电子技术综合训练20120624.ppt

1、电子技术综合训练（19-20周）,自动化2010级,杨君玲/余群威/罗妤/张元涛/郭利霞20120625,训练项目（2项）,电子技术设计（19周）电子技术设计概述（19周周1，讲课）电子技术原理设计和仿真（19周周2、周3）电子技术设计电路调试（19周周4，周5）收音机的安装和调试（20周）无线电基本知识和收音机原理，焊接练习（20周周1）发放收音机套件，电子元器件识别、检测及筛选知识讲授;（20周周2）焊接调试收音机（20周周3）1、收音机验收2、电子电路设计成果验收（20周周4）撰写并提交综合训练报告（20周周5）,讲课流程,电子技术课程设计概述电子技术课程设计模拟部分电子技术课程设计数字

2、部分本次设计题目现代电子线路设计技术软件应用（自学multisim）,电子技术课程设计概述,一、电子技术课程设计与习题、基础实验、毕业设计的区别,1电子技术课程设计和平时作习题是有区别的。习题题目内容较窄，训练目的单一，得到标准答案。课程设计一般没有固定的答案，需要从实际出发，通过调查研究，查找资料，方案比较以及设计、计算等多个环节才能得出较好的设计方案。更重要的是要求通过实验调试使理论逐步完善设计，还需要做出符合设计要求的实际电路。,2电子技术课程设计也不同于验证基本理论和电路性能的实验课程。在实验课程中，只能通过实验初步了解电路实验的步骤和基本方法，熟悉常用仪器设备的使用方法，验证课堂学到

3、的理论知识，却很难训练动手解决实际电路问题的能力。课程设计为学生创造了既动脑又动手，独立开展电路实验的时间和条件。可以应用书本知识，自已设计电路，又可以运用实验手段检验理论设计，还可以在实践中发现理论课未涉及到的实际现象，综合运用所学的知识来解决实践中所遇到的问题，使电路更加完善。做到理论和实验的有机结合，锻炼了分析解决电路实际问题的能力，是培养应用型人才不可缺少的一个重要的教学环节。,3课程设计也不同于毕业设计。毕业设计是培养工科学生的最后一个教学环节，要综合运用各门课程的知识去解决实际工程问题。通过课程设计可以为以后的毕业设计打下坚实的基础。,二、课程设计目的及基本要求,1、目的培养同学们

4、具有电子电路设计、装配与测试的初步能力，培养理论联系实际、解决问题的能力。,2、基本要求：综合运用电子技术课程中所学到的理论知识，在教师的指导下独立完成一个实习课题。同学们在这2周内要完成以下内容：通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；了解电子系统的设计步骤和方法；学会电子电路的仿真与调试；学会电子电路安装与调试技能。进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。学会撰写课程总结报告。,三、电子技术课程设计的特点及学习方法,1电子电路设计的特点（1）电子线路设计灵活，方案选择多样。（2）电子器件（如半导体、集成电路等）品种繁

5、多，特性各异。设计时要了解电子器件的性能，并正确、合理地选择电子器件。（3）电子器件（特别是模拟电子器件）的特性参数分散性大，电子元件（如电阻、电容等）的元件值也有较大的偏差这就使得理论设计的电路与实际电路有一定差异。验证电子电路需要调试电路。（4）电子电路各单元电路相互连接时，经常会遇到一个匹配问题。尽管各单元电路都能正常工作，若未能作到很好的匹配，则相互连接后的总体电路也可能不能正常工作。为了作到匹配，在设计时要考虑到这一问题。除了选择合适的元件参数或采取某些特别的措施外，在实验调试的过程中也要注意到这一匹配问题。（5）测试仪器的非理想特性（如信号源有一定的内阻，示波器和毫伏表输入阻抗不够

6、高等）会对被测电路的工作状态有影响。,2电子电路设计的学习方法（1）掌握课程设计的基本方法，应用已学理论知识指导设计的进行。（2）重视实验调试过程。（3）注意实际知识与经验的积累。（4）增强自觉提高实际工作能力的意识。,四、课程设计总结报告,由封面、中文摘要、英文摘要、目录、正文、结束语、致谢、参考文献和附录等部分组成。摘要一般限定在200字以内，主要体现设计报告的核心内容和结论。（1）设计题目、设计任务和要求。（2）实现方案及多种实现方案的分析比较，确定方案并写出方案的原理图及说明。（3）单元电路的设计、参数的计算及元器件的选择。（4）仿真，安装，测试及数据分析。（5）电路调整及故障处理情况

7、说明。（6）结束语。应有明确的结论，设计成果对相似电子电路原理的指导意义等。（7）参考文献。（8）附录。包括完整的原理图、器件明细表等内容。,五、电子系统设计概论,1、电子系统概述（1）一般的电子系统由输入、输出、信息处理三大部分组成，用来实现对信息的采集处理、变换与传输功能。,图1电子系统方框图,电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。,图2模/数混合系统结构,2现代电子设计主要有下列特点：1.系统性2.社会性3.创造性4.最优化5.动态化6.人性化7.智能化8.EDA化,3电子系统的设计步骤,图3电子系统设计流程,4电子系统设计方法自底向上设计方法：传统的系统设计用。从系统的

8、最底层开始设计，直至完成顶层设计。整个系统的功能验证要在所有底层模块设计完成之后才能进行，一旦不满足设计要求，所有底层模块可能需要重新设计，延长了设计时间。自顶向下设计方法：目前VLSI系统设计中用。采用综合技术和硬件描述语言，让设计人员用正向的思维方式重点考虑求解的目标问题。这种采用概念和规则驱动的设计思想从高层次的系统级入手，从最抽象的行为描述开始把设计的主要精力放在系统的构成、功能、验证直至底层的设计上，从而实现设计、测试、工艺的一体化。当前EDA工具及算法把逻辑综合和物理设计过程结合起来的方式，有高层工具的前向预测(lookahead)能力，较好地支持了自顶向下设计方法在电子系统设计中

9、的应用。,层次式设计方法：它的基本策略是将一个复杂系统按功能分解成可以独立设计的子系统，子系统设计完成后，将各子系统拼接在一起完成整个系统的设计。模块化是实现层次式设计方法的重要技术途径，模块化是将一个系统划分成一系列的子模块，对这些子模块的功能和物理界面明确地加以定义，模块化可以帮助设计人员阐明或明确解决问题的方法，还可以在模块建立时检查其属性的正确性，因而使系统设计更加简单明了。将一个系统的设计划分成一系列已定义的模块还有助于进行集体间共同设计，使设计工作能够并行开展，缩短设计时间。,嵌入式设计方法：现代电子系统的规模越来越复杂，而产品的上市时间(timetomarket)却要求越来越短，

10、即使采用自顶向下设计方法和更好的计算机辅助设计技术，对于一个百万门级规模的应用电子系统，完全从零开始自主设计是难以满足上市时间要求的。嵌入式设计方法在这种背景下应运而生。嵌入式设计方法除继续采用自顶向下设计方法和计算机综合技术外，它的最主要的特点是大量知识产权(IntellectualProperty-IP)模块的复用，这种模块可以是RAM、CPU、及数字信号处理器等。在系统设计中引入IP模块，使得设计者可以只设计实现系统其它功能的部分以及与IP模块的互连部分，从而简化设计，缩短设计时间。一个复杂的系统通常既包含有硬件，又有软件，因此需要考虑哪些功能用硬件实现，哪些功能用软件实现，这就是硬件/

11、软件协同设计的问题。硬件/软件协同设计要求硬件和软件同时进行设计，并在设计的各个阶段进行模拟验证，减少设计的反复，缩短设计时间。硬件/软件协同是将一个嵌入式系统描述划分为硬件和软件模块以满足系统的功耗、面积和速度等约束的过程。嵌入式系统的规模和复杂度逐渐增长,其发展的另一趋势是系统中软件实现功能增加，并用软件区分不同的产品，增加灵活性、快速响应标准的改变，降低升级费用和缩短产品上市时间。,基于IP的系统芯片(S0C)的设计：IP的基本定义是知识产权模块。在设计电路时可以将IP看作黑匣子，只需保证IP模块与外部电路的接口，无需关心其内部操作。SOC(SystemonaChip)芯片意味着在单芯片

12、上集成一个完整的数据处理系统，其结构是比较复杂的。SOC芯片的运行需要强大的软件支持，而且芯片的功能会随支持软件的不同而变化，因此在设计芯片的同时需要进行软件编制工作，并非以往单纯的电路设计。SOC芯片的出现在芯片的优化设计方面也提出了很大的挑战。芯片的设计需要系统设计人员与软件设计人员的深入参与，在SOC芯片的设计流程中，一般都结合了从顶向下和从底向上设计的特点，与传统的芯片设计相比SOC芯片设计有以下几项主要特点：芯片的软件设计与硬件设计同步进行；各模块的综合与验证同步进行；在综合阶段考虑芯片的布局布线；只在没有可利用的硬模块或软宏模块的情况下重新设计模块。,电路设计中的成本控制方法：优秀

13、的电路实现方案应该是简洁、可靠的。要以最少的社会劳动消耗获得最大的劳动成果。这里所说的社会劳动，包括在产品设计、产品生产、产品维护以及元器件的生产中所付出的劳动。为了控制产品成本，常常采用目标价格反算法，也就是先根据市场调查对相应的技术指标制定目标价格，然后在设计实施中找出影响产品经济指标的关键因素，并采取针对性较强的措施。,5系统设计与系统仿真技术借助EDA工具，采用“自顶向下”的设计方法，使开发者从一开始就要考虑到产品生产周期的诸多方面,包括质量成本、开发周期等因素。系统设计与仿真包括这样几个步骤：第一步，从系统方案设计入手，在顶层进行系统功能划分和结构设计；第二步，用VHDL、Veril

14、og-HDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述；第三步，通过编译器形成标准的VHDL文件，并在系统级验证系统功能的设计正确性；第四步，用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网络表,这是将高层次的描述转化为硬件电路的关键；第五步，将利用产生的网络表进行适配前的时序仿真;最后系统的物理实现级，它可以是CPLD、FPGA或ASIC。,6板卡设计与板卡仿真技术本次仿真multisim和PCB版的制作用Protel完成，并撰写在实习报告中。,7电子系统综合设计概述系统综合是建立在前期分块设计之上的依据约束条件进行的系统优化过程。电子线路的最优化设计是最优化技术的一个方面。它利用最优化理论和方法

15、，以电子计算机为手段对电子线路进行综合设计。以达到缩短设计周期，提高设计质量，获得最大效益的目的。,8设计工具对于EDA技术而言，电子系统设计的内容可以概括为：算法设计、芯片设计和电路设计三个部分。算法级EDA工具软件:Matlab、SystemView等；芯片设计的PLD设计:QuartusII、XilinxISE、FpgaAdvantage等；电原理图和板级的设计工具包括MultiSim、Protel、OrCAD、等。电路设计的任务有两个，即电气原理图设计与印刷电路板的设计。电原理图的设计是根据算法设计与芯片设计的成果，再根据系统的完整要求，设计出整个系统的电气原理图，包括系统芯片的供电和

16、与外部世界的接口。印刷电路板的设计是将设计好的电原理图转换为可以加工的PCB文件，制作成PCB板后安装上系统芯片等器件，设计的电子系统就可以在实际环境中运行，通过测试验证设计的正确性。,电路设计,电子技术课程设计模拟部分,模拟电路设计,1模拟系统的组成2模拟电路设计的主要任务和基本方法3电源电路4功率放大电路5信号处理电路6信号发生及输出电路,1模拟系统的组成模拟电路的主要作用是实现电信号的放大和变换以推动执行机构动作。如：放大电路、振荡电路、整流电路、电源电路、滤波电路各种波形变换电路或它们的组合就是模拟电路。,把非电量信号（如：声音、温度、压力、流量等）转换为连续变化的电信号。,把模拟电路

17、传送来的电能转换成其它形式的能量，以完成人们所需的功能。如：喇叭、电铃、继电器、示波管、表头等都是执行机构。,2模拟电路设计的主要任务和基本方法主要任务：电信号的放大和变换。基本功能的电路：如放大器、振荡器、整流器以及各种波形变换器电路等。在基本功能电路中，放大器应用的最普遍、也是最基本的电路形式。其它电子线路多是由放大器组合或派生出来的。多级放大器是模拟电路中的关键部分，它具有典型性，是课程设计经常要研究的内容。随着生产工艺水平的提高，许多电路系统已渐渐的由线性集成块直接组装而成。,3电源电路稳压电源输出电压和电流只是相对稳定的，并不是绝对不变的，设计者的任务是将变化限定在允许的范围内，保持

18、相对稳定。引起稳压电源不稳定的原因有：1.电网输入电压不稳定。2.由供电对象引起。3.由稳定电源本身的条件促成。构成稳压电源的元件不好，参数变化或失效等，都会使稳压电源的输出不稳定。4.其他如元件受温度、湿度和环境影响等也会使稳压电源的输出不稳定。当然还有一些其他因素。,稳压电源的分类：按调整元件和反馈元件的连接方式可分为串联式和并联式两种。按调整元件的工作状态可分为线性稳压电源和开关稳压电源。前者元件工作在线性区。后者元件工作在开关特性。其中开关电源又分自激式、他激式、频率调整式、脉冲调整式、斩波式、推挽式、半桥式、全桥式、单端正激式和单端反激式。按调整元件的品种可分为辉光放电管稳压电源、稳

19、压管稳压电源、电子管稳压电源、晶体管稳压电源和可控桂稳压电源。,4功率放大电路功率放大器要求在允许的失真条件下输出足够大的功率，放大器件几乎工作在极限状态，因此功率放大器是大信号放大器。功率放大器的电路结构、工作状态、分析方法及电路的性能指标等都与普通放大器不同。,功率放大器的主要特点：（1）、尽量大的向负载输出功率。即管子工作在极限值状态。（2）、尽可能高的功率转换效率。(PO/PE)*100%，的大小反映了电源的利用率。例如，某放大器的效率50，说明电源提供的直流功率只有一半转换成了输出功率传给了负载，另一半消耗在电路内部，这部分电能使管子和元件等温度升高，严重时会烧坏晶体管。要重视功放管

20、的散热问题，为了保证功率管的安全工作，一般给大功率管加装散热片。如何提高效率、减小功耗是功率放大器的一个重要问题。（3）、允许的非线性失真。同一功放管的输出功率越大，其非线性失真就越严重。在不同场合对功率放大器非线性失真的要求是不一样的，在测量系统和电声设备中必须把非线性失真限制在允许范围内，在驱动电动机或控制继电器中非线性失真就降为次要矛盾。此外，分析功率放大器只能用图解法，微变等效电路法已不再适用。由于上述原因，晶体三极管工作在大信号状态，且耗散功率PC大，因此，选管时应保证晶体管安全工作，使工作时不超过晶体三极管的极限参数(ICM，PCM，BUCEO等)。,5信号处理电路滤波振荡非正弦信

21、号产生,6信号发生及输出电路振荡器几乎包含了所有的仪器。例如，数字万用表、示波器、无线电接收机、计算机、每一种计算机的外围设备(磁带、磁盘、打印机、字母数字终端等)、每一种数字仪表(计数器、定时器、计算器)以及具有多路显示的和数不胜数的其他装置，都要用信号发生器或振荡器。没有振荡器的装置，或者是什么也干不了，或者是必须由其他装置驱动(后者本身就可能有一个振荡器)。可见振荡器在电子仪器和装置中是和直流稳压电源同等重要的组成部分。根据用途的不同，振荡器可以只是一个有规律的脉冲源(例如，数字系统的时钟)，或是对它的稳定性和精度(例如对频率计的时间基准)、可调性(例如，对发送机或接收机中的本机振荡)、

22、波形精确性(例如，对示波器中的水平扫描波形)有要求。就产生的信号波形来说，信号发生电路(或振荡器)可以分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器(产生矩形波、三角波、锯齿波、脉冲波等)。,电路设计,电子技术课程设计数字部分,数字电路设计,1总体方案选择总体设计方案可以用框图表示。主要部分和难点可画详细一些，一般部分只要能反映设计思想和基本原理就可以了。画框图的原则如下。1比较简单的逻辑电路框图一般由几个方框构成，复杂一些的电路由十几个方框构成，所画的框图不必太详细，也不能过于含糊，关键是要反映出逻辑电路的主要单元电路、信号通路、输入、输出以及控制点的设计思路。2框图要能清晰地表示出控制信息和数据信息的流

23、向。3每个方框不必指出功能块中所包含的具体器件，但应标明各方框的功能名称。4所有连线必须清晰整齐。,2单元电路的设计（1）根据设计要求和选定的总体方案原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。注意各单元之间的输入输出信号的关系，尽量避免使用电平转换电路。（2）选择设计单元电路的结构形式。（3）计算主要参数，选择元器件，进一步调整单元电路结构，以求达到最佳电路结构。,3元器件的选择3.1数字电路设计时元器件的选择原则（最好采用同一种类型的集成电路）3.2标准数字IC的分类及特点1TTL类型2CMOS类型,4系统总体电路组成画出总体电路图。总体电路图是电路实验、

24、调试及产生组装的重要依据，所以电路图画好之后要进行审图，检查设计过程是否有遗漏的问题，及时发现错误，进行修改，保证电路的正确性。组成系统的基本原则是工作稳定可靠；能达到预定的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成本低，功耗低；器件数目少，集成体积小，便于生产和维护。,5数字电子系统的安装与调试1分块调试2整机联调3调试注意事项（1）调试之前，先仔细检查仪器，避免由于仪器使用不当或出现故障而做出错误判断。（2）调试过程中，不但要认真观察和测量，还要善于记录，包括记录观察到的现象、测量的数据、波形及相位关系。（3）调试过程中，发现器件或接线有问题，应该先关断电源，待更换完毕并检查无误后，才能重新

25、通电调试。（4）调试自始自终要有严谨的科学作风，不能采取侥幸的心理。（5）调试和使用TTL、CMOS集成电路的注意事项。,6数字电子技术设计过程中的一些问题1各种门电路之间的接口问题2门电路带负载时的接口电路3抗干扰措施组合电路竞争冒险的消除时序电路的自启动问题,本次电子电路设计题目,1、增益自动切换电压放大电路的设计2、恒流式充电器电路的设计3、数字逻辑信号测试器的设计4、防盗报警控制电路设计5、数控音频功率放大器的设计6、多功能数字钟电路的设计7、彩灯闪烁电路的设计8、交通灯控制电路的设计,1、增益自动切换电压放大电路的设计,输入信号的幅度比较与鉴别,电压增益的切换,电压放大电路,ui,uo,2、恒流式充电器电路的设计,恒流源电路,关断保护电路,电压检测电路,负载,5、数控音频功率放大器的设计,电压放大器,功率放大器,负反馈电阻网络,2*8路模拟开关,LED译码及显示电路,4位可逆计数器,加计数,减计数,输入信号,+,-,7、彩灯闪烁电路的设计,8、交通灯控制电路的设计,交通灯控制器系统框图,实验室提供实验仪器和器件,模数电实验装置相关元器件,对同学的