数字电子技术课程设计总结

数字电子技术课程设计总结指导教师：王新旺课程设计地点：电子创新技术实验室课程设计时间：8天课程设计班级：电子信息工程1001班课程设计时间安排：第一天:讲解课程设计内容及需求，并说明设计要求。第二天：讲解电路的绘制要点，并绘制电路图，完成设计仿真。第三天：讲解焊接工艺过程，并清点套件元件，开始根据电路图进行焊接。第四天：学生练习，学习焊接操作。第五天：焊接、并调试。第六天：讲解焊接时普遍的问题以及解决的办法。第七天：学生练习第八天：测试，总结，登记课程设计的成绩。设计题目：本次课程设计是针对“远红外报警器”的设计组装与焊接的练习，要有严谨的思路和熟练的动手能力，此次设计后，让学生明白了总的设计方法及思路，增强学生对数字电路的知识认识，提高实际应用，解决问题的能力。

一、实习目标1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握数字电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2、学会直流稳压电源、万用表的使用。3、学习电子焊接技术。4、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。二、总体设计思路1概述随着时代的不断进步,人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客｡现在很多小区都安装了智能报警系统,因而大大提高了小区的安全程度,有效保证了居民的人身财产安全｡由于红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗､警戒等安保装置中得到了广泛的应用｡此外,在电子防盗､人体探测等领域中,被动式热释电红外探测器也以其价格低廉､技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎｡目前国内使用的各类防盗､保安报警器基本都是以超声波､主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础｡而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器｡这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物｡热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制､接近开关､遥测等领域｡用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比,具有如下特点:●不需要用红外线或电磁波等发射源｡●灵敏度高､控制范围大｡●隐蔽性好,可流动安装｡2热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器｡不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶,其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂､硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成,其极化随温度的变化而变化｡为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式,因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出｡热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换｡由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MΩ,故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换｡热释电红外传感器由传感探测元､干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成｡设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片,并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元｡由于加电极化的电压是有极性的,因此极化后的探测元也是有正､负极性的｡图1是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图｡使用时D端接电源正极,G端接电源负极,S端为信号输出｡该传感器将两个极性相反､特性一致的探测元串接在一起,目的是消除因环境和自身变化引起的干扰｡它利用两个极性相反､大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿｡对于辐射至传感器的红外辐射,热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上,从而使传感器输出电压信号｡制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为0.2~20μm｡为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度,该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片｡这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外,还能将灯光､阳光和其它红外辐射拒之门外｡3被动式红外报警器的结构原理3.1结构被动式红外报警器主要由光学系统､热释电红外传感器､信号滤波和放大､信号处理和报警电路等几部分组成｡其结构框图如图2所示｡图中,菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上,同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区,以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性;热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件,它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用;信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大､滤波､延迟､比较,为报警功能的实现打下基础｡图3所示的是将待测目标､菲涅尔透镜､热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图｡3.2工作原理在该探测技术中,所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量,只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的｡被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化,并能使监控报警器产生报警信号,从而完成报警功能｡图4所示是该报警器的工作电路原理图｡当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时,电路中的传感器将输出电压信号,然后使该信号先通过一个由C1､C2､R1､R2组成的带通滤波器,该滤波器的上限截止频率为16Hz,下限截止频率为0.16Hz｡由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱(通常仅有1mV左右),而且是一个变化的信号,同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式(脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定,通常为0.1~10Hz左右),所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大｡本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大,以使其获得足够的增益｡当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时,若信号幅度超过窗口比较器的上下限,系统将输出高电平信号;无异常情况时则输出低电平信号｡在该比较器中,R9､R10､R11用做参考电压,两个运算放大器用做比较,两个二极管的主要作用是使输出更稳定｡窗口比较器的上下限电压即参考电压分别为3.8V和1.2V｡将这个高低电平变化的信号上升沿信号作为单稳电路HEF4538B的触发信号,并让其输出一个脉宽大约为10s的高电平信号｡再用这一脉宽信号作为报警电路KD9561的输入控制信号,来使电路产生10s的报警信号,最后用三极管VT1和VT2再一次对电信号进行放大,以便有足够大的电流来驱动喇叭使其连续发出10s的报警声｡抗干扰性能①防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。②抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。③抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。三、具体焊接：1、分类：找出所有元件并识别。2、分型号：用万用表测出各电阻的阻值，识别各瓷片电容、电解电容、二极管、三极管等元器件的型号。3、焊接要领（1）烙铁头应同时接触要相互连接的2个被焊件（如焊脚与焊盘），烙铁一般倾斜45度，应避免只与其中一个被焊件接触。原则上是被焊件升温达到焊料的熔化温度是立即送上焊锡丝。焊接一个锡点4秒最为合适，最大不超过8秒。（2）焊接注意事项在焊接物品时,要看准焊接点，以免线路焊接不良引起的短路。标准锡点：锡点成内弧形，锡点要圆满、光滑、无针孔、无松香渍。零件脚外形可见锡的流散性好。锡将整个上锡位及零件脚包围4、焊接电路板（1）焊接电阻：将电阻装入电路板的对应位置，尽量使各电阻的高低一致，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。（2）焊接瓷片电容：将瓷片电容装入电路板的对应位置，保证其引脚尽量短，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。（3）焊接电解电容：将电解电容分清“+”与“-”装入电路板的对应位置，保证电解电容上的型号标记易看可见，并紧贴PCB板，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。（4）焊接二极管：将二极管分清“阳极”与“阴极”装入电路板的对应位置，焊接时对最短引线的焊接时间不能超过2S，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。（5）焊接三极管：将三极管分清“e引线”、“b引线”和“c引线”装入电路板的对应位置，将三极管装配时的高度适中即可，以避免三极管腿折断，焊接时间尽可能短，焊完后将露表面多余的引脚剪去。（6）焊接热敏电阻：将热敏电阻装入电路板的对应位置，由于热敏电阻是易损元件，焊接时不允许将烙铁头直接接触热敏电阻器或靠的太近，以避免损坏热敏电阻器，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。（7）焊接集成块：将集成块小心装入电路板的对应位置，焊接时控制好烙铁，避免出现引线间连锡，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。（8）焊接传感器：将传感器罩上塑料罩后装入电路板的对应位置，焊接时管脚的弯曲或焊接部位应离开管脚基部4mm以上，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。（9）焊接压电蜂鸣器：将压电蜂鸣器中心的压电陶瓷片焊在正极，金属基板焊在负极。（10）焊接其他：将2条跳线焊接到电路板对应位置，将2跟电源线的一侧焊接到电路板对应位置，剩下的焊接到电源接口处。（11）组装成品：将电路板装入外壳，使用胶棒将压电蜂鸣器焊粘到金属基板上，装入电池。四、课程设计总结两个星期的电子实习已经过去，但是使学生对电子设计有了更多了解，使我学了很多，具体如下：1.基本掌握手工电烙铁的焊接技能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品装工艺的生产流程，了解电子产品的焊接、调试与维修方法；2.熟悉了有关电子设计与仿真软件的使用，能够熟练使用普通万用表；3.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能够灵活的运用4.增强自己解决问题的能力，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息；5.明白了团队合作的重要性，和搭档相互讨论，学会了怎么更好解决问题。课程设计诚然是一门专业集中实践类课程，能够给予学生很多专业知识以及专业技能上的提升，学生掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了红外报警器构造及原理。

在这学期的实验中，不仅培养了学生能够独立思考、动手操作的能力，在各种其它