《精编》电子产品创作设计课程

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1、24 05 2020 电子产品创作设计课程 24 05 2020 1 课程学习参考资料 参考资料及相关通知electronicmaker password electronicBook PracticalElectronicsforInventors SecondEdition 谢自美主编 电子线路设计 实验 测试 华中理工大学出版社汤元信等编 电子工艺及电子工程设计 清华大学出版社 李哲英等编 实用电子电路设计 电子工业出版社傅劲松主编 电子制作实例集锦陈永甫主编 电子电路智能化设计实例与应用 一 关于课程 24 05 2020 2 目的 提高电子产品设计的工程意识及设计制造能力 基本技能

2、电路设计 元件选择与识别 安装 调试 包装设计 培养和提高解决问题能力 创新能力 培养电子竞赛人员 A 培养综合设计和实践能力 B 培养查阅资料文献和仿真技术应用的能力 C 培养工艺素质 D 培养团队精神 E 培养市场素质 24 05 2020 3 任务 由4 5人合作成立项目设计组 选择设计题目 或自选 一个 并完成电子产品设计制作作品一件 设计报告一份 约5000字左右 作品参加今年校 星火怀 挑战杯 竞赛 记课程学分2分 24 05 2020 4 授课方式 讲课 讨论和指导式相结合 5 课程开课时间 9月28日至11月2日 6 作品和报告验收时间 10月29日至11月2日下午2 00 5

3、 30 7 制作场地 新校区E楼222实验室 开放时间10月15日后每天下午 晚上 8 管理方式 器件各组自行解决 制作作品归个人所有 制作工具 仪器 导线 焊锡 器件手册由实验室提供 24 05 2020 二时间安排 1 方案设计安排 时间9月28日至10月12日 任务 完成方案设计 电路设计 包装方案设计 2 设计方案讨论课安排 a 时间 10月13日至10月14日 参加22日提交院竞赛作品的同学提前联系 国庆期间安排时间讨论 b 讨论内容 设计方案 与应用场合和功能扩展 包装创新内容为讨论重点 对电路组成及工作原理理解程度 元器件选择依据和应用方法 包装设计方案预案 例出应购置器件清单

4、由导师审核 24 05 2020 3 选购元器件 通用板和IC插座 包装机壳 时间 10月15月至10月17日4 安装调试时间安排 10月18日至11月2日开放时间安排 每天下午2 00至21 30点 周六周日全天开放 每天上午8 30至11 30 下午 2 00至21 30 24 05 2020 5 实验地址 新校区E楼222实验室 实验室使用及管理办法 每一个组值一天班 负责实验室开放和实验设备 工具管理 交班时间 每天晚上21 30 辅导时间 每周一 五下午2 00至5 30 6 作品和设计报告验收时间 作品先完成先验收和设计报告可随后发至导师邮箱 验收时间 10月29日至11月2日有导

5、师的辅导时间中即可 24 05 2020 三选题 每4 5人为一组 选一个组长参于组织管理 选择一个题目 自拟题目 请携带自拟题目相关资料找老师讨论 非自拟题目 请从老师所发资料中选择题目 不同组可重复选题 每班班长用exel统计 格式为 题目 姓名 学号 手机 邮箱 红色字体标出组长 班长统计后 交给科协做全级统计 统计后发邮箱 24 05 2020 本课程是一门理论和实践紧密结合的课程 它利用基本电子电路原理 设计 制作出合乎要求的具有实用价值的电子装置的过程 是考察学生电子技术基本应用技能 实践创新能力的重要实践过程 主要侧重以下方面 设计内容具有实际意义和应用背景 并考虑到目前教学的基

6、本内容和新技术的应用趋势 学习者综合运用基础知识进行理论设计的能力 创新精神和独立工作能力 4 1性质和目的 四电子产品创作设计基础 24 05 2020 4 2设计的基本原则 满足系统功能和性能的要求 这是电子电路系统设计时必须满足的基本条件 电路简单 成本低 体积小 系统集成技术是简化系统电路的最好方法 电磁兼容性好 电磁兼容特性是现代电子电路的基本要求 可靠性高 性价比高 系统的集成度高 节能 调试简单方便 生产工艺简单 24 05 2020 1 电磁兼容特性 是指确保仪器或者系统正常工作时对周围电磁环境和内部电路相互之间电磁作用的限制 要求和特点 抗干扰能力 干扰源 2 在电路设计时应

7、注意 选用电磁兼容特性好的集成电路 尽量提高系统集成度 只要条件允许尽量降低系统工作频率 为系统提供足够功率的电源 电路布局 布线要合理 做到高低频分开 功率电路与信号电路分开数字电路与模拟电路分开 4 3电路兼容设计 24 05 2020 4 4电子产品设计步骤 24 05 2020 4 4 1电子电路的基本设计方法 自顶向下 24 05 2020 1 明确系统设计任务和要求对设计任务分析 了解性能 指标 内容及要求 这点十分重要 充分理解题目的要求 每项指标的含义 这是完成综合设计和实验的前提 2 制订方案与构筑总体框图对于同一个题目 实现的方案可能是多个 实现的途径和技术路线也可能是多方

8、面的 可以将不同的方案与途径加以对比 从中选择一种方案来实现 选择的原则一般是 相对容易 相对巧妙 性价比高 4 4 2电子电路的基本设计方法 自顶向下 24 05 2020 3 单元电路设计设计单元电路的一般方法和步骤如下 1 根据设计要求和已选定的总体方案原理框图 确定对各单元电路的设计要求 拟定主要单元电路的性能指标 与前后级之间的关系 分析电路的构成形式 应注意各单元电路之间的相互配合 注意各部分输入信号 输出信号和控制信号的关系 2 拟定好各单元电路的要求后 按信号流程顺序分别设计各单元电路 24 05 2020 3 选择单元电路的组成形式 一般情况下 应查阅有关资料 以丰富知识 开

9、阔眼界 4 从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合适的电路 如确实找不到性能指标完全满足要求的电路时 也可选用与设计要求比较接近的电路 然后调整电路参数 5 在单元电路的设计中特别要注意保证各功能块协调一致地工作 24 05 2020 此外还要注意前后级单元之间信号的传递方式和匹配 尽量少用或不用电平转换之类的接口电路 并考虑到各单元电路的供电电源尽可能统一 以便使整个电子系统简单可靠 另外 尽量选择现有的 成熟的电路来实现单元电路的功能 有时找不到完全满足要求的现成电路 可在与设计要求比较接近的某电路基础上适当改进 或自己进行创造性设计 为了使电子系统的体积小 可靠性高 电路单元尽可能用

10、集成电路组成 24 05 2020 选择元器件可从 需要什么 和 有什么 两个方面来考虑 所谓 需要什么 是指根据具体问题的要求所选择的方案需要什么样的元器件 即每个元器件各应具有哪些功能和什么样的性能指标 所谓 有什么 是指有哪些元器件 哪些在市场上能买得到 它们的性能如何 价格如何 体积多大等 众所周知 电子元器件的种类繁多 而且不断出现新产品 这就需要用户经常关心元器件的新信息和新动向 多查资料 大量了解各种元器件特性 规格 参数 价格 一般优先选用集成电路 建议 在保证电路性能的前提下 尽量选用常见的 通用性好的 价格相对低廉 手头有的或容易买到的 4 器件的选择 24 05 2020

11、 应该根据器件自身特性和电路要求选择合适的器件 如工作频率 功率 工作电压等其他指标 可以参阅器件技术手册 一般情况下 在元 器件选择方面 建议在保证电路性能的前提下 尽量选用常见的 通用性好的 价格相对低廉 手头有的或容易买到的 尽量采用集成电路和新器件将可起到事半功倍的效果 一切从实际需求出发 将分壹元件与集成电路巧妙地结合起来 而且尽量应用集成电路 以使系统简化 体积小 可靠性提高 24 05 2020 在元器件应用中 必须注意以下几个方面 电源电压的范围是多少 是单电源供电还是需要双电源供电 这点十分重要 若不注意 将 3 3V电源的器件加 5v 将 5V器件加 9V 甚至更高 那器件

12、是必烧无疑 注意元器件的主要技术指标 不要以为只要是运放就能作放大器 滤波器 例如要求做一个2MHz带宽的放大器 如果选用LM741 结果无论如何都达不到要求 因为LM741的单位增益带宽积只有1MHz 元器件互相之间的电平匹配如何 元器件的输入阻抗 允许的输入电压 电流范围以及输出驱动负载的能力等等 如音频功放LM386是不能推动0 5W以上的负载 这一方面会涉及器件的安全 另一方面又可能影响到系统的某些指标能否达到 24 05 2020 可单电源工作的运放LM324 LM358 AD822 OP295 运算放大器的使用细节和单电源供电 24 05 2020 单电源放大电路设计 24 05

13、2020 0V输出 多数运放不能输出0V值LM358 LM324特殊运放可以0V输出 例如OP295等满幅输出 普通运放不能满幅输出LM324 LM358 AD711特殊运放能够满幅输出AD822 POA350 运放的输出幅度和 轨至轨 满幅输出 24 05 2020 为保证单元电路达到功能指标要求 常需计算某些参数 例如放大器电路中各电阻值 放大倍数 振荡器中电阻 电容 振荡频率等参数 只有很好地理解电路的工作原理 正确利用计算公式 计算的参数才能满足设计要求 一般来说 计算参数应注意以下几点 1 各元器件的工作电压 电流 频率和功耗等应在允许的范围内 并留有适当的裕量 2 对于环境温度 交

14、流电网电压等工作条件 计算参数时应按最不利的情况考虑 5 参数计算 24 05 2020 3 涉及元器件的极限参数必须留有足够的裕量 一般按1 5倍左右考虑 4 对于电阻 电容参数的取值 应选计算值附近的标称值 电阻值一般在1M欧姆内选择 非电解电容器一般在100pF 0 47uF选择 电解电容一般在1uF 2000uF范围内选用 5 在保证电路达到功能指标要求的前提下 尽量减少元器件的品种 价格 体积等 24 05 2020 随着计算机的普及和EDA技术的发展 电子电路设计中的实验演变为仿真和实验相结合 仿真具有下列优越之处 1 对电路中只能依据经验来确定的元器件参数 用电路仿真的方法很容易

15、确定 而且电路的参数容易调整 2 由于设计的电路中可能存在错误 或者在搭接电路时出错 可能损坏元器件 或者在调试中损坏仪器 从而造成经济损失 而电路仿真中也会损坏元器件或仪器 但不会造成经济损失 3 电路仿真不受工作场地 仪器设备 元器件品种 数量的限制 6 计算机仿真和实验验证 24 05 2020 尽管电路仿真有诸多优点 但其仍然不能完全代替实验 对于电路中关键部分或采用新技术 新电路 新器件的部分 一定要进行实验最终确定可行方案 仿真和实验验证要完成以下任务 检查各元器件的性能 参数 质量能否满足设计要求 检查各单元电路的功能和指标是否达到设计要求 检查各个接口电路是否起到应有的作用 把

16、各单元电路组合起来 检查总体电路的功能 性能是否最佳 24 05 2020 7 电路图和PCB图的绘制 总体电路图是在总框图 单元电路设计 参数计算和元器件选择的基础上绘制的 它是组装 调试 印刷电路板设计和维修的依据 目前绘电路图一般是在计算机上利用绘图软件完成 绘制电路图时主要注意以下几点 1 总体电路图通常按照信号的流向 从输入端画起 由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路 2 注意总体电路图的紧凑和协调 要求布局合理 排列均匀 图中元器件的符号应标准化 元件符号旁边应标出型号和参数 24 05 2020 3 连线一般画成水平线和垂直线 并尽可能减少交叉和拐弯 对于相互交叉的线 应在交叉处用圆点标出 24 05 2020 PCB设计要求 电路的形式确定后 用Protel99SE制板软件进行PCB板制作 在本课程中对较简单的电路一般建议不制印制板 选用通用板直接用导线焊接完成 印制板制作过程一般为 A 原理图输入 B pcb板元件布局设计 按功能模块分区布局和处理顺序布局 按外形包装进行布局 对外连接方便 元件重心居中 布局合理 整齐等 C PCB连线 电源线加粗 1mm