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

焊接，電路制作的工具準(zhǔn)備問題。人員變動和組隊(duì)問題。（一些同學(xué)中途退出，原本就是不齊的，先加入其他隊(duì)組隊(duì)一起來完成，最后可以再調(diào)整）第一篇 電子設(shè)計(jì)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(bào)警電路高頻部分典型：無線發(fā)射、接收（如：對講機(jī)）（2）數(shù)字電路數(shù)字時(shí)鐘、（頻率要求不高的）計(jì)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(jī)、程控放大器、程控濾波器、智能小車對于電子設(shè)計(jì)競賽的命題，不是一個(gè)完整的產(chǎn)品，考核的是基本功和某個(gè)電子技術(shù)方向?qū)Ｑ谐潭取Ｔ谙到y(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)上，很難用純硬件電路來實(shí)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(jī)智能系統(tǒng)（51、AVR、PIC、）硬件電路+智能控制核心（ARM 低端：相當(dāng)于高級單片機(jī) 高端：能夠運(yùn)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(jìn)行燒寫，構(gòu)建成目標(biāo)電路。二、歷年電子設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)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(tuán)隊(duì)協(xié)作、充分的準(zhǔn)備工作（相關(guān)知識的儲備）還需要一些運(yùn)氣。三、電子設(shè)計(jì)競賽相關(guān)常識 1.組隊(duì)（人員的工作要有側(cè)重點(diǎn)） （1）程序員 （2）硬件制作、設(shè)計(jì)的執(zhí)行者 （3）統(tǒng)籌人員 2.競賽時(shí)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(shí)準(zhǔn)備的越充分，這個(gè)時(shí)間就會越短）（2）組成系統(tǒng)的各個(gè)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(jì)報(bào)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(zhǔn)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(shí)來補(bǔ)。3.評分 （1）不同于大家常規(guī)認(rèn)識！一句話：沒達(dá)到指定的門檻標(biāo)準(zhǔn)，不給分。 （2）不同賽題，不同的評分標(biāo)準(zhǔn) （3）按比例設(shè)定獲獎(jiǎng)人員（牽涉到選題） 4.國賽與省賽 全國賽（奇數(shù)年份），評獎(jiǎng)等級：特等獎(jiǎng)、全國一等獎(jiǎng)、全國二等獎(jiǎng)、省一等獎(jiǎng)、省二等獎(jiǎng)、省三等獎(jiǎng)、成功參賽獎(jiǎng) 省賽（偶數(shù)年份），評獎(jiǎng)等級：省一等獎(jiǎng)、省二等獎(jiǎng)、省三等獎(jiǎng)、成功參賽獎(jiǎng) 大學(xué)4年，一般只有兩次機(jī)會，偶數(shù)級的同學(xué)沖擊國賽在時(shí)間上具備更好條件。5.設(shè)計(jì)報(bào)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(jì)（五）測試及數(shù)據(jù)分析（六）結(jié)論最后遞交的設(shè)計(jì)報(bào)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(jìn)步。注意點(diǎn)：知識的保存和積累每當(dāng)你制作完成一個(gè)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(cuò)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(jì)：電路照搬、修改參數(shù)、自己設(shè)計(jì)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(jì)單片機(jī)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(shí)訓(xùn)練模塊的積累）1.信號處理類、波形發(fā)生器：（1）運(yùn)算放大參數(shù)好的集成運(yùn)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(diǎn)：噪聲、頻帶、驅(qū)動能力、自激2.控制類：主要圍繞電機(jī)和傳感器（1）直流、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動（L298N、橋路驅(qū)動、TA8435） 難點(diǎn)：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(jì)中去尋找?？偨Y(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(yàn)及注意事項(xiàng)前序：從對付電子設(shè)計(jì)競賽的角度來看，由于受到時(shí)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(yàn)的就是基本功） 從業(yè)的角度來看，電路設(shè)計(jì)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(jī)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(jì)軟件（protel）要解決的問題 （2）打印到轉(zhuǎn)印紙上通過轉(zhuǎn)印機(jī)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)（4）以同名的 NET 實(shí)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(shí)現(xiàn)連線，但要注意P B ， P U 之后，要放置 NET（同一點(diǎn)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(rèn)的規(guī)則集成電路，電源、地 引腳基本默認(rèn)并沒有顯示。（8）批量處理多個(gè)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(shí)要注意可讀性（如：運(yùn)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(shí)際電路情況進(jìn)行估計(jì)，開始時(shí)候稍微大點(diǎn)，之后要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整做到“緊湊” ）（2）導(dǎo)入NET 時(shí)出錯(cuò)。（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(xì)（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(diǎn)（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(xì)、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(gè)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(shí)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(jìn)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(jī)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(bǔ)線（油性筆，非水筆）5.腐蝕（注意安全、時(shí)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(gè)集成電路，如：AD603（引腳分配時(shí)，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(cuò)，name 只是個(gè)名稱）5.在同一個(gè)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(jìn)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(gè)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(shí)針？逆時(shí)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(diǎn) 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?。?）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(zhǔn)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(zhǔn)，（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(bǔ)線、腐蝕、清洗、對準(zhǔn)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(gè)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(jì)注意事項(xiàng)、集成器件總則：電源電壓的大小、極性不能錯(cuò)！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(dá)式，進(jìn)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(dú)器件（1）按鍵（內(nèi)部兩腳相通）（2）數(shù)碼管（單個(gè)、兩個(gè)、4個(gè)一體）、LCD1602、點(diǎn)陣的液晶（3）ST