід

Рис 129 Макетна друкована плата

виточити насадку або наконечник з діаметром робочої частини 2,5 .. 3 мм або проточити робочу частину наконечника до такого ж діаметру Як правило, потрібно використовувати нагрівальний елемент на напругу не більше 36 В Для зміни температури «жала» паяльника має сенс підключати паяльник до регулятора потужності Температура паяльника повинна бути такою, щоб при торканні легко розплавлялися маленькі шматочки припою При пайку в побутових умовах слід користуватися спіртоканіфольним флюсом або твердої каніфоллю Для приготувань флюсу одну вагову порцію дрібно натертої каніфолі потрібно змішати з двома порціями етилового спирту Не допускається паяти мікросхеми і навісні елементи кислотним флюсом, оскільки в подальшому місця пайки, навіть після промивки спиртом, сильно коррозируют

Для виконання проводового монтажу на макетної платі зєднувальні провідники слід виконувати проводом типу МГТФ або використовувати для цієї мети лаковані обмотувальні дроти Видалення шару ізоляції на кінцях сполучних провідників з дроту МГТФ краще виконувати за допомогою «обжигалки», так як використання скальпеля або кусачок може привести до механічних пошкоджень мідної жили Кінці монтажного дроти перед пайкою необхідно ретельно залудити

Як видно з креслення макетної плати на рис 129, мікросхеми на ній можна встановити двома способами: висновки мікросхем вставити в металізовані отвори і потім запаяти, або сформувати перед установкою і припаяти до контактних майданчиків так само, як висновки планарних мікросхем Слід зазначити, що для радіоаматорів, особливо початківців, другий спосіб монтажу найбільш кращий з двох причин По-перше, в цьому випадку значно спрощується процес заміни мікросхем Адже для того, щоб випаяти з плати мікросхему, висновки якої запаяні в металізовані отвори, необхідно використовувати пристосування для групового розігріву всіх контактних майданчиків По-друге, в процесі пошуку несправностей пристроїв, особливо зібраних на ТТЛ-мікросхемах, часто виникає необхідність «підняти» один з висновків мікросхеми, щоб проконтролювати наявність на цьому висновку відповідного логічного рівня або подати на цей висновок необхідну напругу Для формування висновків мікросхем в пластмасових і керамічних корпусах можна використовувати найпростіші пристосування [65] Для виключення утворення разнопотенціальних провідників від зарядів статичної електрики доцільно на ручку паяльника намотати кілька витків тонкого дроту без ізоляції (можна металевої стрічки) і зєднати його з металевою частиною паяльника Прийняття таких заходів зменшить ймовірність виходу з ладу мікросхем на КМДП-структурах від дії статичної електрики Жало паяльника та вимірювальна апаратура (осцилограф, джерело живлення, генератор) слід заземлювати Формовку висновків і монтаж КМДП-мікросхем бажано проводити із застосуванням антиелектростатичних браслетів Після виконання монтажу треба його ретельно перевірити, використовуючи при цьому авомеУр

Особливу увагу слід звернути на перевірку правильності монтажу ланцюгів живлення У табл 40, 41 вказані висновки харчування і споживана потужність всіх мікросхем, використовуваних в описаних у книзі пристроях

Встановлюють мікросхеми на монтажну плату зазвичай в певній послідовності Спочатку монтують мікросхеми і навісні елементи тактових і допоміжних генераторів і перевіряють їх роботу Потім послідовно встановлюють мікросхеми інших функціональних вузлів, працездатність яких можна проконтролювати самостійно Такий порядок перевірки правильності монтажу значно полегшує пошук несправностей Якщо якась з мікросхем таки не працює, спочатку перевіряють, чи надходить на неї напругу харчування Потім контролюють подачу сигналів на інші висновки мікросхеми Перевірку зручно виконувати за допомогою осцилографа або логічних пробників, підключаючи їх вхід безпосередньо до висновків мікросхеми це допоможе виявити порушення металізації отворів в платі

Підготовлені радіоаматори можуть самостійно розробити та виготовити друковану плату, на якій методом друкованого монтажу забезпечені всі необхідні зєднання між елементами пристрою При цьому доцільно використовувати лінійно-багаторядне розташування мікросхем, що забезпечує найбільшу щільність їх установки Для орієнтації мікросхем на друкованій платі доцільно намічати «ключі», що визначають положення їх першого висновку «Ключі» так ІТ »і інакше, зазначені і на кожній випускається промисловістю мікросхемі: або

канавкою або точкою на корпусі, або особливою формою корпусу Висновки відраховують від «ключа» проти годинникової стрілки (на вигляді зверху) При розробці монтажних схем різних пристроїв завжди виникає питання: що робити з невикористовуваними входами інтегральних мікросхем Якщо за логікою роботи на вхід необхідно подати рівень логічного 0, то цей вхід заземлюють Якщо слід подати рівень логічної 1, то тут може бути кілька варіантів [4, 65] По-перше, невикористовувані входи мікросхем серії К155 можна залишати непідключеними, припаивая їх лише до монтажного майданчика на платі Для інтегральних мікросхем серій ТТЛ з діодами Шотки (К555) залишати входи непідключеними не рекомендується, а для мікросхем серій КМДП (К176 і К561) це неприпустимо Невикористані входи мікросхем в ряді випадків можна підключати до використовуваних входів того ж елемента (наприклад, в логічних елементах), що, правда, збільшує навантаження на мікросхему, яка служить джерелом сигналу Можна обєднати невикористовувані входи і в Залежно від функціонального призначення підключити їх або до плюсового проводу живлення через резистор 1 кОм (для мікросхем ТТЛ до 20 входів) або безпосередньо для мікросхем КМДП Входи мікросхем серій К555 і КР1533 також допускається підключати входи до джерела +5 В безпосередньо

Багато описані в книзі пристрої мають кнопкові органи управління: тумблери або перемикачі, що встановлюються на лицьовій панелі Так як панель управління, як правило, віддалена від монтажної плати, то дроти, що сполучають органи управління з мікросхемами, можуть стати джерелом помилкових сигналів через що виникають наведень Надійний спосіб виключення помилкових спрацьовувань подача напруги від джерела живлення через додатковий резистор опором 1 .. 5 кОм (для мікросхем ТТЛ) або 10 .. 100 кОм (для мікросхем КМДП) на кожен висновок мікросхеми, що сполучається з органами управління

У багатьох описаних пристроях використані мікросхеми памяті типів К155РЕЗ, К556РТ4, К576РТ5, К573РФ2, програмування яких виконують заздалегідь перед встановленням їх на монтажні плати Програмування ПЗУ здійснюють вручну або за допомогою автоматичних программаторов під управлінням ЕОМ [27, 65]

Слід зазначити, що у разі помилок програмування мікросхеми памяті типу К5РЗРФ2 за допомогою джерела ультрафіолетового проміння можна виконувати стирання записаної інформації і потім знову виробляти програмування ПЗУ Після програмування слід виконати термотреніровку мікросхем памяті, а потім повторно проконтролювати правильність програмування згідно таблиці істинності Найбільш просто виконати термотреніровку, витримуючи ПЗУ у вимкненому стані при температурі 65 .. 70 ° С протягом 5 діб Мікросхеми, у яких в процесі термотреніровкі сталася втрата записаної інформації, допускається програмувати повторно з повторенням термотреніровкі і наступного контролю При установці мікросхеми ПЗУ на друковану плату слід починати пайку з висновків, на які подається напруга харчування Пайку інших висновків можна виробляти в будь-якій послідовності

Для виключення імпульсних перешкод на друкованій платі між плюсової і мінусової шинами харчування необхідно встановити блокувальні низькочастотні і високочастотні конденсатори Ємність низькочастотного електролітичного конденсатора слід вибрати в межах 50 .. 500 мкФ На платі досить встановити один такий конденсатор Крім того, на кожні пять мікросхем слід ставити один керамічний високочастотний конденсатор ємністю 0,047 .. 0,33 мкФ Конденсатори слід розташовувати на платі по можливості рівномірно Їх слід також встановлювати поряд з усіма мікросхемами з потужним виходом (наприклад, К155ЛА8, навантаженими на лампи розжарювання)

Мікросхеми серій К555 і КР1533 можна застосовувати замість аналогічних мікросхем серії К155 (природно, допускається і зворотна заміна) Можливо спільне використання мікросхем серій К555 і К155, однак слід враховувати, що здатність навантаження мікросхем серій К555 на мікросхеми серії К155 становить 5 При розміщенні зібраної плати в корпусі слід переконатися, що радіокомпоненти, встановлені на ній, а також жоден з висновків не стосуються металевої поверхні корпусу Сполучні дроти між платою і передньою панеллю повинні мати довжину, що дозволяє знімати панель і повертати плату так, щоб забезпечувати доступ до всіх елементів на ній для ремонту й регулювання

Зупинимося на виборі джерел живлення Пристрої, реалізовані на мікросхемах серії ТТЛ, розраховані на роботу з напругою +5 В За технічними умовами для ТТЛ-мікросхем необхідна досить жорстка стабілізація напруги живлення, зазвичай ± 5% (тобто діапазон допустимих напружень становить 4,75 .. 5,25 В) Проте, як правило, ТТЛ-мікросхеми можуть працювати і при більшому розкиді напруги живлення: 4,5 .. 5,5 В При цьому логічна функція елемента залишається однією і тією ж, однак від напруги живлення залежать переключательние властивості елемента Зокрема, при зменшенні номінальної напруги харчування зростає затримка розповсюдження, тобто час проходження зміни логічного рівня з входу на вихід елемента Однак в описаних пристроях ця обставина не є суттєвим У той же час слід звернути увагу на верхнє граничне напруга живлення для ТТЛ-мікросхем: абсолютне максимальне напруга становить +5,5 В Навіть при незначному перевищенні цієї напруги протягом тривалого часу мікросхема вийде з ладу Для КМДПмікросхем допускається зміна напруги живлення в більш широких межах Переважна більшість їх стійко працюють в діапазоні напруг 3 .. 15 В Як і у ТТЛ-мікросхем, швидкодія КМДПмікросхем погіршується при зниженні напруги живлення При напрузі живлення 9 .. 15 В швидкодію КМДП-схем приблизно в 2 рази вище, ніж при номінальній напрузі +5 В, проте цей фактор не є визначальним У переважній більшості наведених пристроїв на КМДП-мікросхемах містяться лічильники з дешифраторами, до виходів яких підключають цифрові світлодіодні індикатори При напрузі живлення, меншому +9 В, яскравість світіння цих індикаторів значно падає Тому для живлення конструкцій з КМДП-мікросхемами можна використовувати джерело живлення з номінальною постійною напругою в межах 9 .. 12 В

Всі описані пристрої споживають від джерела напруги +5 В струм не більше 1 А, а від джерела +9 В струм не більше 0,4 А Тому для налагодження пристроїв доцільно використовувати універсальний блок живлення з двома джерелами живлення на вказані значення напруги

Схеми блоку живлення можуть бути найрізноманітнішими [3, 15, 36, 64] При побудові стабілізованих джерел живлення бажано використовувати схеми, що забезпечують захист джерела від коротких замикань, щоб помилки в монтажі не приводили до виходу з ладу блоку живлення Найменші габаритні розміри і хороші параметри серед джерел вторинного електроживлення з безперервним регулюванням мають стабілізатори напруги на мікросхемах К142ЕН5 і К142ЕН8 Все більшого поширення, незважаючи на схемну складність, отримують імпульсні стабілізатори (у тому числі і бестрансформаторних), що володіють підвищеним коефіцієнтом корисної дії і мінімальними габаритними розмірами Перед підключенням виготовленого пристрою до блоку живлення слід проконтролювати за допомогою авометра відсутність короткого замикання по ланцюгу харчування Перепайку елементів на монтажній платі в процесі наладки слід виконувати при відключеному джерелі живлення

Бажано оснастити джерело живлення миллиамперметром, що показує споживаний струм Так як в табл 40 вказана гранична потужність споживання кожної мікросхеми, ви можете оцінити струм, споживаний обраним вами пристроєм При цьому слід мати на увазі, що реальне споживання в 1,5 .. 2 рази менше граничного Якщо ж реальне споживання струму від джерела живлення перевищує граничне розрахункове значення, то слід шукати помилки в монтажі або несправність компонентів

Всі описані в книзі пристрої можуть бути розміщені в корпусах трьох варіантів Загальний вигляд корпусів представлений на рис 130-132 Приладовий корпус (див рис 130) має ручку, що фіксується в двох положеннях і використовувану як для перенесення пристрою, так і в якості підставки Типорозмір корпусу вибирають, виходячи з габаритів монтажної плати і числа органів управління на передній панелі пристрою Корпус такого виду доцільно використовувати в більшості ігрових автоматів і РЕФЛЕКСОМЕТРІЯ Виняток ігрові автомати «Волейбол», «Теніс» і «Електронні квача», на передніх панелях яких розташовані органи управління грою обох гравців, а також індикатори ігрової ситуації Ці автомати доцільно помістити в горизонтальний сплощений корпус (див рис 131) Корпус з похилою передньою панеллю (див рис 132) зручний для екзаменаторів всіх типів, приладів для психологічних досліджень, на верхній панелі яких розташовують набірне поле і органи управління, багатьох ігрових автоматів («Тир», «Полювання», «Переправа» тощо)

Висновок

Наведені описи різноманітних цифрових ігрових автоматів, пристроїв побутового призначення, приладів для спорту і кабінетів профорієнтації, программаторов навчального часу, демонстраційних і контролюючих знань пристроїв для навчальних закладів Читачі знайдуть в книзі безліч оригінальних технічних рішень функціональних вузлів цифрових пристроїв, широко використовуються в радіоаматорського практиці Автор сподівається, що, прочитавши цю книгу, радіоаматори зможуть повторити будь-який з описаних у ній приладів і автоматів Водночас автор вважає, що у своїй діяльності читачі не обмежаться простим копіюванням описаних пристроїв, а будуть експериментувати, шукати шляхи до подальшого поліпшення і вдосконалення і можливо знайдуть свої ідеї в розробці корисних і цікавих пристроїв різного призначення

Джерело: Фромберг Е М, Конструкції на елементах цифрової техніки М: Гаряча лінія-Телеком, 2002 264 с: Ил (Масова радіобібліотека Вип 1249)