暑期电子设计竞赛培训学校上课纲要.docx
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暑期电子设计竞赛培训学校上课纲要
焊接,电路制作的工具准备问题。
人员变动和组队问题。
(一些同学中途退出,原本就是不齐的,先加入其他队组队一起来完成,最后可以再调整)
第一篇电子设计综合背景知识
一、电子电路系统的组成
1.完成一些简单的功能:
纯硬件电路
(1)模拟电路
简单、参数(频率,功率)要求不高的,如:
走廊路灯控制、调光台灯、信号放大器、波形发生器、红外检测报警电路…………
高频部分典型:
无线发射、接收(如:
对讲机)
(2)数字电路
数字时钟、(频率要求不高的)计数器、脉冲发生器……
2.需要智能判断的电路:
硬件+智能判断软件
全自动洗衣机、程控放大器、程控滤波器、智能小车……
对于电子设计竞赛的命题,不是一个完整的产品,考核的是基本功和某个电子技术方向专研程度。
在系统功能的实现上,很难用纯硬件电路来实现,都是需要硬件+软件结合。
目前的基础平台方向:
①硬件电路+单片机智能系统(51、AVR、PIC、)
②硬件电路+智能控制核心(ARM低端:
相当于高级单片机高端:
能够运行系统软件,嵌入式系统)
③少许外围电路+FPGA(现场可编程门阵列):
超大规模的数字集成芯片,根据专有的程序语法和编译软件对其内部进行烧写,构建成目标电路。
④⑤⑥⑦⑧
二、历年电子设计竞赛题目
分类或方向:
1.信号处理、波形发生类:
(程控放大、程控滤波或者二者的结合、函数信号发生器),主要体现在参数的高要求。
2.控制类:
主要围绕电机和传感器(小车走跷跷板、小车循迹、小车踢足球、小车根据声源定位)
3.电源类:
开关电源功率、效率、(输出电压的稳定性);逆变、三相电源等
4.仪器检测类:
简易示波器、数字集成电路参数测量、非接触转速测量(近年低功耗)
5.无线:
无线通信系统、无线电能传输(去年)、主要在功率、效率、距离上要求。
概括:
现在的命题越来越贴近时代主题:
节能、环保,参数的要求也越来越苛刻
因此,要较好的完成赛题并不容易,需要靠团队协作、充分的准备工作(相关知识的储备)还需要一些运气。
三、电子设计竞赛相关常识
1.组队(人员的工作要有侧重点)
(1)程序员
(2)硬件制作、设计的执行者(3)统筹人员
2.竞赛时间的安排(4天3夜,基本上不允许方案和选题的返工)
(1)选题的敲定和粗略方案半天之内就要决定清楚(平时准备的越充分,这个时间就会越短)
(2)组成系统的各个模块的制作和调试(2天半)
(3)系统合成统调,最后完成功能确定收尾(最后1天)
(4)设计报告的撰写,从方案的拟定开始到各模块的制作贯穿始终(框架、一些陈述性的东西、原理性文字先准备清楚)、最后收尾阶段只是数据的修改和整体把关,千万不要等到最后才开始着手。
统筹人员先搭框架,清楚的内容就写,不清楚的有其他成员空闲时来补。
3.评分
(1)不同于大家常规认识!
一句话:
没达到指定的门槛标准,不给分。
(2)不同赛题,不同的评分标准
(3)按比例设定获奖人员(牵涉到选题)
4.国赛与省赛
全国赛(奇数年份),评奖等级:
特等奖、全国一等奖、全国二等奖、省一等奖、省二等奖、省三等奖、成功参赛奖
省赛(偶数年份),评奖等级:
省一等奖、省二等奖、省三等奖、成功参赛奖
大学4年,一般只有两次机会,偶数级的同学冲击国赛在时间上具备更好条件。
5.设计报告的结构及撰写
(一)方案及论证
(二)系统的组成框图
(三)各部分电路原理
(四)程序设计
(五)测试及数据分析
(六)结论
最后递交的设计报告对页码有要求,除摘要外,正文6页,因此都是最最核心的内容。
四、学习的方法和知识储备的方向
总则:
持之以恒、不断积累、不断进步。
注意点:
知识的保存和积累——每当你制作完成一个单元电路或编写一段功能程序并调试成功之后,应将材料整理并保存清楚(电路板调试过程中的问题和解决、电路的相关数据、程序编写过程中的错误原因及解决)。
1.基本功
硬件:
(1)识别清楚元器件、识读清楚电路图
(2)电路焊接、(万能板)、PCB板制做
(3)电路设计:
电路照搬、修改参数、自己设计
软件:
(1)程序规范
(2)看懂程序
(3)修改程序
(4)模仿写法
(5)模块训练
(6)自己设计
单片机最小系统(键盘、显示、A/D、D/A)
2.针对不同的题目的知识储备(平时训练模块的积累)
1.信号处理类、波形发生器:
(1)运算放大——参数好的集成运放(频率、电压幅值、驱动电流)OPA690,THS4001
(2)程控放大集成芯片(AD603)
(3)滤波器、程控滤波(MAX262)
(4)信号发生:
AD9952、AD9954(FPGA)
(5)峰值检波电路(宽频率范围)、自动增益控制放大电路
难点:
噪声、频带、驱动能力、自激
2.控制类:
主要围绕电机和传感器
(1)直流、步进电机驱动(L298N、桥路驱动、TA8435)
难点:
驱动电流、速度控制、方向控制
(2)传感器(红外传感器、光敏)
3.电源类:
开关电源功率、效率、(输出电压的稳定性);逆变、三相电源等
4.仪器检测类:
简易示波器、数字集成电路参数测量、非接触转速测量(近年低功耗)
5.无线:
无线通信系统、无线电能传输(去年)、主要在功率、效率、距离上要求。
相关的集成电路只能通过调研,从别人的设计中去寻找。
总结:
相关的集成电路的使用知识掌握的越多,越有利。
所谓知识储备及各功能模块的使用心得。
第二篇PCB制板经验及注意事项
前序:
从对付电子设计竞赛的角度来看,由于受到时间的限制,并不一定所有的电路都是PCB。
简单化、速度快,纯手动用导线在万能板上焊接。
(考验的就是基本功)
从业的角度来看,电路设计最后,批量生产必须是PCB
一、Protel99SE软件在制作PCB板方面的应用
1.从原理图到成品板的过程说明
原理图——PCB板走线,元件定位——打印到转印纸上——通过转印机把转印纸上的电路印到覆铜板上——腐蚀——钻孔——焊接元器件
(1)原理图到PCB板走线,元件定位电路板设计软件(protel)要解决的问题
(2)打印到转印纸上——通过转印机把转印纸上的电路印到覆铜板上——腐蚀——钻孔——焊接元器件(实验室环境下,自行处理;可以外包给专门的加工公司做)
2.演示:
利用protel从原理图到生成PCB打印纸的过程
(1)从原理图——网络表
(2)从网络表——布线图
二、Protel99SE制板过程中的具体问题
1.原理图文件绘制过程的一些问题
(1)元件库的导入(你要用到原理图元件必须再导入的库中、不同库内一些元件可能存在重复、一些没有的原理图元件库必须自己画)
(2)元件的放置(从库中找;快捷键PlacePart),两种方法的区别。
(3)连接元件的线保证用PlaceWire;不要用line,交叉且相连线必须要有节点
(4)以同名的NET实现连接(NET的命名上必须考虑可读性,便于检查)
(5)可以用总线的方式实现连线,但要注意PB,PU之后,要放置NET(同一点要同名)
(6)元器件的封装(必须设定;引脚名称必须与PCB库中的文件引脚对应)
(7)默认的规则集成电路,电源、地引脚基本默认并没有显示。
(8)批量处理多个元件的封装。
(9)对于单元电路一定要留好电源、输入、输出接口(有接插件)
(10)作为论文中的原理图时要注意可读性(如:
运放、集成电路、传感器、背景颜色、取消网格)
2.PCB板绘制过程中的一些问题
(1)禁止布线层的大小(根据元件多少和实际电路情况进行估计,开始时候稍微大点,之后要根据实际情况调整做到“紧凑”)
(2)导入NET时出错。
(原理图中封装没设定、PCB库中没有导入该封装、封装引脚不匹配)
(3)尺寸和单位(mil,mm)40mil约为1mm
a.焊盘和过孔(推荐:
2mm,0.8mm,处理清楚不同元器件,自己做,给专业公司开板的差别)
b.形状根据需要改变(IC座中间走线)
c.线的粗细(自己做>0.5mm(20mil));大电流情况下需要加大宽度;如果空间足够尽量粗一点
(4)元器件的位置摆放
a.按照信号的流程,不要出现环路,不要刻意追求整齐把相同的元件放在一起
b.元器件间的距离紧凑,充分考虑器件的大小,特殊功能的器件(大功率、需要调节的原件、显示的部件、电路的接口)特别考虑。
(5)布线规则里的设定(一般:
先粗细、布线层、走线间的最小距离)
(6)布线
a.纯自动(需要再调整)b.半自动:
一次同一个NETc.纯手动(优先重要、容易的线)注意:
PLACETRACK
(7)检查布线规则:
Report——RunDRC——Rulecheck(brokennet)
(8)PCB中连线的直接更改
(9)元件封装不合适的直接更改
(10)自制时覆铜慎用
3.简单电路的直接手动PCB
4.排列工具(TOOLS/Inter……Placement/Align)、最小移动距离(G)、测量尺寸(RM)
三、打印、转印、腐蚀与钻孔
1.打印问题
(1)PrintPreview中右键MULTIPLAYER……/properties进行设定
(2)添加去除层、过孔、镜像、黑/白、mulilayer移至顶
2.覆铜板的预处理(面、尺寸)
3.转印机处理(加热键长按3S——闪烁——停止加热)、转印次数(3次左右),夹板问题(如何包转印纸)、撕纸方向
4.腐蚀前补线(油性笔,非水笔)
5.腐蚀(注意安全、时间不可过长),如果有一大块铜都要腐蚀光,建议贴上透明胶。
6.钻孔(注意钻头直径)
7.清理碳墨层、清洗、晾干、上松香水
四、新建原理图元件库举例
1.新建ddb
2.新建library
3.新建元件
4.画一个集成电路,如:
AD603(引脚分配时,一定要注意和pdf中的序号一致;number影响和封装的配对不能错,name只是个名称)
5.在同一个lib里添加新的原理图元件
6.在ddb文件中加入,自己做的库
7.在原理图文件中放置自己新做的原理图元件
8.如果觉得原理图元件不合适可以直接在选元件的library框中选择中——edit进行修改。
五、新建PCB元件库举例
总则:
尺寸、引脚的物理位置要求必须精确到一定程度;尺寸信息可根据pdf(有些有提供)或实际测量获得
1.新建ddb文件
2.新建pcb.lib文件
3.添加新元件(自动添加、手动画、自动添加的基础上手动编辑修改)
4.某一个器件的封装,如:
按钮、数码管
5.在库里添加新元件,新建pcb.lib库文件
六、双面板的制作
1.PCB中的问题(以PL2303电路为例)
(1)规则中布线层开2层(顶层和底层)
(2)贴片元件(集成电路注意引脚顺序顺时针?
逆时针?
)
(3)过孔位置的安排(自己做板不要让集成电路的引脚成为过孔、最好另外再安排)
(4)布线(先自动布线再手动更改)
a.更改过孔位置
b.线分分支和拐点
c.有些线希望能放在特定的顶或者底层,自动布线可能无法满足,自己调整
2.打印和制作过程中的问题
(1)分两层两次打印
(2)底层Bottom不要镜像!
顶层TopLayer要镜像!
(影响到引脚顺序)
(3)要放置对准的定位孔
(4)打印在纸上、并且用裁剪成合适大小,用胶布固定在覆铜板上,先钻定位孔
(5)将PCB打印在转印纸上(2张顶、底层),根据事先设定好的定位孔对准,(电阻引脚固定定位孔,透明胶布粘好)
(6)转印,前后几次走板方向一致
(7)开水浸泡后,撕转印纸
(8)补线、腐蚀、清洗、对准光源看板孔对其情况、若基本对其,则表明板可用,若偏差(看上下同一个孔是不是对其的)太多,直接丢弃不要往下做。
第三篇硬件电路设计注意事项、集成器件
总则:
电源电压的大小、极性不能错!
输入电压必须小于安全范围!
输出一般可以空载但不能过载!
其余的引脚不能随意短路。
一、硬件电路元件参数选择(接口、电阻、电容等)。
集成电路的外围元件在pdf中基本都已给出,找到决定其参数的表达式,进行确定。
特定电阻、电容
1.限流电阻(二极管、三极管积极、红外管、光耦)与分压电阻取值。
2.继电器驱动(NPN、PNP)
3.耦合电容与滤波电容(大、小)
4.电平高低不匹配的问题
5.模拟信号的驱动能力提升
6.数字电路的驱动能力提升
二、器件与电路
单独器件
(1)按键(内部两脚相通)
(2)数码管(单个、两个、4个一体)、LCD1602、点阵的液晶
(3)ST198红外对管、红外发射管,红外接收管
(4)L298N(直流电机驱动)、TA8435(步进电机驱动)
(5)数控电位器(MCP42010、X9C104……)
(6)模拟开关cd4051系列
数字模拟相互转换
(1)DAC7512
(2)ADS7841
运放、比较器
(1)NE5532
(2)LM339(比较器)
(3)opa690
(4)THS4001
放大器
(1)同相、反相、差分3运放放大器
(1)(压控放大器)AD603
信号发生器
(1)MAX038
(2)ad9952
遥控发射接收编码专用芯片PT2262、PT2272
三、后续的安排
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- 暑期 电子设计 竞赛 培训 学校 上课 纲要