2011年暑期電子設(shè)計競賽培訓(xùn)學(xué)校上課綱要.doc

焊接，電路制作的工具準備問題。人員變動和組隊問題。（一些同學(xué)中途退出，原本就是不齊的，先加入其他隊組隊一起來完成，最后可以再調(diào)整）第一篇 電子設(shè)計綜合背景知識一、電子電路系統(tǒng)的組成1.完成一些簡單的功能：純硬件電路（1）模擬電路簡單、參數(shù)（頻率，功率）要求不高的，如：走廊路燈控制、調(diào)光臺燈、信號放大器、波形發(fā)生器、紅外檢測報警電路高頻部分典型：無線發(fā)射、接收（如：對講機）（2）數(shù)字電路數(shù)字時鐘、（頻率要求不高的）計數(shù)器、脈沖發(fā)生器2.需要智能判斷的電路：硬件+智能判斷軟件全自動洗衣機、程控放大器、程控濾波器、智能小車對于電子設(shè)計競賽的命題，不是一個完整的產(chǎn)品，考核的是基本功和某個電子技術(shù)方向?qū)Ｑ谐潭取Ｔ谙到y(tǒng)功能的實現(xiàn)上，很難用純硬件電路來實現(xiàn)，都是需要硬件+軟件結(jié)合。目前的基礎(chǔ)平臺方向：硬件電路+單片機智能系統(tǒng)（51、AVR、PIC、）硬件電路+智能控制核心（ARM 低端：相當于高級單片機 高端：能夠運行系統(tǒng)軟件，嵌入式系統(tǒng)）少許外圍電路+FPGA （現(xiàn)場可編程門陣列）：超大規(guī)模的數(shù)字集成芯片，根據(jù)專有的程序語法和編譯軟件對其內(nèi)部進行燒寫，構(gòu)建成目標電路。二、歷年電子設(shè)計競賽題目分類或方向：1.信號處理、波形發(fā)生類：（程控放大、程控濾波或者二者的結(jié)合、函數(shù)信號發(fā)生器），主要體現(xiàn)在參數(shù)的高要求。2.控制類：主要圍繞電機和傳感器（小車走蹺蹺板、小車循跡、小車踢足球、小車根據(jù)聲源定位）3.電源類：開關(guān)電源功率、效率、（輸出電壓的穩(wěn)定性）；逆變、三相電源等4.儀器檢測類：簡易示波器、數(shù)字集成電路參數(shù)測量、非接觸轉(zhuǎn)速測量（近年低功耗）5.無線：無線通信系統(tǒng)、無線電能傳輸（去年）、主要在功率、效率、距離上要求。 概括：現(xiàn)在的命題越來越貼近時代主題：節(jié)能、環(huán)保，參數(shù)的要求也越來越苛刻 因此，要較好的完成賽題并不容易，需要靠團隊協(xié)作、充分的準備工作（相關(guān)知識的儲備）還需要一些運氣。三、電子設(shè)計競賽相關(guān)常識 1.組隊（人員的工作要有側(cè)重點） （1）程序員 （2）硬件制作、設(shè)計的執(zhí)行者 （3）統(tǒng)籌人員 2.競賽時間的安排（4天3夜，基本上不允許方案和選題的返工） （1）選題的敲定和粗略方案半天之內(nèi)就要決定清楚（平時準備的越充分，這個時間就會越短）（2）組成系統(tǒng)的各個模塊的制作和調(diào)試（2天半）（3）系統(tǒng)合成統(tǒng)調(diào)，最后完成功能確定收尾（最后1天）（4）設(shè)計報告的撰寫，從方案的擬定開始到各模塊的制作貫穿始終（框架、一些陳述性的東西、原理性文字先準備清楚）、最后收尾階段只是數(shù)據(jù)的修改和整體把關(guān)，千萬不要等到最后才開始著手。 統(tǒng)籌人員先搭框架，清楚的內(nèi)容就寫，不清楚的有其他成員空閑時來補。3.評分 （1）不同于大家常規(guī)認識！一句話：沒達到指定的門檻標準，不給分。 （2）不同賽題，不同的評分標準 （3）按比例設(shè)定獲獎人員（牽涉到選題） 4.國賽與省賽 全國賽（奇數(shù)年份），評獎等級：特等獎、全國一等獎、全國二等獎、省一等獎、省二等獎、省三等獎、成功參賽獎 省賽（偶數(shù)年份），評獎等級：省一等獎、省二等獎、省三等獎、成功參賽獎 大學(xué)4年，一般只有兩次機會，偶數(shù)級的同學(xué)沖擊國賽在時間上具備更好條件。5.設(shè)計報告的結(jié)構(gòu)及撰寫（一）方案及論證（二）系統(tǒng)的組成框圖（三）各部分電路原理（四）程序設(shè)計（五）測試及數(shù)據(jù)分析（六）結(jié)論最后遞交的設(shè)計報告對頁碼有要求，除摘要外，正文6頁，因此都是最最核心的內(nèi)容。四、學(xué)習(xí)的方法和知識儲備的方向總則：持之以恒、不斷積累、不斷進步。注意點：知識的保存和積累每當你制作完成一個單元電路或編寫一段功能程序并調(diào)試成功之后，應(yīng)將材料整理并保存清楚（電路板調(diào)試過程中的問題和解決、電路的相關(guān)數(shù)據(jù)、程序編寫過程中的錯誤原因及解決）。1.基本功硬件：（1）識別清楚元器件、識讀清楚電路圖（2）電路焊接、（萬能板）、PCB板制做（3）電路設(shè)計：電路照搬、修改參數(shù)、自己設(shè)計軟件：（1）程序規(guī)范（2）看懂程序（3）修改程序（4）模仿寫法（5）模塊訓(xùn)練（6）自己設(shè)計單片機最小系統(tǒng)（鍵盤、顯示、A/D、D/A）2.針對不同的題目的知識儲備（平時訓(xùn)練模塊的積累）1.信號處理類、波形發(fā)生器：（1）運算放大參數(shù)好的集成運放（頻率、電壓幅值、驅(qū)動電流）OPA690,THS4001（2）程控放大集成芯片（AD603）（3）濾波器、程控濾波 (MAX262)（4）信號發(fā)生：AD9952、AD9954 （FPGA）（5）峰值檢波電路（寬頻率范圍）、自動增益控制放大電路難點：噪聲、頻帶、驅(qū)動能力、自激2.控制類：主要圍繞電機和傳感器（1）直流、步進電機驅(qū)動（L298N、橋路驅(qū)動、TA8435） 難點：驅(qū)動電流、速度控制、方向控制（2）傳感器（紅外傳感器、光敏）3.電源類：開關(guān)電源功率、效率、（輸出電壓的穩(wěn)定性）；逆變、三相電源等4.儀器檢測類：簡易示波器、數(shù)字集成電路參數(shù)測量、非接觸轉(zhuǎn)速測量（近年低功耗）5.無線：無線通信系統(tǒng)、無線電能傳輸（去年）、主要在功率、效率、距離上要求。 相關(guān)的集成電路只能通過調(diào)研，從別人的設(shè)計中去尋找。總結(jié)：相關(guān)的集成電路的使用知識掌握的越多，越有利。所謂知識儲備及各功能模塊的使用心得。第二篇 PCB制板經(jīng)驗及注意事項前序：從對付電子設(shè)計競賽的角度來看，由于受到時間的限制，并不一定所有的電路都是PCB。簡單化、速度快，純手動用導(dǎo)線在萬能板上焊接。（考驗的就是基本功） 從業(yè)的角度來看，電路設(shè)計最后，批量生產(chǎn) 必須是PCB一、Protel 99SE軟件在制作PCB 板方面的應(yīng)用1.從原理圖到成品板的過程說明原理圖PCB板走線，元件定位打印到轉(zhuǎn)印紙上通過轉(zhuǎn)印機把轉(zhuǎn)印紙上的電路印到覆銅板上腐蝕鉆孔焊接元器件 （1）原理圖 到PCB板走線，元件定位 電路板設(shè)計軟件（protel）要解決的問題 （2）打印到轉(zhuǎn)印紙上通過轉(zhuǎn)印機把轉(zhuǎn)印紙上的電路印到覆銅板上腐蝕鉆孔焊接元器件（實驗室環(huán)境下，自行處理；可以外包給專門的加工公司做） 2.演示：利用protel從原理圖到生成PCB打印紙的過程 （1）從原理圖網(wǎng)絡(luò)表 （2）從網(wǎng)絡(luò)表布線圖二、Protel 99SE 制板過程中的具體問題 1.原理圖文件繪制過程的一些問題（1）元件庫的導(dǎo)入（你要用到原理圖元件必須再導(dǎo)入的庫中、不同庫內(nèi)一些元件可能存在重復(fù)、一些沒有的原理圖元件庫必須自己畫）（2）元件的放置（從庫中找；快捷鍵Place Part），兩種方法的區(qū)別。（3）連接元件的線保證用 Place Wire ；不要用line，交叉且相連線必須要有節(jié)點（4）以同名的 NET 實現(xiàn)連接 （NET的命名上必須考慮可讀性，便于檢查）（5）可以用總線的方式實現(xiàn)連線，但要注意P B ， P U 之后，要放置 NET（同一點要同名）（6）元器件的封裝（必須設(shè)定；引腳名稱必須與PCB庫中的文件引腳對應(yīng)）（7）默認的規(guī)則集成電路，電源、地 引腳基本默認并沒有顯示。（8）批量處理多個元件的封裝。（9）對于單元電路一定要留好電源、輸入、輸出接口（有接插件）（10）作為論文中的原理圖時要注意可讀性（如：運放、集成電路、傳感器、背景顏色、取消網(wǎng)格）2.PCB 板繪制過程中的一些問題（1）禁止布線層的大?。ǜ鶕?jù)元件多少和實際電路情況進行估計，開始時候稍微大點，之后要根據(jù)實際情況調(diào)整做到“緊湊” ）（2）導(dǎo)入NET 時出錯。（原理圖中封裝沒設(shè)定、PCB 庫中沒有導(dǎo)入該封裝、封裝引腳不匹配）（3）尺寸和單位（mil ，mm） 40 mil 約為1mm a.焊盤和過孔（推薦：2mm , 0.8mm , 處理清楚不同元器件，自己做，給專業(yè)公司開板的差別） b.形狀根據(jù)需要改變（IC座中間走線） c.線的粗細（自己做 0.5mm (20mil) ）；大電流情況下需要加大寬度；如果空間足夠盡量粗一點（4）元器件的位置擺放 a.按照信號的流程，不要出現(xiàn)環(huán)路，不要刻意追求整齊把相同的元件放在一起 b.元器件間的距離緊湊，充分考慮器件的大小，特殊功能的器件（大功率、需要調(diào)節(jié)的原件、顯示的部件、電路的接口）特別考慮。（5）布線規(guī)則里的設(shè)定（一般：先粗細、布線層、走線間的最小距離）（6）布線 a.純自動（需要再調(diào)整） b.半自動：一次同一個NET c.純手動 （優(yōu)先重要、容易的線） 注意：PLACE TRACK（7）檢查布線規(guī)則：ReportRun DRCRule check（broken net）（8）PCB中連線的直接更改（9）元件封裝不合適的直接更改（10）自制時覆銅慎用3.簡單電路的直接手動PCB 4.排列工具（TOOLS/Inter Placement / Align）、最小移動距離(G)、測量尺寸(R M )三、打印、轉(zhuǎn)印、腐蝕與鉆孔1.打印問題（1）Print Preview 中 右鍵MULTIPLAYER / properties 進行設(shè)定（2）添加去除層、過孔、鏡像、黑/白、mulilayer移至頂2.覆銅板的預(yù)處理（面、尺寸）3.轉(zhuǎn)印機處理（加熱鍵長按3S閃爍停止加熱）、轉(zhuǎn)印次數(shù)（3次左右），夾板問題（如何包轉(zhuǎn)印紙）、撕紙方向4.腐蝕前補線（油性筆，非水筆）5.腐蝕（注意安全、時間不可過長），如果有一大塊銅都要腐蝕光，建議貼上透明膠。6.鉆孔（注意鉆頭直徑）7.清理碳墨層、清洗、晾干、上松香水四、新建原理圖元件庫舉例1.新建ddb 2.新建library 3.新建元件 4.畫一個集成電路，如：AD603（引腳分配時，一定要注意和pdf中的序號一致；number影響和封裝的配對不能錯，name 只是個名稱）5.在同一個lib里添加新的原理圖元件6.在ddb 文件中加入，自己做的庫7.在原理圖文件中放置自己新做的原理圖元件8.如果覺得原理圖元件不合適可以直接在選元件的library框中選擇中edit 進行修改。五、新建PCB元件庫舉例總則：尺寸、引腳的物理位置要求必須精確到一定程度；尺寸信息可根據(jù)pdf(有些有提供)或?qū)嶋H測量獲得1.新建ddb文件2.新建pcb.lib 文件3.添加新元件（自動添加、手動畫、自動添加的基礎(chǔ)上手動編輯修改）4.某一個器件的封裝，如：按鈕、數(shù)碼管5.在庫里添加新元件，新建pcb.lib庫文件六、雙面板的制作1.PCB中的問題（以PL2303電路為例）（1）規(guī)則中布線層開2層（頂層和底層）（2）貼片元件（集成電路注意引腳順序順時針？逆時針？）（3）過孔位置的安排（自己做板不要讓集成電路的引腳成為過孔、最好另外再安排）（4）布線（先自動布線再手動更改） a.更改過孔位置 b. 線分分支和拐點 c.有些線希望能放在特定的頂或者底層，自動布線可能無法滿足，自己調(diào)整2.打印和制作過程中的問題（1）分兩層兩次打印（2）底層 Bottom 不要鏡像！頂層TopLayer要鏡像?。ㄓ绊懙揭_順序）（3）要放置對準的定位孔（4）打印在紙上、并且用裁剪成合適大小，用膠布固定在覆銅板上，先鉆定位孔（5）將PCB 打印在轉(zhuǎn)印紙上（2張 頂、底層），根據(jù)事先設(shè)定好的定位孔對準，（電阻引腳固定定位孔，透明膠布粘好）（6）轉(zhuǎn)印，前后幾次走板方向一致（7）開水浸泡后，撕轉(zhuǎn)印紙（8）補線、腐蝕、清洗、對準光源看板孔對其情況、若基本對其，則表明板可用，若偏差（看上下同一個孔是不是對其的）太多，直接丟棄不要往下做。第三篇 硬件電路設(shè)計注意事項、集成器件總則：電源電壓的大小、極性不能錯！輸入電壓必須小于安全范圍！輸出一般可以空載但不能過載！其余的引腳不能隨意短路。一、硬件電路元件參數(shù)選擇（接口、電阻、電容等）。集成電路的外圍元件在 pdf中基本都已給出，找到?jīng)Q定其參數(shù)的表達式，進行確定。特定電阻、電容1.限流電阻（二極管、三極管積極、紅外管、光耦）與分壓電阻取值。2.繼電器驅(qū)動（NPN、 PNP）3.耦合電容與濾波電容（大、?。?.電平高低不匹配的問題5.模擬信號的驅(qū)動能力提升6.數(shù)字電路的驅(qū)動能力提升二、器件與電路單獨器件（1）按鍵（內(nèi)部兩腳相通）（2）數(shù)碼管（單個、兩個、4個一體）、LCD1602、點陣的液晶（3）ST