для выполнения инженерных и научно-технических расчетов с возможностью использовать програм-мдрование.

К первой группе относятся микрокалькуляторы БЗ-04, БЗ-14М, БЗ-23, БЗ-24Г; БЗ-26Л, БЗ-30, БЗ-39, СЗ-07, СЗ-22, СЗ-27, СЗ-33 и др. Ко второй группе относится рассмотренный микрокалькулятор БЗ-18А, а также его модификации БЗ-18, БЗ-18М и еще ряд подобных устройств (БЗ-19М, БЗ-36, БЗ-37, СЗ-15 и т. п.). У наиболее совершенных микрокалькуляторов второй группы, например, СЗ-15, БЗ-36, предусмотрено выполнение операций в скобках что значительно облегчает проведение вычислений, нахождение факториала (n!) (БЗ-36) и ряд дополнительных функций. К третьей группе относятся микрокалькуляторы БЗ-21, БЗ-34 и др. Одной из особенностей микрокалькуляторов рассматриваемой группы является увеличение объема памяти. Если в БИС микрокалькуляторов для простейших и научно-технических расчетов без программирования имеется два - четыре регистра памяти, то в БЗ-21 их 14. Кроме двух основных регистров в этом микрокалькуляторе есть еще семь дополнительных, предназначенных для хранения исходных данных и промежуточных результатов, а также дополнительное ОЗУ из шести ячеек памяти, которое вместе с одним из основных оперативных регистров образует замкнутое кольцо из семи регистров. Объем памяти в БЗ-21 сопоставим с объемом памяти у первых образцов стационарных ЭВМ.

Таблица 7.3

I ЧислоПараметр

Увеличение объема и гибкости памяти в БИС программируемых микрокалькуляторов позволяет записывать несколько десятков отдельных команд - шагов и выполнять такие логические операции, как условный и безусловный переход, использование подпрограммы и т. д. В БЗ-21 число шагов вводимой пользователем программы составляет 60, в БЗ-34 - 98.

Отечественная промышленность выпускает несколько типов настольных калькуляторов, например «Искра-125», у которой имеются более широкие возможности программирования, поскольку объем памяти, отводимой под программу и ОЗУ, достигает 1024 кбайт.

Параметры ряда отечественных микрокалькуляторов приведены в табл. 7.2.

Элементная база микрокалькуляторов - БИС, построенные на МДП-транзисторах. Наиболее широко используют МДП-транзисто-ры с р-каналом и особенно комплементарные структуры.

В отечественных микрокалькуляторах широко применяют микросхемы серии 145. Различные микрокалькуляторы содержат в своем составе одну или несколько микросхем. Например, БЗ-04 построен на шести микросхемах: К145АП1А (формирователь импульсов). К145АФ1 (селектор цифр), К145ПП1А (устройство управления) - обеспечивают работу устройства индикации, К145ИП1 А - выполняет арифметические и логические операции, преобразование информации в двоично-десятичный код, а также в код, необходимый для устройства индикации, К145ИП2А - регистр памяти, К145ПН1 - преобразователь напряжения.

Параметры указанных микросхем приведены в табл. 7.3.

В состав микрокалькулятора БЗ-21 входят три микросхемы К145ИК501 (502, 503) - оперативное устройство, ПЗУ которого запрограммировано на выполнение различных функций согласно исполнению; К145ИР1 - динамический регистр сдвига на 1024/1008 бит; К165ГФ2 - четырехфазный генератор импульсов. Указанные микросхемы содержат соответственно 9800, 6167 и 188 элементов на кристалле.

Микрокалькуляторы БЗ-23, БЗ-24Г, БЗ-37 построены на двух микросхемах: К145ИП11 (К145ИП7 для БЗ-37) - АЛУ с памятью и устройствами управления; К145КГ1 - устройство согласования с индикатором на светодиодах, выполненное на биполярных транзисторах.

Ряд микрокалькуляторов, например БЗ-18А, БЗ-36, построен на одной микросхеме. БИС микрокалькулятора БЗ-18А К145ИП12 содержит 16 тыс. транзисторов, резисторов и конденсаторов. Эти элементы соединены с помощью 25 тыс. соединительных линий. Все элементы и соединения размещены на кристалле размером .5x5,2 мм, установленном в керамическом корпусе. БИС микрокалькулятора БЗ-36 (К145ИП15) содержит 18 тыс. транзисторных структур, выполненных по р-МДП-технологии на кристалле 5,2x5,5 мм.

Число разрядов индикаторного табло в микрокалькуляторах составляет 9 - 12. Один из разрядов - служебный. Он используется лля индикации отрицательного знака числа, а также может служить для сигнализации о переполнении рабочих регистров и разряде источников питания.

Дальнейшее совершенствование микрокалькуляторов идет по нескольким направлениям: расширяют возможности программирования, начинают внедрять такие носители программ, у которых программа не

разрушается с отключением источников питания (магнитные карты, микрокассеты), предполагается создать библиотеки готовых сменных программ для микрокалькуляторов. Объем памяти возрастает до 10 - 20 регистров. Производительность повышается за счет использования параллельных вычислений и связи микрокалькулятора с большой ЭВМ.

Совершенствование устройств вывода информации ведется в направлении создания встроенных устройств тепловой печати результатов, увеличения площади экрана для отображения информации.

Одна из перспектив развития микрокалькуляторов - использование в них компактного алфавитно-цифрового устройства отобра- жения, которое позволит реализовать диалоговый режим вычислений и обработки информации.

Совершенствование микрокалькуляторов предполагается осуществить без увеличения потребляемой ими мощности, а даже при ее снижении.

Отечественные микрокалькуляторы описаны в [17, 27].

Глава восьмая

РАЗРАБОТКА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НА

МИКРОСХЕМАХ

8.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НА МИКРОСХЕМАХ

Разработка РЭА на микросхемах представляет собой процесс создания новых образцов устройств, приборов и аппаратов, удовлетворяющих заданным требованиям. Этот процесс связан с решением схемотехнических, конструкторских, технологических задач. При создании сравнительно простых устройств, содержащих до нескольких десятков микросхем, в радиолюбительской практике можно в целом придерживаться приемов, которые являются общепринятыми для построения миниатюрной аппаратуры на транзисторах. Однако при этом необходимо учитывать ряд особенностей, которые связаны с использованием микросхем, чтобы полностью реализовать их преимущества. Что касается построения более сложной аппаратуры, то эти особенности настолько существенны, что традиционная методика проектирования претерпевает существенные изменения.

№фввсвм TS3ПанельРамаШ8ха

Рис. 8.1. Конструктивные уровни ЕС ЭВМ

Рассмотрим основные из этих особенностей. При построении устройств на микросхемах применяется функционально-узловой метод. При синтезе структуры устройства этим методом его схема строится из функциональных частей, -реализуемых типовыми узлами. Примером таких узлов являются интегральные микросхемы. Микросхемы в аппаратуре объединяются в более крупный узел - ячейку [В литературе иногда встречается другое обозначение этого узла - «субблок».]. Ячейка представляет собой конструктивно законченную сборочную единицу, состоящую из одной или нескольких печатных плат с микросхемами и не имеющую лицевой панели. Как правило, ячейки легкосъемны. С точностью до ячейки часто определяется место неисправности и при ремонте она заменяется новой в этих случаях ячейки называют типовыми элементами замены (ТЭЗ).

Несколько ячеек объединяются в блок, который имеет лицевую панель но он, как и ячейка не имеет, как правило, самостоятельного применения. В свою очередь блоки объединяются в шкафы, секции, стойки и т. п., имеющие уже самостоятельное применение. К последнему виду конструктивных единиц относятся также устройства в виде одного блока, который можно использовать самостоятельно, например микроэлектронный цифровой вольтметр.

Рассмотренные уровни сборочных единиц характерны для аппаратуры средней сложности, к которой можно отнести устройства, содержащие от 100 до 1000 микросхем первой и второй степеней интеграции (например, цифровые частотометры, вольтметры, синтезаторы частот и т. п.). Для устройств большой сложности, содержащих более 1000 микросхем, например ЭВМ, могут вводиться дополнительные промежуточные уровни. Для примера на рис. 8.1 показаны конструктивные уровни ЕС ЭВМ. В таких устройствах блоки попарно объединяются в панели, а панели в более крупную сборочную единицу - раму.

По мере прогресса электроники и повышения степени интеграции микросхем количество конструктивных уровней аппаратуры будет уменьшаться.

Необходимость дальнейшего повышения уровня стандартизации конструктивно-элементной базы привела в микроэлектронной аппаратурe к блочно-модульному методу построения. Этот метод является развитием функционально-узлового и предусматривает широкую стандартизацию и унификацию на всех конструктивных уровнях.

Блочно-модульный метод предусматривает использование готовых электронных модулей - функционально и конструктивно законченных сборочных единиц, реализующих функции преобразования электрических сигналов и выполненных на основе унифицированной базовой несущей конструкции (БНК). Набор таких модулей предназначен для широкого класса РЭА.

Модули подразделяются на ряд уровней: 1 - ячейка, 2 - блок, 3 - шкаф, стойка. Для второго и третьего уровней разрабатываются типовые БНК, увязанные с конструкциями как более высоких, так и более низ.:их уровней и обеспечивающие максимальную гибкость при конструировании аппаратуры. Модули всех уровней имеют электрическую, информационную, программную и конструктивную совместимость между собой. В качестве модулей первого уровня используют ячейки, содержащие наиболее распространенные узлы. Для цифровой аппаратуры это центральный процессор, запоминающее устройство, наборы триггеров и логических элементов, элементы внутреннего и внешнего интерфейса, отображения информации, преобразователи сигналов и т. п. При построении модулей используют микросхемы различной степени интеграции, в том числе в большие интегральные схемы.

Другая особенность проектирования аппаратуры на микросхемах проявляется в большой сложности правильного выбора элементной базы и конструктивно-технических решений. Это связано с неоднозначностью выбора вариантов построения устройства из-за широкой номенклатуры микросхем, различных степеней их интеграции и технологии изготовления.

При проектировании аппаратуры на микросхемах возрастает сложность выбора конструкции проектируемого устройства, главным Образом в отношении объемно-массовых показателей, а также резко усиливается взаимосвязь этапов проектирования по разработке схемотехники, конструкции и технологии. Появляются новые возможности совершенствования характеристик аппаратуры, обусловленные возможностью использования больших количеств элементов, что приводит к структурной избыточности. Указанные особенности вызывают качественные изменения традиционных и появление новых этапов проектирования аппаратуры на микросхемах.

В практике промышленного проектирования микроэлектронной аппаратуры сложилась определенная последовательность принятия решений, направленных на создание устройств с заданными функциональными и эксплуатационными характеристиками при минимальной стоимости. Радиолюбители не могут полностью заимствовать этот опыт, поскольку в их распоряжении нет тех средств и. методов, которыми располагают разработчики промышленной аппаратуры. Тем не менее ознакомление с порядком и особенностями промышленного проектирования полезно, поскольку оно поможет определить рациональную последовательность собственных действий радиолюбителя при разработке микроэлектронных устройств и узлов применительно к своим возможностям.

Порядок создания РЭА в общих чертах указан в ГОСТ 2.103 - 68 и включает составление технического задания, разработку технического предложения, эскизного и технического проектов, а также рабочей документации.

/ Разработка пФеШпний к .тяактииземщустройству

РезроШт/. стрдкщркой схешл иолре-

isjieiwt osmSmix технических ховашрист.

3

Выёар элементной базы

i

* Рсзрабетка функциональной схемы 1-

5 Разработка принципиальной схемы I

6 Расчленение аппаратуры на ячейки

7 Разработка тцтширШвнш шршем I

8 Конструктивна-технологическая разработка аппаратуры

Рис. 8.2. Основные этапы проектирования аппаратуры на микросхемах