电子设计综合实验.pdf

电子设计综合实验 第一讲 设计制作基础训练 课程整体安排 理论授课学时 10学时 设计制作基础训练 输入通道设计训练 输出通道设计训练 控制单元及接口电路设计训练 系统设计训练 实验学时 21学时 实验一 电源模块的设计 实验二 输入通道的设计 实验三 输出通道的设计 实验四 控制单元及接口电路的设计 实验五 综合系统的设计及调试 选修要求 具有动手制作电子系统的兴趣 良好的自学精神 具有电路版图设计基础 保证课堂秩序 按时提交作业 认真对待实验 考核方法 实验及实验报告成绩 50分 平时作业及课堂讨论成绩 作业及讨论稿 30分 笔试考试成绩 20分 对实验的几点要求 每次实验前 要求要对实验进行预习 提出具体可行的电 路设计方案 当堂实验完成不了的 自行找时间在下次实验开始前完成 实验室没有提供的元器件自行解决 全国大学生电子设计竞赛介绍全国大学生电子设计竞赛介绍 电子设计工程师认证考试电子设计工程师认证考试 电子制作工艺基础电子制作工艺基础 电子元器件的识别电子元器件的识别 常用仪器设备的使用常用仪器设备的使用 印制版图的设计印制版图的设计 常用单元电路 电源模块 的设计常用单元电路 电源模块 的设计 全国大学生电子设计竞赛介绍全国大学生电子设计竞赛介绍 教育部倡导的四大学科竞赛之一 始于1994年 由教 育部高等教育司 信息产业部人事司共同主办 索尼公 司协办 面向全国高等学校大学生 每两年举办一届 竞赛时间 9月份 赛期4天 全国统一命题 分赛区同 时竞赛 半封闭 相对集中 竞赛内容 应用电子技术 包括模拟低频 高频和数字电路 应用设计为 主题内容 涉及单片 可编程逻辑器件 EDA软件工具的应 用 包括 理论设计 和 实际制作与调试 两部分 题目包括基本要求部分和发挥部分 测试基础知识的运用能 力 实际设计能力和独立工作能力 电子设计竞赛的题目分析电子设计竞赛的题目分析 电源类 简易数控直流电源 第一届 直流稳压电源 第三 届 信号源类 实用信号源的设计和制作 第二届 波形发生器 第 五届 电压控制LC振荡器 A题 第六届 高频无线电类 简易无线电遥控系统 第二届 调幅广播收音机 第三届 短波调频接收机 第四届 调频收音机 第五 届 放大器类 实用低频功率放大器 第二届 高效率音频功率放大 器 第五届 宽带放大器 B题 第六届 仪器仪表类 简易电阻 电容和电感测试仪 第二届 简易数字 频率计 每三届 频率特性测试仪 第四届 数字式工频有效 值多用表 第四届 简易数字存储示波器 第五届 低频数字 式相位测量仪 C题 第六届 简易逻辑分析仪 D题 第 六届 数据采集与处理类 多路数据采集系统 第一届 数字化语音存 储与回放系统 第四届 数据采集与传输系统 第五届 控制类 水温控制系统 第三届 自动往返电动小汽车 第五 届 简易智能电动车 E题 第六届 液体点滴速度监控装 置 F题 第六届 题目具有实用性强 综合性强 技术水平发挥 余地大的特点 涉及到的电子信息类专业的课 程有 低频电路 高频电路 数字电路 微机 原理 电子测量 单片机 可编程逻辑器件 EDA设计等 竞赛中可选用的器件有 晶体管 集成电路 大规模集成电路 单片机 可编程逻辑器件 等 设计手段 现代电子设计方法与开发工具 如 VHDL语言 EDA工具 单片机编程器等 电子设计工程师认证考试电子设计工程师认证考试 综合知识考试方式 时间 120分钟 开卷 网上考试 试题随机分布 其顺序各不相同 基本元器件的知识 R L C 二极管 三极管等 电子电路的基本知识 RC电路 模电 数电等 计算机的基本知识 组成 参数 接口 语言等 基本测量仪器及使用 示波器 电压表 信号源 稳压电源等 综合应用 设计题 分析题 实操机考部分考试内容分述 时间 60分钟 设计一个稳压电源 设计一个信号调理电路 设计一个A D转换电路 设计一个单片机输出接口电路 设计一个键盘电路 设计一个显示电路 数码管 液晶 实操实际操作部分考试内容分述 时间 2小时 制作并调试一个稳压电源 制作并调试一个信号调理电路 制作并调试一个A D转换电路 制作并调试一个单片机输出接口电路 制作并调试一个键盘电路 制作并调试一个显示电路 数码管 液晶 制作并调试一个数据采集电路并在显示系统上正确显示 电子制作工艺基础电子制作工艺基础 电子制作工艺是从事电子工程技术人员的基本功或 基本能力 重线路 轻工艺 搞线路和搞工艺的人不能统一 与国外相比 我国电路的设计水平并不落后 差距在 于芯片制造技术和电子装配工艺落后 电子制作涉及的基本工艺 印制电路板制作工艺 焊接工艺 装配工艺 调试工艺 元器件的测试与筛选 对于电路中消耗能量较大的耗能元件和承受电压较 高的元件 应有1 5 2倍的裕量 对于高频电路中的调谐电容 振荡电容 其电容量 都较小 应选优质的电解电容 云母电容 其他元 件也要选高频特性好的 以减轻高频损耗 对于滤波电路 选普通电容即可 对定时电路 应 选漏电小的钽电容 万用表 RLC测试仪或Q表 专用仪器 元件的测试筛选不是可有可无的环节 不 合格的元件一旦装入电路 会给测试电路 带来很大的麻烦 焊接工艺 要求手工焊接所形成的焊点 圆滑光亮 无气孔 无尖角 无拖尾 虚焊 焊料和被焊物没有产生合金状态 使被焊元 件和焊点间有接触电阻 导致电路工作时好时坏 装配工艺 单板装配和整机装配 根据零部件 电路板的尺寸选择机箱的形状和大小 机箱内各单板 部件布置合理 便于安装和检查 发热元件要留出散热空间 必要时加散热片 尽量 避免各部分的干扰 必要时应加屏蔽 各单板 部 件最好通过按插件相连 拔插容易 各紧固件应拧紧牢固 要加弹簧垫片 固定大型器 件要加紧固支架 对于振动部件应加防振垫 布局 布线注意整齐美观 电子元器件的识别 电阻器电子元器件的识别 电阻器 电阻器的分类 电阻器的分类 无源器件 固定电阻 可变电阻 电位器 特种电阻器 敏 感电阻 半导体电阻 光敏 热敏 湿敏 压敏 气敏等 电阻器的技术指标电阻器的技术指标 标称阻值 允许误差 额定功率 温度系数 噪声 最高工作电压 高频特性等 额定功率 指电阻长时间工作 而不显著影响其性能条件下所允许消耗 的最大功率 降额使用 一般设计值为额定功率值的0 3 0 5 标称阻值 阻值相近的使用原则 精度 也称做误差 是指电阻的实际阻值与标称值的相对误差 普通型 5 10 20 和精密型 2 1 0 5 0 2 电阻器的标识方法 文字符号直标法 单位 k M G 吉欧 T 太欧 等 遇到小数时 常以 K M取代小数点 例如 0 5 可 标为 5 5 1K 可以标为5K1 精度 材料 用不同的字母表示 误差 0 001 0 002 0 005 0 01 0 02 0 05 0 1 符号EXYHUWB 误差 0 2 0 5 1 2 5 10 20 符号CDFGJKM 符号TJXHYCSIN 材料碳膜金属膜线绕合成膜氧化膜沉积膜有机 实蕊 玻璃 釉膜 无机 蕊片 色环法 1 8W 1 4W间的电阻 色环标出阻值和精度 材料由整体颜 色识别 功率由体积识别 口诀 棕一红二橙三 黄四绿五蓝六 紫七灰八白九 金五 银十黑零 电阻器质量的判断 判断电阻器质量的好坏 一要观察其外观及引线 要求无 缺陷 断裂 氧化 霉变 二是用万用表的欧姆挡去检 测 若读数与标称值相差太大或不稳定 则不能使用 水泥电阻器 1 低噪音 绝缘性良好 2 耐热性久 电阻系数呈直线变化 3 短时间过负荷载 阻值长时间无变化 电子元器件的识别 电位器电子元器件的识别 电位器 分压 分流 变阻器 如作为分压器 是一个四端元件 作为变阻器使用时 是一个两端元件 常用字母 RP 表示 主要技术指标 标称阻值 额定功率 电位器的两个固定端上允许耗散的最大功率 滑动噪声 当电位器的滑动端在电阻体上滑动时 滑动端与固定端 之间的电压出现无规则的波动现象 分辨率 线绕电位器的分辨率较差 阻值变化规律 线性变化 指数变化或者对数变化等形式 极限电压 电位器的质量判断方法 静态检测 万用表 档测量固定阻值与标称值的接近程度 动态检测 万用表检测固定端与滑动端的阻值 调动滑动 端让阻值从最小阻值变化到最大 测量值变化应该连续并 无跳动 如果测量值抖动较大 说明滑动端接触不良 耳机电位器直滑式电位器 电子元器件的识别 电容器电子元器件的识别 电容器 滤波 移相 隔直流 旁路 选频及耦合等作用 电容器的主要技术参数 容量及精度 电容器的容量精度等级较低 一般误差在 5 以上 额定电压 保证长期工作而不被击穿的电压 选用原则 额定电压降额使用 电容器的额定耐压值应超过电路上实 际电压的30 50 损耗角 电容器介质的绝缘性能取决于材料及厚度 绝缘电阻越大 漏电流越小 漏电流的存在 将使电容器消耗一定电能 由于电容 损耗而引起的相移角称为电容的损耗角 金属化 聚脂膜 电容 塑料外壳 金属化聚 脂膜电容 轴向金属 化聚脂膜 电容 电热电 容器 高压并联 电容器 电解电容 瓷介电容器 涤纶电容器 独石电容器 云母电 容器 金属化纸介电容器 铝电解电容器 图形 符号 空气双联 密封双联 空气单联 单联符号 双联符号 单 双联可变电 容器的外形和图 形符号 型号命名方法 由四部分内容组成 第一部分 第一部分 主称字母C 第二部分 第二部分 介质材料 第三部分 特 征 第四部分 第四部分 用数字表示序号 例如 CC104表示 0 1uF瓷介电容器 铝电解电容器 CD 钽电解电容器 CA 瓷片电容 CC 云母电容 CY 聚丙烯 CBB 聚四氟乙烯 CF 聚苯 乙烯 CB 涤纶电容器 CL 容量的标志方法 单位 F mF uF nF pF 例如 4n7 表示4 7nF或4700pF 0 22 表示0 22uF 510 表示510pF 一般认为 电容器表面上数字大于1 表示的电容器的容量单位 为pF 用小于1的数字表示时 单位为uF 电容器的质量检测 电容器容值的测量 数字万用表的电容档 电容器绝缘电阻的测量 万用表的电阻档 电阻越大说明漏电 流越小 电子元器件的识别 电感器电子元器件的识别 电感器 应用 调谐 振荡 耦合 匹配 滤波 陷波 延迟 补偿等 电感器的主要参数 电感量 L 常用单位 亨利 H 毫亨 mH 微亨 uH 品质因数Q 阻值小的品质因数高 要正确测量电感线圈中的电感 量和品质因数 需要专门的仪器 额定电流 线圈中允许通过的最大电流 常用电感器的外型 卧式 立式两种 通常是将漆包线直接绕在棒形 工字型 王字型 等磁心上而成 也有用漆包线绕成的空心电感 电感器的标志方法 与电阻器的标志方法类似 通常采用文字 符号直标法和色环法 电感器的选用 额定电流降额使用 电感器的额定电流值应超过电路上实际电流的 30 50 在高频电路中在选用高Q值 低损耗角的电感器 色环电感 色码电感 环形电感 绕线电感 功率电感 电子元器件的识别 半导体分立器件电子元器件的识别 半导体分立器件 半导体的命名方法 中华人民共和国国家标准 半导体器件型号命名 方法 GB249 74 国际电子联合会半导体器件命名方法 由欧洲共同体等国家依照国际电子联合会规定制定的命名 方法 美国半导体器件型号命名法 美国半导体器件命名法是由美国电子工业工作协会 EIA 制定的晶体管分立器件型号的命名方法 日本半导体器件型号命名法 按日本工业标准 JIS 规定的命名法 JIS C 702 命名 半导体器件手册 常见的三极管的封装外型 其中TO3 TO5 TO52 TO93 TO18为金属封 装 TO92为小功率塑料封装 TO220为中功率塑 料封装 TO247为大功率塑料封装 半导体分立器件的简单测试方法 普通二极管的外壳上均印有型号和标记 标记有箭 头 色点 色环三种 箭头所指方向或靠近色环的 一端为负极 有色点的一端为正极 二极管的检测 用指针式万用表测量正 反向电阻 红表笔接二极管的负 极 黑表笔接二极管的正极 此时测得的是正向电阻 将两 表笔对调 测得是反向电阻 正向电阻比反向电阻要大得 多 说明二极管是好的 其他情况都不正常 用数字万用表的二极管挡 将红表笔接二极管的正极 黑表 笔接二极管的负极 此时读数为二极管的正向压降 一般硅 管为0 5V 0 7V左右 锗管为0 2V 0 4V左右 反向压降测 量不到 其他情况都说明二极管性能不良或损坏 注意 指针式万用表内部的电池正极与黑表笔 相连 而数字万用表的红表笔比黑表笔的电位 要高 电子元器件的识别 晶闸管电子元器件的识别 晶闸管 晶体闸流管简称晶闸管 具有可以控制的单向 导电性 所以俗称为可控硅 它属于电力半导 体器件 主要用于整流 逆变 调压 开关四 个方面 目前晶闸管整流电路广泛用于可控整 流器 晶闸管是一种PNPN四层半导体器件 阳极A 阴极K 门极 控制极 G 由阻断变为导通的条件 阳极和阴极 之间加正向电压 同时控制极加适当 的正向电压 实际中控制极加正脉 冲 一旦晶闸管导通 控制极就 失去了控制作用 当阳极电流小于一 定值时 维持电流IH 晶闸管由导 通变为关断 双向晶闸管亦称三端双向交流开关 是目前较 理想的交流开关器件 它仅用一个触发电路 即可代替两只反极性并联的单向晶闸管 用来 控制交流负载 双向晶闸管可广泛用于交流调 压 调速 舞台调光和台灯调光等领域 电子元器件的识别 双向晶闸管电子元器件的识别 双向晶闸管 电子元器件的识别 电子元器件的识别 整流全桥组件 长方体全桥组件 圆柱体全桥组件 扁形全桥组件 方形全桥组件 电子元器件的识别 电子元器件的识别 半导体集成电路 各公司产品的型号与命名方式不同 分类 数字 模拟 数 模混合集成电路和专 用集成电路 封装形式 金属 陶瓷 塑料封装 片式电感器外形 SOC贴片三极管结构外形 表面贴装元件 特别适合高频电路使用 贴片元 件有电阻 电容 三极管 二极管 电感 集成 电路等 常用仪器设备的使用常用仪器设备的使用 直流稳压电源 信号发生器 万用表 示波器 毫伏表 数字万用表 模拟万用表电压表 电流表 信号发生器 EE1651型函数信号发生器 EE1651 型函数信号发生器 KHz Hz 500K 100K 10K 1K 100 10 1 正弦 三角 方波 开 关 10VP P max 4W max 频率调节对称性调节 CMOS输出 TTL输出 VCF输入 50 4 0 22关 功率20dB40dB 衰减 电 源函数信号输出 频率范围选 择 与频率调 节旋钮配合 可调出所需 要频率 输出波 形选择 频率 显示 幅度调节 衰减 选择 输 出 SG1010信号发生器 shift频率幅度调频调幅菜单 MHzKHzHz 10 10本地 电源 78 65 9 4 321 0 正弦 OK SG1010 10MHz数字合成信号发生器 TTL输出 电压输出 外测量输入小信号输出 开 关 方波三角脉冲 4 31 26 5 7 8 9 1 电源 2 显示屏 3 快捷键 4 屏幕键 5 方向键 6 数字键 7 旋转脉冲 开关 8 输出接口 9 输入接口 具有TTL波 正弦波 方波 三角 波 调频 调幅 调相 FSK ASK PSK 线性频率扫描 对数 频率扫描等信号发生功能 还具有 频率测量 周期测量 正脉宽 负 脉宽测量和计数功能 1 电源与屏幕调校 2 标准方波信号 3 Y3 Y3 Y3 Y轴偏置系统轴偏置系统轴偏置系统轴偏置系统 4 X4 X4 X4 X轴偏置系统轴偏置系统轴偏置系统轴偏置系统 5 触发部分 6 显示部分 7 扫描部分 8 功能旋钮 1 1 1 12 2 2 2 3 3 3 3 8 8 8 8 7 7 7 7 6 6 6 6 4 4 4 4 5 5 5 5 9 9 9 9 SS 7802 7804 SS 7802 7804 SS 7802 7804 SS 7802 7804 SS 7802 7804 SS 7802 7804 SS 7802 7804 SS 7802 7804 20M 40M 示波器示波器示波器示波器示波器示波器示波器示波器 印制版图的设计印制版图的设计 设计软件 Protel dxp AD6 设计内容 原理图设计 PCB图设计 TRIG 2 OUT 3 RST 4 CVOLT 5 THR 6 DISC 7 VCC 8 GND 1 U1 LM555J R1 R2 C1 8 Speaker TRIG OUT BT1 Battery C2 Cap C3 R3 R4 key SW PB 按印制电路的分布 单面板 双面板和多层板 按机械性能 刚性和柔性 柔性印制电路板突 出特点是能弯曲 卷缩 折叠 按适用范围 低频和高频印制电路 PCB图送到电路板厂制作一般需要3 5 天 正常焊接与虚焊 工业生产锡焊技术 浸焊 波峰焊 再流焊和倒装焊 浸焊 安装好的印制板浸入熔化状态的焊料液中 一次完 成印制板的焊接 焊点以外不需连接的部分通过在印制板 上涂阻焊剂来实现 波峰焊 适于大批量生产 波峰由机械或电磁泵产生并可 控制 印制板由传送带以一定速度和倾斜度通过波蜂 完成 焊接 再流焊 也称回流焊 按加热方式不同可有红外线加热 饱和蒸气加热 热风加热 激光加热等 其中红外线使用 最为广泛 红外线有远红外和近红外之分 热量来自红外 辐射和空气对流 红外焊机又称为红外炉 倒装焊 多芯片组装技术中的关键技术 又称面键合技术 优点 焊点分布在全表面 点小密度高 连线短 可焊 性好可靠性高 可返修 现代电子焊接技术的发展 焊件微型化 焊接方法多样化 锡焊 特种焊接 高频焊 超声 焊 电子束焊 激光焊 摩擦焊 爆炸焊 扩散焊 无铅焊接 铟 铋 无加热焊接 导电粘接 剂 设计生产计算机化 现代计算机及相关工业技术的 发展使制造业对各个工序自动控制 即从设计 试 验到制造 从原材料筛选 测试到整件装配检测 这些过程由计算机系统进行控制 组成计算机集成 制造系统 CIMS 生产过程绿色化 使用无铅焊料 免清洗技术 表面安装技术 SMT 又称表面贴装技术 表面组装技 术 它是将电子元器件直接安装在印制电路板或其他基板 导电表面的装配技术 包括表面安装元件 SMC 表面 安装器件 SMD 表面安装印制电路板 SMB 普通 混装印制电路板 PCB 点黏合剂 涂焊锡膏 元器件 安装设备 焊接及测试等技术在内的一整套完整的工艺技 术的统称 涉及材料 化工 机械电子等多学科 多领域 是一种综合性高新技术 微组装技术 Microelectronics Packaging Technology MPT 又称为MAT 和集成电路技术地不 断发展是实现电子产品微小型化的两大支柱 微组装技术 被称为第5代组装技术 它是基于微电子学 半导体技术特 别是集成电路技术以及计算机辅助系统发展的当代最先进 组装技术 微组装技术也称为裸片组装技术 即将若干裸 片组装到多层高性能基片上形成电路功能块乃至一件电子 产品 电子系统的抗干扰设计 电磁干扰与电磁兼容 EMC 对不同的干扰信号采取不同的对策 干扰信号本身 占据一定频带及空间方位 有的出现于一定的时间 段 有不同的传播通道 设法在时域 频域及方位 上使干扰信号与电子设备的工作信号分开 常用的 载波技术可以有效地从频率上将两者分开 另一种 办法是 阻塞不如开导 采用旁路等方法来消除干 扰信号 引起稳压电源不稳定的原因 电网输入电压不稳定 电网供电有高峰和低谷 负载的变化也会引起稳压电源的输出电压和电流的 变化 由稳定电源本身的条件造成电压不稳定 构成稳压 电源的元件不好 参数发生变化或失效等 如元件 受温度 湿度和环境等的影响 稳压电源技术指标 容量大小 输入电压的允许范围 输出电压 允许负载电流的范围等 常用单元电路设计 集成直流稳压电源常用单元电路设计 集成直流稳压电源 电子设备的能源电路 关系到整个电路设计的 稳定性和可靠性 线性稳压电源 小功率 开关稳压电源 大功率 稳压电源的基本原理稳压电源的基本原理 Ui nU1 U2 1 1 1 2 U1 整流电路 单相半波整流 单相全波整流 单相桥式整流 倍压整流 整流二极管有1N4007 1N5148等 桥堆有RS210等 滤波电路 常见的电路有RC滤波 LC滤波 型滤波等 常见的稳压电路有三端稳压器 串联式稳压电路等 输出内阻较大 制作复杂 体积大且存在电 磁干扰 三端固定式正压稳压器三端固定式正压稳压器 三端 电压输入端 电压输出端 公共接地端 78系列 78后面的数字代表稳压器输出的正电压数值 05V 06V 08V 09V 10V 12V 15V 18V 24V共9种输出电 压 78的英文字母代表不同的厂家 最大输出电流分100mA 500mA 1 5A三种 表示为 78 L M L表示100mA M表示500 mA 没有 字母表示1 5A 常见的封装形式 TO 3金属和TO 220的塑料封装 金属 封装形式输出电流可以达到5A 三端固定式稳压器的基本应用电路 抑制输入纹 波 防止自激 振荡 压缩芯片的高频 带宽 减小高频 噪声 三端固定式负压稳压器三端固定式负压稳压器 79系列 79的基本应用电路 负输入 电压 大电流保护二 极管 三端可调式稳压器三端可调式稳压器 品种繁多 如正压输出的317 217 117 系列 123系列 138系列 140系列 150系列 负压输 出的337系列等 a LM317塑料封装形式 b LM337塑料封装形式 可调式三端稳压器的应用电路 典型电路 电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电位器 输出电压 U0 1 25 1 PRP R1 式中 R1一般取值为 120 240 317系列稳压器能在输出 电压为1 25 37V的范围 内连续可调 外接元件 只需一个固定电阻和一 个电位器 最大输出电 流为1 5A 正 负输出稳压电源正 负输出稳压电源 同时输出两组数值相同 极性相反的恒定电压 斩波调压电源电路斩波调压电源电路 MC33063A MC34063A MC35063A是单片DC DC变 换器控制电路 升压 降压 电压反转DC DC变换器 电压输入范围为3 40V 输出电压可调 输出开关电 流可达1 5A 工作频率可达100kHz 内部参考电压精 度为2 升压式DC DC 变换器 输入电压 12V 输出电 压 28V 输出 电流可达175mA 精密稳压电源电路精密稳压电源电路 利用三端稳压器利用三端稳压器MC7805MC7805MC7805MC7805 配合可编程精密电压基 配合可编程精密电压基 准准T