2011年暑期电子设计竞赛培训学校上课纲要.doc

焊接，电路制作的工具准备问题。人员变动和组队问题。（一些同学中途退出，原本就是不齐的，先加入其他队组队一起来完成，最后可以再调整）第一篇 电子设计综合背景知识一、电子电路系统的组成1.完成一些简单的功能：纯硬件电路（1）模拟电路简单、参数（频率，功率）要求不高的，如：走廊路灯控制、调光台灯、信号放大器、波形发生器、红外检测报警电路高频部分典型：无线发射、接收（如：对讲机）（2）数字电路数字时钟、（频率要求不高的）计数器、脉冲发生器2.需要智能判断的电路：硬件+智能判断软件全自动洗衣机、程控放大器、程控滤波器、智能小车对于电子设计竞赛的命题，不是一个完整的产品，考核的是基本功和某个电子技术方向专研程度。在系统功能的实现上，很难用纯硬件电路来实现，都是需要硬件+软件结合。目前的基础平台方向：硬件电路+单片机智能系统（51、AVR、PIC、）硬件电路+智能控制核心（ARM 低端：相当于高级单片机 高端：能够运行系统软件，嵌入式系统）少许外围电路+FPGA （现场可编程门阵列）：超大规模的数字集成芯片，根据专有的程序语法和编译软件对其内部进行烧写，构建成目标电路。二、历年电子设计竞赛题目分类或方向：1.信号处理、波形发生类：（程控放大、程控滤波或者二者的结合、函数信号发生器），主要体现在参数的高要求。2.控制类：主要围绕电机和传感器（小车走跷跷板、小车循迹、小车踢足球、小车根据声源定位）3.电源类：开关电源功率、效率、（输出电压的稳定性）；逆变、三相电源等4.仪器检测类：简易示波器、数字集成电路参数测量、非接触转速测量（近年低功耗）5.无线：无线通信系统、无线电能传输（去年）、主要在功率、效率、距离上要求。 概括：现在的命题越来越贴近时代主题：节能、环保，参数的要求也越来越苛刻 因此，要较好的完成赛题并不容易，需要靠团队协作、充分的准备工作（相关知识的储备）还需要一些运气。三、电子设计竞赛相关常识 1.组队（人员的工作要有侧重点） （1）程序员 （2）硬件制作、设计的执行者 （3）统筹人员 2.竞赛时间的安排（4天3夜，基本上不允许方案和选题的返工） （1）选题的敲定和粗略方案半天之内就要决定清楚（平时准备的越充分，这个时间就会越短）（2）组成系统的各个模块的制作和调试（2天半）（3）系统合成统调，最后完成功能确定收尾（最后1天）（4）设计报告的撰写，从方案的拟定开始到各模块的制作贯穿始终（框架、一些陈述性的东西、原理性文字先准备清楚）、最后收尾阶段只是数据的修改和整体把关，千万不要等到最后才开始着手。 统筹人员先搭框架，清楚的内容就写，不清楚的有其他成员空闲时来补。3.评分 （1）不同于大家常规认识！一句话：没达到指定的门槛标准，不给分。 （2）不同赛题，不同的评分标准 （3）按比例设定获奖人员（牵涉到选题） 4.国赛与省赛 全国赛（奇数年份），评奖等级：特等奖、全国一等奖、全国二等奖、省一等奖、省二等奖、省三等奖、成功参赛奖 省赛（偶数年份），评奖等级：省一等奖、省二等奖、省三等奖、成功参赛奖 大学4年，一般只有两次机会，偶数级的同学冲击国赛在时间上具备更好条件。5.设计报告的结构及撰写（一）方案及论证（二）系统的组成框图（三）各部分电路原理（四）程序设计（五）测试及数据分析（六）结论最后递交的设计报告对页码有要求，除摘要外，正文6页，因此都是最最核心的内容。四、学习的方法和知识储备的方向总则：持之以恒、不断积累、不断进步。注意点：知识的保存和积累每当你制作完成一个单元电路或编写一段功能程序并调试成功之后，应将材料整理并保存清楚（电路板调试过程中的问题和解决、电路的相关数据、程序编写过程中的错误原因及解决）。1.基本功硬件：（1）识别清楚元器件、识读清楚电路图（2）电路焊接、（万能板）、PCB板制做（3）电路设计：电路照搬、修改参数、自己设计软件：（1）程序规范（2）看懂程序（3）修改程序（4）模仿写法（5）模块训练（6）自己设计单片机最小系统（键盘、显示、A/D、D/A）2.针对不同的题目的知识储备（平时训练模块的积累）1.信号处理类、波形发生器：（1）运算放大参数好的集成运放（频率、电压幅值、驱动电流）OPA690,THS4001（2）程控放大集成芯片（AD603）（3）滤波器、程控滤波 (MAX262)（4）信号发生：AD9952、AD9954 （FPGA）（5）峰值检波电路（宽频率范围）、自动增益控制放大电路难点：噪声、频带、驱动能力、自激2.控制类：主要围绕电机和传感器（1）直流、步进电机驱动（L298N、桥路驱动、TA8435） 难点：驱动电流、速度控制、方向控制（2）传感器（红外传感器、光敏）3.电源类：开关电源功率、效率、（输出电压的稳定性）；逆变、三相电源等4.仪器检测类：简易示波器、数字集成电路参数测量、非接触转速测量（近年低功耗）5.无线：无线通信系统、无线电能传输（去年）、主要在功率、效率、距离上要求。 相关的集成电路只能通过调研，从别人的设计中去寻找。总结：相关的集成电路的使用知识掌握的越多，越有利。所谓知识储备及各功能模块的使用心得。第二篇 PCB制板经验及注意事项前序：从对付电子设计竞赛的角度来看，由于受到时间的限制，并不一定所有的电路都是PCB。简单化、速度快，纯手动用导线在万能板上焊接。（考验的就是基本功） 从业的角度来看，电路设计最后，批量生产 必须是PCB一、Protel 99SE软件在制作PCB 板方面的应用1.从原理图到成品板的过程说明原理图PCB板走线，元件定位打印到转印纸上通过转印机把转印纸上的电路印到覆铜板上腐蚀钻孔焊接元器件 （1）原理图 到PCB板走线，元件定位 电路板设计软件（protel）要解决的问题 （2）打印到转印纸上通过转印机把转印纸上的电路印到覆铜板上腐蚀钻孔焊接元器件（实验室环境下，自行处理；可以外包给专门的加工公司做） 2.演示：利用protel从原理图到生成PCB打印纸的过程 （1）从原理图网络表 （2）从网络表布线图二、Protel 99SE 制板过程中的具体问题 1.原理图文件绘制过程的一些问题（1）元件库的导入（你要用到原理图元件必须再导入的库中、不同库内一些元件可能存在重复、一些没有的原理图元件库必须自己画）（2）元件的放置（从库中找；快捷键Place Part），两种方法的区别。（3）连接元件的线保证用 Place Wire ；不要用line，交叉且相连线必须要有节点（4）以同名的 NET 实现连接 （NET的命名上必须考虑可读性，便于检查）（5）可以用总线的方式实现连线，但要注意P B ， P U 之后，要放置 NET（同一点要同名）（6）元器件的封装（必须设定；引脚名称必须与PCB库中的文件引脚对应）（7）默认的规则集成电路，电源、地 引脚基本默认并没有显示。（8）批量处理多个元件的封装。（9）对于单元电路一定要留好电源、输入、输出接口（有接插件）（10）作为论文中的原理图时要注意可读性（如：运放、集成电路、传感器、背景颜色、取消网格）2.PCB 板绘制过程中的一些问题（1）禁止布线层的大小（根据元件多少和实际电路情况进行估计，开始时候稍微大点，之后要根据实际情况调整做到“紧凑” ）（2）导入NET 时出错。（原理图中封装没设定、PCB 库中没有导入该封装、封装引脚不匹配）（3）尺寸和单位（mil ，mm） 40 mil 约为1mm a.焊盘和过孔（推荐：2mm , 0.8mm , 处理清楚不同元器件，自己做，给专业公司开板的差别） b.形状根据需要改变（IC座中间走线） c.线的粗细（自己做 0.5mm (20mil) ）；大电流情况下需要加大宽度；如果空间足够尽量粗一点（4）元器件的位置摆放 a.按照信号的流程，不要出现环路，不要刻意追求整齐把相同的元件放在一起 b.元器件间的距离紧凑，充分考虑器件的大小，特殊功能的器件（大功率、需要调节的原件、显示的部件、电路的接口）特别考虑。（5）布线规则里的设定（一般：先粗细、布线层、走线间的最小距离）（6）布线 a.纯自动（需要再调整） b.半自动：一次同一个NET c.纯手动 （优先重要、容易的线） 注意：PLACE TRACK（7）检查布线规则：ReportRun DRCRule check（broken net）（8）PCB中连线的直接更改（9）元件封装不合适的直接更改（10）自制时覆铜慎用3.简单电路的直接手动PCB 4.排列工具（TOOLS/Inter Placement / Align）、最小移动距离(G)、测量尺寸(R M )三、打印、转印、腐蚀与钻孔1.打印问题（1）Print Preview 中 右键MULTIPLAYER / properties 进行设定（2）添加去除层、过孔、镜像、黑/白、mulilayer移至顶2.覆铜板的预处理（面、尺寸）3.转印机处理（加热键长按3S闪烁停止加热）、转印次数（3次左右），夹板问题（如何包转印纸）、撕纸方向4.腐蚀前补线（油性笔，非水笔）5.腐蚀（注意安全、时间不可过长），如果有一大块铜都要腐蚀光，建议贴上透明胶。6.钻孔（注意钻头直径）7.清理碳墨层、清洗、晾干、上松香水四、新建原理图元件库举例1.新建ddb 2.新建library 3.新建元件 4.画一个集成电路，如：AD603（引脚分配时，一定要注意和pdf中的序号一致；number影响和封装的配对不能错，name 只是个名称）5.在同一个lib里添加新的原理图元件6.在ddb 文件中加入，自己做的库7.在原理图文件中放置自己新做的原理图元件8.如果觉得原理图元件不合适可以直接在选元件的library框中选择中edit 进行修改。五、新建PCB元件库举例总则：尺寸、引脚的物理位置要求必须精确到一定程度；尺寸信息可根据pdf(有些有提供)或实际测量获得1.新建ddb文件2.新建pcb.lib 文件3.添加新元件（自动添加、手动画、自动添加的基础上手动编辑修改）4.某一个器件的封装，如：按钮、数码管5.在库里添加新元件，新建pcb.lib库文件六、双面板的制作1.PCB中的问题（以PL2303电路为例）（1）规则中布线层开2层（顶层和底层）（2）贴片元件（集成电路注意引脚顺序顺时针？逆时针？）（3）过孔位置的安排（自己做板不要让集成电路的引脚成为过孔、最好另外再安排）（4）布线（先自动布线再手动更改） a.更改过孔位置 b. 线分分支和拐点 c.有些线希望能放在特定的顶或者底层，自动布线可能无法满足，自己调整2.打印和制作过程中的问题（1）分两层两次打印（2）底层 Bottom 不要镜像！顶层TopLayer要镜像！（影响到引脚顺序）（3）要放置对准的定位孔（4）打印在纸上、并且用裁剪成合适大小，用胶布固定在覆铜板上，先钻定位孔（5）将PCB 打印在转印纸上（2张 顶、底层），根据事先设定好的定位孔对准，（电阻引脚固定定位孔，透明胶布粘好）（6）转印，前后几次走板方向一致（7）开水浸泡后，撕转印纸（8）补线、腐蚀、清洗、对准光源看板孔对其情况、若基本对其，则表明板可用，若偏差（看上下同一个孔是不是对其的）太多，直接丢弃不要往下做。第三篇 硬件电路设计注意事项、集成器件总则：电源电压的大小、极性不能错！输入电压必须小于安全范围！输出一般可以空载但不能过载！其余的引脚不能随意短路。一、硬件电路元件参数选择（接口、电阻、电容等）。集成电路的外围元件在 pdf中基本都已给出，找到决定其参数的表达式，进行确定。特定电阻、电容1.限流电阻（二极管、三极管积极、红外管、光耦）与分压电阻取值。2.继电器驱动（NPN、 PNP）3.耦合电容与滤波电容（大、小）4.电平高低不匹配的问题5.模拟信号的驱动能力提升6.数字电路的驱动能力提升二、器件与电路单独器件（1）按键（内部两脚相通）（2）数码管（单个、两个、4个一体）、LCD1602、点阵的液晶（3）ST