自动化系。二0一二年十一月。
电工电子课程设计指导书。
课程设计的基本任务。
本课程设计的基本任务,是着重提高学生在电子电路应用方面的实践技能,树立严谨的科学作风,培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过电路设计、安装、调试、整理资料等环节,初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能,逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。
课程设计的基本要求。
通过课程设计各环节的实践,应使学生达到如下要求:
1. 初步掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括:
1)根据设计任务和指标,初选电路;
2)通过调查研究、设计计算,确定电路方案;
3)选测元器件,安装电路,独立进行试验,并通过调试改进方案;
4)分析实验结果,写出设计总结报告。
2.培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力。包括:
1)学会自己分析、找出解决问题的方法;
2)对设计中遇到的问题,能独立思考,查阅资料,寻找答案;
3)掌握一些测试电路的基本方法,实验**现一般故障,能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决;
4)能对实验结果进行分析和评价。
3.掌握安装、布线、调试等基本技能,巩固常用仪器的正确使用方法。
4.通过严格的科学训练和工程设计实践,树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风,并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。
课程设计的基本步骤和方法
1.方案设计---根据设计任务书给定的技术指标和条件,初步设计出完整的电路(这一阶段又称为“预设计”阶段)。
这一阶段的主要任务是准备好实验文件,其中包括:画出方框图;画出构成框图的各单元的逻辑电路图;画出整体逻辑图;提出元器件清单;画出各元件之间的连接图。要完成这一阶段的任务,需要设计者进行反复思考,大量参阅文献和资料,将各种方案进行比较及可行性论证,然后才能将方案确定下来。
具体步骤是:
1)框图设计;
所谓框图设计就是针对所提出的任务,要求和条件,从全局着眼选用若干个具有一定功能的单元电路——方框来组成一个整体,以实现各项时间要求,即形成所谓的总体方案。通常满足设计要求的总体方案不止一个,我们应针对任务、要求和条件查阅有关资料,广开思路,提出若干不同方案,逐一分析其优缺点,加以比较,择优录用。
2)总体电路设计;
首先根据已确定的总体方案的原理框图,进一步明确对各单元电路的要求,进而设计出各单元电路的具体结构形式,选择元器件和进行参数计算。
画总体电路时的几点注意事项:
画图时应注意信号的流向,通常从输入端或信号画起,由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路,但一般不要把电路图画成很长的窄条,必要时可按信号流向的主通道依次把各单元排成类似字母“u”的形状,它的开口可以朝左,也可以朝其它方向。
电路图中所有的连线都要清楚的表示,各元件之间的绝大多数连线应在图上直接画出。连线通常画成水平线或竖线,一般不画斜线。互相连通的交叉处用圆点标出。
还应注意尽量使连线短些。画图以“清晰明了,容易看懂”为原则。
电路图中的中大规模集成电路器件,通常用方框表示。在方框中标出它的型号,在方框的边线两侧标出每根连线的功能名称和管脚号。除中大规模集成电路器件外,其余元器件的符号应当标准化。
当集成电路器件的管脚较多,管脚的连线可以选择时,例如多输入的门电路,此时画原理图时可不标出管脚号,布线时应随时把实际接线的管脚号填在原理电路图上,以便以后调试或维修。
衡量一个电路设计的好坏,主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作。此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。为了设计出比较合理的电路,设计者除了要具备丰富的经验和较强的想象力之外,还应该尽可能多地熟悉各种典型电路的功能。
只要将所学过的知识融会贯通,反复思考,周密设计,一个好的电路方案是不难得到的。
2.方案试验——对所选定的设计方案进行安装调试。
由于生产实际的复杂性和电子元器件参数的离散性,加上设计者经验不足,一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的,可能存在许多问题,而这些问题不通过实验是不容易检查出来的,因此,在完成方案设计之后,需要进行电路的装配和调试,以发现实验现象与设计要求不相符合的情况。对某些较复杂的电路,可分单元电路依次进行安装调试,一般先装调主电路后装调控制电路,分别达到指标要求之后,再联系起来统调。
(1)安装。
在装配电路的时候,一定要认真仔细、一丝不苟,注意集成电路,几点注意事项如下:
要根据电路图确定元器件在面包板上的排列位置。为了能够正确布线并便于查线,所有集成电路的扦入方向要保持一致。
根据信号流向的顺序,采用边安装边调试的方法。元器件安装之后,先连好电源线和地线。面包板最外的两派扦孔一般用来作为公共的电源线、地线和信号线。
为了查线方便,连线应用不同颜色的导线。
连线要求紧贴在面包板上,以免造成接触不良。另外,连线要从集成块周围通过,不允许跨接在集成块上方,也不要使导线互相重叠在一起,尽可能做的横平竖直,以便于查线及更换元器件和导线。
为了使电路能够正常工作和测量,所有的地线必须连在一起,形成一个公共“地”参考点。
2)检查连线。
电路安装完毕后,先认真检查电路连线是否正确,包括错线(连线一端正确,另一端错误),少线(安装时完全漏掉的线)和多线(连接的两端在电路图上都是不存在的)。
(3)调试。
检查连线正确后,通电,检查每片集成电路的工作电压是否正常,这是电路有效工作的基本保证。调试该单元电路直至正常工作。
统调主电路的方法是将已调试好的若干单元电路连接起来,然后跟踪信号流向,由输入到输出,由简单到复杂,依次测试,直至正常工作。因此时控制电路尚未安装,需人为地给受控电路加以特定信号使其正常工作。
调试控制电路常分为两步:第一步单独调试控制电路本身,施加于控制电路的各个信号可以人为设定为某种状态,直至正常工作。第二步将控制电路与系统主电路中各个功能部件联接起来,进行电路统调。
(4)故障排除。
实验**现了故障和问题,不要急躁,要善于用理论与实践相结合的方法,去分析原因,这样就可能较快地找出解决问题的方法和途径。
一般常见故障源为:接触不良(特别是当电源线接触不良时可能工作不稳定)、接线错误(错接或漏接)、器件本身损坏(需单独测试其功能方能确定确实损坏)、多余控制输入端未正确处理(一般若悬空会有较大干扰,应接固定电平)、设计上有缺陷(出现预先估计不到的现象,这就需要改变某些元件的参数或更换元器件,甚至需要修改方案)。
3.工艺设计---完成制作实验样机所必需的文件资料,包括整机结构设计及印制电路板设计等。
4.样机制作及调试---包括组装、焊接、调试等。
5.总结鉴定---考核样机是否全面达到规定的技术指标,能否长期可靠地工作,同时写出设计总结报告。
课程设计实验文件的标准格式。
在整个课程设计的过程中,每个同学应完成三个文件:预设计作业、方案实验预习报告及课程设计总结报告。
1.预设计作业:
应按下述原则画出框图和逻辑图交指导教师审阅。
(1)画框图的原则:
比较简单的逻辑电路的框图一般由几个方框构成,复杂一些的电路由十几个方框构成,所画的框图不必太详细,也不能过于含糊,关键是反映出逻辑电路的主要单元电路、信号通路、输入、输出以及控制点的设计思路。
框图要能清晰地表示出控制信息和数据信息的流向。
每个方框不必指出功能块中所包含的具体器件,但应标明各方框的功能名称。
所有连线必须清晰整齐。
2)画逻辑图的原则:
所有小规模器件应使用标准逻辑符号。
中、大规模集成电路的符号,我们规定画成一个方框,框内应标明器件的型号或名称,引出脚的符号应标注清楚。必要时还可以标注出引出脚的顺序号。各引出脚不要求按顺序排列,可按设计者要求排列。
电阻、电容、电感类元件应计算出具体值。
若作为正式图纸还应列出元器件清单,放在图纸的右下角。
2.方案试验预习报告应由学生自己拟定,内容包括:调试和指标测试内容、方法及步骤,测试线路图,所用仪器设备,记录测试结果的**等。
3.课程设计总结报告要限期完成,内容及格式要求如下:
课程设计课题汽车尾灯控制电路。
一、 设计任务。
设计构成一个控制汽车六个尾灯的电路,用六个指示灯模拟六个尾灯(汽车每侧三个),并用二个拨动开关作为转弯信号源,一个开关用于指示左转弯,一个开关用于指示右转弯,如果二个开关都被接通,说明驾驶员是一个外行,紧急闪烁器起作用。
右转弯时三个右边的灯应动作,左边的灯则全都熄灭,右边的灯应如图1所示,周期性明亮与暗,一周约需一秒,对于左转弯,左边灯的操作应相类似;当紧急闪烁起作用时,六个尾灯大约以1hz的频率一致地闪烁亮与暗。同时,电路还用一个开关模拟脚踏式制动器,制动时,若转弯开关未合上(或错误地将两个开关均合上的情况)所有六个尾灯均持续点亮,在转弯的情况下,转向侧的尾灯应正常动作,另一侧的三个尾灯持续亮。
另一个开关模拟停车,停车时,全部尾灯亮度为正常时的一半。
二、 设计提示。
汽车尾灯控制电路由四部分组成,如图2所示,控制电路,时钟发生电路,逻辑开关及逻辑电平指示。
1、 转弯信号是四状态计数电路,可由小规模触发器构成。
2、 时钟产生电路,可用施密特触发器器构成1hz信号和50hz信号(用于停车时,尾灯亮度为正常的一半)。
振荡频率: f=0.7/rc
三、 设计进度(二周)
1、 弄清原理,熟悉各元器件(2天)
2、 设计原理图(3天)
3、 实际连线,安装调试(3天)
4、 完成总结报告(2天)
四、 设计要求。
1、 设置转弯信号状态计数电路。
2、 设置时钟发生电路。
3、 设置控制电路。
4、 设置逻辑开关。
5、 画出汽车尾灯控制电路图。
附1:元器件清单。
注:电阻、电容、微动开关、各色导线若干,面包板一组,镊子一把。
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