生产实习指导手册基于英飞凌XC866单片机的小功率电力电子装置实训.doc

生产实习指导手册(本科)基于英飞凌XC866单片机的小功率电力电子装置实训 前 言生产实习是大学阶段的重要实践环节之一，通过生产实习，可使大学生在掌握理论知识的同时，了解到实际生产中设计、研制和生产的过程，从而培养学生的实践能力。当今世界的科技发展日新月异，电子类、信息类等领域的发展更是如此。嵌入式、智能化等科技理念早已渗入到了生产生活的点点滴滴，并深深地改变了人们生产生活的方式。作为电气工程专业的大学生，了解相关领域的专业知识并掌握一定的实践技能，对自身的发展大有裨益；通过本次生产实习培养学生的实践能力，使学生接触、了解到电气工程领域的相关设备，并通过亲自动手实践来提高学生的综合素质和学以致用的能力。如今单片机已经成为很多电子设备的控制核心，许多科研项目中已离不开单片机的设计，使学生了解并掌握单片机系统的开发过程是十分必要的。故本生产实习以单片机系统作为训练的核心，辅之以基础电子知识，以期通过实习使学生学到电子产品的工艺设计知识，了解到电子产品制造过程和电子产品工艺，掌握制作电子产品的操作技能，为进一步学习和应用奠定基础。 编者 通过实习，你该学到什么？本次生产实习的主要目的是培养大家的动手实践能力，以期通过这段时间的实习使大家具备以下能力：1、焊（电路板基础及其焊接、拆焊技术）；2、选（元器件的识别、测试、筛选能力）；3、装（电子电路和电子产品的装配能力）；4、调（电子电路和电子产品的调试能力）；5、测（正确使用仪器测试电参数的能力）；6、读（电子电路以及装配图的读图能力）；7、写（总结调试经验和编写报告的能力）。本手册从电子元器件常识、印制电路板的基础知识及焊接技术、英飞凌8位单片机最小系统设计以及单片机系统调试与检测等几个方面给出了必备的基础知识，明确了生产实习的目的、任务和考核要求，为生产实习的顺利完成提供了宝贵资料。同时，与该次实习配套的小功率电力电子硬件平台经过了精心设计，十分注重模块化和可扩展设计理念，使该平台在实习完后，可根据大家的兴趣和需求进行再次开发，鼓励大家加入多种个性化设计，方便大家在课余时间进行单片机的开发学习和竞赛之用。目 录第1章单片机最小系统的设计 05第2章常用元器件及选用基础 30第3章印制电路板及焊接基础 40第4章单片机系统软硬件调试 45附录1 参考程序 67附录2 电路图 83附录3 元件清单 86第1章单片机最小系统的设计1 英飞凌XC866单片机简介XC866是Infineon公司在21世纪推出的高性能8位微控制器XC800系列产品之一，它的设计基于与工业标准8051处理器兼容的XC800内核，且在51系列单片机的基础上进行了资源扩展，使其功能更为强大。XC866将许多外围电路集成在片内，例如片内振荡器、嵌入式电压调节器（从而可以由3.3V或5.0V的单电源供电）、专用波特率发生器、看门狗定时器、高性能AD转换器、捕获/比较单元6（CCU6）等，从而具备许多增强功能以满足新型应用。此外，嵌入式闪存（Flash）器件为系统开发和批量生产提供了很大的灵活性；兼容ROM器件为大批量生产提供了节省成本的空间。XC866存储器保护策略为用户知识产权（IP）提供读保护，同时提供Flash编程和擦除保护防止数据遭无意破坏。XC866主要特性包括：用来产生脉宽调制信号、带有电机控制专用模式的捕获/比较单元6（CCU6）；10位模数转换器（ADC），具有如自动扫描和结果累加（用于抗混迭滤波或结果平均）等扩展功能；功能扩展的通用异步收发器（UART），支持本地互联网络（LIN）应用，并为许多器件提供LIN的底层驱动器件；提供不同的省电模式选择，以满足低功耗应用；其丰富的片上外设功能由特殊功能寄存器（SFR）控制，采用智能分页机制（优化中断处理）来扩展SFR的地址范围。XC866具有与标准8051兼容的高性能8位中央处理单元，但与8051的机器周期由12个时钟周期组成不同，XC866将外围总线封装进CPU中以提高执行速度，其机器周期由2个时钟周期组成，可快速、无等待地访问ROM和RAM。与8051相比，XC866特性如下：（1）2个时钟的机器周期结构（快速无等待的内存访问）（2）支持Flash访问的等待状态（3）程序存储器下载选择（4）15个中断源、4级优先级的中断控制器（5）双数据指针（6）专用调试模式和调试信号（7）2个16位定时器（定时器1和定时器2）（8）全双工串行接口（UART）XC866功能框图如图1所示，具体管脚定义图如图2所示，它的封装是PG-TSSOP-38。图1 XC866功能框图图2 管脚定义图2 实习要求2.1 实习目的（1）掌握XC866单片机的工作原理及使用方法，学会使用仿真器和下载器（含相关软件），会用其调试和下载程序；（2）掌握一般硬件电路的设计方法和常用电子元器件的选用原则；（3）熟悉印制电路板（PCB）的设计过程，掌握常用元件的焊接方法和技巧；（4）掌握单片机系统的设计过程及其调试过程，增加对实际电路的感性认识；（5）掌握电力电子变换器的通常设计方法和应用技术；（6）培养学生发现问题、独立思考并解决问题的能力，最终提高其实践能力。2.2 实习内容本生产实习的内容是利用XC866单片机设计完成小功率直流电机的速度控制，设有按键，并利用LCD进行显示。其具体要求如下：（1）一级任务（A）熟悉硬件电路原理，掌握各部分电路功能，焊接好单片机最小系统和直流电机驱动电路；（B）由按键控制电机运行和停止，即当按运行键，则电机运转，同时在LCD上显示运行状态等信息；当按停止键，则电机停止，同时在LCD上显示停止状态等信息。（2）二级任务（A）在一级任务基础上，实现电机正转、反转功能；（B）实现完整键盘功能，包括正转键、反转键、加速键、减速键、有级调速键、无级调速键、运行键、停止键，各种按键是否有效在LCD上显示出来。（3）三级任务（A）在二级任务基础上，由加速键和正转或反转键实现电机正转或反转有级加速，由减速键和正转或反转键实现电机正转或反转有级减速功能；（B）LCD上显示当前电机运行状态和电机转速等信息。（4）四级任务（A）在三级任务基础上，由电位器通过AD转换实现对电机的无级调速功能，即由AD转换值和正转或反转键实现电机正转或反转无级加速，由AD转换值和正转或反转键实现电机正转或反转无级减速功能；（B）LCD上显示当前电机运行状态和电机转速等信息。2.3 实习计划该次生产实习共四周时间，其中一周时间为参观实习，其他三周时间进行小功率电机控制系统的设计与调试，下面对每一天的安排作出详细规划如下表：星期一星期二星期三星期四星期五第一周（1）指导教师讲解生产实习的目的、任务、要求、注意事项等；（2）指导教师详细讲解系统电路的工作原理；（3）指导教师解答学生们提出或存在的问题；（1）学生理解消化实习内容；（2）发放工具、元器件及通用印制电路板。（3）识别、测量元器件，针对PCB板进行元器件布局；（4）焊接元器件。（1）焊接电路；（2）根据图纸，检查所焊元件是否正确，方向是否正确。由万用表测量电源线和地线间是否短路？注意虚焊、粘连等；（3）验收硬件电路。（1）熟悉XC866单片机的原理；（2）按照软件流程图，编写相关子程序；（3）检查并排除语法、逻辑等编程错误。第一阶段性检查！（1）熟悉XC866单片机的原理；（2）按照软件流程图，编写相关子程序；（3）检查并排除语法、逻辑等编程错误。第二周（1）按照软件流程图，编写一级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。（1）按照软件流程图，编写一级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。（1）按照软件流程图，编写一级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。第二阶段性检查！（1）按照软件流程图，编写二级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。（1）按照软件流程图，编写二级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。第三周（1）按照软件流程，编二级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。第三阶段性检查！（1）按照软件流程图，编写三级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。（1）按照软件流程图，编写三级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。（1）按照软件流程图，编写四级程序；（2）检查并排除语法、逻辑等编程错误。（1）按照软件流程编四级程序；（2）整理并且提交实习报告。综合考核！考核注意事项：（1）第一阶段性检查内容：主要为现场面试方式，检查电路板是否焊接完成以及焊接质量，并考核一些关于焊接的知识、技巧等。（2）第二阶段性检查内容：主要以现场面试方式或总结报告形式，考核内容主要涉及实习内容、各部分电路功能及原理、XC866单片机指令及一级任务相关的软件等。（3）第三阶段性检查内容：主要为现场面试方式，检查软件完成的进度，并考核一些关于软、硬件调试的方法，以及二级任务的完成情况等。（4）综合考核：首先，检查三级和四级任务的完成情况；其次，评阅实习报告；第三，参考以上三次阶段性检查成绩；最后，参照考核量化表，得出生产实习成绩。2.4 生产实习报告书要求（1）生产实习的目的、要求；（2）生产实习的主要内容；（3）各部分电路工作原理；（4）软件设计思路与流程；（5）硬件焊接及调试过程；（6）软件调试过程；（7）心得体会；（8）程序清单与原理图。2.5 量化考核生产实习注重动手能力，培养学生独立思考问题、解决问题的能力，故从上述几方面对学生生产实习的完成情况进行全面考核，考核标准如下：考核等级考核内容优秀（1） 实习期间，态度严谨，遵守纪律，工作积极认真；（2） 勤学好问，善于发现问题，独立思考问题及解决问题能力强；（3） 焊接电路水平高，电路板整齐；（4） 圆满完成一级任务、二级任务、三级任务甚至四级任务；（5） 实习报告完整丰富，总结全面深刻，有独立见解。良好（1） 实习期间，态度严谨，遵守纪律，工作认真；（2） 勤学好问，独立思考问题及解决问题能力较强；（3） 焊接电路水平高，电路板整齐；（4） 圆满完成一级任务、二级任务甚至三级任务；（5） 实习报告完整全面，总结较细致，有一定见地。中等（1） 实习期间，工作较认真；（2） 独立思考问题及解决问题能力一般；（3） 焊接电路水平一般，电路板较整齐；（4） 圆满完成一级任务甚至二级任务；（5） 实习报告完整，但总结缺乏独立见解。及格（1） 实习期间，工作较认真；（2） 动手能力一般，对他人依赖性较强；（3） 焊接电路水平一般，电路板较整齐；（4） 基本完成一级任务；（5） 实习报告完整，但不够深入。不及格（1） 实习期间，态度不端正，工作不认真；（2） 不懂装懂，不会不问，完全依赖他人；（3） 焊接电路水平较差，电路板不够整齐；（4） 没有完成任何级别的任务；（5） 实习报告不完整，不认真，生搬硬套。3 设计思路3.1 系统框架采用XC866单片机作为控制核心，由单片机自带的CCU6单元模块产生PWM信号，该信号经驱动芯片TLP250或TLP351放大后控制功率MOSFET组成的H桥电路，控制直流电机运转。由按键输入运行、停止、正转、反转、有级调速和无级调速等指令，实现对转向及电机速度的有级调速控制。通过单片机的ADC模块采集外接电位器的模拟电压信号实现无级调速控制。同时，由LCD液晶显示运行状态、转向和转速等信息。系统控制框图如图3所示。图3 系统控制框图3.2 单片机最小系统本次实习选用XC866单片机作为控制核心。要使单片机正常工作，就必须有相应的外围电路，能使单片机正常工作的最简化外围电路系统，通常称之为单片机的最小系统，如图4所示，一般包括：电源电路、复位电路（XC866低电平复位！与通常89C51系列高电平复位不同）、晶振电路等。最小系统再扩展，可扩展以下一些功能模块：键盘（独立、矩阵）、显示（LED、LCD）、通信（RS232、UART等）、总线（SPI、I2C等）、通用IO（LED、蜂鸣器、继电器等）、前向通道、后向通道等。图4 最小系统电路图复位电路模块中，IMP809是IMP公司研制的一组CMOS监控电路，能够为低功耗微控制器MCU、微处理器MPU或数字系统监视35V的电源电压。在电源上电、掉电或跌落期间产生不低于140ms的复位脉冲，将该功能集成到一片3脚封装的芯片内，与采用分立元件或通用芯片构成的电路相比，大大减少了系统的复杂性和器件的数量，显著提高了系统的可靠性和精确度。IMP809系列芯片的内部结构如图5所示。图5 IMP809内部结构图复位信号用于启动或者重新启动MPU/MCU，令其进入或者返回到预知的循环程序并顺序执行。IMP809就用于监视系统的电源电压，并在偏离正常范围时，即低于复位门限时，发出一个复位信号。在电源上电、掉电或跌落期间，只要VCC还大于1.1V，就能保证RESET输出电压不高于0.4V的低电平，确保复位信号有效。在VCC上升期间RESET维持低电平，直到电源电压升至复位门限以上。在超过此门限后，内部定时器大约在维持240ms后释放RESET，使其返回高电平，无论何时只要电源电压降低到复位门限以下（即电源跌落），RESET引脚会即刻变低。本次实习系统的实际电路图中，通常51单片机系统管脚（即89C51的port0、port1、port2和port3管脚）与XC866单片机系统管脚对应关系如图6（a）（d）所示。（a） port0管脚对应图(b) port1管脚对应图（c） port2管脚对应图（d）port3管脚对应图图6 51单片机系统管脚与XC866单片机系统管脚对应关系3.3 显示电路鉴于液晶显示越来越普遍，故本次实习特选用驱动方便的COG型1602液晶显示模块。常见的液晶显示模块可以分为：字符型、点阵型等，该1602模块属于字符型液晶。该模块是一种用57点阵图形来显示字符的液晶显示器，其显示容量为2行16个字，故称之为1602。其14针接口为通用接口：1号管脚：GND，模块的接地。2号管脚：VCC，模块+5V供电。3号管脚：VO，液晶模块对比度调整端，接正电源时对比度最低，接地时对比度最高，对比度过高或过低都不能使液晶达到最佳显示效果，因此在使用时可以通过一个10K的电位器来调整对比度。4号管脚：RS，寄存器选择。高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。5号管脚：RW，读写信号线。高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW都为低电平时，可以写入指令或者显示地址；当RS为低电平、RW为高电平时，可以读忙信号；当RS为高电平、RW为低电平时，可以写入数据。6号管脚：EN，使能端。当EN端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。714号管脚：D0D7，8位双向数据线。此外，该液晶模块还配有背光，所以还有单独的两根背光电源线：红线为正电源，黑线接地。注意！该1602模块背光供电电源为4.2V，若要在5V系统中用5V供电的话，需串入一个10欧姆的限流电阻，防止背光模块损坏。1602液晶模块内的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、日文的假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H）。显示时，模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。1602液晶模块的读写操作以及屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。1602内部的控制器共有11条控制指令，如下表所示。编号指令功能控制线数据线RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光标回原点000000001X3设定进入模式00000001I/DSI/D=1地址递增，I/D=0地址递减；S=1开启显示，S=0关闭显示4显示器开关0000001DCBD=1开启显示，D=0关闭显示；C=1开启光标，C=0关闭光标；B=1光标所在位置字符闪烁，B=0字符不闪烁5移位方式000001S/CR/LXXS/C=0,R/L=0光标左移； S/C=0,R/L=1光标右移；S/C=1,R/L=0字符和光标左移； S/C=1,R/L=1字符和光标右移；6功能设定00001DLNFXXDL=1数据长度为8位，DL=0数据长度为4位；N=1双字列，N=0单字列；F=1 510字形，F=0 57字形7CG RAM地址设定0001CG RAM地址8DD RAM地址设定001DD RAM地址9忙碌标志位BF01BF地址计数器内容读取地址计数器，查询LCM是否忙碌BF=1 LCM忙碌，BF=0 LCM可接受指令或数据10写入数据10写入数据11读取数据11读取数据说明：1为高电平，0为低电平。一个典型的1602液晶模块与单片机的接口电路如图7所示，本次实习电路的液晶接口插座信号图为右图）。 图7 1602液晶模块与单片机的接口电路液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要先确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时，要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下表是该1602液晶模块的内部显示地址。注意：比如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？NO！因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1，所以实际写入的数据应该是：01000000B（0H）+ 10000000B（80H）= 11000000B（C0H）。3.4 键盘采样处理键盘采样主要由I/O口和并行输入、串行输出的74HC165电路完成，如图8所示。首先SH/LD口接收一个上升沿信号将键盘数据锁存到74HC165电路中，然后由单片机I/O口读入。此时CLK端口输入同步移位时钟，单片机P2.2口接收74HC165电路输出的数据。由键盘电路图可知，当某个键按下时，74HC165所对应的管脚为低电平；当未按键时，由于上拉电阻作用，对应管脚为高电平。而电路连接74HC165输出端口为，故若P2.2接收到的某位为1时，表示对应按键按下；若为0时，表示对应的按键弹起或未按下。图8 键盘采样电路针对二级及以上任务，该控制系统共设有8个按键：正转键、反转键、加速键、减速键、有级调速键、无级调速键、运行键、停止键。下面分别说明各键功能：a) 正转、反转键：用于控制电机转向，即正转、反转。b) 加速、减速键：在有级调速状态下，每按下一次按键，电机速度增加或减少一定值。c) 有级调速键：控制电机进行有级调速。该键按下后可以通过键盘加速、减速键对电机调速。d) 无级调速键：控制电机进行无级调速。此键按下后可通过电位器对电机平滑调速。e) 运行键：用于控制产生PWM信号。按下该键，电机开始运转。f) 停止键：禁止产生PWM信号，使电机停止运转。注意系统初始状态是停止状态。3.5 电机调速原理根据直流电机的结构分析可得到等效模型，包括电枢绕组及其等效电阻等。直流电机的转速n和其它参数的关系可用下式来表示： （1）式中，UN是电枢电压，IN是电枢电流，Ra是电枢回路总电阻，Ce是电势常数，是励磁磁通。采用电枢电压调速的方法。当改变电枢电压时，转速n随之改变，达到直流调速目的。通过PWM调制，即通过控制开关占空比，改变电机电枢电压平均值，从而控制电机速度变化。3.6 电机驱动电路3.6.1 H桥驱动电路原理利用H桥PWM逆变电路作为直流电机的功率驱动电路。电路由四个开关管IRF730（功率MOSFET，自带反并联续流二极管）组成，12V（VCC0-GND0）单电源供电，如图9所示。四个开关管分为两个桥臂，V1和V3为一个桥臂，V2和V4为另一个桥臂。同一桥臂的两个开关管互补导通，为防止短路直通，通常设置死区时间，本次实习设置死区时间2us。abc图9 H桥PWM逆变电路电机是阻感性负载，其电流比电压滞后。如图9所示，设加在电路正负两端的直流电压为U，通过电机电流为I0。正转状态：控制V1一直导通，V3一直关断，V2和V4 PWM交替通断。当V1和V4导通，电机电压Uab=U，此时电流I0流经电源、V1、V4和电机；当V4关断、V2开通时，I0通过V1和D11续流，Uab=0。如图10所示。这样，Uab可以得到+U和0两种电平，电机正转，调节V4占空比大小可控制电机转速。I0abc（a）V1和V4导通，V2和V3关断I0abc（b）V1导通、V4关断，V2导通和V3关断图10 正转开关动作及电流流向示意图反转状态：令V3一直导通，V1一直关断，V2和V4 PWM交替通断。当V2和V3导通，电机电压Uab=-U，此时电流I0流经电源、V2、V3和电机；当V2关断、V4开通时，I0通过V3和D12续流，Uab=0。这样，Uab可以得到-U和0两种电平，电机反转，调节V2占空比大小可控制电机转速。如图11所示。由XC866单片机生成的PWM信号为TTL电平，考虑到单片机IO驱动能力问题，需要先进行适当放大，然后由专门的驱动电路隔离放大，提供给MOSFET G极。而MOSFET所接入的H桥电路两端电源电压为12V。因此，如上图a、b、c三点不可共地，即控制V1、V2、V3和V4的信号之间需要电压隔离。选择DC/DC隔离电源模块隔离输出两路12V电压，它们分别给V1、V2开关管的光耦驱动电路供电。由电路直流输入电源12V给V3和V4开关管的光耦驱动电路供电，因为它们是共地的。I0abc（a）V2和V3导通，V1和V4关断I0abc（b）V4导通、V2关断，V3导通和V1关断图11 反转开关动作及电流流向示意图3.6.2 元件芯片选择（1）小功率直流电机需满足最大电压大于12V，功率为1-2W左右为佳。本次设计选用直流电机最大耐压24V，电流0.15A，最高转速4200转，则给电机提供12V电压时的最高转速为2100转。驱动电路中MOSFET的参数依据直流电机参数确定。MOSFET耐压的选取按电机实际最大电压的两倍考虑，即12V2=24V；其电流的选择应考虑满足电机最大电流，且越小越好，以降低开关管功耗。本次设计选用MOSFET型号为IRF730、IPP065N04N，两种不同的MOSFET器件其主要参数如下表和数据手册所示。A、IRF730器件数据型号VDSSRDS(on)IDRGSIRF730400V15.5A15 B、IPP065N04N器件数据型号VDSSRDS(on)IDRGSIPP065N04 N40V6.5m50A1.5（2）DC/DC电源隔离模块选择输入、输出电压均为12V，功率为1W，其型号是NR12S12/100A。图12 DC/DC电源隔离模块外围电路图（3）PWM信号驱动芯片选择PWM信号的驱动芯片选用74HC07。74HC07是一种功能强大的三态缓冲器，芯片内部集成了8路带有施密特触发器输入特性的缓冲器。在数字计算机中，这类缓冲器用来暂时存放处理器送往外设的数据，可以使高速工作的CPU部分与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。74HC07工作真值表如下表所示。它的内部等效电路图如图13（a）所示和管脚如图13（b）所示。输入（A）输出（Y）LLHZ（Z：High Impedance）（a） 输入和输出等效电路图（b）内部结构和引脚图图13 74HC07结构图（4）选用光耦隔离芯片TLP250或TLP351进行信号隔离及驱动放大。TLP250参数指标如下表及原理结构图如图14所示。型号输入阈值IF电源电流ICC电源电压VCC输出电流IOTLP2505mA11mA10V-35V2.0A（MAX）图14 TLP250原理结构图由图14可知，由引脚2、3输入74HC240放大后的PWM信号，引脚8、5接经隔离电源隔离的电压，引脚6或7输出信号给H桥开关管门极，即可控制驱动MOSFET工作。图15是光耦隔离模块电路。其中，VDDP为+5V电源，与单片机共地。VCC1-GND1是经过NR12S12/100A隔离后得到的+12V电源。图15 光耦隔离模块电路图注意：为防止刚通电时，单片机生成的PWM信号不正常，导致同一桥臂开关管直通短路的损害，所以上电前，红色拨码开关需打到OFF状态，待PWM信号正常后再闭合拨码开关，接通+5V电源VDDP，为电机运行做准备。TLP351参数指标如下表及原理结构图如图16所示。型号输入阈值IF电源电流ICC电源电压VCC输出电流IOTLP3515mA2mA10V-30V0.6A（MAX）图16 TLP351原理结构图3.7 参考流程图（1）一级任务（A）主程序流程图：（2）二级以上任务部分软件参考流程图（A）控制正转、反转流程图： （C）键盘采样与处理子程序流程图：（D）加速调速子程序流程图：（E）减速调速子程序流程图： （F）无级调速子程序流程图：第2章常用元器件及选用基础电子元器件的实物识别就是实物与器件名称的对应，它是电路板焊接的基础，是保证正确高效地完成焊接的前提。元器件的识别不能仅仅停留在外形轮廓上，大多数元器件都是有极性或引脚排列的，只有熟练地掌握了极性或引脚排列的识别，才可以保证电路板焊接的准确、可靠。电子元器件种类繁多，且每一类又具体可以分为很多种，封装表现形式更是多种多样。所以元器件的识别并非是一朝一夕所能熟练掌握的，它是一个长期累积和总结的过程。只有熟练的掌握了常用元器件的识别，才可以分清楚元器件的所属种类，才可以准确无误底进行电路板焊接。如图2.1所示，列出了几种常用的电子元器件：图2.1 几种常用的电子元器件一、电阻电阻是电子电路常用元件，对交流、直流都有阻碍作用，常用于控制电路电流和电压的大小，以下列出的是常规的电阻内容的介绍。精密可调电阻 立式可调电阻 卧式可调电阻 卧式十字型可调电阻 固定电阻 可变电阻图2.2 常用电阻实物图1.电阻器的参数电阻器的参数主要包括标称阻值、额定功率、精度、最高工作温度、最高工作电压及高频特性等，在挑选电阻器的时候主要考虑其阻值、额定功率及精度。至于其他参数只在特定的电气条件下才予以考虑。1）标称电阻电阻器的标称电阻值通常在电阻的表面标出。标称阻值包括阻值及阻值的最大偏差两部分，通常所说的电阻值即标称电阻中的阻值，这是一个近似值。它与实际的阻值是有一定偏差的。标称值按照误差等级分类，国家规定有E24、E12、E6系列，如表2.1所示。表2.1 E24、E12、E6系列标称阻值的具体规定标称值一般用色标法、指标法和文字描述法来表示。色标法是用不同的颜色来表示不同的数值和误差，详见表2.2所示，电阻器有四环表示和五环表示两种表示方法。表2.2 电阻色环与数值的对应关系具体色环表示方法如下。第一色环（从电阻器上看是离端头最近的一环）、第二色环、第三色环分别表示数值X、Y、Z，则电阻阻值为XY10Z，第四色环仅表示该电阻的误差。五环表示的时候第一色环、第二色环、第三色环表示基数，第四色环表示十的指数，第五色环表示误差。一般以金色、银色的一端作为最后的一道色环。如图2.3所示。例如：电阻上标有：红、黑、黄、银，那他的阻值是20104=200k，误差为10%；如果电阻标有黄、紫、黑、红、金，则为470102=47k，误差为5%。指标法就是在电阻上直接标出电阻的数值。文字符号表示法师把文字、数字有规律地结合起来表示电阻的阻值和误差。如图2.4所示。 图2.3 色环电阻表示法 图2.4 直标法2）电阻器的额定功率额定功率是指电阻器在直流或交流电路中，在一定的工作环境下长期连续工作并满足规定的性能要求时所允许承受的最大功率。电阻器有电流流过时会发热，如果温度过高就会被烧毁。图2.5表示在常温、常压下电阻器长期工作所能承受最大功率的表示方法。额定功率大于1W的一般在电阻器上直接标出。图2.5 电阻器的额定功率与对应符号2.常用电阻介绍1）碳质电阻碳质电阻由碳粉、填充剂等压制而成，价格便宜但性能较差，现在已不常用。2）线绕电阻线绕电阻器是用高阻值的合金线(即电阻丝，采用镍铬丝、康铜丝、锰铜丝等材料制成)缠绕在绝缘基棒上制成的。在其外层有绝缘层，两端有引线或安装金属脚。精度高，稳定性好，较多用在需要精密电阻的仪器仪表中。3）碳膜电阻器碳膜电阻器是由结晶碳沉积在磁棒或瓷管骨架上制成的，稳定性好，高频特性好、并能工作在较高的温度下，目前在电子产品中得到广泛的应用。其涂层多为绿色。4）金属膜电阻与碳膜电阻相比，金属膜电阻只是用合金粉替代了结晶碳，除具有碳膜电阻的特性外，能耐更高的工作温度。其涂层多为红色。5）贴片电阻该类的电阻目前常用在高集成度的电路板上，它体积小，分布电感、分布电容都较小，适合在高频电路中使用。二、电容器它是电子电路常用元件，在电路中起耦合、滤波、旁路、调谐、振荡等作用。常用电容器符号如表2.3所示。图2.6 常用电容实物图表2.3 常用电容器符号表2.4 单位表示1.电容器的参数1）标称容量及精度容量是电容器的基本参数，数值标在电容体上，不同类别的电容有不同系列的标称值。2）额定电压电容器两端加电压后，能保障长期工作而不被击穿的电压称为电容的额定电压。额定电压的数值通常在电容器上标出。2.电解电容使用注意事项1）注意直流电解电容的正负极如果正负极接反，将产生异常电流，导致电路短路，甚至损坏器件本身。如果不确定正负极性，就要使用直流双极电解电容。直流电容不能使用在交流电路中。2）在额定电压范围内使用若电容两端电压超过其额定电压，急剧增加的漏电流将导致其特性的恶化或器件的损毁。3）在额定纹波电流下使用如果纹波电流超过其额定纹波电流，电容寿命将缩短，在极端情况下，其内部发热会将其烧毁。在这种电路中，要使用高纹波类型的电解电容。4）电容器和阴极引出端间的绝缘电容器和阴极引出端是通过电解液连接在一起的，电解液的阻值又是不确定的。所以，如果需要完全绝缘，须要在装配时加上一个绝缘器。三、半导体分立元件半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于二者之间，所以称之为半导体。半导体最重要的两种元素是硅和锗。半导体分立元件包括二极管、三极管及半导体特殊器件。半导体分立器件种类很多，分立方式有多种。按半导体材料可分为硅管和锗管；按极性可分为N型和P型，PNP型与NPN型；按结构及制造工艺可分为扩散性、合金型与平面型；按电流容量可分为小功率管、中功率管与大功率管。表2.5是按照晶体管特点进行的分类。表2.5 半导体分立器件分类1.二极管二极管在电路中常起整流、检波和稳压作用。具有单向导电的特点。常用二极管符号如图2.7所示。图2.7 常用二极管符号1）二极管的测试把万用表拨至X100或X1K档，用两个表笔分别接触二极管的两个引出脚。若表针的示数较小（锗管100-200，硅管70012K）时，与黑表笔相接的引出脚为正极。接着调换两个表笔再测量，若表针的示数较大（锗管几百千，硅管几兆）时，说明该二极管是好的，并且原先判明的极性是正确的。如果正反向电阻均为0或无穷大，表明该管已经击穿或断路，不能使用。总的来说，二极管正、反向电阻相差越大越好，阻值相同或相近都视为坏管。2）注意事项：（1）测量小功率的二极管，不宜使用RX1或RX10K档，前者通过二极管的电流较大，可能烧坏二极管; 后者加在二极管两端的反向电压太高，易将二极管击穿。 （2）使用指针万用表测量的时候，黑色的表笔（“-”级）接的二级管的“+”级，红色的表笔（“+”级）接的是二级管的“-”级，才可以获得好坏的判断。 （3）使用数字万用表的时候，黑色的表笔（“-”级）接的二级管的“-”级，红色的表笔（“+”级）接的是二级管的“+”级，才可以获得好坏的判断。 2.三极管三极管在电子电路中组成震荡电路、放大电路。基极用B（b）表示，发射极用E(e)表示， 集电极用C(c)表示，如图2.8所示。常见三极管及其电路符号、引脚排列如图2.9所示。图2.8 常见三极管及其电路符号、引脚排列（a）国产普通三极管 （b）塑封小功率三极管 （c）中功率三极管 （d）高频小功率三极管（e）片状三极管 （f）低频大功率三极管 （g）三极管电路符号图2.9 三极管的表示1）管型的判别 （1）首先找出基极（b极）图2.10是晶体三极管的结构示意图，由电路可知，对PNP 型三极管，ce极分别为其内部两个PN结的正极、b极为它们共同的负极；对NPN型三极管情况恰好相反。使用万用表RX100或RX1k电阻档随意测量三极管的两极，直到指针摆动较大为止。然后固定黑（红）表笔，把红（黑）表笔移至另一引脚，若指针同样摆动，则说明被测管为NPN（PNP）型，且黑（红）表笔所接触引脚为b极。图2.10 三极管的结构（2）c极和e极的判别根据上面的测量已经确定了b极，且为NPN（PNP）型，再使用万用表RX1k档进行测量。假设一极为c极接黑（红）表笔，另一极为e极接红（黑）表笔，用手指捏住假设c极个b极（注意c极和b极不能相碰），读出其阻值R1，然后再假设另一极为c极，重复上述操作（注意捏住b、e的力度两次都要相同），读出阻值R2。比较R1、R2的大小，以小的一次为假设正确，黑（红）表笔对c极。2）三极管质量判别三极管质量可通过检测一下三点来判断，只要有一点不能达到要求，三极管就是坏管。首先判断be、bc两只二极管的好坏，可参考普通二极管好坏判别方法（注意要用万用表RX100或RX1k档测量）。测量ce漏电电阻，对于PNP（PNP）型三极管黑（红）表笔接c极，红（黑）表笔接e极，b极悬空，Rce阻值越大越好。还要检测三极管有没有放大能力。判断c极时，观察万用表指针在捏住c、b极前后的变化，即可知该管有没有放大能力。指针变化大说明该管电流放大系数较高，若指针变化不大则说明该管的电流放大系数较小。四、半导体集成电路集成电路就是将许多电阻、电容、晶体二极管等元件，利用半导体工艺制作在一块小的硅单晶片上，并连接成能完成特定功能的电子线路。集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能指标方面，远远高于分立元件，因而在电子领域中得到了广泛的应用。集成电路封装材料常有塑料、陶瓷和金属三种。封装外形有圆顶型、扁平型极双列直插型等。虽然集成电路的引出脚数目很多，但其排列还是有一定规律的，在使用时可按照这些规律来正确识别引出脚。1.圆顶封装的集成电路对圆顶封装的集成电路，识别引出脚时，应将集成电路的引出脚朝上，再找出其标记。常见的定位标记有锁口突出、定位孔及引脚不均匀排列等。引出脚的顺序由定位标记对应的引脚开始，按顺时针方向依次排列引出脚，如图2.11所示。图2.11 圆顶封装集成电路引脚的排列2.单列直插式集成电路对单列直插式集成电路，识别其引脚时应使引脚朝下，面对型号或定位标记，自定位标记对应一侧的头一只脚数起。这一类集成电路上常用的定位标记为色点、凹坑、小孔、线条、色带、缺角等，如图2.12所示。图2.12 单列直插式集成电路引脚的排列3.双列直插式集成电路双列直插式集成电路识别引脚时，若引脚向下，即其型号、商标向上，定位标记在左边，则从左下角第一只脚开始，按照逆时针方向，如图3.8所示。若引脚朝上，型号、商标向下，定位标志位于左边，则应从左上角第一只引脚开始，按照顺时针方向数。个别集成电路的引脚，在其对应位置上有缺脚符号（即无此引出脚），对这种型号的集成电路，其引脚编号顺序不受影响。图2.13 双列直插式集成电路引脚的排列4.四列扁平封装的集成电路四列扁平封装的集成电路引脚如图2.14所示。图2.14 四列扁平封装的集成电路引脚排列五、数字万用表测量注意事项1.如果无法预先估计被测电压或电流的大小，则应先拨至最高量程挡测量一次，再视情况逐渐把量程减小到合适位置。测量完毕，应将量程开关拨到最高电压挡，并关闭电源。 2.满量程时，仪表仅在最高位显示数字“1”，其它位均消失，这时应选择更高的量程。 3.测量电压时，应将数字万用表与被测电路并联。测电流时应与被测电路串联，测直流量时不必考虑正、负极性。 4.当误用交流电压挡去测量直流电压，或者误用直流电压挡去测量交流电压时，显示屏将显示“000”，或低位上的数字出现跳动。 5.禁止在测量高电压（220V以上）或大电流（0.5A以上）时换量程，以防止产生电弧，烧毁开关触点。 6. 刚开始测量时仪表会出现跳数现象，应等显示值稳定后再读数。第3章印制电路板及焊接基础一、印制电路板简介PCB是英文(Printed Circuit Board)印制线路板的简称。通常把在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。在制成最终产品时，其上会安装集成电路，二、三极管，被动元件（如：电阻、电容、连接器等）及其他各种各样的电子零件。因此，印制电路板是一种提供元件连结的平台，用以承接联系零件的基础。PCB可分为单层板、双层板和多层板。单层板(单面PCB)是指绝缘基板上仅一面具有导电图形的印制电路板PCB。它通常采用层压纸板和玻璃布板加工而成。单层板的导电图形比较简单，大多采用丝网漏印法制成。双层板PCB是指绝缘基板的两面都有导电图形的印制电路板PCB。它通常采用环氧纸板和玻璃布板加工制成。由于两面都有导电图形，所以一般采用金属化孔使两面的导电图形连接起来。双面板一般采用丝印法或感光法制成。多层板PCB是指有三层或三层以上导电图形的印制电路板PCB。多层板内层由导电图形与绝缘粘结片叠合压制而成，外层为敷箔板，经压制成为一个整体。其导电图形的制作以感光法为主。多层PCB的特点是： （1）与集成电路配合使用，可使整机小型化，减少整机重量；（2）提高了布线密度，缩小了元器件的间距，缩短了信号的传输路径。（3）减少了元器件焊接点，降低了故障率。 （4）由于增设了屏蔽层，电路的信号失真减少。 （5）引人了接地散热层，可减少局部过热现象，提高整机工作的可靠性。二、印制电路板的连接：PCB板作为完整设备的一个组成部分，基本上不能构成一个电子产品，必然存在对外连接的问题。如PCB板之间、PCB板与板外元器件、PCB板与设备面板之间，都需要电气连接。选用可靠性、工艺性与经济性最佳配合的连接，是印制板设计的重要内容之一。连接的方式主要有焊接方式和接插件方式两种。1、线路板的互连方式一：PCB导线焊接。这是一种最简单、廉价且可靠的连接方式。这种方式的优点是不需要任何接插件，只要用导线将PCB印制板上的对外连接点与板外的元器件或其他部件直接焊牢即可，缺点是维修不够方便，具体应用有以下几种接法：（1）导线连接，如图3.1所示。线路板的对外焊接点尽可能地引到正板的边缘，以利于焊接与维修。（2）排线连接。两块印制板之间采用排线连接，既可靠又不易出现错误连接。（3）印制板之间相互焊接。此方式常用于两块印制板之间为90度夹角的连接。连接后成为一个整体PCB印制板部件。图3.1 焊接式对外引线2、线路板的互连方式二：插接件连接方式。在比较复杂的仪器设备中，常采用插接件连接方式。这种“积木式”