Микропроцессорные средства обладают уникальной совокупностью технико-экономических характеристик, сочетая высокую вычислительную и управляющую мощность с малыми габаритными размерами, стоимостью, энергопотребления. Необыкновенно широкая область применения микропроцессорных средств определяет соответственно высокую потребность в них, то есть обуславливает необходимость массового производства. Отсюда требования к технологичности их изготовления и управления номенклатурой с целью ее минимизации. Потребители микропроцессорных средств в основном не профессионалы в области вычислительной техники, поэтому важно, чтобы микропроцессорные средства были не только просты в эксплуатации, но и допускали применение упрощенных методов конструирования [1].
Таким образом, микропроцессорные средства должны иметь минимизированную номенклатуру, выпускаться массовыми тиражами (для встраиваемых и автономных применений), соответствовать требованиям унификации, обеспечивать простоту построения, наращивания, модернизации и реконфигурации, обладать высокой надежностью.
По корпусному исполнению все микроЭВМ, выпускаемые в мире, делятся на три группы: однокорпусные, одноплатные и много платные.
Наша микроЭВМ совмещает в себе сразу несколько групп. Первую группу образует микроЭВМ, скомпонованная в корпусе интегральной схемы. Однокорпусные микроЭВМ, как правило, не используются автономно: для включения их в достаточно сложный объект необходимо использовать различные дополнительные интегральные схемы, обеспечивающие полноту и возможность стыковки микроЭВМ с датчиками и исполнительными элементами. В итоге такая однокорпусная микроЭВМ, обрастая другими интегральными схемами и элементами, превращается в одноплатную микроЭВМ.
Одноплатные микроЭВМ, а также отдельные функциональные платы интегральных схем предназначены для применения в качестве встраиваемых модулей управления и обработки информации. Они включают в свой состав весьма ограниченный состав запоминающих устройств и цифровых каналов ввода-вывода и имеют возможность подключения дополнительных устройств. К ним можно отнести: плату обработки информации (процессорная плата), содержащие только центральный процессор или наряду с центральным процессором память и различные комбинационные схемы ввода-вывода, к которым могут соединяться через порты последовательного и параллельного интерфейсов платы для расширения памяти и логические функций; платы специальных функций, выполняющие аналого-цифровое преобразование, и каналы ввода-вывода аналоговых сигналов; платы многоканальных цифровых входов и выходов, оптронные элементы.
Таким образом, автоматизированная система управления включает в себя одну одноплатную микроЭВМ (плата обработки информации), а также периферийные устройства и усилительные элементы, скомпонованные в печатных платах, как правило, одного типа размера, механически и электрически объединенных в единой конструкции, которая изготавливается на основе комплектных корпусов. Комплектные корпуса являются основными несущими конструкциями микропроцессорных средств. Много платный вдвижной модуль строится путем объединения одноплатных модулей в функциональный модуль более высокого уровня на основе частичного корпуса, то есть имеет регулярную структуру. Вдвижной модуль произвольной компоновки имеет стандартные размеры внешние присоединительные размеры, соответствующие частичному корпусу; внутреннее построение его не регламентируется. В виде модуля произвольной компоновки выполняются источники питания, накопители на магнитных дисках и дисплеи. Комплектный корпус объединяет частичные корпуса, то есть является основой построения микропроцессорных систем. Размеры корпуса выбраны таким образом, чтобы он удобно поместился в стандартную стойку, либо встраивался в станок.
Таким образом, при обеспечении уменьшения габаритных размеров и массы повышается устойчивость изделия к механическим воздействиям. Добиться полной помехозащищенности можно: подбором конструктивных материалов, элементов, наиболее устойчивых к механическим воздействиям; увеличением собственных резонансных частот элементов конструкции путем введения конструктивных дополнительных элементов, увеличивающих жесткость; выбором способа крепления радиоэлектронных изделий; введением дополнительных точек крепления; применением амортизаторов и амортизационных оснований.
Жесткий тепловой режим в конструкции из-за широкого диапазона изменения температуры окружающей среды, высокой плотности компоновки и, как следствие, из-за высоких мощностей рассеяния требует принятия специальных мер: использование радиоэлектронных изделий, рассчитанных на работу в широком диапазоне температур; применение конструктивных теплоотводящих элементов, обеспечивающих малое тепловое сопротивление для всех участков передачи теплоты, принудительного охлаждения (вентиляция), если такое на самом деле необходимо[3].
Ремонтопригодность повышается обеспечением доступа ко всем элементам и межсоединениям, сохранением неразрывности электрических цепей при профилактических и ремонтных работах.
Необходимая электрическая помехозащищенность достигается тщательной проработкой трассировки плат, выбором конструкции цепей питания, экранированием элементов и линий связи, введением информационной избыточности при передаче и хранении цифровой информации.
Выбору типоразмера печатной платы микроЭВМ придается весьма важное значение, поскольку на этом этапе проектирования закладываются потенциальные возможности получения вариантных компоновок (наращивания), достижения высокой плотности компоновки и обеспечения конструктивной и электрической совместимости. При выборе печатной платы учитывается, прежде всего, функциональные и конструктивно-технологические требования.
Первые выражаются плотностью компоновки - отношением площади платы к числу 16-ти выводных интегральных схем. Вторые требования отражают технологические возможности производства печатных плат, в том числе разрешающую способность фотолитографии, эффективность изготовления заготовок, механическую прочность, использование автоматизации при компоновке и разводке монтажа[1].
Анализ размеров печатных плат микроЭВМ уже выпускаемых образцов показывает, что наибольшее распространение получили стандартные платы ''европейского образца'' выполненные по ГОСТ10317-79. Зона размеров, рекомендуемых для выбора, следующая: до 100 мм можно применять любые размеры, кратные 2,5 мм; до 350 мм-кратные 5,0 мм: свыше 350 мм - кратные 100 мм. Наибольший размер не должен превышать 470 мм в любом направлении.
Кроме того, отношение сторон не более 1:4. Как видно число типоразмеров очень большое. Однако для обеспечения конструктивной совместимости должно быть наложено ограничение на применение размеров.
Типоразмеры плат, применяемые в промышленности, а также оценка компоновочных показателей плат различных типоразмеров оговариваются в существующих ГОСТах: как правило, они имеют прямоугольную форму с толщиной, допускающей прочное соединение ее с компонентами схемы.
Сейчас широкое распространение получили одноплатные микропроцессорные модули.
Они обеспечивают компоновочную гибкость конструкции, возможность гармоничного сочетания в одном изделии трех и более печатных плат, что способствует увеличению спектра возможных площадей печатных плат с размером частичных и комплектных корпусов. Такая конструкция предельно упрощает модернизацию прикладных систем. Устаревшие или неисправные модули заменяются новыми, с меньшими размерам. Освободившееся место предназначено для установки модулей наращивания системы [1].