多功能函數(shù)信號發(fā)神器課題.ppt

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