电子技术专题实验

1、电子技术专题实验自动化专业&电子科学与技术专业电子与控制工程实验室 丁珠玉 编电话：Email:11、 概述2、基础知识3、基本技能4、设计举例5、总结报告的要求6、考核与评分标准7、教学安排8、示范课题电子技术课程设计的要内容23第一部分 概 述3一、课程的培养目标4将大学生工程素养和创新能力培养作为一贯秉承的理念，把培养学生创新能力贯穿于电子设计专题实验教学的全过程，提高学生的综合素质。 软硬结合的知识运用能力动脑动口动手的实践能力自主设计研究的创新能力团结协作的社会交往能力综合素质4能力培养技能训练 电路设计电路仿真电路焊接技术工人操作能力研究创新能力工程师综合能力二、课程的教学内容与教

2、学方法（一）课程关注学生实践能力的培养电路调试5综合系统的设计及调试输入通道的设计（设计性，3+2学时）（二）系统设计的思维方法：电源模块设计（设计性，3+2学时）输出通道的设计（设计性，3+2学时）控制单元及接口电路的设计（设计性，6+2学时）6综合系统的设计及调试控制单元及接口电路单片机控制模块、各通道接口模块输入通道的设计键盘模块、温度传感器电源模块设计输入通道的设计输出通道的设计控制单元及接口电路的设计电源模块的设计电源模块输出通道的设计D/A转换模块、液晶显示模块、电机驱动模块综合系统的设计与调试温度采集与控制系统（三）掌握模块化设计思想7（四）知识的综合性课程涵盖了大学三所学的专业

3、课程知识:电路分析模拟电子技术数字电子技术电子电路仿真技术单片机原理与应用传感器检测技术电路版图设计基础8第二部分 基础知识 9 归纳起来，基础知识应包含以下几方面的内容：一、模拟与数字电路的基本知识1.基本放大器2.功率放大器3.滤波器4.基本组合逻辑电路与时序逻辑电路2.1 基础知识的范畴105.单片机、嵌入式（ARM）系统、FPGA电路6.A/D,D/A电路7.运算放大器应用电路8.常用传感器电路9.电源电路10. 简单的信息处理知识与算法 2.1 基础知识的范畴11二、最小系统1.处理器（包含储备一些基本的通用软件模块）2.接口电路3.外设电路2.1 基础知识的范畴12第三部分 基本技

4、能13一、电路设计基本技能1. 印刷电路板设计 通常采用Protel绘图软件，需要了解元件器的规格、尺寸；对各电路模块合理布局。2. 元器件选择 熟悉各种基本元器件和常用的集成电路芯片的特性。3.1 基本技能143. 焊接 焊接和连线：可靠、规整、方便连接。4. 结构 电路模块化设计，利于调试与故障检查；接口要方便且留有足够的测试点；应将系统的各个电路模块固定在一个框架（或平板）结构上，增加电路的可靠性；注意试验台的整洁，规范操作。3.1 基本技能15二、基本仪器使用与电路调试1常用仪器：万用表、稳压电源、信号发生器、示波器、频谱仪、逻辑分析仪等仪器的使用。2调试3.1 基本技能16 系统设计

5、与制作的过程：1.方案设计；2.电路模块设计；3.元器件选择与购买；4.PCB版图设计（元器件布局）；5.元器件、电路板检查；6.焊接；7.分模块调试，联调。3.1 基本技能17 这里特别要提醒大家的是，在设计中应高度注意科学研究素质的培养。通过本次课程设计初步养成： 实事求是的工作原则、一丝不苟的工作态度、勤于思考的工作方法、百折不饶的工作精神和精益求精的工作作风。3.1 基本技能18智能跟踪小车2011年全国大学生电子设计竞赛学生作品3.2 电子类创新中心比赛概况19智能跟踪小车2011年全国大学生电子设计竞赛学生调试现场3.2 电子类创新中心比赛概况20昭阳1队比赛现场2011年7月全国

6、第六届“飞思卡尔”智能汽车3.2 电子类创新中心比赛概况21昭阳1队比赛现场2012年7月全国第七届“飞思卡尔”智能汽车3.2 电子类创新中心比赛概况22第四部分 设计举例23历年测量控制类竞赛题分析西南大学 工程技术学院丁珠玉 dingzhuy24大学生电子设计竞赛测控类赛题2003-简易智能电动车2005-悬挂运动控制系统2007-电动车跷跷板（含高职）2009-声音导引系统2009-LED点阵书写显示屏2011-基于自由摆的平板控制系统2011-智能小车2011-帆板控制系统2010-电子式温度调节器2012-简易电子秤高职高专类模拟电子系统设计邀请赛252003-简易智能电动车 一、任

7、务 设计并制作一个简易智能电动车。二、要求电动车从起点开始，沿引导线行进，经过弯道；在光源引导下，避障进入停车区，进入停车位；检测地下薄铁；控制全程时间，强调速度；记录行程。26简易智能电动车（E题） 2003年设计并制作一个简易智能电动车，其行驶路线示意图如下：障碍物1障碍物21m1m2mR=0.8mCB5cm起跑线1.2m2.3m0.4m5cm5cm2cm5cm5cm2cm停车区0.4m12cm光源1.45m0.4m0.3m直道区弯道区2mO50cm障 碍 区引导线车库0.2m0.4m15cm12.5cm12.5cm5cm一、任务时间27二、要求（1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线

8、），沿引导线到达B点。在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有1-3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。（2）电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。1、基本要求28（3）电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。（4）电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间

9、达到90秒时必须立即自动停车。292、发挥部分（1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。（2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中，要求电动车的车身完全进入车库。（3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。（4）其它。30四、说明1、跑道上面铺设白纸，薄铁片置于纸下，铁片厚度0.51.0mm。2、跑道边线宽度5cm，引导线宽度2cm，可以涂墨或粘黑色胶带，示意图中的虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上。3、障碍物1、2可由包有白纸的砖组成，其长、宽、高约为50cm、12CM、6两个障碍物分别放置在障碍区两侧的任意位置。 4、电动车允许用玩具车改装，

10、但不能由人工遥控，其外围尺寸（含车体上附加装置）的限制为：长度35cm，宽度15cm。5、光源采用200W白炽灯，白炽灯泡底部距地面20cm，其位置如图所示。6、要求在电动车顶部明显标出电动车的中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。31设计方案二、薄铁片的检测一、引导线的检测三个红外检测器一个金属接近开关正常偏左偏右接近开关输出电源地金属靠近时输出低电平32光源检测障碍的检测超声波测距两个光敏电阻T障碍物收发器发射接收LL=VT/233系统构成寻黑白线传感器IO端口扫描金属检测传感器P32 INT0中断障碍物传感器IO端口扫描光敏传感器IO端口扫描STC89S52单片机系统定时器延迟函数电

11、机控制端口输出显示端口输出3、硬件结构设计34软件设计流程35巡线行走流程图36金属检测流程图37程序执行一个周期流程图382003-简易智能电动车循迹： 光电传感器铁片检测：涡流传感器、霍尔传感器避障： 超声波传感器定点停车：红外传感器主要难点：光相关自适应调整速度与偏差误区：开环控制39例1：简易智能小车的设计40机械结构的安装：41最小系统电路LM1117-5.0V电源电路L298N电机驱动电路4个LED测试灯STC89C52芯片DS18B20温度电路Reset复位电路复位按键普通按键蜂鸣器电 路晶体振荡电路42+7.2V电源接口电机输出接口扩展IO接口l扩展IO接口ll+5V输出接口S

12、CI接口光电传感器接口+5V输出接口最小系统接口43V2V2的电压计算公式R6不变 有光照1R1变小 则V2变大无光照R1变大 则V2变小寻光电路分析44一、有光照情况光敏电阻R1变小 V2变大 假设V2=4.6VTV3电压 4VV2V3 反向端大于同向端，则OUT5输出低电平0给单片机识别，单片机通过if来扫描out5引脚电平状态。V2二、无光照情况光敏电阻R1变大 V2变小 假设V2=3.2VV3电压不变还是 4VV2V3 反向端大于同向端，则OUT5输出低电平0给单片机识别，单片机通过if来扫描out5引脚电平状态。二、无光照情况光敏电阻R1变大 V2变小 假设V2=3.2VV3电压不变

13、还是 4VV25V一般6-12V起缓冲作用起滤波作用5V5V加滤波电容后的5V输出不加滤波电容后的5V输出53注;这里的VCC为大电压是给电机提供电源单片机控制信号输入输出给电机使能端5V有效工作电机驱动模块介绍54电机控制模块电路电机A输入接线端电机B输入接线端接正极7.2-12V接电源负极1、 VDD越大电机A,B速度越快，VDD所接电池盒或者直流电源最好不要超过11V，否则比较容易烧毁。2、控制时请尽量避免电机在短时间频繁正反转，这样容易也烧毁电机A输出接线端电机B输出接线端5V电压输出端AB使能端5V有效55智能小车算法设计：介绍3路寻迹的编程方法，旨在给大家提供编程思路，仅供参考，请

14、大家一定要根据自己实际电路和CPU进行编程。56左轮右轮万向滑轮左减速电机前方右减速电机左电机P1.3 P1.2LA LB0 0 不转0 1 前转1 0 后转1 1 不转LA LBRA RB电机驱动电路单片机右电机P1.1 P1.0RA RB0 0 不转0 1 前转1 0 后转1 1 不转单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P1.3 P1.2 P1.3 P1.20 1 0 1 前进1 0 1 0 后退1 1 0 1 左转弯0 1 1 1 右转弯小车寻迹算法 以3路探测为例57左轮右轮万向滑轮左减速电机前方右减速电机LA LBRA RB电机驱动电路单片机单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P

15、1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P0.0（0有障碍）0 1 0 1 前进 11 0 1 0 后退 01 1 0 1 左转弯0 1 1 1 右转弯探测障碍物30cm程序设计if(P00=0) P1=0X0A elseP1=0X05障碍实验P13 P12P13 P12注:检测到黑线输出低电平58左轮右轮万向滑轮左减速电机前方右减速电机LA LBRA RB电机驱动电路单片机单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P0.2 P0.1 P0.00 1 0 1 前进 1 0 11 0 1 0 后退1 1 0 1 左转弯 0 1 10 1 1 1 右转弯程序设计(

16、如果中间探测头P01右测到黑线，则小车前进)if(P0=0 x05) P1=0X05 P0.0P0.1P0.2P13 P12P13 P12注:检测到黑线输出低电平59左轮右轮万向滑轮左减速电机前方右减速电机LA LBRA RB电机驱动电路单片机单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P0.2 P0.1 P0.00 1 0 1 前进 1 0 11 0 1 0 后退1 1 0 1 左转弯 1 1 00 1 1 1 右转弯程序设计(如果右边探测头P02测到黑线，则小车偏了，小车左转弯)if(P0=0 x03)P1=0X0DP0.0P0.1P0.2P13 P12P

17、11 P10注:检测到黑线输出低电平60左轮右轮万向滑轮左减速电机前方右减速电机LA LBRA RB电机驱动电路单片机单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P0.2 P0.1 P0.00 1 0 1 前进 1 0 11 0 1 0 后退1 1 0 1 左转弯 0 1 10 1 1 1 右转弯 1 1 0程序设计:(如果左边探测头P00测到黑线，则小车左偏，应右转弯)if(P0=0 x06)P1=0X07P0.0P0.1P0.2P13 P12P13 P12注:检测到黑线输出低电平61左轮右轮万向滑轮左减速电机前方右减速电机LA LBRA RB电机驱动电路单

18、片机单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P0.2 P0.1 P0.00 1 0 1 前进1 0 1 0 后退1 1 0 1 左转弯 0 0 10 1 1 1 右转弯程序设计：(如果中间和右边探测头P01、 P02测到黑线，则小车左转弯)if(P0=0 x01)P1=0X0DP0.0P0.1P0.2P13 P12P13 P12特殊情况1注:检测到黑线输出低电平62左轮右轮万向滑轮左减速电机前方右减速电机LA LBRA RB电机驱动电路单片机单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P0.2 P0.1 P0.00 1 0

19、 1 前进1 0 1 0 后退1 1 0 1 左转弯 1 0 00 1 1 1 右转弯程序设计:(如果中间和左边探测头P00、P01到黑线，则小车右转弯)if(P0=0 x04)P1=0X07P0.0P0.1P0.2P13 P12P13 P12特殊情况2注:检测到黑线输出低电平63左轮右轮万向滑轮左减速电机前方右减速电机LA LBRA RB电机驱动电路单片机单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P0.2 P0.1 P0.00 1 0 1 前进1 0 1 0 后退1 1 0 1 左转弯0 1 1 1 右转弯1 1 1 1停车 0 0 0程序设计：(如果三个

20、探测头全部测到黑线，则小车到达终点，停车)if(P0=0 x04)P1=0X07P0.0P0.1P0.2P13 P12P13 P12特殊情况3注:检测到黑线输出低电平64红外传感器探测头电机驱动控制电机引脚P02P01P00小车状况P13P14P11P10电机动作000到终点0 x001111全部停止0 x0f001偏右倾向0 x011101左转弯0 x0d010不能存在0 x02011偏右倾向0 x031101左转弯0 x0d100偏左倾向0 x040111右转弯0 x07101中间行驶0 x050101前行0 x05110偏左倾向0 x060111右转弯0 x07111跑偏0 x07按照最

21、后一次检测运行65X=P0&0XFF;switch(X)case 0 x00:P1=0 x0f； break；case 0 x01:P1=0 x0d； break；case 0 x02:； break；case 0 x03:P1=0 x0d； break；case 0 x04:P1=0 x07； break；case 0 x05:P1=0 x05； break；case 0 x06:P1=0 x07； break；case 0 x07:； break； default: break;根据上述的分析编写出寻迹核心程序662005-悬挂运动控制系统 一、任务 通过两只电机控制物体在倾斜板上运动画出

22、指定的运动轨迹。二、要求可控，到达指定目标按指定轨迹运动；控制运动速度;标识当前位置 ;循迹运动，运动趋势判断;672005-悬挂运动控制系统步进电机控制与驱动起始定位路径规划：将路径细分成N小线段计算每一线段的起始点与终点坐标计算移动每一线段时两电机收放距离注意电机线轴直径的变化循迹运动：光电传感器、轨迹趋势预测682007-电动车跷跷板 一、任务 设计并制作一个电动车跷跷板，起始端A一侧装有可移动的配重。电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶。跷跷板半圆轴上能转动。 二、要求电动车在跷跷板上往复行驶；通过行驶使跷跷板保持平衡；控制速度，计时；平衡状态间的调整. 692007-电动车跷

23、跷板水平度检测：用电位器自制传感器、水银开关、倾角传感器、加速度传感器小车保持直线运行、行程记录车速控制：步进式控制；车速与水平度相关难点：小车响应速度与行进距离矛盾的协调702009-声音导引系统 一、任务 设计并制作一声音导引系统，一个可移动声源S，三个声音接收器A、B和C，用无线方式传输信号，引导运动。接收器和声源间无线通信。二、要求以声音作为引导运动到指定位置，定位精确；控制运动速度、运动方向.712009-声音导引系统采用间歇式发声、音量适中声响传感器的灵敏度在不同控制阶段选择不同接收器比较车速的控制：速度与偏离度相关难点：环境噪声的影响，接收器灵敏度设定，自适应？722011-基于

24、自由摆的平板控制系统 一、任务 设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，驱动电机可以控制平板转动。二、要求自由摆摆动过程中，使平板上硬币不滑落、少滑动；多个硬币保持叠放不滑落；在平板上固定一激光笔，保存照射在靶心，减少偏差；减少瞄向靶心的时间。 732011-基于自由摆的平板控制系统开始摆动的检测起始位置角度的检测（与平板角度相关）平板的预调整电机转动的响应速度根据起始角、周期、摆长、靶距计算摆动过程中激光笔的位置，进而算出激光笔的角度742011-智能小车 一、任务 甲、乙两辆小车前后同时起动，在架高跑道上同向而行。二、要求行进过程中交替超越，不碰撞，不掉落；控制速度尽量快。 752011-智

25、能小车光电传感器的自适应性进程累计车速的适当控制两车的协调控制762011-帆板控制系统一、任务 设计制作一个帆板控制系统，通过控制风扇转速，调节风力大小，改变帆板偏转角二、要求检测显示偏转角设置并控制实现偏转角在一定距离范围内设置并控制实现偏转角772011-帆板控制系统在帆板上安装角度传感器，测量偏转角调节电压（数字、模拟方式）控制风扇转速形成偏转角测量风扇转速控制闭环误区：开环控制782012-简易电子秤 一、任务 使用电阻应变片称重传感器，实现电子秤。用砝码作称重比对。二、要求 准确、稳定称重；称重传感器的非线性校正，提高称重精度；实现“去皮”、计价功能；具备“休眠”与“唤醒”功能，以

26、降低功耗。 792012-简易电子秤称重传感器的标定传感器的线性化处理低漂移、高精度放大器设计80LED点阵书写显示屏 控制器3232 LED 点阵模块 光笔 一、任务设计并制作一个基于3232点阵LED模块的书写显示屏。LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮两种模式下；当光笔触及LED点阵模块表面时，检测扫描信号以获取其行列坐标。 二、要求获得并显示光笔位置；实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能；当环境光强改变时，能自动连续调节屏上显示亮度；超时不操作时进入休眠状态。812009-LED点阵书写显示屏题目的理解光电传感器

27、的灵敏度及响应速度扫描点的定位动作指令的识别82测控类赛题设计概要准备处理器平台：资源集成度、精度与速度信号输出通道：DAC、PWM信息显示：LCD电源电压传感器：温度、声、光、磁、速度、距离、 加速度、角度、执行机构：电流驱动、电压控制、电磁机构 直流电机、步进电机、伺服电机83测控类赛题设计概要准备信号处理、分析、识别数值计算控制算法菜单显示、数据显示、曲线显示低功耗设计84测控类赛题设计概要审题了解题目明确要求完成的工作；仔细阅读任务、说明部分文字，往往对题目的实现方法、测试方法、元器件有限定；任务中的要求一般是全局性的任务部分的图往往给定系统结构，说明中的图一般是解释性或建议性的85测

28、控类赛题设计概要创新功能：题目中没有要求的。一般情况下，参数输入、显示方式不算；指标：速度、精度、量程明显超出题目要求；技术路线、实现方法与众不同，有创意；86测控类赛题设计概要提示杜绝“复制”、“移植”、“拆机”做好测试“条件”、“思想”准备切忌“小聪明”、“钻空子”不要“临场发挥”87第五部分 课程安排88每组需提交1份实验调试报告（无字数要求）；写论文的同学，每人需提交4000字论文。内容包括：题目名称前言目录正文元器件明细表 附图参考文献符号型号参数数量备注:设计题目内容的说明，课程设计工作过程简介:要求用图纸画出总原理接线图:作者名.书刊名.出版社.出版时间(刊号)1、电子技术专题设计