курсовой. Курсовой_Сумматор. Рассмотрены также вопросы охраны труда и снижения воздействия на работающих вредных производственных факторов
 Скачать 6.59 Mb.
|
S = a Е b Е p. (2.4)Примечание. Так как операция в выражении (2.4) коммутативна (переменные можно менять местами), то следует, что три входа полного двоичного сумматора абсолютно равноправны и на любой из них можно подавать любую входную переменную. Это полезно помнить, разводя печатные платы, на которых установлены ИС сумматоров. К настоящему времени разработано большое число схем сумматоров. Доказано (нашим отечественным ученым Вайнштейном), что при использовании только одного инвертора нельзя реализовать полный двоичный сумматор со сложностью Pкв < 16, а при двух инверторах - Pкв < 14, где Pкв - вес по Квайну, используемый как оценка сложности любых комбинационных схем. Pкв - это общее число всех входов всех логических элементов схемы без учёта инверторов.  Рисунок 11 - Карта Карно Покажем, используя два метода, как была получена рациональная (с использованием только одного инвертора) схема полного двоичного сумматора, явившаяся основой схем ИС сумматоров типа 7480, 155ИМ1 и др. Первый метод основан на использовании значения выходного переноса P как вспомогательной переменной при определении выходной суммы S таблица 5. В таблице 5 при наборах переменных, являющихся нереальными (например, единичное значение переноса при нулевых значениях всех входных переменных), поставлены безразличные значения (крестик) для функции S, которые можно доопределять произвольным образом. Таблица 5  Из карты Карно для функции S изображённой на рисунке 11 следует: S = abp + Pa + Pb + Pp = = abp + P(a + b + p). (2.5) Второй метод основан на применении диаграмм Венна. На рисунке 12а показана диаграмма Венна для трех переменных а, b, p; области, ограниченные окружностями, соответствуют переменным а, b, p, а области, обозначенные цифрами от 0 до 7 - соответствующим конъюнкциям (например, 5 = abp). Область, заштрихованная на рисунке 12б, очевидно, соответствует функции P = ab + ap + bp. Функция S представлена заштрихованной областью на рисунке 7в. Её можно представить суммой произведения функции a + b + p рисунке 12г на функцию ab + ap + bp рисунок 12д и функции abp рисунок 12е. Очевидно, что в этом случае получается выражение для S, аналогичное уравнению (2.5).  Рисунок 12 - Диаграммы Венна Схема сумматора, реализованного по уравнениям (2.2) и (2.5), приведена на рисунке 13а. В данной схеме используются многовходовые логические элементы И и ИЛИ. Если использовать только двухвходовые элементы, то получаются схемы, приведённые на рисунке 13б,в.  Рисунок 13 - логическая схема сумматора 2.2 Выбор элементной базы Подбор элементов осуществлен таким образом, чтобы при максимуме экономической выгоды получить систему, удовлетворяющую всем поставленным требованиям, с высокой степенью надежности и с высокими эксплуатационными показателями. При выборе элементов подбор производился из числа наиболее распространенных и доступных, с хорошими массогабаритными показателями и широким диапазоном рабочих температур. При подборе учитывался такой фактор, как надежность элементов. Выбор компонентов производился с учетом возможной дальнейшей модификации разработанного устройства и возможности аппаратной части устройства намного превосходят возможности, изложенные в техническом задании. .3 Элементная база В качестве элементной базы для построения арифметического устройства могут быть использованы ИМС серии К155ЛА3, К155ЛП5. Для защиты схемы от электрических помех на выходы питания ставится электролитический конденсатор К-53-14-1,6В-6,8 мкФ. Для защиты от низкочастотных помех, между контактами питания и заземления, ставятся керамические конденсаторы типа КМ-5б-Н90-0,047 мкФ. 2.4 Расчёт надёжности Расчёт надёжности изделия проводят на этапе эскизного проектирования. В результате предварительного расчёта определяются все основные параметры: а) Интенсивность отказа изделий. Определяется по формуле (2.6):  (2.6)Где N - число группы “компонентов надёжности”, имеющие разные интенсивности отказов. io - интенсивность отказа элементов в i - ой группе. ni - количество элементов в i - ой группе. б) Время наработки на отказ определяется по формуле (2.7):  (2.7)в) Вероятность безотказной работы определяется по формуле (2.8):  (2.8)где t - время работы изделия. В таблице 6 приведены показатели надёжности изделий: Таблица 6
По формуле (2.6) получим интенсивность отказов для всего изделия:  По формуле (2.7) определим время наработки на отказ:  По формуле (2.8) определим вероятность безотказной работы для 100 часов, 1000 часов и 10000 часов. P (100) = 0.9991 P(1000) = 0.9917 P(10000) = 0.9209 В ходе выполнения дипломной работы были исследованы различные типы сумматоров, выпускаемых в настоящее время промышленностью, которые применяются при разработке логических схем для современных микроэлектронных устройств. Рассмотрены возможные варианты их схемного решения и функционирования. Был произведён выбор элементной базы и расчёт надёжности готовой ИМС. Выведены формулы логики для реализации наглядного представления работы полного одноразрядного сумматора. Глава 3. Экономическая часть .1 Определение экономической эффективности внедрения Новый продукт должен быть не только технически совершенным, но и экономически выгодным. Только после расчета экономической выгоды можно сказать, что данный продукт будет конкурентно способный в своей области. Продуктом в данном дипломном проекте является схема устройства одноразрядного сумматора. Предварительный экономический эффект рассчитывается до выполнения разработки на основе данных технических предложений и прогноза использования. Он используется при планировании разработки и внедрения продукта . Потенциальный экономический эффект рассчитывается по окончании разработки на основе достигнутых технико-экономических характеристик и прогнозных данных о максимальных объемах использования продукта в народном хозяйстве. Потенциальный эффект используется при оценке деятельности организации разработчиков продукта. Гарантированный экономический эффект рассчитывается в виде гарантированного экономического эффекта для конкретного объекта внедрения и общего гарантированного внедрения по ряду объектов. Гарантированный экономический эффект для конкретного объекта внедрения рассчитывается после окончания разработки для одного программного внедрения на основе данных о гарантированном разработчиком удельном эффекте от применения продукта и гарантированных пользователем сроках и годовом объеме использования продукта. Гарантированный эффект от одного внедрения продукта рассчитывается при оформлении договорных отношений между организацией - разработчиком и организацией - пользователем. Гарантированный общий экономический эффект рассчитывается при внедрении продукта на производство на основе обобщения фактических показателей использования продукта (по ряду объектов внедрения), а также данных об объемах внедрения продукта, соответствующих возможностям изготовления, внедрения и сопровождения. Гарантированный общий эффект служит для разработки и утверждения экономически обоснованной цены на программную продукцию, выбора варианта производства и внедрения продукта. Фактический экономический эффект рассчитывается на основе данных учета и сопоставления затрат и результатов при конкретных применениях продукта. Фактический эффект рассчитывается от одного программного внедрения конкретного продукта на конкретном объекте, а также как общий экономический эффект от использования конкретного продукта на всех объектах внедрения за расчетный период. Фактический эффект используется для оценки деятельности организаций, разрабатывающих и использующих продукт, для определения отчислений в фонды экономического стимулирования, а также для анализа эффективности функционирования продукта и выработки технических предложений по усовершенствованию продукта и условий его применения. Все расчёты будут производиться в рублях ПМР. 3.2 Стоимость материалов Определим смету затрат, произведя записи в таблицу 7 и рассчитаем стоимость материалов, которые были израсходованы на разработку устройства. В их состав входят следующие электрические элементы Таблица 7
Итого затраты на материалы составили: 76 руб. Транспортно-заготовительные расходы (7%): 5,3 руб. Всего сумма затрат: 81,3 руб. .3 Затраты на оплату труда Затраты на основную заработную плату проектировщика рассчитываются на основе данных о квалифицированном составе разработчиков, их должностных окладах и общей занятости по теме. Дополнительная заработная плата начисляется в размере 10 % от суммы основной заработной платы, а отчисления на социальные страхования - в размере 36 % от основной заработной платы. Смета затрат на оплату труда отражена в таблице 8: Таблица 8
Итого затраты на оплату труда проектировщиков составляют: 875 руб. 3.4 Общая величина капитальных вложений на реализацию проекта Так как для внедрения данной задачи не предусмотрено специальных закупок техники и переустройства рабочих мест, капитальные вложения на реализацию задачи Кр равны нулю, и общая величина капитальных вложений определяется предпроизводственными затратами. Таблица 9
Итого общая величина капитальных вложений на реализацию проекта составляет 1651 руб. .5 Определение годового экономического эффекта Основной экономический показатель, определяющий экономическую целесообразность затрат на создание ПС - это годовой экономический эффект. Годовой экономический эффект определяется по формуле: Гэ = Э-Ен*Ез-Гзатр(3.1) где Гэ годовой экономический эффект, 3890 руб; Э годовая экономия от применения внедряемой задачи, 1000 руб; Ен нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Ен - 0,15); Ез- единовременные затраты, связанные с внедрением задачи, равны стоимости продукта Ез=875 руб.; Гзатр - годовые затраты в процессе эксплуатации задачи, 440 руб. Подставляя в формулу предполагаемые данные, определяем величину годового экономического эффекта: Гэ=3890-0,15*324 3.6 Расчет экономической эффективности Экономическая эффективность капитальных вложений, связанных с разработкой и внедрением ПС, определяется ко формуле: Еэ=Гэ/Ез(3.2) где Еэ - экономическая эффективность капитальных вложений. Гэ - годовой экономический эффект Ез - единовременные затраты, связанные с внедрением задачи, 875 руб Подставляя в формулу вычисленные данные, определяем величину экономической эффективности: Еэ=918,34/324,536=2,829 Так как Еэ > Ен - внедрение ПС экономически эффективно. Определим срок окупаемости внедряемой задачи по формуле: То = Ез/Гэ(3.3) где Тс - срок окупаемости задачи, год; Ез годовой экономический эффект, 875 руб Гэ - единовременные затраты, связанные с внедрением задачи 2,829 руб. И так, То = 875/2,829= 0,309 года. Глава 4. Охрана труда .1 Микроклимат рабочей зоны разработчика Микроклимат производственных помещений - это климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха. Параметры микроклимата для помещений, где установлены компьютеры. ВЦ является помещением І категории (выполняются легкие физические работы), поэтому должны соблюдаться следующие требования: оптимальная температура воздуха - 22° С (допустимая - 20-24° С), оптимальная относительная влажность - 40-60% (допустимая - не более 75%) , скорость движения воздуха не более 0.1м/с. Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры. Объемный расход подаваемого в помещение свежего воздуха, м3 /на одного человека в час 20-40м3 на человека. Для обеспечения комфортных условий используются как организационные методы, так и технические средства. Меры по созданию оптимальных значений параметров микроклимата на рабочем месте. Для создания и автоматического поддержания на ВЦ независимо от наружных условий оптимальных значений температуры, влажности, чистоты и скорости движения воздуха, в холодное время года используется водяное отопление, в теплое время года применяется кондиционирование воздуха. 4.2 Освещение рабочего места .2.1 Расчет естественного освещения Рациональное освещение должно быть спроектировано в соответствии с нормами, приведенными в СНИП 23-05-95. Проведем расчет естественного освещения для помещений ВЦ, если характеристика зрительной работы высокой точности, разряд зрительной работы - III и подразряд зрительной работы - б. Вид естественного освещения - одностороннее боковое, через оконные проемы. Определим нормируемое значение коэффициента естественной освещенности (КЕО) с учетом характеристики зрительной работы:  , (4.1)где  - нормативное значение КЕО  m - коэффициент светового климата; с - коэффициент солнечности климата. Нормативное значение КЕО для третьего пояса светового климата принимаем равным 1,5 %. Значение коэффициента светового климата т для четвертого пояса равно 0,9, а значение коэффициента солнечного климата с = 0,75  = 1,5·0,9·0,75 = 1,0125 %.Теперь рассчитаем площадь световых проемов по формуле:  (4.2)Кз - коэффициент запаса равен, 1,2; Кзд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями =1; r1 - коэффициент, учитывающий повышение освещенности за счет отраженного света при боковом освещении; t0 - общий коэффициент светопропускания. Глубина помещения В = 6м, длина помещения ln = 8м, высота h = 3,5м. Соответственно, площадь пола помещения Sn = 48м2. Для определения значения световой характеристики окон h0 необходимо найти следующие отношения: ln/В = 1,4 и B/h1=2,8 ( где h1 = 1,80 м высота от уровня рабочей поверхности до верха окна). Значение световой характеристики принимаем равным 15. Площадь световых проемов:  м2Площадь световых проемов равна 11,16 м2 соответственно количество окон у нас равняется двум. .2.2 Расчет искусственного освещения Равномерное освещение горизонтальной рабочей поверхности достигается при определенных отношениях расстояния между центрами светильников L (L = 1,75H) к высоте их подвеса над рабочей поверхностью Hр (в расчетах Hр =H). Hр = 2 м Число светильников определяется по формуле:  , (4.3)где S - площадь помещения, 48 м²; M - расстояние между параллельными рядами 2,3 м; L - расстояние между центрами светильников. В соответствии с рекомендациями M ≥ 0,6 Hp. Оптимальное значение М=2…3 м. Найдем количество светильников по формуле (4.3):  .Для расчета общего равномерного освещения горизонтальной рабочей поверхности используют метод светового потока, учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен:  , (4.4)где Еn - нормированная минимальная освещенность, 300 лк; Z - коэффициент минимальной освещенности, для ламп ЛЛ Z =1,1; К - коэффициент запаса, 1,5; Показатель помещения равен:  (4.5) ,следовательно, из таблицы η =0,37. Тогда световой поток по формуле (4.4) будет равен:  = 10702 лм.Возьму лампу ЛБ 80 со световым потоком 5220 лм. Т.к. В светильнике 2 лампы, то тогда должно выполняться следующее требование: В данном случае: Потребляемая мощность всей осветительной установки находится по формуле:  , (4.6)где р - мощность лампы, 80Вт;- число светильников, 6 шт.; n - число ламп в светильнике, 2 шт. P=80*6*2=960 Вт. 4.3 Воздействие шума на программиста Расчет уровня шума на рабочем месте программиста. Уровень шума на рабочем месте инженеров-программистов и операторов не должен превышать 50дБА, а в залах обработки информации на вычислительных машинах - 65дБА. ГОСТ 12.1.003-76 ССБТ Уровень шума устройств, источников шума в помещении отражён в таблице 10: Таблица 10
Уровень шума рассчитывается по формуле:  (4.7) дБАУровень шума в помещении составляет 49,50 дБА Защита от шумаДля снижения уровня шума стены и потолок помещений, где установлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающими материалами. Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может быть снижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы. .4 Опасность повышенного уровня напряженности электромагнитного поля Опасность ЭМИ для организма программиста Электромагнитные поля, характеризующиеся напряженностями электрических и магнитных полей, наиболее вредны для организма человек. Основным источником этих проблем, связанных с охраной здоровья людей, использующих в своей работе автоматизированные информационные системы на основе персональных компьютеров, являются дисплеи. ПЭВМ как источник излучений ПЭВМ являются источниками таких излучений как: мягкого рентгеновского; ультрафиолетового 200-400 нм; видимого 400-700 нм, ближнего инфракрасного 700-1050 нм; радиочастотного З кГц-ЗО МГц; электростатических полей. Предельно допустимые значения характеристик ЭМП Может возникнуть опасность по уровням напряженности электромагнитного поля. На расстоянии 5-10 см от экрана и корпуса монитора уровни напряженности могут достигать 140 В/м по электрической составляющей, что значительно превышает допустимые значения СанПиН 2.2.2. 542-96. Предельно допустимые значения характеристик ЭМП указаны в таблице 11: Таблица 11
4.5 Электробезопасность, статическое электричество Электробезопасность в помещении ВЦ обеспечивается техническими способами и средствами защиты, а так же организационными и техническими мероприятиями. Электробезопасность обеспечивается в соответствии с ГОСТ 12.1. 030. - 81. Для обеспечения защиты от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, я рекомендую применять защитное заземление. Организационные и технические мероприятия по обеспечению электробезопасности Основным организационным мероприятием является инструктаж и обучение безопасным методам труда, а так же проверка знаний правил безопасности и инструкций в соответствии с занимаемой должностью применительно к выполняемой работе. При проведении незапланированного и планового ремонта вычислительной техники выполняются следующие действия: отключение компьютера от сети; проверка отсутствия напряжения. 4.6 Пожарная безопасность · Требования, предъявляемые к пожарной безопасности: · Установка пожарно-сигнальной сигнализации с соответствующими тепловыми и дымовыми датчиками; · Выполнение скрытой электропроводки в стенах; · Устранение неисправных выключателей и розеток; · Запрет на использование оголенных шнуров и проводов для соединения; · Необходимо иметь в доступном видимом месте углекислотные огнетушители (по характеру помещения - минимум 1 шт.) 4.7 Допуск к работе Допускаются к работе лица не моложе 18 лет, женщинам с момента установления беременности и во время кормления грудью запрещается работать за компьютером. Администрация обязана: · Направить поступающего на работу на медицинский осмотр; · Провести вводный инструктаж при приёме на работу; · Ежеквартально проводить повторный инструктаж; · Ежегодно проверять знание безопасных приёмов и методов труда; · Допускать к эксплуатации дисплей, имеющий государственный сертификат; · Провести аттестацию рабочего места; · Заключить с работником контракт (трудовой договор). · 1-2 раза в год обследовать всех работающих на компьютере по состоянию зрения. Признаки при которых необходимо воспользоваться средствами профилактики зрения: · Мерцание в глазах; · Появление колеблющейся завесы; · Световые вспышки перед глазами; · Временное нарушение световосприятия. По тяжести напряжённости существуют 3 группы работы на компьютере: · Считывание информации; · Ввода информации; · Работа в режиме диалога. Заключение В процессе выполнения дипломного проекта был разработан комплект документации на изделие «полный одноразрядный сумматор»и произведён расчёт надёжности. Дипломный проект содержит: · Расчёт полного одноразрядного сумматора · Выбор элементной базы · Элементная база · Расчёт надёжности · Экономическая часть · Охрана труда Для наглядности расчетов в работе приведены схемы, рисунки и таблицы. Список использованной литературы 1. Самофалов К.Г., Корнейчук В.И., Тарасенко В.П. Электронные цифровые вычислительные машины: Учебник. - Киев: Высшая школа. - 1976. - 480 с. . Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. - М.: Энергоатомиздат. - 1988. - 320 с. . Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа. - 1987. - 320 с. . Колабеков Б.А. цифровые устройства и микропроцессорные системы, м. телеком 2005 336 с. . Новиков Ю.В. основы цифровой схемотехники. м издательство «Мир» 2001, 380 c. . Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги Справочник. Перельман Б.Л.,Шевелев В.И. "НТЦ Микротех", 1998г.,376 с. Перечень сокращений ИС - интегральная схема; ИМС - интегральная микросхема; ИП - источник питания; ПП - печатная плата; ЭП - эскизный проект; ТТ - технические требования; ТТЛ - транзисторно-транзисторная логика; ТЭО - технико-экономическое обоснование; ПК - персональный компьютер; ВТ - вычислительная техника; ЗУ - запоминающее устройство; КТС - комплекс технических средств; ИС - измерительная система; ЭВМ - электронно-вычислительная машина. |