北工大電子工程設計任務書

1、- 1 -（建筑施工；為；米；千米；設計）北工大電子工程設計任務書1.1課程簡介第 1 章 概 述電子工程設計建筑施工；為；米；千米；電子信息工程、通信工程、自動化等多專業(yè)本科生必修的實踐類課程，按課程設計進行管理。該課程以小型電子系統(tǒng)的設計為載體，使學生了解產品研發(fā)的一般過程，掌握產品設計的基本方法，積累初步的實際工作經驗，為從工科大學生向工程師的角色轉換做好準備。1.2設計題目電子工程設計課程選擇“小型溫度控制系統(tǒng)”作為具體設計題目。需 要完成非電量到電量信號轉換、信號處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、人機交 互、數(shù)據(jù)通信、控制等設計工作，幾乎覆蓋一般電子系統(tǒng)的所有設計環(huán)節(jié)。完成上述設計工作涉及傳

2、感器、非電測量、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、計算機原理、接口技術、程序設計、自動控制、通信等知識應用，具有廣 泛的知識涵蓋面。完成“小型溫度控制系統(tǒng)”的設計，不需要特殊的電子 元器件和專用儀器設備，作為一般的實踐教學任務具有較好的可操作性。1.3任務與安排1.3.1小型溫度控制系統(tǒng)設計要求在實施小型電子系統(tǒng)設計工作之前，應明確系統(tǒng)基本的功能、指標要求，采用的元件要求，以及結構安裝要求等。本系統(tǒng)為教學實驗系統(tǒng)，只提出功能、指標和采用元件的設計要求。 溫度控制范圍：0100 測溫元件：半導體溫度傳感器 AD592 溫度控制執(zhí)行元件： 半導體制冷片 核心控制部件：C8051F 系列單片機1.3.2小

3、型溫度控制系統(tǒng)基本組成圖 1-1 小型溫度控制系統(tǒng)組成框圖 受控對象：或稱溫度控制執(zhí)行元件，為半導體制冷片。通過改變半導體制冷片電壓的極性實現(xiàn)制冷/制熱轉換；通過改變半導體制冷片的控制電壓（須有 4 安培以上的電流驅動能力）改變制冷或制熱溫度。前向通道：包括熱力學溫度到電信號的轉換部件（溫度傳感器），測溫信號的處理電路（變送器或信號調理器），模擬信號到數(shù)字信號轉換電路（數(shù)據(jù)采集單元）。主要完成溫度測量工作，獲取的溫度數(shù)據(jù)經數(shù)據(jù)處理單元分析計算后，轉換為顯示數(shù)據(jù)通過人機交互單元輸出顯示。 后向通道：包括控制數(shù)據(jù)（數(shù)字量）到控制信號（模擬量）的轉換電路（控制信號產生單元），提供電流驅動能力的電路（

4、控制驅動單元）。數(shù)據(jù)處理單元以測量溫度和設定溫度作為基本參數(shù)，通過某種控制算法得到溫度控制數(shù)據(jù)，通過后向通道實施對半導體制冷片的溫度控制。 數(shù)據(jù)處理單元：以單片機為核心部件，通過編寫程序完成數(shù)據(jù)采集， 數(shù)據(jù)處理，溫度控制，人機信息交互管理等工作。 人機交互單元：通過按鍵、編碼器進行功能設定和數(shù)據(jù)輸入，通過LED 或 LCD 進行系統(tǒng)運行狀態(tài)、運行結果等信息的輸出。1.3.3內容安排電子工程設計訓練分為準備和實施二個過程，準備過程進行必要的知識和技能準備，實施過程進行系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。小型溫度控制系統(tǒng)的設計又分為基本系統(tǒng)設計和擴展功能設計 2 個部分，擴展功能設計部分又包括多個設計題目。圖 1-

5、2 小型溫度控制系統(tǒng)擴展及延伸功能關系示意圖電子工程設計課程的整個進程又分為三個階段，每個階段 2 個學分，60 學時，獨立為一門課程，分別為電子工程設計 1、電子工程設計 2、電子工程設計 3。第一、二階段（電子工程設計 1、電子工程設計 2）為強化訓練，學生在教師的帶領下完成溫度控制系統(tǒng)基本部分的設計；第三階段為自主訓練，由學生在溫度控制系統(tǒng)的擴展功能部分選擇題目獨立完成設計工作。1.4專用實驗設備電子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)需要從微觀和宏觀 2 個方向驗證設計結果的正確性。微觀上建筑施工；為；米；千米；指在設計、實現(xiàn)過程中對每一個 模塊或一個模塊內部的局部電路進行檢測，以確認電路的運行情況建筑施

6、 工；為；米；千米；否滿足設計的預期。宏觀上建筑施工；為；米；千米； 指在完成所有硬件、軟件的設計、實現(xiàn)工作以后，對系統(tǒng)總體性能與技術 指標的全面測試?！拔⒂^檢測”可以在模擬環(huán)境中進行：電路模塊的激勵信號可以由專用設備模擬產生，優(yōu)點建筑施工；為；米；千米；可以對輸出信號做任意改變或設置；控制執(zhí)行部件的運行特性可以由專用設備進行軟件模擬，安全、節(jié)能，并且保證了檢測過程的可操作性。“宏觀測試”必須在真實環(huán)境中進行：由真實的探測器為系統(tǒng)提供測量信號；用真實的執(zhí)行部件反應系統(tǒng)的控制結果。精準測試出系統(tǒng)在真實環(huán)境中實際的運行性能和技術指標。不管建筑施工；為；米；千米；“局部檢測”還建筑施工；為；米； 千

7、米；“全面測試”，也不管建筑施工；為；米；千米；“虛擬環(huán)境檢測”還建筑施工；為；米；千米；“真實環(huán)境測試”都需要相應的設備支持， 電子工程設計訓練提供 2 款專用設備滿足教學中對設計成果正確性驗證的需求?！半娮庸こ淘O計教學調試臺”簡稱“調試臺”，建筑施工；為；米；千米；專門用于在“虛擬環(huán)境”中進行“微觀檢測”的設備。調試臺主要包括 2 方面的功能，一個建筑施工；為；米；千米；提供檢測多數(shù)電路模塊使用的測試信號，另一個建筑施工；為；米；千米；給出電路輸出的測量結果。其輔助功能建筑施工；為；米；千米；為所有的電路模塊提供互連通道，以及為人與設備之間提供信息交互通道。調試臺除了可用于電路的功能檢測外

8、，還可以借助測試設備對不能正常工作的電路進行故障診斷和排除。“電子工程設計教學模板”簡稱“模板”，建筑施工；為；米；千米；主要用于在“真實環(huán)境”中進行“宏觀測試”的設備。模板有二大功能： 設計任務布置階段的教學示范功能；系統(tǒng)設計與實現(xiàn)工作全部完成以后，在真實環(huán)境中的標定與測試功能。其輔助功能與調試臺相同。第 2 章知識與技能準備知識與技能準備包括四個方面的內容：元器件基本常識學習，電路焊接技能訓練，工程圖設計訓練，電路模塊的設計與實現(xiàn)訓練。2.1電抗元件的標稱值及偏差2.1.1電抗元件標稱值的構成1基本構成由三個部分組成：數(shù)字+倍率符號+基本單位例：1.5+K+2基本單位分別為：電阻 （歐姆）

9、，電容 F（拉法），電感 H（亨利） 3信率符號T（太）1012G（吉）109M（兆）106K（千）103m（毫）10-3u（微）10-6n（納）10-9p（皮）10-124數(shù)字元件標稱值的數(shù)字部分建筑施工；為；米；千米；按照一定的數(shù)字規(guī)律產生的，不建筑施工；為；米；千米；任意的。通常分為若干個系列， 用如下公式計算得到。E 通常取 24，12，6，計算結果四舍五入，計算出的數(shù)值通常稱為E24，E12，E6 系列。E6 系列1.01.52.23.34.76.8E12 系列1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2E24 系列1.01.11.21.31.51.6 1

10、.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1通常 E24 系列用于普通電阻的標識，E12 系列用于小電容的標識，E6 系列用于誤差較大的電解電容的標識。每一個系列只能取若干個值，密度最大的 E24 系列也僅取 24 個值。也就建筑施工；為；米；千米；說，如果在產品設計中需要 1 支 1.4K 的電阻，市場上建筑施工；為；米；千米； 買不到的，只能就近取 1.3K 或 1.5K，或用 1.3K 串接 100 的電阻得到。還有一種方法就建筑施工；為；米；千米；去生產廠家訂做，但需要有一定的訂貨量，并且成本較高。2.1.2電抗元件標稱值的

11、偏差電抗元件的實際值與標稱值之間有一定的偏差，偏差大小由生產過程決定，通常電抗元件的偏差值專門進行標注，表示方法有百分數(shù)標識和字母表示二種。精密元件（電阻）的偏差表示百分數(shù)表示英文字母表示BCDF E24，E12，E6 系列一般電抗元件的偏差表示百分數(shù)表示英文字母表示JKM羅馬數(shù)字表示2.1.3元件參數(shù)表示方法1直標法將元件的參數(shù)直接標示在元件上。例如：56nj63 表示容量 5610-9 F，精度為5 % 耐壓 63V 的電容。2數(shù)碼法用數(shù)字表示倍率富豪的方法，NNZ。其中 NN 為二為有效數(shù)字，Z 為“0”的個數(shù)。例如：排阻上標有 152J，表示阻止為 1500，精度為5 %的排電阻。3色

12、碼法用顏色表示數(shù)字，倍率符號，偏差的方法?！白亍⒓t、橙、黃、綠、藍、紫、灰、白、黑”分別表示“1、2、3、4、5、6、7、8、9、0”10 個數(shù)字。用“金、銀、無色”分別表示5 %、10 %、20 %三種偏差。例如：電阻上標有“黃、紫、紅、金”四種顏色環(huán)，則表示電阻的阻值為 4700，精度為5 %。例如：電阻上標有“橙、橙、黑、棕、紅”五種顏色環(huán)，則表示電阻的阻值為 3300，精度為2 %。標有 4 個顏色環(huán)的電阻前三環(huán)為電阻阻值最后一環(huán)為阻值偏差。前三環(huán)中最后一環(huán)為“0”的個數(shù)，前二環(huán)為有效數(shù)字。標有 5 個顏色環(huán)的電阻前四環(huán)為電阻阻值，最后一環(huán)為阻值偏差。前四環(huán)中最后一環(huán)為“0”的個數(shù)，前

13、三環(huán)表示有效數(shù)字。2.1.4元件參數(shù)標識習慣1電容電容的容量標注通常省略基本單位 F，僅保留有效數(shù)字和倍率符號。一般情況下倍率符號 p 也做省略處理。2電阻電阻的標注通常省略基本單位 ，僅保留有效數(shù)字和倍率符號。即無基本單位也無倍率符號的標注表示為 。3電感通常不作省略處理。2.2電路板焊接常識及要求2.2.1焊接工具及焊錫焊接主要分為熔焊、壓焊、釬焊三種，電路板的焊接指的建筑施工； 為；米；千米；釬焊中的錫焊。錫焊又有手工烙鐵焊、波峰焊、再流焊（主要用于表面安裝元件的焊接）三種焊接工藝，電路板的人工焊接采用手工烙鐵焊。錫焊的熔接材料為焊錫，稱為焊料，被焊接的金屬稱為焊件。錫焊實際上建筑施工；

14、為；米；千米；按一定比例混合的鉛錫合金，目的建筑施工；為；米；千米；降低熔點，鉛錫比不同熔點不同。為了保護焊件，焊錫的熔點一般低于 200。為了焊接牢固焊錫的熔點也不建筑施工；為； 米；千米；越低越好。用于手工烙鐵焊的焊錫為絲狀，習慣稱為焊錫絲， 內含助焊劑，加熱時助焊劑蒸發(fā)起助焊作用。助焊劑完全蒸發(fā)后焊錫流動性變差，因此加熱時間不宜過長，12 秒為宜。手工烙鐵焊接使用的電熱烙鐵按供電方式分為高壓供電和低壓供電二種，低壓烙鐵通過電源變壓器將 220V 高壓交流電變換為 24V 低壓交流電， 在通過電熱絲加熱烙鐵頭，可以有效保障焊件和人身的安全。電熱烙鐵按其工作方式還分為控溫與不控溫二種，控溫電

15、熱烙鐵又分為恒溫和調溫二種。恒溫電熱烙鐵，建筑施工；為；米；千米；利用磁控開關和鐵磁材料的居里效應實現(xiàn)烙鐵的恒溫控制。調溫電熱烙鐵可以人為設定烙鐵溫度，通過傳感器測試烙鐵頭的溫度，通過電子電路對設定溫度和測試溫度進行比較，通過電子開關或機械開關控制烙鐵電源的通斷達到控制烙鐵溫度的目的。調溫烙鐵的溫度不可以設置過高，否則烙鐵頭會快速氧化。2.2.2焊接準備工作1烙鐵棉加水烙鐵棉用于清理烙鐵頭，但必須在濕潤的狀態(tài)下使用，否則容易破碎， 清理效果也不好。烙鐵棉加水時應按規(guī)定方法操作注意安全。 2清理烙鐵頭烙鐵頭使用一段時間后，由于氧化作用表面會生成一層氧化物質，影響焊接操作和焊接質量。因此在烙鐵使用

16、中，應該經常在烙鐵棉上清理烙鐵頭，保持烙鐵頭清潔。由于烙鐵頭為銅金屬制品質地較軟，為延長使用壽命烙鐵頭做了硬化處理，所以不要用硬物強行清除烙鐵頭表面的氧化物質，以免造成硬化層脫落影響烙鐵頭的使用壽命。3剪腿、剝線焊接前要對焊件進行處理，電路板的焊接焊件主要為電路板的焊盤、元件的引腳、導線的線頭。對于電阻、電容這類引腳比較長的元件，要將引腳剪短。對于導線，要剝除焊接部分的護套。元件引腳長度以在焊接面露出 23 毫米為宜。過長，影響焊接，同時還吸收烙鐵頭的熱量。過短，可能造成漏焊或虛焊。導線的線頭一定要短，對于普通導線由于焊接時塑料護套遇熱收縮， 更要短。高溫導線線頭不要超過 1 毫米，普通導線

17、0.5 毫米。4引腳、線頭潤錫為了保證焊接質量，多數(shù)元件的引腳在出廠時已經做了潤錫處理，這類元件可以不作處理直接焊接。但由于鉛錫容易氧化，出廠時間較長的元件仍然需要重新進行潤錫處理。導線的品種很多，有鍍銀的，有鍍錫的， 也有銅裸線。為保證焊接質量，銅裸線必須進行潤錫處理，其他品種視氧化情況而定。不論元件引腳還建筑施工；為；米；千米；導線線頭，潤錫時掌握 2 個原則：一個建筑施工；為；米；千米；用錫要少；另一個建筑施工；為； 米；千米；加熱時間要短。潤錫時助焊劑肯定要蒸發(fā)，用錫過多的話，后 續(xù)焊接過程中，用于熔接焊件的焊料主要來自于元件引腳或導線的線頭， 焊錫由于助焊劑蒸發(fā)活性變差而影響焊接質量

18、。加熱時間過長，助焊劑完全蒸發(fā)也會影響后續(xù)焊接質量。2.2.3電路板焊接方法1烙鐵用法焊接時保證烙鐵頭與焊件、焊料有足夠的接觸面使熱傳導通路暢通， 迅速加熱，縮短焊接時間，保證焊接質量。烙鐵頭要少掛錫，焊接前后都要清理掉烙鐵頭上多余的焊錫。2主要焊接內容印刷電路板焊接主要包括如下幾方面內容： 引腳焊接元件引腳與焊盤之間的熔焊 單線搭接焊在已經焊好的元件引腳上，焊接一條導線 多線先后搭接焊在焊接有導線的元件引腳上，再先后焊接一條或多條導線 多線同時搭接焊在已經焊好的元件引腳上，同時焊接多條導線3焊接方法 引腳焊接接觸順序：引腳焊錫烙鐵 引腳烙鐵焊錫焊錫烙鐵引腳 單線搭接焊接觸順序：導線焊錫烙鐵

19、導線烙鐵焊錫焊錫烙鐵導線 多線先后搭接焊焊接時首先固定住已經焊好的線避免脫落，采用與已經焊好的導線順向或逆向的平行方向焊接焊點規(guī)則、美觀。焊接順序可參考單線搭接焊。 多線同時搭接焊線頭可以稍微長一點，絞扭在一起后，潤錫剪短。焊點掛錫（加熱時間務必短），焊接時手抓導線可以不再用錫。如果建筑施工；為；米；千米；獨自焊接，其他形式的導線焊接也可以采取這種方法。2.3使用 Protel99SE 繪制電路原理圖2.3.1Protel99SE 基本操作1啟動 Protel 99 SE 2開始工作 建立工程文件 建立設計文件3結束工作2.3.2繪制原理圖基本操作1準備工作 打開或建立工程文件 打開或建立原理

20、圖設計文件 使設計窗口最大化 確定圖幅A0（最大）A45 種A （最大）E5 種選 A4 調整圖面顯示PgUp 放 大 PgDn 縮 小Home 窗口以光標為中心移動工具欄按鈕全屏顯示 增刪及選擇元件庫 選擇畫線工具箱2放置元件 選擇元件 放置元件 移動元件直線移動旋轉Space翻轉X 水平Y 垂 直 元件放置確認3修改元件屬性LibRef- 元件在庫中的名稱Footprint- 元件的外形構造參數(shù)Designator- 元件標號Part-元件電器參數(shù)Part-元件在整體封裝中的序號4放置導線 選擇線型Wire - 電 連線Bus - 總 線BusEntry - 總線交連 放置導線步驟：選擇起

21、點 - 選擇拐點 - 選擇終點5修改連線屬性 連線尺寸smallest、small、medium、large4 種 連線顏色0238共 239 種6元件引腳連線基本方法：端點對端點交叉相連放置節(jié)點7放置節(jié)點 選擇節(jié)點并放置 修改節(jié)點屬性尺寸： smallest、small、medium、large4 種顏色： 0238共 239 種2.3.3其它操作1放置字符、放置網(wǎng)絡標號、放置非電連線2元件、導線、節(jié)點、字符等單獨移動3元件、導線、節(jié)點、字符等單獨刪除4成片移動、成片復制、成片刪除5常用環(huán)境設置6生成、編輯庫元件7屬性的批量修改8轉換為 Word 文檔2.4使用 Protel99SE 設計印

22、刷電路板2.4.1印刷電路板設計圖繪制基本操作1創(chuàng)建印刷電路版圖設計文檔2基本環(huán)境參數(shù)設置 單位及網(wǎng)格設置操作命令：Design - OptionDocument Option - Option度量制：Matric（公制）Imperial（英制）單位：mil(千分之一英寸)可視網(wǎng)格：Lines（線） Dots（點）捕 獲 網(wǎng) 格 ： 50 mil (X 、 Y) 元件放置網(wǎng)格： 50 mil (X、Y) 電 子 網(wǎng) 格 ： 8 mil ( 缺 省 ) 顯示選擇操作命令：Design - Option Document Option - Layers信號層：Toplayer（頂層）Bottoml

23、ayer（底層）符號層：Top overlayer（頂端符號層）其它層：Keepout layer（禁止布線層）Multi layer（多層）其他選項可視網(wǎng)格 1：顯示/不顯示設 為 100mil可視網(wǎng)格 2：顯示/不顯示設為1000 mil設計規(guī)則校驗結果：顯示/不顯示網(wǎng)絡連線：顯示/不顯示焊盤過孔圖形：顯示/不顯示層狀態(tài)欄：表明當前顯示的層和當前打開的層 層顏色（推薦）選擇操作命令：Tools Preferences Colors信號層：Toplayer紅（227）Bottomlayer藍（229）符號層：Top overlayer黃（230）其它層：Keepout layer洋紅（231

24、）Multi layer灰（213）其他選項可視網(wǎng)格 1：白（233）可視網(wǎng)格 2：白（233）設計規(guī)則校驗結果：淺綠（228）網(wǎng)絡連線：深綠（225）焊盤過孔圖形：淺黃（218）背景：黑（3）選中：白（233） 封裝庫加載操作命令：Design Add/Remove Library封裝庫路徑：ProgramFilesDesignExplorer 99SELibraryPCB封裝庫名稱：Advpcb.lib通用元件封裝集合General.lib通用元件封裝集合Miscellaneous.lib主要為無源元件封裝3放置元件選擇元件封裝庫 瀏覽封裝名及圖形 選擇元件封裝 放置元件封裝Place 或

25、雙擊封裝名4編輯元件屬性 進入元件屬性編輯操作放置元件確認前按 Tab 鍵放置元件完成后雙擊元件圖形 元件屬性Designator元件標號例如：R1Comment元件參數(shù)例如：10KFootprint元件封裝名例如：AXIAL0.4Layer所在圖層在顯示圖層內選擇Rotation旋轉角度0360X/Y Location所在圖面坐標099999milLock prims封裝元素鎖定可選Locked位置鎖定可選Selection圈選狀態(tài)可選5放置連線 選擇當前工作層鼠標直選*鍵 Top layer/Bottom layer 往復切換+鍵、-鍵 各層間正、反方向循環(huán)切換 選擇放線工具Place L

26、ine 菜單選擇View - Toolbars - PlacementTools 工具箱選擇 放 線單面走線鼠標操作左鍵：選擇起點、拐點、終點右鍵：一次，結束放線/二次，退出放線操作雙面走線鼠標操作左鍵：選擇起點、拐點、終點*鍵：換面右鍵：一次，結束放線/二次，退出放線操作6編輯連線屬性 進入連線屬性編輯操作結束放線操作前任一時刻按 Tab 鍵放置連線完成后雙擊連線 連線屬性Width線寬在設計規(guī)則限定范圍選擇Layer所在圖層在顯示圖層內選擇Net所在網(wǎng)絡名例如：GNDLockedSelection位置鎖定圈選狀態(tài)可選可選Star X/Y起始點坐標099999milEnd X/Y終點坐標09

27、9999mil7放置焊盤 選擇放焊盤工具Place Pad 菜單選擇View - Toolbars - PlacementTools 工具箱選擇 放置焊盤鼠標左鍵確認放置位置，直接放置8編輯焊盤屬性 進入元件屬性編輯操作放置焊盤確認前按 Tab 鍵放置焊盤完成后雙擊焊盤圖形 焊盤屬性X/Y size焊盤 X/Y 方向尺寸 199999mil Shape焊盤形狀圓形/方形/八角形Designator焊盤標號例如：EHole sizeLayer Rotation焊盤孔徑所在圖層旋轉角度199999mil在顯示圖層內選擇0360X/Y Location所在圖面坐標099999milLocked位置鎖

28、定可選Selection圈選狀態(tài)可選9放置過孔操作與放置焊盤相同10編輯過孔屬性操作與編輯焊盤屬性相同11放置說明文字 選擇放說明文字工具Place String 菜單選擇View - Toolbars - PlacementTools 工具箱選擇 編輯文字內容選中放置字符串功能后按“Tab”鍵，在“屬性”選項卡的“Text”對話框中填入字符內容后確認。12編輯文字屬性 進入文字屬性編輯操作放置文字確認前按 Tab 鍵放置文字完成后雙擊文字串 文字屬性Text文本內容限西文Height字符高度199999milWidth線寬199999milFont字形三種可選Layer所在圖層在顯示圖層內選

29、擇Rotation旋轉角度0360X/Y Location所在圖面坐標099999milMirror字符鏡像可選Locked位置鎖定可選Selection圈選狀態(tài)可選13其他操作 元件、焊盤、過孔、字符串單獨移動 連線、焊盤、過孔、字符串單獨刪除 單個元件復制、刪除 連線的移動 成片移動、成片復制、成片刪除 生成、編輯元件封裝 屬性的批量修改2.4.2手工繪制印刷電路版圖1創(chuàng)建印刷電路板圖設計文檔2基本環(huán)境參數(shù)設置3確定印刷電路板外形尺寸選擇 Keepout（禁止布線）層或 Multilayer (公共層）為當前工作層。在 Keepout 或 Multilayer 層沿印刷電路板外輪廓放線。4

30、放置元件5調整布局6放置連線7放置說明文字2.4.3自動繪制印刷電路版圖1完善原理圖 原理圖檢查 封裝檢查 元件引腳確認2準備工作 建立 PCB 設計文檔 確定電路板外形邊界 裝載元件及網(wǎng)絡表 元件布局 選擇設計規(guī)則連線走向選擇Routinglayer連線拓撲邏輯選擇RoutingTopology連線線寬選擇WidthConstraint3手工預布線4 預 布 線 鎖 定 5自動布線Auto Route整板自動布線All 區(qū)域自動布線Area 網(wǎng)絡自動布線Net元件自動布線Component飛線自動布線Connection 7布線拆除 Re-Route整板拆除All區(qū)域拆除Area網(wǎng)絡拆除Ne

31、t元件拆除Component第 3 章簡單電路的模塊化設計與實現(xiàn)一個比較復雜的電路系統(tǒng)，可以按照電路實現(xiàn)的功能或電路的類型分為若干個模塊。其中有些模塊與其它模塊之間的界面清晰，入口參數(shù)和出口參數(shù)明確，能夠獨立工作，這類電路模塊可以稱之為獨立電路模塊。為了簡化系統(tǒng)電路的設計工作，并且使系統(tǒng)便于組裝、調試，這類電路模塊可以單獨進行設計、實現(xiàn)、調試和檢測。小型溫度控制系統(tǒng)中有三個電路模塊具有上述獨立電路模塊的特征， 可以單獨拿出來進行設計、實現(xiàn)。它們建筑施工；為；米；千米；穩(wěn)壓電源電路模塊，傳感器信號調理模塊（或稱變送器）?？刂菩盘栻寗幽K。3.1直流穩(wěn)壓電源模塊的設計與實現(xiàn)3.1.1設計要求交流輸

32、入：9V14V2直流輸出：+5V/1A12V/0.5A安裝：獨立電路板結構3.1.2電路方案選擇1線性穩(wěn)壓電路 特 點利用晶體管進行電壓調整 動態(tài)響應特性好 紋波、噪聲小電壓調整晶體管工作在放大區(qū) 功耗大、發(fā)熱量大 效率低適用于低壓差、小功率的場合 集成線性穩(wěn)壓電路（三端穩(wěn)壓器）采用帶隙（能隙）基準電壓電路 溫度穩(wěn)定性好、噪聲小多種保護措施 過流、斷路、過熱保護無需其他外圍元件 使用方便、無需調整2開關穩(wěn)壓電路 特 點調整管工作在開關狀態(tài) 功耗小、發(fā)熱量小 效率高適用于高壓差、大功率的場合輸入和/或輸出電流不連續(xù) 紋波、噪聲大精密的模擬電路不適用采用儲能元件維持輸出電壓穩(wěn)定 動態(tài)響應特性差電路

33、復雜、外圍元件多、對元件要求高 開關穩(wěn)壓電路基本類型及其特點串聯(lián)（Buck）型 Vo Vi（升壓），輸出電流不連續(xù)電感儲能（Buck-Boost ）型 輸出電壓不限并可以反向，輸入輸出電流均不連續(xù)Cuk 型 輸出電壓同上，輸入輸出電流均連續(xù)各種開關電源電路均從以上 4 種基本型電路引申而來，開關電源電路復雜，不易實現(xiàn)。 DC-DC 變換器利用開關穩(wěn)壓電路基本原理設計的集成開關穩(wěn)壓器，外圍元件少， 易于實現(xiàn)。例如：MC34063，可工作于 Buck 或 Buck-Boost 型。輸入電壓：3V40V，開關電流：1.5A。LM2574/5/6，可工作于 Buck 或 Buck-Boost 型。輸出

34、電壓：3.3V/5.0V/12V/15V/1.23V37V 可調。電流：LM25740.5A/ LM25751.0A/ LM25763.0A。LM2577工作于 Boost 型輸入電壓：3.5V40V，開關電流：3.0A3電路方案 用集成線性穩(wěn)壓電路設計的電源電路方案圖 3-1 用集成線性穩(wěn)壓電路設計的電源電路方案框圖 用集成開關穩(wěn)壓電路設計的電源電路方案圖 3-2 用集成開關穩(wěn)壓電路設計的電源電路方案框圖 電源電路方案選擇 集成線性穩(wěn)壓電路紋波、噪聲小，效率低，實現(xiàn)電路相對簡單，成本低。 集成開關穩(wěn)壓電路效率高，紋波、噪聲大，實現(xiàn)電路相對復雜，成本較高。 設計要求的交流供電電壓低，輸出功率較

35、小。從實現(xiàn)電路簡單、低成本的角度考慮，應選擇集成線性穩(wěn)壓電路的實現(xiàn)方案，或選擇線性集成穩(wěn)壓電路與開關穩(wěn)壓電路相結合的電路方案。3.1.3推薦直流穩(wěn)壓電路原理圖1用集成線性穩(wěn)壓器設計的電源電路圖 3-3 全部采用集成線性穩(wěn)壓器設計的直流穩(wěn)壓電源電路圖2用集成線性穩(wěn)壓器和 DC-DC 開關穩(wěn)壓器設計的電源電路圖 3-4 采用集成線性穩(wěn)壓器和 DC-DC 開關穩(wěn)壓器設計的直流穩(wěn)壓電源電路圖3.1.4安裝結構圖 3-5 直流穩(wěn)壓電源安裝結構示意圖3.1.5制作基本要求及注意事項1區(qū)分電路板的元件面和焊接面2. 焊接元件 先焊小元件 先安裝結構件3按要求安裝左右插座引出插針并焊接 所有插針全部與焊盤焊接

36、不要遺漏 先焊少量插針確認安裝到位后再焊其它插針 焊錫不要沾到插針上4安裝集成線性穩(wěn)壓電路的散熱片 將穩(wěn)壓集成電路安裝在散熱片上 確認穩(wěn)壓電路安裝位置對準電路板上為散熱片預留的安裝孔將穩(wěn)壓集成電路引腳插入對應的焊孔中 用螺釘將散熱片固定在電路板上焊牢穩(wěn)壓集成電路引腳5安裝保險管插座和整流橋 DIP8 腳插座并焊接6正確辨別電解電容的極性、耐壓并焊接 極性不得接反 正、負 12V 電源整流輸出的濾波電容耐壓不得低于 25V3.1.6調試方法及注意事項對組裝完成的電路模塊進行測試建筑施工；為；米；千米；一項十分重要的工作。需要設計科學、嚴謹?shù)臏y試方法，提供所需的激勵信號，搭建完整的測試電路。目的建

37、筑施工；為；米；千米；使被測電路或系統(tǒng)能夠將所有的功能、指標、特性淋漓盡致地表現(xiàn)出來，同時也可以發(fā)現(xiàn)電路或系統(tǒng)在設計、組裝上存在的問題以及所使用的原材料的瑕疵。直流穩(wěn)壓電源電路相對比較簡單，電路的調試相對容易。調試臺上提供了直流穩(wěn)壓電源電路必須的交流電源，按照下面的要求進行操作即可完成電路的基本測試工作。1電源板焊接完畢，對照原理圖認真檢查一遍然后開始測試。2測試時，電源板負責交流電源輸入的右插座與調試臺標有9V、14V 的插座連接，左插座懸空。3連接完畢后，打開調試臺電源遠離電源板 12 分鐘，觀察電路板有無異味或異常響動，如果一切正?？梢蚤_始進一步的測試。4用數(shù)字多用表按電源板左插座直流電

38、源引出定義，檢測+5V、+12V、-12V 輸出。5若+5V、+12V、-12V 輸出不正常，需要重新檢查有無錯焊、漏焊、虛焊，并重復 2、3、4 的步驟。6輸出正常的電源板，替換模板上的電源板后，若模板正常運行，電源板的設計工作結束。否則，檢查電路板的左右插座有無虛焊、脫焊等問題。3.1.7常見故障及其現(xiàn)象對于初學者，由于實際操作經驗不足，很難保證設計、組裝的電路一次成功。如果測試中發(fā)現(xiàn)電路不工作或工作不正常，則需要對電路進行故障診斷，以便排除故障完成測試工作。故障診斷和排除對于操作人員的知識、能力、實際操作經驗有著很高的要求，能否快速、準確的找到故障的原因并加以排除，可以成為衡量一個工程人

39、員建筑施工；為；米；千米； 否優(yōu)秀的重要標準。這里根據(jù)以往的經驗，給出了部分故障現(xiàn)象和可能的原因，不全面也不唯一，僅供參考。故障原因故障現(xiàn)象 整流橋接錯或損壞 無整流輸出或輸出不正常 集成穩(wěn)壓電路引腳接錯或損壞 無穩(wěn)壓輸出或輸出不正常 交流輸入中心抽頭漏接 12V 輸出不正常 濾波電容漏接 輸出紋波大 交流輸入漏接 保險管無輸入 保險管損壞 整流橋無輸入 電解電容極性接反 電解電容發(fā)熱或爆裂 電解電容耐壓不夠 電解電容發(fā)熱或爆裂 直流輸出漏接 無直流輸出3.2傳感器信號處理電路模塊的設計與實現(xiàn)3.2.1設計要求測量溫度：0 100 輸出電壓：0V 5V測量誤差：滿刻度 1%（0.05V 或 1

40、 ） 負載阻抗：30K限制條件：0.7V 輸出電壓5.7V 安裝：獨立電路板結構3.2.2測溫元件選擇測溫元件選擇主要考慮激勵源、輸出形式、電器特性三個方面。激勵源主要考察建筑施工；為；米；千米；否需要激勵源（有源或無源），激勵源建筑施工；為；米；千米；電壓源還建筑施工；為；米；千米；電流源，建筑施工；為；米；千米；否需要恒定激勵源（恒壓源或恒流源）。測溫元件的輸出主要關注輸出建筑施工；為；米；千米；數(shù)字電量還建筑施工；為；米；千米；模擬電量。如果建筑施工；為；米；千米；模擬電量，其類型建筑施工；為；米；千米；電流、電壓還建筑施工；為； 米；千米；電抗。信號建筑施工；為；米；千米；平衡輸出還建

41、筑施工； 為；米；千米；非平衡輸出。電器特性主要包括靈敏度、精度、穩(wěn)定性等。傳感器的選擇需要綜合考慮設計要求、工作環(huán)境、成本等多方面因素， 需要對所設計的系統(tǒng)由深入的了解，需要豐富的設計經驗。在強化訓練階段推薦使用單導體溫度測量元件 AD592，該測溫元件為電流輸出，精度高、穩(wěn)定性好，信號調理電路（變送器）易于設計。AD592 主要特性： 供 電：+4V +30V 溫度系數(shù)：1uA/oK 0輸出：273.2uA 工作溫度：-25 +105 非線性誤差：0.1 0.5 重復誤差：0.1 時 飄：0.1/月3.2.3傳感器信號處理電路設計傳感器信號處理電路叫做信號調理器或叫做變送器。由于電子系統(tǒng)中

42、主要的信號形式建筑施工；為；米；千米；電壓，所以變送器的主要功能就建筑施工；為；米；千米；進行信號變換，包括信號形式的變換和信號幅度的調整，最終將傳感器輸出的不同形式的弱電信號轉換為后續(xù)電路能夠處理的標準電壓信號。對于 AD592 輸出的微安級的電流信號，變送器設計的主要任務建筑施工；為；米；千米；電流到電壓的轉換和電壓信號的放大。另外相對于 0 100的測溫范圍，AD592 的電流輸出范圍為 273uA373uA，也就建筑施工；為；米；千米；在溫度測量的 0 點，傳感器輸出的電量信號不為0。為了信號后續(xù)處理的方便，變送器還要進行電壓信號的平移處理，使得對于溫度測量的 0 點，變送器的輸出電壓

43、也為 0。為了簡化設計電路，變送器采用運算放大器作為核心運算元件。OP07 建筑施工；為；米；千米；一款高精度、低漂移、穩(wěn)定性好、成本低的運算放大器。推薦使用 OP07 進行變送器的設計。3.2.4安裝結構圖 3-6 變送器安裝結構示意圖3.2.5設計要求及注意事項1滑動變阻器的使用電路中電阻的阻值需要調整的可以使用滑動變阻器。使用滑動變阻器應串接電阻，使滑動變阻器單位旋轉角度的阻值變化盡量小，以保證調整更精確，并減小各種因素對阻值穩(wěn)定的影響。2穩(wěn)壓二極管的使用為了獲得穩(wěn)定的電壓，可以利用穩(wěn)壓二級管的反向擊穿特性設計穩(wěn)壓電路。使用中應注意穩(wěn)壓二極管只有通過一定的電流的情況下，才能獲得穩(wěn)定的電壓

44、，應正確計算限流電阻的阻值。3電路干擾的抑制可以在直流放大電路的負反饋電阻上并接電容來降低交流增益抑制噪聲。但建筑施工；為；米；千米；電容不宜太大，否則會延長放大器對于被測信號的響應時間。4模擬/數(shù)字電源的區(qū)分使用模擬電路與數(shù)字電路的電源盡量分開，否則會產生不良耦合，干擾模擬測量電路的正常工作。5限幅電路設計注意限幅電路由限幅二極管和限流電阻組成，用于保護后級電路。限流電阻不可以沒有，也不可以太大，否則會造成信號衰減，影響測量精度。3.2.6電路調試與標定變送器建筑施工；為；米；千米；信號變換電路，按照設計要求，輸入電流在 273uA373uA 范圍內變化時，輸出電壓的變化范圍為0V5V，并且

45、具有線性對應關系。調試臺為變送器調試提供了 AD592 的測溫信號，并且可以在-10+110之間任意設置。調試中，改變溫度設置，AD592 測溫信號輸出引腳上就會輸出與設置溫度對應的電流，如果變送器的輸出電壓與設置的溫度同步變化，表明電路能夠正常工作，可以開始標定工作。變送器在溫度控制系統(tǒng)中建筑施工；為；米；千米；精密的測量電路， 整個系統(tǒng)溫度測量與控制的精度取決于變送器的測量精度，而變送器的測 量精度又取決于其輸入輸出之間的信號關系能否得到滿足。因此，變送器的標定就建筑施工；為；米；千米；通過調整電路設計中預留的可調元 件，改變電路參數(shù)，盡最大可能提高輸入電流與輸出電壓之間的實測關系 與理論

46、設計關系之間的匹配程度。3.2.7常見故障及其現(xiàn)象當變送器的輸出不跟隨輸入變化或有變化但通過調整仍然不滿足預期的輸入輸出關系時，需要對變送器進行故障診斷和排除。為了使初學者少走彎路提高學習效率，下面給出了變送器可能的故障原因和對應的故障現(xiàn)象，僅供參考。故障原因故障現(xiàn)象運算放大器損壞輸出不隨輸入變化運算放大器開環(huán)輸出接近正或負電源電壓放大器增益控制電阻過小輸出達不到滿刻度平移電路未工作輸出不能到達 0 點平移電路元件選擇有誤輸出不能到達 0 點接+5V 保護二極管反接輸出總建筑施工；為；米；千米；接地保護二極管反接輸出總建筑施工；為；米；千米；保護二極管全部反接二級管全部燒毀保護電路限流電阻過大

47、加載后輸出有明顯的衰減運算放大器電源漏接無輸出運算放大器單電源漏接輸出偏向電源一側不隨輸入變化3.3控制信號驅動電路模塊的設計與實現(xiàn)通常信號或數(shù)據(jù)處理電路輸出的控制信號，由于信號形式和信號幅度的原因無法直接推動控制執(zhí)行部件正常工作，必須通過對信號形式的變換和對信號幅度的放大才能夠滿足執(zhí)行部件控制的需要。小型溫度控制系統(tǒng)通過對溫度數(shù)據(jù)的運算、比較，發(fā)出溫度控制指令和數(shù)據(jù)。對于以半導體制冷片為溫度控制執(zhí)行部件的溫度控制系統(tǒng)，需要連續(xù)變化的電功率推動半導體制冷片的制冷和制熱工作。通常數(shù)/模轉換電路可以將以數(shù)字量形式存在的溫度控制數(shù)據(jù)轉換為連續(xù)變化的模擬電壓，但其電流驅動能力十分微弱，必須通過電流放大

48、電路提升控制信號的電流驅動能力，才能有足夠的功率推動半導體制冷片工作。3.3.1設計要求控制半導體制冷片的驅動電路實際上建筑施工；為；米；千米；一個電壓增益為 1 的功率放大器，要求如下：輸入電壓：-10V +10V輸出電壓：-10V +10V電流輸出能力：3A輸入阻抗：1k負載阻抗：3.5 負載驅動形式：共地安裝：獨立電路板結構3.3.2控制信號驅動電路設計要求分析從根本上說，半導體制冷片還建筑施工；為；米；千米；電壓控制， 通過改變電壓改變制冷、制熱的溫度。之所以提出電流的要求，建筑施工； 為；米；千米；因為半導體制冷片的阻抗太小，如果不保證足夠的電流驅 動，就無法建立起所需的控制電壓。因

49、此，控制信號驅動電路的主要任務 建筑施工；為；米；千米；在負載很重，并且很不穩(wěn)定的情況下，保證輸 出電壓在設計范圍內盡可能跟隨輸入電壓變化。從需求上講，該電路建筑施工；為；米；千米；一個電流放大器，但如果討論該電路的電流增益則建筑施工；為；米；千米；一件讓人非常費解的事情。因為該電路的輸入建筑施工；為；米；千米；電壓，輸出電流同時與電路參數(shù)、輸入電壓、負載三個因素有關，并且負載又極不穩(wěn)定，因此無法寫出該電路的輸入輸出表達式，試圖用解析的方法對該電路進行分析與設計建筑施工；為；米；千米；很難做到的?？刂菩盘栻寗与娐返那凹壨ǔ殡妷悍糯箅娐?，為了設計、實現(xiàn)方便通常采用運算放大器作為放大元件，而運算

50、放大器的短路電流一般也就建筑施工；為；米；千米；十幾個毫安。所以，設計要求中提出了輸入阻抗的限制，輸入阻抗越大，前級放大電路的負擔就越小。3.3.3控制信號驅動電路設計在保證有足夠的電流驅動能力的情況下，只要改變電壓就可以改變半導體制冷片的溫度。因此，可以用 2 種電量控制半導體制冷片的溫度：幅度可變的連續(xù)電壓；占空比可變的脈沖電壓。數(shù)/模轉換器建筑施工；為；米；千米；一種將數(shù)字電量轉換為模擬電量的電路，脈寬調制器建筑施工；為；米；千米；一種將數(shù)字電量轉換為可調寬度脈沖的電路，用這 2 種電路都可以將控制半導體制冷片溫度的數(shù)據(jù)轉換為控制半導體制冷片溫度的電壓信號。因此，溫度控制數(shù)據(jù)到溫度控制信號的變換電路不同，所需的控制信號驅動電路也不同。放大連續(xù)變化的模擬信號，應使用乙類推挽放大電路。而驅動可變脈沖信號，則需要使用雙極脈沖放大電路。乙類推挽放大電路和脈沖放大電路建筑施工；為；米；千米；較為成熟的電路，可以找到大量的參考設計資料。借鑒成熟的電路方案，按照設計要求