光电系统课程设计2015

1、1、课程基本内容、课程基本内容 a. 讲解电子电路的基本设计过程讲解电子电路的基本设计过程 b. 讲解电子电路的设计难点讲解电子电路的设计难点 c. 讲解有关的生产工艺讲解有关的生产工艺 d. 讲解元器件的有关知识讲解元器件的有关知识 e. 介绍原理图的有关设计技术介绍原理图的有关设计技术 f. 介绍印制板图的有关设计技术介绍印制板图的有关设计技术 g. 完成一个小型完成一个小型光电系统光电系统的设计的设计l模拟电子技术模拟电子技术l数字电子技术数字电子技术l单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术l光学系统与光电探测器光学系统与光电探测器l电子电路制造工艺电子电路制造工艺l电磁兼容性设计电磁

2、兼容性设计 3、教学方法、教学方法 讲课部分 a. 重点讲设计思路和设计方法重点讲设计思路和设计方法 b. 从系统、从工程设计的角度来讲问题从系统、从工程设计的角度来讲问题 系统：设计方案的系统性系统：设计方案的系统性 知识结构的系统性知识结构的系统性 工程：理论联系实际工程：理论联系实际 工程设计部分工程设计部分 核心理念：核心理念： DIYDIY 设计一个基于单片机的小型光电系统，学会根据设计题目的技术指标，从工程设计的角度出发，进行电子线路的方案论证、元器件选择、成本核算、系统优化、原理图绘制、PCB图绘制、设计文档整理、设计报告撰写等。 a. 主动学习，培养自学能力主动学习，培养自学能

3、力 b. 不走捷径，善于发现问题、解决问题不走捷径，善于发现问题、解决问题 c. 要培养团队合作精神要培养团队合作精神 d. 要学会找资料，阅读外文资料要学会找资料，阅读外文资料 主要信息来源：主要信息来源： a.互联网互联网 公司网站公司网站 专业论坛专业论坛 b.电子、计算机类期刊电子、计算机类期刊 电子产品世界电子产品世界 电子技术与应用电子技术与应用 今日电子今日电子 电子元器件电子元器件 电子产品设计电子产品设计 c.专著专著 d.教科书教科书 l理论考试理论考试40%40% 笔试笔试(开卷开卷)l工程设计工程设计60%60% 分层次实施分层次实施 第一阶段：只需完成设计报告即可第一

4、阶段：只需完成设计报告即可 第二阶段：需完成设计作品的图纸设计、加工、装配、第二阶段：需完成设计作品的图纸设计、加工、装配、 软硬件调试和性能测试软硬件调试和性能测试“Altium Designer 电子设计应用教程电子设计应用教程” 高歌高歌 著著 ，电子工业出版社，电子工业出版社其它参考资料其它参考资料a. “光电控制系统技术与应用光电控制系统技术与应用”，韩兵，韩兵 著著，电子工业出版社电子工业出版社b. “电子设备的电磁兼容性设计电子设备的电磁兼容性设计” 区健昌区健昌 著著 ，电子工业出版社，电子工业出版社c. 电子元器件数据手册和应用手册电子元器件数据手册和应用手册 ，可登陆公司网

5、站下载，可登陆公司网站下载d. “电磁兼容和印刷电路板电磁兼容和印刷电路板” Mark I. Montrose著，刘元安译，人民邮电出版社著，刘元安译，人民邮电出版社e. “电子工艺实训教材电子工艺实训教材”，孙惠康主编，孙惠康主编 f. “电子产品制造技术电子产品制造技术”，王卫平主编，清华大学出版社，王卫平主编，清华大学出版社g. MCS-51系列教科书及相关参考书系列教科书及相关参考书l1-6周：上课l7-9周：原理方案设计，第8周周六原理方案讨论课l10-11周：原理方案优化，PCB设计，第10周周六 PCB设计讨论课l11周周五：第二阶段上交设计文档l12周：指导教师筛选可加工的作品

6、l13-15周：PCB加工，电子元器件准备l16周：设计作品装配调试，现场验收l17周周五：上交设计报告Tel：87544833E_mail: 办公室：南五楼办公室：南五楼425Protel系列软件发展过程l1985：Protel Tango (DOS)l1991：Protel Tango (Windows)l1999：Protel 99l2000：Protel 99 SEl2002：Protel DXPl2006：Altium Designer 06l2009：Altium Designer 09 l电子电路的基本设计过程电子电路的基本设计过程 任务书任务书资料收集资料收集方案论证方案论证原

7、理图原理图仿真仿真制版图制版图设计文件设计文件加工加工装配装配产品产品调试调试一、成本设计一、成本设计1.影响成本的几个因素影响成本的几个因素 a、元器件方面 精度：A/D的分辨率，运放的零点漂移等 速度：CPU的主频，A/D的采样速率等 功耗：笔记本与台式机CPU的差异 温度等级： 相对成本 民用 0 70 1 工业 -40 85 2 3 汽车 -40 125 34 军用 -55 150 10 （出口限制） 封装：陶瓷，塑料，金属外壳 批量大小：零售，批量b、印制板 板材：陶瓷，环氧树脂，聚四氟乙烯，挠性 层数：单面，双面，多层 工艺：有铅/无铅，孔径大小 表面处理：字符，阻焊，焊盘处理（喷

8、锡、沉金、沉银） 线条复杂程度：最细可达0.05mm 加工周期：1 15天 批量：单件，成批生产b、硬件软化硬件软化 在不影响系统性能的情况下，能够用软件实现的功能尽量用软件实现 作用：可降低硬件成本 设计灵活 典型例子： 键盘防抖动：硬件防抖 软件防抖 滤波器设计：模拟 数字 c、充分挖掘充分挖掘CPU的系统资源的系统资源 CPU上的可用资源： 中断控制器 定时器/计数器 WDT（看门狗） 存储器：FLASH_ROM SRAM 串口：SPI I2C UART USB CAN I/O口 A/D D/A RTC（实时时钟） 比较器 PWM（脉冲宽度调制器） QFP（光电脉冲编码器） LCD驱动器

9、 d、尽量多的采用新技术尽量多的采用新技术 摩尔定律1.新型号元器件集成度高，一片可取代旧器件多片2.新器件性价比高3.老器件越往后价格越高，直到停产，导致产品的材料、装配及维修成本都很高INOUTPIPOPO=k PI k1作用：AC DC 220V 24，12 380V 5，3.3， 2.5，1.8， 1.2，0.9PD= ( VI VO )IL + VI ISVI VO 3V IS = 10 MA 线性电源实物照片特点：1、效率高：高达98 2、输入电压范围大：85V270V 3、体积小，重量轻，成本低 4、噪声大开关电源实物照片开关电源原理图线性电源20W开关电源350W电磁干扰的传播

10、途径：辐射：通过空间的电磁波传播能量 天线效应：发射、接收传导：通过导线传递干扰 电源线 信号电缆电磁干扰传输示意图2系统中容易受干扰的部分：系统中容易受干扰的部分：a 弱信号检测电路 b 计算机信号线（数据、地址、控制）c 数/模、模/数转换电路屏蔽层调制解调VIVOV+2000V隔离特点：1、可隔离模拟电压信号, 隔离电压高达2000V 2、线性度可达0.1% 3、价格高（3001000元人民币） 4、体积大生产公司：ADI AD202KN TIVIVOR1R2特点1、用于开关信号隔离，隔离电压高达8000V2、体积小3、成本低（15元人民币）4、可选的型号很多 4N25 4N30 6N3

11、7 TLP521 TLP541ff00滤波器频响曲线Av输入信号频谱d 优化布线： 回路设计 多层板应用 优选板材料 e e 软件算法六、人体工艺和美学设计六、人体工艺和美学设计 手感：大小、重量、 表面质量 使用者差异：身高、用手习惯 外观：形状、比例、布局 色彩搭配l小规模可编程器件： PAL/GAL 1000门l复杂可编程逻辑器件： CPLD 200050000门l现场可编程逻辑器件： FPGA 10000门l技术特点：l可随时更改设计方案，有些器件可在线编程（ISP）l可用高级语言编程(VHDL Verilog HDL)l保密性能好l性能价格比高l功耗低l生产公司：XILINX ALT

12、ERA LatticeROM: 1K 64KRAM: 128B 256B 256+4K 80C51 80C52 C8051F040中断源（数目）：5 20多个主频：612MHz DC 60MHz工作电压：5V 1 .V 6V指令周期：12 1 个时钟周期 RST CLR 时钟发生器CPUWDTN位计数器l由英国ARM公司授权，全球几十家公司生产l系列：ARM7 ARM11，Cortex-A8/A9/A15Cortex-A8/A9/A15l成本低，功耗低l集成度高，接口丰富 DRAM USB RTC Flash Rom INTERNET LCD A/D D/A I2C SPI UART CANl软件支持丰富，可运行操作系统l应用：信息终端、便携式设备、工业控制MIPS构架ARM构架lf. 传感器：传感器：l 带放大器：PIN光电探测器 数字化：温度传感器l CMOS图像传感器 三、三、 方案论证与方案论证与总体设计总体设计1、总体框架设计总体框架设计 光机电原理综合设计 光学：光源、光学结构 机械：运动件、支撑件、机体 传感器：光电类 其它类 硬件：信号处理、单片机及外设 数字逻辑电路、电源电路 软件：C、汇编 A、模拟信号波形信号特征：幅度，极性，频率范围， 周期性特征，直流分量大小噪声特征：噪声种类，噪声频谱B、组