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文檔簡介

1,電子技術(shù)課程設(shè)計,目的,運用已基本掌握的具有不同功能的單元電路的設(shè)計、安裝和調(diào)試方法,在單元電路設(shè)計的基礎(chǔ)上,設(shè)計出具有各種不同用途和一定工程意義的電子裝置。深化所學(xué)理論知識,培養(yǎng)綜合運用能力,增強(qiáng)獨立分析與解決問題的能力。訓(xùn)練培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度,為以后從事電子電路設(shè)計和研制電子產(chǎn)品打下初步基礎(chǔ)。,2,要求,根據(jù)題目的技術(shù)指標(biāo),獨立進(jìn)行電路選取、工程估算、實驗測試與調(diào)整,制作出實際電子產(chǎn)品和寫出總結(jié)報告。,步驟,選擇總體方案,設(shè)計單元電路,選擇元器件,計算機(jī)仿真優(yōu)化,硬件裝配調(diào)試,測試性能指標(biāo),寫出總結(jié)報告,進(jìn)行文檔整理。,衡量標(biāo)準(zhǔn),工作穩(wěn)定可靠,能達(dá)到所要求的性能指標(biāo),并留有適當(dāng)?shù)脑A?;電路簡單;成本低;功耗低;所采用元器件的品種少、體積小且貨源充足;便于生產(chǎn)、測試和維修 。,3,設(shè)計方法與步驟,一、 系統(tǒng)設(shè)計 二、 硬件組裝、調(diào)試 三、 性能指標(biāo)測試 四、 設(shè)計報告,文檔整理,4,一、 系統(tǒng)設(shè)計,1.明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求,對系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)進(jìn)行具體分析,充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)、內(nèi)容及要求,明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。,5,2總體方案選擇, 把系統(tǒng)要完成的任務(wù)分配給若干個單元電路,畫出一個能表示各單元功能和關(guān)系的整機(jī)原理框圖。, 方案選擇的重要任務(wù)是針對系統(tǒng)提出的任務(wù)、 要求和條件,查閱資料,廣開思路,提出盡量多的不同方案,仔細(xì)分析每個方案的可行性和優(yōu)缺點,加以比較,從中選取合適的方案。 在選擇過程中,常用框圖表示各種方案的基本原理??驁D一般不必畫得太詳細(xì),只要說明基 本原理就可以了。最后設(shè)計出一個完整框圖。,6,3單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇,根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)和功能框圖,明確任務(wù),進(jìn)行各單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇。,(1). 單元電路設(shè)計,每個單元電路設(shè)計前都需明確本單元電路的任務(wù),詳細(xì)擬定出單元電路的性能指標(biāo)。,注意各單元電路之間的相互配合和前后級之間的關(guān)系,盡量簡化電路結(jié)構(gòu)。,注意各部分輸入信號、輸出信號和控制信號的關(guān)系。,選擇單元電路的組成形式,可以模仿成熟的先進(jìn)的電路,也可以進(jìn)行創(chuàng)新或改進(jìn),但都必須保證性能要求。,7,(2). 參數(shù)計算,理解電路的工作原理,正確利用計算公式,滿 足設(shè)計要求。,(1)元器件的工作電流、電壓、頻率和功耗等參數(shù)應(yīng)能滿足電路指標(biāo)的要求。 (2)元器件的極限參數(shù)必須留有足夠裕量,一般應(yīng)大于額定值的1.5倍。 (3)電阻器和電容器的參數(shù)應(yīng)選計算值附近的標(biāo)稱值。,8,(3). 元器件選擇, 阻容元件的選擇。電阻器和電容器種類很多,正確選擇電阻器和電容器是很重要的。,設(shè)計時要根據(jù)電路的要求選擇性能和參數(shù)合適的阻容元件,并要注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。,9,分立元件包括二極管、晶體三極管、場效應(yīng)管、光電二極管、光電三極管、晶閘管等。根據(jù)其用途分別進(jìn)行選擇。,分立元件的選擇。,選擇的器件種類不同,注意事項也不同。 例如選擇晶體三極管時,首先注意是NPN型還是PNP型管,是高頻管還是低頻管,是大功率管還是小功率管,并注意管子的參數(shù)PCM、ICM、BUCEO、BUEBO、ICBO、fT和f是否滿足電路設(shè)計指標(biāo)的要求,高頻工作時要求fT=(5-10)f,f為工作頻率。,10,由于集成電路可以實現(xiàn)很多單元電路甚至整機(jī)電路的功能,所以選用集成電路設(shè)計單元電路和總體電路既方便又靈活,它不僅使系統(tǒng)體積縮小,而且性能可靠,便于調(diào)試及安裝,在設(shè)計電路時應(yīng)首選。,選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實現(xiàn)設(shè)計方案,而且要滿足功耗、電壓、速度、價格等多方面要求。,集成電路的選擇。一般優(yōu)先選集成電路。,集成電路有模擬集成電路和數(shù)字集成電路。器件的型號、功能、特性、管腳可查閱有關(guān)手冊。,11,集成電路的品種很多,選用方法一般是“先粗后細(xì)”,即先根據(jù)總體方案考慮應(yīng)該選用什么功能的集成電路,然后考慮具體性能,最后根據(jù)價格等因素選用某種型號的集成電路 。,應(yīng)熟悉集成電路的品種和幾種典型產(chǎn)品的型號、性能、價格等,以便在設(shè)計時能提出較好的方案,較快地設(shè)計出單元電路和總電路。,集成電路的常用封裝方式有三種:扁平式、直立式和雙列直插式,為便于安裝、更換、調(diào)試和維修,一般情況下,應(yīng)盡可能選用雙列直插式集成電路。,12,4. 電路圖的繪制,目前比較流行的或應(yīng)用廣泛的繪制軟件包有PROTEL和Altium Designer。亦可用電子工作平臺multisim(EWB)。,繪制電路圖時應(yīng)注意:,13,(1)布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于看圖、有利于對圖的理解和閱讀。,有時一個總電路圖由幾部分組成,繪制時應(yīng)盡量把總電路圖畫在一張紙上。如果電路比較復(fù)雜,需繪制幾張圖,則應(yīng)把主電路圖畫在一張圖紙上,而把一些比較獨立或次要的部分畫在另外的圖紙上,并在圖的斷口兩端做上標(biāo)記,標(biāo)出信號從一張圖到另一張圖的引出點和引入點,以此說明各圖紙在電路連線之間的關(guān)系。 有時為了強(qiáng)調(diào)并便于看清各單元電路的功能關(guān)系,每一個功能單元電路的元件應(yīng)集中布置在一起,并盡可能按工作順序排列。,14,(2)注意信號的流向。一般從輸入端或信號源畫起,從左到右或從上到下按信號的流向依次畫出各單元電路,而反饋通路的信號流向則與此相反。,(3)圖形符號要標(biāo)準(zhǔn),圖中應(yīng)加適當(dāng)?shù)臉?biāo)注。,電路圖中的中、大規(guī)模集成電路器件,一般用方框表示,在方框中標(biāo)出它的型號,在方框的邊線兩側(cè)標(biāo)出每根線的功能名稱和管腳號。除中、大規(guī)模器件外,其余元器件符號應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化。,15,(4)連接線應(yīng)為直線,并且交叉和折彎應(yīng)最少。,通常連接線可以水平布置或垂直布置,一般不畫斜線?;ハ噙B通的交叉線,應(yīng)在交叉處用圓點表示。根據(jù)需要,可以在連接線上加注信號名或其它標(biāo)記,表示其功能或其去向。有的連線可用符號表示,例如器件的電源一般標(biāo)電源電壓的數(shù)值,地線用符號“”表示。,16,5. 計算機(jī)仿真優(yōu)化,電子系統(tǒng)的方案選擇、電路設(shè)計以及參數(shù)計算和元器件選擇基本確定后,方案的選擇是否合理,電路設(shè)計是否正確,元器件選擇是否經(jīng)濟(jì),這些問題還有待于研究。傳統(tǒng)的設(shè)計方法只能通過實驗來解決以上問題,這樣不僅延長了設(shè)計時間,而且需要大量元器件,有時設(shè)計不當(dāng)可能要燒壞元器件,因此設(shè)計成本高。而利用電子電路CAD技術(shù),可對設(shè)計的電路進(jìn)行分析、仿真、虛擬實驗,不僅提高了設(shè)計效率,而且可以通過反復(fù)仿真得到一個最佳方案。目前應(yīng)用較為廣泛的電子電路仿真軟件有PSPICE、和功能多、應(yīng)用方便的ELECTRONICS WORK BENCH和multisim 。,17,6. 印刷電路板的設(shè)計,借助計算機(jī)對印刷電路板進(jìn)行輔助設(shè)計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的手工設(shè)計,它不僅可以使底圖更整潔、標(biāo)準(zhǔn),而且能夠解決手工布線印刷導(dǎo)線不能過細(xì)和較窄的間隙不易布線等問題,同時可徹底解決雙面板焊盤嚴(yán)格的一一對應(yīng)問題。 PROTEL軟件包是繪制印刷電路板的最常用軟件。,18,二、硬件組裝與調(diào)試,1、電子電路的組裝,(1)元器件的焊接技術(shù) 當(dāng)印刷電路板設(shè)計好后,需要將元器件接在印刷板上。焊接質(zhì)量取決于四個條件:焊接工具、焊料、焊劑、焊接技術(shù)。,焊接工具。 電烙鐵是焊接的主要工具。要根據(jù)不同的焊接對象選擇不同功率的電烙鐵。焊接集成電路一般可選用 25 W的,元器件管腳較粗或印刷板焊盤面積較大時可選用45W 或功率更大的。焊接CMOS電路一般選用20W 內(nèi)熱式電烙鐵,而且外殼要連接良好的接地線。若用外熱式電烙鐵,最好采用烙鐵斷電,用余熱焊接,必要時還要采取人體接地的措施。,19,焊料。 常用的焊料是焊錫,焊錫是一種鉛錫合金。市場上出售的焊錫有兩種:一種是將焊錫做成管狀,管內(nèi)填有松香,稱松香焊錫絲,使用這種焊錫絲時,可以不加助焊劑;另一種是無松香的焊錫絲,焊接時要加助焊劑。,焊劑。 焊接元器件通常使用的焊劑有松香和松香酒精溶液,后者比前者焊接效果好。,20,焊接技術(shù)。 首先要求焊接牢靠、無虛焊,其次是焊點的大小、形狀及表面粗糙度等。焊接前,必須把焊點和焊件表面處理干凈,輕的可用酒精擦洗,重的要用刀刮或砂紙磨,直到露出光亮金屬后再醮上焊劑,鍍上錫,將被焊的金屬表面加熱到焊錫熔化的溫度。焊接過程是這樣的:把烙鐵頭放在焊件上,待焊件的溫度達(dá)到焊錫熔化的溫度時,使焊錫絲接觸焊件,當(dāng)適量的焊錫絲熔化后,立即移開焊錫絲,再移開烙鐵,整個過程只需幾秒鐘。,21,(2)在面包板上的插接技術(shù),集成電路的裝插。 插接集成電路時首先應(yīng)認(rèn)清方向,不要倒插,所有集成電路的插入方向要保持一致。,元器件的位置。 根據(jù)電路圖的各部分功能確定元器件在面包板上的位置,并按信號的流向?qū)⒃骷樞虻剡B接,以易于調(diào)試。,在學(xué)生進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計或課程設(shè)計過程中,為了提高元器件的重復(fù)利用率,往往在面包板上插接電路。下面介紹在面包板上用插接方式組裝電路的方法。,22,導(dǎo)線的選用和連接。 連接用的導(dǎo)線要求緊貼在面包板上,避免接觸不良。連線不允許跨接在集成電路上,一般從集成電路周圍通過,盡量做到橫平豎直,這樣便于查線和更換器件。,組裝電路時要注意,電路之間要共地。正確的組裝方法和合理的布局,不僅使電路整齊美觀,而且能夠提高電路工作的可靠性,便于檢查和排除故障。,23,2、電子電路的調(diào)試,邊安裝邊調(diào)試。把一個總電路按框圖上的功能分成若干單元電路,分別進(jìn)行安裝和調(diào)試,在完成各單元電路調(diào)試的基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)大安裝和調(diào)試的范圍,最后完成整機(jī)調(diào)試。對于新設(shè)計的電路,此方法既便于調(diào)試,又可及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。該方法適于課程設(shè)計中采用。,整個電路安裝完畢,實行一次性調(diào)試。這種方法適于定型產(chǎn)品。,調(diào)試時應(yīng)注意做好調(diào)試記錄,準(zhǔn)確記錄電路各部分的測試數(shù)據(jù)和波形,以便于分析和運行時參考。,24,調(diào)試步驟:,(1)通電前檢查 電路安裝完畢,首先直觀檢查電路各部分接線是否正確,檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路,器件有無接錯。,(2)通電檢查 接入電路所要求的電源電壓,觀察電路中各部分器件有無異?,F(xiàn)象。如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象,則應(yīng)立即關(guān)斷電源,待排除故障后方可重新通電。,25,在調(diào)試單元電路時應(yīng)明確本部分的調(diào)試要求,按調(diào)試要求測試性能指標(biāo)和觀察波形。調(diào)試順序按信號的流向進(jìn)行,這樣可以把前面調(diào)試過的輸出信號作為后一級的輸入信號,為最后的整機(jī)聯(lián)調(diào)創(chuàng)造條件。電路調(diào)試包括靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試,通過調(diào)試掌握必要的數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象,然后對電路進(jìn)行分析、判斷、排除故障,完成調(diào)試要求。,(3)單元電路調(diào)試,各單元電路調(diào)試完成后就為整機(jī)調(diào)試打下了基礎(chǔ)。整機(jī)聯(lián)調(diào)時應(yīng)觀察各單元電路連接后各級之間的信號關(guān)系,主要觀察動態(tài)結(jié)果,檢查電路的性能和參數(shù),分析測量的數(shù)據(jù)和波形是否符合設(shè)計要求,對發(fā)現(xiàn)的故障和問題及時采取處理措施。,(4)整機(jī)聯(lián)調(diào),26,電路故障的排除,(1)信號尋跡法: 尋找電路故障時,一般可以按信號的流程逐級進(jìn)行。從電路的輸入端加入適當(dāng)?shù)男盘枺檬静ㄆ骰螂妷罕淼葍x器逐級檢查信號在電路內(nèi)各部分傳輸?shù)那闆r,根據(jù)電路的工作原理分析電路的功能是否正常,如果有問題,應(yīng)及時處理。調(diào)試電路時也可以從輸出級向輸入級倒推進(jìn)行,信號從最后一級電路的輸入端加入,觀察輸出端是否正常,然后逐級將適當(dāng)信號加入前面一級電路輸入端,繼續(xù)進(jìn)行檢查。,27,(2)對分法。 把有故障的電路分為兩部分,先檢查這兩部分中究竟是哪部分有故障,然后再對有故障的部分對分檢測,一直到找出故障為止。采用“對分法”可減少調(diào)試工作量。,(3)分割測試法。 對于一些有反饋的環(huán)行電路,如振蕩器、穩(wěn)壓器等電路,它們各級的工作情況互相有牽連,這時可采取分割環(huán)路的方法,將反饋環(huán)去掉,然后逐級檢查,可更快地查出故障部分。對自激振蕩現(xiàn)象也可以用此法檢查。,28,(4)電容器旁路法。 如遇電路發(fā)生自激振蕩或寄生調(diào)幅等故障,檢測時可用一只容量較大的電容器并聯(lián)到故障電路的輸入或輸出端,觀察對故障現(xiàn)象的影響,據(jù)此分析故障的部位。在放大電路中,旁路電容失效或開路,使負(fù)反饋加強(qiáng),輸出量下降,此時用適當(dāng)?shù)碾娙莶⒙?lián)在旁路電容兩端,就可以看到輸出幅值恢復(fù)正常,也就可以斷定旁路電容的問題。這種檢查可能要多處實驗才有結(jié)果,這時要細(xì)心分析可能引起故障的原因。這種方法也可用來檢查電源濾波和去偶電路的故障。,29,(5)對比法。 將有問題的電路的狀態(tài)、參數(shù)與相同的正常電路進(jìn)行逐項對比。此方法可以比較快地從異常的參數(shù)中分析出故障。,(6)替代法。 把已調(diào)試好的單元電路代替有故障或有疑問的相同的單元電路(注意共地),這樣可以很快判斷故障部位。有時元器件的故障不很明顯,如電容器漏電、電阻器變質(zhì)、晶體管和集成電路性能下降等,這時用相同規(guī)格的優(yōu)質(zhì)元器件逐一替代實驗,就可以具體地判斷故障點,加快查找故障點的速度,提高調(diào)試效率。,30,(7)靜態(tài)測試法。 故障部位找到后,要確定是哪一個或哪幾個元器件有問題,最常用的就是靜態(tài)測試法和動態(tài)測試法。靜態(tài)測試是用萬用表測試電阻值、電容器是否漏電、電路是否斷或短路,晶體管和集成電路的各引腳電壓是否正常等。這種測試是在電路不加信號時進(jìn)行的,所以叫靜態(tài)測試。通過這種測試可發(fā)現(xiàn)元器件的故障。,(8)動態(tài)測試法。 當(dāng)靜態(tài)測試還不能發(fā)現(xiàn)故障時,可采用動態(tài)測試法。測試時在電路輸入端加上適當(dāng)?shù)男盘栐贉y試元器件的工作情況,觀察電路的工作狀況,分析、判別故障原因。,31,三、性能指標(biāo)測試,以系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)與要求為依據(jù),應(yīng)用電子儀器進(jìn)行各項指標(biāo)測試,觀察是否達(dá)到要求。,記錄測試條件,測試方法,詳細(xì)測試數(shù)據(jù)及波形。,32,四、文檔整理和撰寫實驗報告,電子系統(tǒng)設(shè)計的總結(jié)報告是對學(xué)生寫科學(xué)論文和科研總結(jié)報告的能力訓(xùn)練。通過寫報告,不僅把設(shè)計、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進(jìn)行全面總結(jié),而且把實踐內(nèi)容上升到理論高度。總結(jié)報告應(yīng)包括以下幾點: (1)課題名稱。 (2)內(nèi)容摘要。 (3)設(shè)計內(nèi)容及要求。 (4)比較和選定設(shè)計的系統(tǒng)方案,畫出系統(tǒng)框圖。 (5)單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇說明。 (6)畫出完整的電路圖,并說明電路的工作原理。,33,(7)組裝調(diào)試的內(nèi)容。包括: 使用的主要儀器和儀表; 調(diào)試電路的方法和技巧; 測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結(jié)果比較分析; 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。 (8)總結(jié)設(shè)計電路和方案的優(yōu)缺點,指出課題的核心及實用價值,提出改進(jìn)意見和展望。 (9)列出系統(tǒng)需要的元器件。 (10)收獲、體會。 (11)參考文獻(xiàn)。,34,多功能函數(shù)發(fā)生器,一、 設(shè)計任務(wù)書 二、 儀器與器件 三、 參考文獻(xiàn) 四、 設(shè)計思路提示 五、 系統(tǒng)安裝調(diào)試方法步驟,35,一設(shè)計任務(wù)書,(1)設(shè)計一個能產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波的電路,要求波形的頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào),矩形波占空比在一定范圍內(nèi)可調(diào); (2) 用數(shù)碼管顯示波形頻率; (3)用中、小規(guī)模集成電路(雙列直插式)組件和阻容元件實現(xiàn)所選定的電路。 (4)在計算機(jī)上用multisim仿真優(yōu)化。 (5)在模擬實驗裝置和 數(shù)字邏輯實驗箱上安裝、調(diào)試。 (6)寫出設(shè)計總結(jié)報告。,1題目 多功能函數(shù)發(fā)生器,2設(shè)計要求,36,(1)頻率范圍:150300Hz,連續(xù)可調(diào); (2)矩形波占空比:30%60%,連續(xù)可調(diào); (3)輸出電壓:矩形波UP-P 12V;三角波UP-P 12V;正弦波UP-P 1V; 。 (4)由三個數(shù)碼管(液晶屏)實時顯示輸出頻率。,3主要技術(shù)指標(biāo),37,譯碼、顯示部分可直接利用實驗箱上的三位LED顯示器。,二、儀器與器件,1、儀器,直流穩(wěn)壓電源 1臺 示波器 1臺 萬用表 1臺 模擬實驗裝置 1臺 數(shù)字實驗箱 1臺,38,2、器件,四運放LM324 1塊 0.38 2-5-10進(jìn)制計數(shù)器74LS90 3塊 2 四位寄存器74LS194 3塊 四2輸入與非門74LS00 1塊 0.6 555定時器 1

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