电子工程设计I-1(11).ppt

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1、电子工程设计I-1,电子工程设计中心,2007.10,第一部分,电子工程设计训练介绍,1. 课程性质与解决的问题,2. 课程内容,3. 课程目的,4. 运行方式与要求,一. 课程性质与解决的问题,实践性教育主要形式：,课程实验-理论验证,工程实践 解决实际问题,课程的组织、管理形式：类似于课程设计,课程的内容、成果形式：类似于工程实践,-题目相对集中，场所相对集中。,-内容以解决具体问题为主，成果是完整的电子系统。,课程设计-知识应用,工程师培养的4个过程：,工程科学理论的学习过程 - 以工程科学理论 的认知为主（课堂教学）,工程科学理论的应用训练过程 - 以工程科学 理论的应用为主（课程实验

2、、课程设计）,工程实践训练过程 - 以运用工程科学理论知 识解决实际问题为主（毕业设计）,分析处理各种工程实际问题经验的积累过程,工程实践过程是从“学生”向“工程师”转变的重要过程。,工程一般定义：,运用工程科学知识，用最小的代价提供优质的产品。,广义产品 - 商品、服务、工艺流程。,代价 - 原材料、人力、能源、环境。,优质 - 性能优良、耐用、环保、节能、安全、人性化。,工程的主要环节：,设计、生产、流通、销售、服务,设计是工程的源头，也是工程的核心。,选题原则：,面向实际工程问题,考虑学生的知识水平和实际能力,便于课堂实施,知识涵盖全面,选题内容 ：,二. 课程内容,小型温度测控系统,设

3、计要求：,温度测控范围：0100,控制精度：2,受 控对 象,测温,传感器,变送器,模/数转换器,单片机,控温,驱动器,数/模转换器,0100C,0100C,显示测温结果,输入控温数据,设计小型温度测量与控制系统 - 典型电子系统,前向通道,后向通道,人机交互单元,主控单元,控制执行单元,电子工程设计训练的基本设计任务,小型温度测控系统组成框图,执行元件,非电量传 感,非电量控 制,信号处理,模数转换,数模转换,人机交互,控制驱动,数据处理,PC机上下位机控制,红外或无线遥控,时钟及打印功能,设计任务分解,b,设计内容的特点：,完整的电子系统,整体功能、指标由若干单元电路实现。,需要考虑各单元

4、电路之间的接口匹配问题,电路调试、故障诊断更加复杂,第一阶段,电子工程设计训练-1（第5学期60学时）,电子工程设计训练-2（第6学期60学时）,电子工程设计训练-3（第6学期60学时）,第二阶段,第三阶段,培养目标：基本技能（工程图绘制、印刷电路板设计、电路板焊接等）和单元电路设计、组装、调试能力培养。,培养目标：系统电路设计、相关程序设计、系统联调能力培养。,培养目标：在系统功能扩充基础上进行的发挥、创新能力培养。,b,执行元件,非电量传 感,非电量控 制,信号处理,模数转换,数模转换,人机交互,控制驱动,数据处理,基本闭环温度测控系统组成框图,第一、二阶段设计任务,基本闭环温度测控系统的

5、设计实现,实时钟电路,微型打印机,电 缆,接口电路,PC机,红 外 线,红外线接收,红外线发射,单片机控制电路,人机交互电路,基本闭环温度测控系统,定时、打印 扩展模块,PC机控制 子系统,红外线遥控 子系统,扩展模块或扩展子系统的设计实现,第三阶段设计任务,问题 ：,在分若干个阶段逐步完成系统的设计过程中， 如何进行各部分的调试和正确性验证工作。,在三个时段、分若干次完成整个系统的设计 时，如何保证设计过程的连续性和设计结果 的完整性。,解决方法：,自制教学仪器设备，有针对性地解决教学运行中的具体问题。,三. 课程运行平台,电子工程设计训练教学模板：,示教系统,标定平台,作品功能指标检测及性

6、能评价系统,电子工程设计训练教学调试台：,电路模块与电路系统的调试平台,电路模块与电路系统的故障诊断平台,红外线遥控子系统仿真调试软硬件环境：,红外线遥控系统的调试平台,四. 电子工程设计训练的方法,1. 基本温度测控系统的设计实现,强化训练阶段,2. 系统扩充功能的实现,提高性训练阶段,电子工程设计训练，采取“0起点”设计训练方式强化分析问题解决问题能力的培养效果。,设计 - 2个人一组 研究设计方案。,焊装 - 方案经过老 师确认后领料 开始焊装。,五. 电子工程设计训练的过程,调试 - 焊装完成的电路 在调试台上排除故 障进行初步的软硬 件调试。,辅导 - 电路或程序调 试过程中出现问题

7、， 经过努力仍然不能 解决可以向辅导老 师求助。,检测 - 经过初步调试能 够完成规定功能的电 路，在模板上进行标 定及指标检测。,交验成果 - 调试完成 的电路或系统，由 辅导老师按照规定 的功能和指标进行 测试、验收。,答辩 - 设计说明、作 品演示、回答教 师及学生提出的 问题。,设计报告 - 设计方案 实现过程、调试 方法、问题及解 决过程的说明文 件。,六. 课程目的,1. 培养综合设计能力,综合设计能力：综合运用所学知识，将工程问题转化为具体的专业技术问题的设计能力。,2. 培养综合运用知识分析问题解决问题的能力,分析问题解决问题能力的基本构成：,理论- 理论知识的应用能力。,方法

8、 - 如何应用各种技术手段和理论知识、 通过什么样的过程、用什么样的方 法，查找问题的根源。,经验 - 分析问题的现象，找出产生问题的 线索。再根据以往的积累，综合各 种线索，将问题产生的原因、位置 限定在一定的范围内，最终找出问 题的根源。,3. 积累初步的工作经历,了解电子产品或系统的设计、研发过程,学习电子产品或系统的设计、研发方法,七. 实验室情况介绍,现有实验室2间共计250平方米，可以同时接纳120名学生进行电子工程设计训练。,实验室全称：电子工程设计中心,实验室1 - 606、607房间,另有材料设备室1间，教师办公室3间，共计150平方米。,实验室2 - 626、627房间,材

9、料设备室- 629房间,教师办公室- 604、605、628房间,八. 电子工程设计中心的管理方式及管理规定,1. 组织方式,2. 考勤制度,2人一组，强弱结合。,自划考勤，随时抽查。,可以去图书馆或计算机房上网查资料，不能无故离开。提前完成阶段性工作，可以提前离开。,3. 材料领用,学生提交设计图纸，教师确认签字。,高值及消耗性材料按组登记，低值材料随用随取，避免浪费。,4. 小件工具及材料保管,5. 元件损坏赔偿制度,高价值元件领用前测试，使用中损坏折价赔偿。,6. 仪器、设备使用规定,见任务书首页、末页，认真阅读,7. 计算机使用注意事项,8. 实验室保洁注意事项,9. 其他设施使用注意

10、事项,窗帘、电烙铁、万用表,离开实验室时，将椅子摆放整齐，桌面清理干净，废弃物丢入卫生间或电梯间的垃圾桶。,不要带与课设无关的物品，书包、饮水杯集中放在实验室后面的桌子上。,不得用计算机玩游戏，个人文件存在E、F区。,九. 电子工程设计I-1的基本内容及安排,电子工程设计训练概况,电子工程设计工艺基础,印刷电路板设计CAD软件,稳压电源的设计与实现,原理图设计,电路板图设计,变送器设计与实现,功率放大器的设计与实现,半导体制冷片,第二部分,电子工程设计过程,简单介绍,一. 主要环节,项目背景 为什么要做？,需求分析 做什么？,方案设计 怎么做（自上而下）？,细节设计 怎么做（自下而上）？,具体

11、实现 实际去做,细节设计是电子设计的主要环节，细节设计包括硬件和软件的设计。为了方便设计与调试，通常将硬件系统和软件系统分解为若干个功能独立的模块进行设计。,二. 需求分析,1.确定设计任务,任务来源：,社会需求,甲方委托,立项理由：,社会需求且尚未开发的产品。,已有产品提高性能、降低成本，提高市场竞争力。,降低生产成本，降低材料、能源消耗，提高产品质量和生产效率的生产技术改造。,2.确定功能与指标,满足实际需求 - 避免多余功能、过高指标、过 长寿命。,必要的功能扩展 - 生存期内可以发挥作用或能 够延长生存期。,必要的指标裕量 - 应该在正常范围之内。,3.拟定设计任务书,用规范的技术文字

12、对包括功能、指标在内的设计任务和要求进行描述。,三. 方案设计（自顶向下）,1.整体技术路线的论证,可以满足设计要求,特点及其与其它同类技术对比具有的优点,关键技术前期开发说明,技术难点说明,2.技术手段选择,成熟技术,有应用实例可供借鉴,设计成本可以接受,落后的不采纳,不成熟的不采纳,没有必要的不采纳,自行开发必要的技术,四. 电路模块设计,电路模块 电路系统中功能相对独立的子系统,独立电路模块 功能独立、特性明确、界面清 晰，完全可以从系统中独立出 来的电路模块,例如：电源电路,输入交流电压；输出直流电压；输入/输出的连接通过简单的连接端子实现；,信号调理电路,传输特性清楚；前端连接传感器

13、；后端连接A/D输入；界面清晰、连线少。,1.模块化设计优点,独立设计；独立组装；独立调试。,降低设计、实现的难度，提高电气性能。,2.电路模块设计方法,分析电路的输入/输出参数，获取电路的传递 特性或归纳电路的性能要求。,借鉴经典电路进行设计,来源：个人设计文档；书籍、杂志；互联网； 器件应用手册。,再加工：根据电路的功能、指标要求，进行 增、删、改，使之适用。,使用新器件自行设计,选用最新器件，参照厂家提供的数据手册（Datasheet)和应用笔记（Aplication Note)中的应用实例，自己设计适用的电路。,3.电路模块设计注意事项,模块间的相互影响,过载 后级负载对前级输出的影响

14、,失配 信号源和负载之间的相互影响,过流、过压 不同电源系统间的相互影响,干扰 模块间不良耦合产生的影响,模块间的互联,非独立模块：设定模块间的界面，明确模块间 的连接关系，设计连接方式。,连接器选择：容量满足要求；连接可靠；体积 小；插拔方便；价格低。,独立模块：设计连接方式和接口标准，选择适 用的连接器。,4.调试方法,创建调试环境,工作环境 供电、信号注入、负载；,测试环境 被测信号引出、测试仪器等；,功能检测与参数调整,按照设计要求提出检测要求、设计检测方案；,按照检测方案逐一检测电路的功能并调整电路工作于最佳状态；,记录检测结果,记录检测数据，作为性能、指标的评价依据和后期设计报告的

15、撰写素材；,故障诊断,标定（需要的情况下）,分析标定原理、设计标定方法；,创建标定测试环境（信号源及测试设备）；,按照预设的标定方法进行标定操作，并记录标定结果；,分析故障现象，设计故障诊断预案；,创建测试环境（信号源及测试设备）；,通过测试确定故障位置，分析故障原因；,寻找解决问题的方法，排除故障；,记录故障检测、分析过程，故障产生原因，故障排除方法等；,五. 电路系统设计,电路系统设计 围绕核心元件或核心模块的实现 方案的细节设计；,以小型测控系统设计为例,电路系统 以元件或模块为核心，由若干电路模 块共同组成的完成特定功能的系统；,1.设计内容,核心电路设计；,数据交换接口设计；,人机交互接口设计；,程序设计；,2.设计方法,选择系统控制管理核心部件；,确定外围资源配置规模；,系统模块级电路与程序组成设计；,电路与程序模块设计；,3.调试方法,创建调试环境,设计测试电路,设计调试方法,设计调试程序,设计故障分析预案,六. 电路与系统的实现方法,飞线板电路实现 - 产品处于试验阶段并且电 路相对简单,1. 组装、焊接,2. 调试,印刷电路板实现 - 产品基本定型或电路相对 复杂,单元电路调试 - 各功能模块单独调试,系统调试