计算机组成原理硬件工艺实习报告Word文档格式.docx
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指导教师签名:
日期:
一、实习目的和意义
计算机硬件工艺实习是计算机科学与技术专业、网络工程专业重要的实践教学环节。
通过本课程的学习,使学生巩固计算机电路、数字电子技术等课程的理论知识,初步接触电子产品生产实际,了解和掌握一般电子工艺知识和技能,了解并初步掌握一般电子产品的生产制作、调试与研制开发的基本技能与方法,并从中学到有关新技术、新工艺。
本次实习将通过使用PROTEL2004软件设计PCB电路板,并通过实际焊接电路板测试并调试来培养学生分析问题、解决实际问题的能力,从而提高学生的工程实践能力,为学生今后从事计算机、网络相关电子产品制造与创新设计工作奠定初步的实践基础。
巩固和强化所学知识,为以后走向工作岗位打下一定的基础。
作为一名工科大学生,在学习知识的同时如果能适当的运用知识解决实际问题,这样就能在将来进入工作岗位的时候更具有竞争力。
二、实习时间安排
表2-1
第一周
星期
项目
方式
一
上午
Proteldxp2004的介绍和了解电路设计步骤
集中讲课
下午
实验
操作
二
介绍原理图的设计
三
介绍制作原理图元件库和原理图元件
四
介绍印刷电路板的设计
五
介绍印刷电路板元件库和元件
第二周
讲解电子焊接的基本工艺要求,介绍元器件的基本
识别方法
练习焊接技术
1.发放元器件
2.学生按元件清单清点元件、材料
3.学生使用仪表检查元器件质量,测量参数
教师政治及业务学习,学生自习
焊接产品元器件
焊接产品元器件,整机安装
按电子产品功能调试整机,查找并排除故障
1.实习总结,写实习报告
2.归还工具、电器,清扫场地
集中总结
三、实习内容
3.1Protel软件的学习和使用
本次实习,我们用的是PROTELdxp2004绘图软件。
使用到的里面的PCB原理图元件库的封装功能,原理图设计,PCB元件库设计封装,以及PCB板设计功能。
通过本次实习,我们掌握了PCB电路板基本的设计步骤。
3.1.1系统界面
3.1.2创建工程设计项目
在设计窗口的PickaTask区中点击CreateanewBoardLevelDesignProject。
Projects面板出现新的项目文件,PCBProject1.PrjPCB,与“nodocumentsadded”文件夹一起列出。
3.通过选择【File】/【SaveProjectAs】将新项目重命名(扩展名为*.PrjPCB)。
指定把这个项目保存在硬盘上的位置,在文件名栏里键入文件名zdqPCB.PrjPCB并点击Save。
3.1.3新建原理图文件
1原理图制作界面
2添加原件窗口
3添加原件窗口(双击名称)
4摆放原件及为单个原件更改名称属性
5名称属性更改窗口
连线等工具栏
注意:
“”这是逻辑连线,“”这才是实际具有电气属性的线路连接图标。
电源和地一定要记得接入电路。
将各个原件用线连好
连线应该注意的问题
可能引起问题的画法稳妥的画法
以下是本次硬件工艺实习的电路图和原理图
一、整流稳压滤波电路:
电路图:
原理图:
二、方波信号发生器
原理图
三、计数器模块电路图
四、循环亮灯电路
五、触发器电路
原理图
六、比较器电路
电路图
3.1.4制作PCB网表
在原理图生成的各种报表中,以网络表(Netlist)最为重要,绘制原理图最主要的目的就是为了将原理图转化为一个网表,以供后续工作中使用。
网络表的主要内容为原理图中各个元件的数据(元件标号、元件信息、封装信息)以及元件之间网络连接的数据。
点击主菜单【Design】/【NetlistForProject】/【Protel】生成如图5-23所示的网表文件
说明:
Protel网表包含两个部分的内容:
各个元件的数据(元件标号、元件信息、封装信息);
元件之间网络连接数据。
具体格式如图5-24所示。
3.1.5PCB的设计
建立PCB元件库
原理图设计完毕以后,我们就可以进行下一步,建立PCB元件库。
由于之前我们的封装名称都是采用的规范的的命名,因此,大部分元件的封装形式在PCB元件库里本来就存在,我们就只要查找一些元件库没有的元件的实际资料,然后根据所查的资料,设计好PCB元件,补充到库里,就可以了,这样就大大减小了我们的工作量。
以下以设计“DIP10”封装模式为例,因为该封装模式没有包含在库中。
点击菜单中的,进入向导模式。
图3.19选择封装类型
我们选择DIP封装形式建立新的元件,点击“NEXT”。
图3.20选择固孔、焊盘的大小
固孔的大小我们要根据元件的实际大小来选择,这就需要我们上网查阅相关元器件的实际尺寸来设计固孔的大小。
焊盘的大小可以适当的选择,尽量大一点为好,因为本次实习采用的是手工焊接,焊盘太小不方便操作。
图3.21选择固孔的间距
图3.22选择走线的宽度
图3.23选择封装芯片固孔个数
接下来系统就会自动生成PCB元件封装形式图,我们稍加修改就可以了。
图3.24DIP10PCB封装图
3.1.4PCB的绘制
做好之前的所有准备工作以后,我们就可以正式绘制PCB板了。
只要前面的准备工作做得充分,绘制PCB板是很轻松的,因为我们使用了PROTEL99SE的软件,很多工作软件已经帮我们做了。
首先,我们选择一个PCB原理图文件并打开,在工具栏选择design-updatePCB,软件就会自动检测原理图的错误,在原理图的元件封装方式没有问题,连线没有错误(逻辑连线错误好像不能检查出来)。
图3.25
图3.26添加元件到PCB文件
系统就会自动生成一个PCB图。
新生成的PCB图的元件都是散乱的排布在图上,同时会发现软件上显示了很多细线,这些细线就是原理图的接线路线。
图3.27生成的PCB元件
我们下一步的工作就是开始布线了。
在禁止布线层画好线框以后,把元器件放入其中,然后通过手动布线,我采用的是顶层走横线,底层走竖线的方法,通过固孔把两层的线路连接起来。
布线完毕以后,再用软件铺铜,在不能铺铜的地方打上固孔,软件就会自动铺上铜。
下面是完成的电路设计图:
图3.28555集成电路模块未铺铜时的PCB图
图3.29电源模块PCB设计图
从图3.29我们可以看到,没有连线的地方软件会自动生成一根细线把固孔连接起来,其实该模块我们已经连线完毕,未连接的地方是电源和地线部分,我们只要铺铜以后,软件会自动把这些点连接起来。
按照上述过程,我们便用PROTELdxp2004软件设计好了可以交给工厂制作的PCB电路板的图纸了。
3.2电路的焊接
3.2.1电路的初步焊接
电路的焊接步骤:
先焊接电阻等小元件(按照数值大小对应焊接),接着焊接发光二极管、二极管等稍大一些的元件,最后才是电容开关底座等元件,焊接完成后安装芯片(对照引脚数和正反功能安装)。
首先先焊接比较小的器件,比如电阻,因为其他稍大的元件会影响后续的焊接;
正负大小型号要对应(比如发光二极管正负一定要正确,不然不会发亮);
焊接时要注意先预热,否则容易出现冷焊虚焊;
剪引脚的时候应留出1mm左右,以便于错了以后修改。
因为缺乏经验而导致的问题以及通过老师的帮助和与同学交流解决了这些问题是焊接电路板的最大的收获。
我将我的心得总结如下:
1.电烙铁使用一定要当心,在接通电源以后,电烙铁的拿、放一定要小心,旁边有一组同学就不小心把热电烙铁碰到电线上,差点发生危险。
2.焊接的时候一定要用烙铁把焊盘预热,在焊前几个焊盘的时候,我没有预热,结果焊锡融化以后变成一个球状,不附着在焊盘上,导致冷焊。
3.预热的时间要注意把握,由于焊盘铜片非常单薄,预热的时间过长的话,焊盘就熔化了,导致我好几个焊接的地方都重新搭线。
预热过长另一个后果就是,可能使焊接的元器件由于温度过高而损坏,所以,一定要注意预热的时间的把握。
焊接过程:
图3.30冷焊焊点图3.31虚焊焊点
3.2.3检查电路
3.2.2电路的检测与调试
3.2.2.1电源的检测
电源模块的D5灯在接通电源以后就立即正常发光,表面正常,于是根据原理图
图3.33电源模块电路
用万用表对电路进行测试,首先测试了变压器输入的电压,数据在9.12V左右,然后测试了稳压器的输出端和地端的电压,万用表的读数稳定在4.99V,说明稳压器工作的很好,同时二极管工作正常,没有正负跳变说明整流比较理想。
在误差允许的情况下,电源模块没有问题。
图3.34三端稳压器的输出电压
3.2.2.2方波信号发生器的检测
其理论原理如下:
电源接通后,5v电源通过电阻R7、R6向电容C7充电。
这个过程中,NE555认为无触发信号,输出为高电平(D7亮)。
当集成块555的2脚电压上升到一定值的时候(一般为2/3Vcc),集成块555的6脚受到触发,集成块中的比较器1翻转,3脚输出电压为低电平(D7灭,D6亮),同时集成块中的三极管导通,电容C7通过R6放电。
当电容C7上降到有定值时(一般为1/3Vcc),集成块中的比较器2翻转,3脚输出电压为高电平(D7亮,D6灭),C7放电终止,又重新开始充电。
周而复始,形成振荡。
其振荡周期与充放电的时间有关。
C5防止干扰电压引入。
在时钟模块,我们实际看到D6/D7的周期大概在16秒左右。
图3.35方波信号发生器原理图
我们通过秒表粗略检测出方波的大概周期T=12S,与按原理计算的理论值相差比较大。
于是我们查找可能出现的原因,仔细检查了焊接的元件是否跟原理图上所标明的参数不一致,通过检查,我们发现元件没有焊错。
于是,我们用万用表测量每个元件两端的电压,看其是否符合理论数值,或者偏差不大。
当我们检测到100K的电阻的时候,发现其两端没有电压。
我们找到了问题的所在,原来,由于焊接的时候我们用力过大,把焊盘上的铜片弄掉了。
找到了问题以后,我找来小刀,把板子上的线用小刀轻轻刮掉一点,再用烙铁把铜线小心加热,把锡焊落在了线上,再次检测电路,一切就正常了,周期与理论计算的周期偏差不大了。
另外我们还发现了,当接上示波器以后,我们观察到了时钟脉冲电路产生的方波脉冲,调节频率我发现,这种方波其实不是真正标准的方波,它的上升沿其实是弧形的,只是,频率选择较低的时候,我们观测到了“方波”。
3
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