电子综合设计

1、电子综合设计电子综合设计何诚刚何诚刚一、电子综合设计的目的一、电子综合设计的目的:二、课程设计基本要求：二、课程设计基本要求：三、电子电路设计的一般方法：三、电子电路设计的一般方法：四、课程设计中应知道的基本工程知识：四、课程设计中应知道的基本工程知识：一、电子综合设计的目的一、电子综合设计的目的:（1 1）使学生了解电子产品设计思想，锻炼学生设）使学生了解电子产品设计思想，锻炼学生设 计技能，调试技能与实验研究技能。计技能，调试技能与实验研究技能。（2 2）提高学生的自学能力以及运用基础理论去解决）提高学生的自学能力以及运用基础理论去解决 工程实际问题的能力，开发学生的创新精神工程实际问题的

2、能力，开发学生的创新精神, , 提高学生的全面素质。提高学生的全面素质。二、课程设计基本要求：二、课程设计基本要求：（1 1）通过熟悉电子系统设计的一般方法；）通过熟悉电子系统设计的一般方法； 能够完成小规模的电子系统的设计。能够完成小规模的电子系统的设计。（2 2）掌握）掌握PROTEL99SEPROTEL99SE软件的使用方法，学软件的使用方法，学 会利用会利用PROTEL99SEPROTEL99SE绘制电路原理图及绘制电路原理图及 印刷线路板图，并掌握印刷线路板图，并掌握PCBPCB板布线的板布线的 一般规则一般规则 （3 3）产品调试及排除故障的一般方法。）产品调试及排除故障的一般方法

3、。三、电子电路设计的一般方法：三、电子电路设计的一般方法：1 1、方案论证与总体设计、方案论证与总体设计6 6、安装调试、安装调试 2 2、单元电路的设计、单元电路的设计 3 3、元器件的选择、元器件的选择4 4、参数计算、参数计算5 5、总体电路图及、总体电路图及PCBPCB版图设计版图设计电子电路设计的一般方法电子电路设计的一般方法 所谓总体设计是指：针对所提出的任务，要求和所谓总体设计是指：针对所提出的任务，要求和条件，用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体，条件，用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体，来实现系统的各项性能。来实现系统的各项性能。 1 1、方案论证与总体设计、方案论

4、证与总体设计 【例例】试设计一个有一定输出电压范围和功能试设计一个有一定输出电压范围和功能 的数控电源的数控电源. .要求如下要求如下: : 输出电压输出电压: :范围范围0 0+9.9V,+9.9V,步进步进0.1V,0.1V,纹波不纹波不 大于大于10mV;10mV; 输出电流输出电流:500mA;:500mA; 输出电压值由数码管显示输出电压值由数码管显示; ; 由由+,-+,-两键分别控制输出电压步进增减两键分别控制输出电压步进增减. .1 1、方案论证与总体设计、方案论证与总体设计 1 1、方案论证与总体设计、方案论证与总体设计6 6、安装调试、安装调试 2 2、单元电路的设计、单元

5、电路的设计 3 3、元器件的选择、元器件的选择4 4、参数计算、参数计算5 5、总体电路图及、总体电路图及PCBPCB版图设计版图设计电子电路设计的一般方法电子电路设计的一般方法2 2、单元电路的设计、单元电路的设计(1) (1) 根据设计要求和已选定的总体方案原理图，根据设计要求和已选定的总体方案原理图， (2) (2) 设计各单元电路的结构形式设计各单元电路的结构形式 (4) (4) 元，器件的选择元，器件的选择 (3) (3) 主要参数的计算与选取主要参数的计算与选取1 1、方案论证与总体设计、方案论证与总体设计6 6、安装调试、安装调试 2 2、单元电路的设计、单元电路的设计 3 3、

6、元器件的选择、元器件的选择4 4、参数计算、参数计算5 5、总体电路图及、总体电路图及PCBPCB版图设计版图设计电子电路设计的一般方法电子电路设计的一般方法3 3：元器件的选择：元器件的选择 （1 1）器件选用原则）器件选用原则（2 2）模拟集成电路的选择）模拟集成电路的选择（3 3）数字集成电路的选择）数字集成电路的选择（4 4）半导体三极管的选择）半导体三极管的选择 （5 5）阻容元件的选择）阻容元件的选择1 1、方案论证与总体设计、方案论证与总体设计6 6、安装调试、安装调试 2 2、单元电路的设计、单元电路的设计 3 3、元器件的选择、元器件的选择4 4、参数计算、参数计算5 5、总

7、体电路图及、总体电路图及PCBPCB版图设计版图设计电子电路设计的一般方法电子电路设计的一般方法4 4、参数计算、参数计算1 1、方案论证与总体设计、方案论证与总体设计6 6、安装调试、安装调试 2 2、单元电路的设计、单元电路的设计 3 3、元器件的选择、元器件的选择4 4、参数计算、参数计算5 5、总体电路图及、总体电路图及PCBPCB版图设计版图设计电子电路设计的一般方法电子电路设计的一般方法5 5，总体电路图及，总体电路图及PCBPCB设计设计 (1)(1)注意信号的流向，通常从输入端或信号源画起，由左注意信号的流向，通常从输入端或信号源画起，由左 至右或由上至下按信号流向依次画出各单

8、元电路。至右或由上至下按信号流向依次画出各单元电路。(2)(2)尽量把总体电路图画在一张图纸上，布局要合理，尽量把总体电路图画在一张图纸上，布局要合理， 排列要均匀。排列要均匀。 (3)(3)连线要清楚，并且通常都画成水平线或垂直连线要清楚，并且通常都画成水平线或垂直 线，一般不画斜线。按新的画图规则，四端连线，一般不画斜线。按新的画图规则，四端连 接的交叉线，应在连接处用黑圆点表示，否则接的交叉线，应在连接处用黑圆点表示，否则 表示相互跨过，不连接；三端相连处可不画黑表示相互跨过，不连接；三端相连处可不画黑 圆点。圆点。 1 1、方案论证与总体设计、方案论证与总体设计6 6、安装调试、安装调

9、试 2 2、单元电路的设计、单元电路的设计 3 3、元器件的选择、元器件的选择4 4、参数计算、参数计算5 5、总体电路图及、总体电路图及PCBPCB版图设计版图设计电子电路设计的一般方法电子电路设计的一般方法6 6、安装调试、安装调试 四、课程设计中应知道的基本工程知识：四、课程设计中应知道的基本工程知识：n集成电路以及其它元气件的正确使用集成电路以及其它元气件的正确使用n怎样正确识别电路图怎样正确识别电路图n调试方法调试方法n紧急情况处置紧急情况处置n集成电路以及其它元气件的正确使用集成电路以及其它元气件的正确使用n怎样正确识别电路图怎样正确识别电路图n调试方法调试方法n紧急情况处置紧急情

10、况处置中小规模标准数字集成电路介绍中小规模标准数字集成电路介绍n常用的标准中小规模数字集成电路主要有三个系列：常用的标准中小规模数字集成电路主要有三个系列：1、 TTL（晶体管（晶体管-晶体管逻辑）：主要包括晶体管逻辑）：主要包括 74 74（标准型）；（标准型）； 74AS74AS（先进肖特基）；（先进肖特基）； 74LS 74LS（低功耗肖特基）；（低功耗肖特基）； 74S74S（肖特基）；（肖特基）； 74ALS 74ALS（先进低功耗肖特基）；（先进低功耗肖特基）； 74F74F（高速）。（高速）。 2、 ECL（射极耦合逻辑）：主要包括：（射极耦合逻辑）：主要包括： ECL10KEC

11、L10K、ECL100KECL100K。3、 CMOS系列：主要包括系列：主要包括 4000 4000系列、系列、74HCT74HCT（高速（高速CMOSCMOS兼容）、兼容）、 74HC74HC（高速（高速CMOSCMOS）、）、 74AC 74AC（先进（先进CMOSCMOS）74ACT74ACT（先进的（先进的CMOS-TTLCMOS-TTL兼容）。兼容）。74系列产品，只要后边的标系列产品，只要后边的标号相同，其逻辑功能和管脚号相同，其逻辑功能和管脚排列就相同。根据不同的条排列就相同。根据不同的条件和要求可选择不同类型的件和要求可选择不同类型的74系列，比如电路的供电电系列，比如电路的

12、供电电压为压为3V就应选择就应选择74HC系列系列的产品。的产品。说明：说明：这三个系列的特点是：这三个系列的特点是：1、ECL逻辑电路速度最快、逻辑电路速度最快、TTL逻辑电路次之、逻辑电路次之、CMOS逻辑电路速度最慢。逻辑电路速度最慢。2、CMOS电路消耗功率最少。电路消耗功率最少。集成电路的封装以及管脚排列：集成电路的封装以及管脚排列：大多数大多数74系列以及系列以及4000系列的集成电路都将接地管脚和电源管脚分别安排系列的集成电路都将接地管脚和电源管脚分别安排在左下脚和右上脚上，但是也有例外：比如在左下脚和右上脚上，但是也有例外：比如74LS90、74LS92等等。等等。小输出线集成

13、电路(SOIC)封装 DIP封装 色环电阻阻值计算色环电阻阻值计算 电容的使用电容的使用电容从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，电容从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上可以分为：从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电 容、电解电容、钽电容等容、电解电容、钽电容等 极性极性 名称名称 制作制作 优点优点 缺点缺点 无 无感CBB电容 2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。 无感，高频特性好，体积较小 不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差

14、。 无 CBB电容 2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。 有感，其他同上。 无无 瓷片电容瓷片电容 薄瓷片两面渡金属膜薄瓷片两面渡金属膜银而成。银而成。 体积小，耐压高，价格低，体积小，耐压高，价格低，频率高（有一种是高频电频率高（有一种是高频电容）容） 易碎！容量低易碎！容量低 无 云母电容 云母片上镀两层金属薄膜 容易生产，技术含量低。 体积大，容量小，（几乎没有用了） 无 独石电容 体积比CBB更小，其他同CBB，有感 有有 电解电容电解电容 两片铝带和两层绝缘两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后膜相互层叠，转捆后浸泡在电解液（含酸浸泡在电解液（含酸性的合成溶液）中。性的合成

15、溶液）中。 容量大，容量大， 耐压低。耐压低。高频特性不好。高频特性不好。 有有 钽电容钽电容 用金属钽作为正极，用金属钽作为正极，在电解质外喷上金属在电解质外喷上金属作为负极。作为负极。 稳定性好，容量大，高频稳定性好，容量大，高频特性好。特性好。 造价高。（一般用于关键造价高。（一般用于关键地方）地方） 电容容量的标注方法电容容量的标注方法: :(1)(1)以以uFuF为单位：电容容量为单位：电容容量1uF1uF以上以上 者，直接以数值表者，直接以数值表示示 容量，例如容量，例如10000uF10000uF，3300uF3300uF。(2)(2)以以pFpF为单位：第一位数与第二位数代表电

16、容数值，为单位：第一位数与第二位数代表电容数值，第三个数字代表第三个数字代表1010的次方，亦即数值後面的次方，亦即数值後面0 0的个数。例的个数。例如电容容量标示为如电容容量标示为104104者，代表者，代表1010後面有四个後面有四个0 0，亦即，亦即100000pF100000pF。(3)(3)以以nFnF为单位：电容容量为单位：电容容量标示为标示为100N100N代表代表100 x100 x1010-9-9=10=10-7-7法拉，亦等於法拉，亦等於0.1x100.1x10-6-6法拉，所以等於法拉，所以等於0.1UF0.1UF。 n集成电路以及其它元气件的正确使用集成电路以及其它元气

17、件的正确使用n怎样正确识别电路图怎样正确识别电路图n调试方法调试方法n紧急情况处置紧急情况处置如何正确识别电路图如何正确识别电路图网络标记网络标记电源标电源标记记IC逻辑符逻辑符号号接地符号接地符号数据总线数据总线n集成电路以及其它元气件的正确使用集成电路以及其它元气件的正确使用n怎样正确识别电路图怎样正确识别电路图n调试方法调试方法n紧急情况处置紧急情况处置调试方法调试方法-通电前检查通电前检查（1 1）在面包板上接线完成后，首先进行外观检）在面包板上接线完成后，首先进行外观检 查，看集成电路以及其它元件有无插错位查，看集成电路以及其它元件有无插错位 置，有无插反以及有无漏插。置，有无插反以

18、及有无漏插。（2 2）测量）测量+5V+5V对地电阻，检查对地电阻，检查+5V+5V电源是否对地短路。电源是否对地短路。（3 3）使用万用表对照电路图检查连线是否有错误。）使用万用表对照电路图检查连线是否有错误。（4 4）与同伴互相交换面包板，按上述步骤再次进行互检。）与同伴互相交换面包板，按上述步骤再次进行互检。（1 1）清理工作台，保持工作台干净整洁。）清理工作台，保持工作台干净整洁。（2 2）将各测量仪器以及信号源、稳压电源置正确）将各测量仪器以及信号源、稳压电源置正确 位置。要求稳压电源输出电压设定为位置。要求稳压电源输出电压设定为+5V+5V， 信号源输出的方波波形的幅度为信号源输出

19、的方波波形的幅度为2V-3V2V-3V之之 间，用示波器观察波形应无畸变。间，用示波器观察波形应无畸变。（3 3）所有测量仪器在使用时，应与面包板上的电）所有测量仪器在使用时，应与面包板上的电 路共地。路共地。调试方法调试方法-通电前准备通电前准备：通电后应迅速观察电路的工作状态，观通电后应迅速观察电路的工作状态，观察电路板上有无元件过热、冒烟、有无异味。察电路板上有无元件过热、冒烟、有无异味。调试方法调试方法-通电后：通电后：故障排除方法：故障排除方法：（1 1）根据统计）根据统计90%90%以上的故障都是因为安装错误造成的，所以以上的故障都是因为安装错误造成的，所以 通电后，若电路工作不正

20、常应当首先检查装配是否正确。通电后，若电路工作不正常应当首先检查装配是否正确。（2 2）对比法：用一正常单元组件与不正常的单元组件做比）对比法：用一正常单元组件与不正常的单元组件做比 较，找出其中不正常的部分。较，找出其中不正常的部分。（3 3）逐级跟踪法：按照电路原理，逐级观察信号的状态直到）逐级跟踪法：按照电路原理，逐级观察信号的状态直到 找到故障点。找到故障点。（4 4）对分法：对于有故障的多级电路，为了减少检查工作）对分法：对于有故障的多级电路，为了减少检查工作 量，可将电路划分成独立的若干单元，然后再分析故障量，可将电路划分成独立的若干单元，然后再分析故障 到底出在哪个单元。到底出在

21、哪个单元。（5 5）替代法：直接替换怀疑有故障的元气件。）替代法：直接替换怀疑有故障的元气件。调试中紧急情况处置：调试中紧急情况处置：当调试过程中有出现异味、冒烟以及当调试过程中有出现异味、冒烟以及其它紧急情况时，应立即切断电源！其它紧急情况时，应立即切断电源！（1）课程设计所有阶段中，情绪不好或精神状态不好的）课程设计所有阶段中，情绪不好或精神状态不好的 时候请不要进行设备的调试和安装，时候请不要进行设备的调试和安装，（2）情绪过于兴奋时，也请不要进行设备的调试）情绪过于兴奋时，也请不要进行设备的调试和安装和安装，（3）调试设备时应当精神饱满，注意力高度集中。）调试设备时应当精神饱满，注意力

22、高度集中。（4）请安装或调试完一个阶段再休息。）请安装或调试完一个阶段再休息。忠告：忠告：集成电路的发明者集成电路的发明者-Robert Noyce（1928-1990） Noyce被称为硅谷教父，被称为硅谷教父， Noyce出生于一个议会大臣出生于一个议会大臣的家庭当他在格林内尔大学求学时，他的导师的家庭当他在格林内尔大学求学时，他的导师Grant Gale运用从晶体管发明者运用从晶体管发明者John Bardeen（巴丁）手中得到的晶（巴丁）手中得到的晶体管给他讲授了固态电子学课程，从此体管给他讲授了固态电子学课程，从此Noyce就迷上了计算就迷上了计算机与电子技术机与电子技术.1953年

23、年Noyce获得了麻省理工大学博士学位获得了麻省理工大学博士学位并于并于1956年加入年加入Shockley实验室，一年后实验室，一年后Noyce和他的同和他的同事创办了著名的仙童半导体公司，在那里事创办了著名的仙童半导体公司，在那里 Noyce 发明了在发明了在一块独立的芯片上互连晶体管的技术一块独立的芯片上互连晶体管的技术,这种硅片后来被称为这种硅片后来被称为IC（集成电路），集成电路的发明使得电子电路向小型化（集成电路），集成电路的发明使得电子电路向小型化发展，这一发明是与发展，这一发明是与TI公司的公司的Jack kilby共享的。共享的。1968年年Noyce与仙童公司的另一名科学家

24、与仙童公司的另一名科学家ore成立成立了了Intel公司，很快这家公司就变为美国领先的半导体公司。公司，很快这家公司就变为美国领先的半导体公司。1979年、年、1987年美国总统分别授予年美国总统分别授予Noyce国家科学奖国家科学奖章和国家科技奖章。章和国家科技奖章。电子综合设计题目电子综合设计题目设计出有一定输出电压范围和功能的单片机设计出有一定输出电压范围和功能的单片机控制的稳压稳流电源。基本要求如下：控制的稳压稳流电源。基本要求如下：（1 1）输出电压：范围）输出电压：范围0 0+9.9V+9.9V，步进，步进0.01V0.01V，（2）输出电流：）输出电流：0 01A1A；步进步进1

25、mA1mA（3 3）输出电压、电流值及设置的输出电压、电流）输出电压、电流值及设置的输出电压、电流 值由值由LCD1602LCD1602显示；显示；（4 4）输出电压、电流的增减可通过面板进行）输出电压、电流的增减可通过面板进行 设置；设置；1. 1. 一般规则一般规则 PCB板上预划分数字、模拟区域。板上预划分数字、模拟区域。 b) 数字、模拟元器件及相应走线尽量分开并放置数字、模拟元器件及相应走线尽量分开并放置 於各自的布线区域内。於各自的布线区域内。c) 高速数字信号及模拟高频信号走线尽量短。高速数字信号及模拟高频信号走线尽量短。d) 合理分配电源和地合理分配电源和地,DGND、AGND

26、、实地分开。、实地分开。 电源及临界信号走线使用宽线。电源及临界信号走线使用宽线。从从ConnectorConnector和和JackJack开始放置元器件：开始放置元器件： a) Connectora) Connector和和JackJack周围留出插件的位置；周围留出插件的位置； b) b) 元器件周围留出电源和地走线的空间。元器件周围留出电源和地走线的空间。c) c) 放置混合型元器件放置混合型元器件( (如如A/DA/D、D/AD/A转换芯片等转换芯片等) ) d)放置模拟电路元器件，模拟器件相互靠近放置模拟电路元器件，模拟器件相互靠近 2、放置元器件、放置元器件e)e)放置数字元器件及去耦电容放置数字元器件及去耦电容, ,