电子工程设计I-1简介

1、电子工程设计电子工程设计-1简介简介电子工程设计实验室电子工程设计实验室2013.4受受 控控对对 象象测温测温传感器传感器变送器变送器 模模/数数转换器转换器单片机单片机控温控温驱动器驱动器 数数/模模转换器转换器0100C0100C显示测显示测温结果温结果输入控输入控温数据温数据一、设计小型温度测控系统一、设计小型温度测控系统-典型电子系统典型电子系统前向通道前向通道后向通道后向通道人机交人机交互单元互单元主控单元主控单元 电子工程设计训练的内容电子工程设计训练的内容设计任务：非电量到电量信号转换，信号处理，设计任务：非电量到电量信号转换，信号处理， 数据采集，数据处理，人机交互，数据采集

2、，数据处理，人机交互， 数据通信过程控制数据通信过程控制知识需求：传感器，非电测量，模拟电子技术，知识需求：传感器，非电测量，模拟电子技术， 数字电子技术，计算机原理，数字电子技术，计算机原理， 接口技术，程序设计，自动控制，接口技术，程序设计，自动控制， 通信等通信等设计实现：教师指导、自行设计设计实现：教师指导、自行设计基本元器件焊接组装基本元器件焊接组装专用、通用仪器设备进行调试专用、通用仪器设备进行调试设计要求：设计要求：温度测控范围：温度测控范围：00100控制精度：控制精度：22小型温度测控系统组成框图小型温度测控系统组成框图 执行元件执行元件非电量非电量传传 感感非电量非电量控控

3、 制制信号处理信号处理模数转换模数转换数模转换数模转换人机交互人机交互控制驱动控制驱动数据处理数据处理稳压电源稳压电源二、设计任务分解二、设计任务分解b设计内容特点：设计内容特点： 完整的电子完整的电子系统系统整体功能、指标由若干单元电路实现整体功能、指标由若干单元电路实现。需要考虑各单元电路之间的接口匹配问题需要考虑各单元电路之间的接口匹配问题电路调试、故障诊断更加复杂电路调试、故障诊断更加复杂方案实现特点：方案实现特点： 多个电路模块单独装配，通过互连组成完整的多个电路模块单独装配，通过互连组成完整的电路系统电路系统第一阶段第一阶段电子工程设计训练电子工程设计训练-1（第（第5学期学期60

4、学时）学时）电子工程设计训练电子工程设计训练-2（第（第6学期学期60学时）学时）电子工程设计训练电子工程设计训练-3（第（第6学期学期60学时）学时）第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段培养目标：基本技能（工程图绘制、印培养目标：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。电路设计、组装、调试能力培养。培养目标：系统电路设计、相关程序设培养目标：系统电路设计、相关程序设计、系统联调能力培养。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。的发挥、创新能力

5、培养。 b三、课程安排三、课程安排稳压电源设计与实现稳压电源设计与实现一一. .基本要求基本要求交流输入：交流输入：直流输出：直流输出：9V+5V/1A14V212V/0.5A安装安装： 独立电路板结构独立电路板结构二二. .电路方案选择电路方案选择1. 线性稳压电路线性稳压电路 特点特点利用晶体管进行电压调整利用晶体管进行电压调整 动态响应特性好动态响应特性好 纹波、噪声小纹波、噪声小电压调整晶体管工作在放大区电压调整晶体管工作在放大区 功耗大、发热量大功耗大、发热量大 效率低效率低适用于低压差、小功率的场合适用于低压差、小功率的场合 集成线性稳压电路（三端稳压器）集成线性稳压电路（三端稳压

6、器）采用带隙（能隙）基准电压电路采用带隙（能隙）基准电压电路 温度稳定性好、噪声小温度稳定性好、噪声小多种保护措施多种保护措施 过流、断路、过热保护过流、断路、过热保护无需其他外围元件无需其他外围元件 使用方便、无需调整使用方便、无需调整规格齐全规格齐全固定正压固定正压固定负压固定负压可调正压可调正压 可调负压可调负压78xx78Mxx78Lxx79xx79Mxx79LxxLM117LM1372. 开关稳压电路开关稳压电路 特点特点输入和输入和/ /或输出电流不连续或输出电流不连续 动态响应特性差动态响应特性差 纹波、噪声大纹波、噪声大调整管工作在开关状态调整管工作在开关状态 功耗小、发热量小

7、功耗小、发热量小 效率高效率高适用于高压差、大功率的场合适用于高压差、大功率的场合精密的模拟电路不适用精密的模拟电路不适用采用储能元件维持输出电压稳定采用储能元件维持输出电压稳定电路复杂、外围元件多、对元件要求高电路复杂、外围元件多、对元件要求高 开关稳压电路基本类型及其特点开关稳压电路基本类型及其特点并联（并联（Boost）型）型 输出电压不限并反向，输出电压不限并反向，输入输出电流均输入输出电流均 不连续不连续 Vo Vi（升压），输出电流不连续（升压），输出电流不连续串联（串联（Buck）型）型 Vo 1 M测量误差：测量误差： 满刻度满刻度1%（0.05V或或1 ）安装安装： 独立电路

8、板结构独立电路板结构二二. .传感器传感器 - - AD592 直流直流 电压电压2. 输出形式输出形式 模拟量模拟量 电流电流 非平衡输出非平衡输出 有源有源1. 激励形式激励形式3. 特性特性 灵敏度灵敏度 1uV/ （0-273uV） 线性度线性度三三. .传感器信号处理电路主要任务传感器信号处理电路主要任务1. 滤波滤波消除、抑制干扰消除、抑制干扰2. 变换变换 I（电流）（电流） V（电压）（电压）3. 标准化标准化 放大放大 弱电压转换为弱电压转换为 05V 或或 420mA 平移平移 使输出信号过使输出信号过 0四四. .电流电流/ /电压转换电路设计电压转换电路设计1. AD5

9、92 特性分析特性分析VCC01002733731i2iT()T=0T=100i(uA)i1=273uAi2=373uAi2-i1=100uA1uA/ AD592 电流表电流表2. 变送器特性分析变送器特性分析10005T=0T=100vo=0Vvo=5VT()5V/100 = 0.05V/V0 (V)3. 电流电流电压转换电路方案电压转换电路方案 电阻取样电路电阻取样电路VCCT = 0T = 100R=1K+-273. 0373. 0200. 0100. 00100T()i = 273uAi = 373uAviVi=0.273VVi=0.373ViVi(V) 运算放大器电流运算放大器电流电

10、压转换电路电压转换电路RV1V2Ri2i1i0V0V56 .18A273 65V.13i1=0i2=i0-i1=i0V1=V2=0Vo=Ri0i0=0Vo=Ri0=0Vi0=100uAVo=Ri0=5VR=50KT = 0i0 = 273uAVo=13.65VT = 100i0 = 373uAVo=18.65VA373 i(uA)V0 (V)五五. .放大与平移电路设计放大与平移电路设计1.运算放大器电流运算放大器电流电压转换电路的平移方案电压转换电路的平移方案 AD592的恒流补偿电路的恒流补偿电路+V-VT = 0T = 100i1 = 273uAi1 = 373uAi2 = 273uAi

11、2 = 273uAi = 0uAi = 100uAi1i2i AD592 273uA恒流源恒流源2001002733731000T()i(uA) 平移后的电流平移后的电流电压转换电路特性电压转换电路特性+V-Vi1i2iR150KRV1V2i2= +V/R1 = 273uAV1=V2=0Vo=50(i1- 273)10-3i = i1- i2=i1- 273uAV010005i1 = 273uA(0)i1 = 373uA (100)Vo=0VVo=5Vi(uA)V0 (V)2.电阻取样电路的平移方案电阻取样电路的平移方案 电阻取样恒压补偿电路电阻取样恒压补偿电路VCCR=1K+-273. 03

12、73. 0200. 0100. 00100T()vRVi(V)ivsT = 0T = 100VR = 0.273VVR = 0.373VVi=VR+VS=0VVi=VR+VS=0.1VVs= -0.273Vvi 用同相比例放大电路实现设计要求用同相比例放大电路实现设计要求VCC1K0.273V AD592viV0R1Rfv101 . 05V0 (V)Vi(V)V1= Vi ,Vo= V1(1 + Rf /R1)V1= 0V,解得：解得：Rf /R1=49T = 0,T = 100,Vo= V1(1 + Rf /R1)=0VV1= 0.1V,Vo= 0.1(1 + Rf /R1)=5V3.反相加

13、法电路实现的平移方案反相加法电路实现的平移方案 运算放大器实现的反相放大电路运算放大器实现的反相放大电路V56 .18-65V.13-273. 0373. 0i1i2iR1RfRV1V2V0Vii1=0i2=i - i1= iV1=V2=0i=Vi/R1i0=0Vo= -Rfi = -ViRf/R1Vi = 0.1VVo= -ViRf/R1= -5VRf/R1= 50Vi=0.273VVo= -13.65VT = 0T = 100 Vi=0.373VVo= -18.65VV0 (V)Vi(V) 运算放大器平移电路方案运算放大器平移电路方案V56 .18-65V.13-273. 0373. 0i

14、1i2iR1RfRV1V2V0Vii1=0i2= i + is - i1= i + isi2= Vi/R1+ Vs/R2R21 . 05V-Vsis若若 R1=R2i2= (Vi+ Vs)/R1Vo= -Rfi2 = -(Vi+Vs)Rf/R1 = -(Vi+Vs) 50 Vs = -Vi0= -0.273VVi=0.273VVo= -050=0VT = 0T = 100 Vi=0.373VVo= -0.150= -5VV0 (V)Vi(V)六六. .安装结构安装结构驱动器设计与实现驱动器设计与实现一一. 基本要求：基本要求：输入电压：输入电压： -10V +10V输出电压：输出电压： -10

15、V +10V电流输出能力：电流输出能力： 3A 输入阻抗：输入阻抗： 1k负载阻抗：负载阻抗： 3.5负载驱动形式：负载驱动形式： 共地共地安装：安装： 独立电路板结构独立电路板结构二二. .安装结构安装结构电源模块名称名称型号型号数量数量备注备注集成稳压器集成稳压器78121U2集成稳压器集成稳压器79121U3开关电源开关电源LM25761U1整流桥整流桥DF062B1，B2肖特基二极管肖特基二极管1N58191D1电解电容电解电容1000F1C1电解电容电解电容2200F1C2/16V电解电容电解电容2200F2C3，C5/25VCBBCBB电容电容0.1F2C4.C6电感电感1011L1/100uH磁珠磁珠1L2散热片散热片3U1，2，3保险管座保险管座3FUSE1，2，3保险管保险管30.5A*2，1A*1变送器模块名称名称型号型号数量数量备注备注集成运算放大器集成运算放大器OP