电子设计竞赛培训.ppt

河南理工大学电子设计竞赛辅导一、电子设计的流程二、设计总结报告写作三、开关电源四、不间断直流工作电源设计五、智能家用电热水器控制系统一、电子设计的流程1、审题明确题目的含义，确定总体方案；总体方案既要考虑到题目的基本部分，又要考虑发挥部分的需要；总体方案的最佳表达方式是系统功能方框图！提出的方案越多愈好．1、审题提出数个方案分析各方案的可行性和优缺点比较选择2、总体方案中软、硬件的功能划分如果系统中采用单片机等控制器件，就存在一个功能的实现可以采用软件编程也可以采用硬件电路直接实现的情况。通常，软件实现成本低廉，速度低、实时性差。硬件实现速度快、实时性好，但系统复杂，成本高。在软件可能的情况下，尽可能采用软件实现。3、总体方案的实现总体方案是用总体电路图来实现的！当总体方案确定后，便可画出较详细的框图，设计各单元电路。并根据方案的要求，明确对各单元功能和技术指标的要求。此时要特别注意各单元电路的相互配合，少用接口电路。4、方案的实现在各单元电路功能及技术指标明确后，就可分别对各单元电路进行设计，选择元器件及计算参数。此时，各种电路图集、手册及参考书上的各种电路可供我们借鉴。但是，在大多是情况下，这些现成的电路不能恰好满足我们的要求，我们这时的任务就是对这些现成的电路进行选择、修正或补充，以满足我们的具体要求。5、单元电路设计提出备选电路选择适合方案选择元器件计算参数确定电路6、软件设计1）程序设计思想——模块化程序设计2）模块化编程的优点——易于理解、调试，提高效率如：显示、A/D、键盘等实际使用中只需修改，而不需重新编写——要解决问题与特定模块分离，易排错7、系统调试模块化设计，边安装边调试。调试时应注意做好调试记录，便于分析和运行时参考1）调试步骤：（1）通电前检查电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。先查电源，后查芯片安装的方向！（2）通电检查接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。（3）单元电路调试在调试单元电路时应明确本部分的调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后的整机联调创造条件。电路调试包括静态和动态调试，通过调试掌握必要的数据、波形、现象，然后对电路进行分析、判断、排除故障，完成调试要求。（4）整机联调各单元电路调试完成后就为整机调试打下了基础。整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处理措施。3）电路故障的排除（1）信号寻迹法寻找故障时，一般可按信号的流程逐级进行。从电路的输入端加入适当信号，用示波器或电压表等仪器逐级检查信号在电路内各部分传输的情况，根据电路的工作原理分析电路的功能是否正常，如果有问题，应及时处理。调试电路时也可以从输出级向输入级倒推进行，信号从最后一级电路的输入端加入，观察输出端是否正常，然后逐级将适当信号加入前面一级电路输入端，继续进行检查。（2）对分法把有故障的电路分为两部分，先检查这两部分中究竟是哪部分有故障，然后再对有故障的部分对分检测，一直到找出故障为止。采用“对分法”可减少调试工作量。（3）替代法把已调试好的单元电路代替有故障或有疑问的相同的单元电路（注意共地），这样可以很快判断故障部位。有时元器件的故障不很明显，如电容器漏电、电阻器变质、晶体管和集成电路性能下降等，这时用相同规格的优质元器件逐一替代实验，就可以具体地判断故障点，加快查找故障点的速度，提高调试效率。（4）静态测试法静态测试是用万用表测试电阻值、电容器是否漏电、电路是否断或短路，晶体管和集成电路的各引脚电压是否正常等。这种测试是在电路不加信号时进行的，所以叫静态测试。通过这种测试可发现元器件的故障（5）动态测试法当静态测试还不能发现故障时，可采用动态测试法。测试时在电路输入端加上适当的信号再测试元器件的工作情况，观察电路的工作状况，分析、判别故障原因。（6）性能指标测试以设计任务与要求为依据，应用电子仪器进行各项指标测试，观察是否达到要求。记录测试条件，测试方法，详细测试数据及波形。二、设计总结报告写作1、设计总结报告的评分标准设计总结报告的评分是一个独立环节，评分过程是在专家测试后进行。专家参照全国大学生电子设计竞赛组委会提供的评分标准进行评分。设计总结报告的评分项目由方案设计与论证、理论设计计算、电路图及设计文件、测试方法与数据、结果分析、设计总结报告的工整性等6个方面组成。二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求（1）摘要摘要是对设计总结报告的总结。摘要一般在300字左右。摘要的内容应包括目的、方法、结果和结论。即应包含设计的评分内容、设计的主要方法和设计的主要创新点。关键词：一般选3—6个二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求（2）目录目录包括设计总结报告的章节标题、附录的内容，以及章节标题、附录的内容所对应的页码。章节标题的安排建议按如下格式进行：二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求目录格式1.(第1级)1.1(第2级)1.1.1(第3级)(1)(第4级)①(第5级)二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求（3）正文正文是设计总结报告的核心。设计总结报告正文的主要内容包含有：系统设计、单元电路设计、软件设计、系统测试、结论。二、设计总结报告写作（一）设计总结报告写作基本要求①系统设计主要介绍系统设计思路与总体方案的可行性论证，各功能模块的划分与组成，介绍系统的工作原理或工作过程。注意：在总体方案的可行性论证中，应提出2—3种总体设计方案进行分析与比较，总体设计方案的选择既要考虑它的先进性，又要考虑它实现的可能性。二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求②单元电路设计单元电路设计不需要进行多个方案的比较与选择，只需要对已确定的各单元电路的工作原理进行介绍，对各单元电路进行分析和设计，并对电路中的有关参数进行计算及元器件的选择等。二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求②单元电路设计应注意：理论的分析计算是必不可少的。在理论计算时，要注意公式的完整性，参数和单位的匹配，计算的正确性；注意计算值与实际选择的元器件参数值的差别。电路图应注意元器件符号、参数标注、图纸页面的规范化。如果采用仿真工具进行分析，可以将仿真分析结果表示出来。二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求③软件设计应注意介绍软件设计的平台、开发工具和实现方法。应详细介绍程序的流程图，实现的功能以及程序清单等。如果程序很长，可在附录中列出（程序需给出注释）。二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求④系统测试应详细介绍系统的性能指标或功能的测试方法、步骤，所用仪器设备名称、型号，测试记录的数据和绘制图表曲线。应注意：要根据竞赛题目的技术要求和所制作的作品，正确地选择测试仪器仪表和测试方法。二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求⑤结论对作品的测试结果和数据进行分析和计算，也可以利用MATLAB等软件工具制作一些图表，必须对整个作品进行一个完整的、结论性的评价，也就是说要有一个结论性的意见。二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求（5）参考文献参考文献部分应列出在设计过程中参考的主要书籍、刊物、杂志等。参考文献的格式如下：二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求参考文献的格式如下：①专著、论文集、学位论文、报告[序号]主要责任者.文献题名[专著([M].);论文集([C].);学位论文([D].);报告([R].)](.)出版地(:)出版者(,)出版年(.)起止页码②期刊文章[序号]主要责任者.文献题名([J].)刊名(,)年(,)卷(期)(:)起止页码二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求参考文献格式举例:[1]余永权.ATMEL89系列单片机应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002[2]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1991[3]程明,陈莹.一种基于DDS芯片AD9835的信号源[J].自动化与仪器仪表,2005,26:25-28二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求（6）附录附录包括元器件明细表、仪器设备清单、电路图图纸、设计的程序清单（注释）、系统（作品）使用说明等。二、设计总结报告写作2、报告基本内容及格式要求（7）字体要求一级标题：小二号黑体，居中占五行，标题与题目之间空一个汉字的空。二级标题：三号黑体，居中占三行，标题与题目之间空一个汉字的空。………………《全国大学生电子设计竞赛训练教程》——黄智伟二、设计总结报告写作参加电子竞赛注意点参加电子竞赛注意点1、设计电路板时，硬件原理图务必正确，否则布线再漂亮也是枉然。2、调试硬件电路时，注意电源，不要短路、不要接反极性。3、不同板子之间的连线要规范牢靠，否则自找麻烦。最好注明接口各脚定义4、团结协作，分工明确，相互体谅三、开关电源三、开关稳压电源1、线性稳压电源缺点：调整管管耗大电源效率低(40%60%)装散热器体积大调整管工作在放大区（线性区）优点：输出电压稳定度高电压纹波小线路简单，工作可靠当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO升高时，有如下稳压过程：O2121fURRRRUUZUU由电路图可知)(fZuoBUUAUUOUfUBUOICUCE由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路UOUITR2UZRL+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11R1RIB+-UCEQvCE/ViC/mAQ`线性稳压电源工作原理改进思路：使调整管截止(电流小)IC≈0饱和(管压降小)UCES≈02、开关稳压电源调整管处于开关状态（饱和:UCES≈0，截止：IC≈0。）开关稳压电源的优点：效率高(80%90%)体积小、重量轻稳压范围宽开关稳压电源的缺点：电路复杂对电网要求不高对电子设备干扰较大输出电压含较大纹波晶体管串联式线性稳压电源晶体管串联式开关稳压电源3、DC/DC变换的开关电源直流-直流变换器也称直流斩波器（DCChopper），或DC-DC变换器。DC-DC变换器用于调整直流电的电压。对于输入与输出电压不需隔离只用一个工作开关和L、D、C组成的变换器电路最基本的为如下三种：（1）降压变换器（buckconverter）；（2）升压变换器（boostconverter）；（3）降、升压变换器（buck-boostconverter）。无隔离的DC→DC变换电路buckconverterboostconverterbuck-boostconverter4、DC-DC降压变换器调整管取样电路脉宽调制电路开关调整管控制滤波频率固定的三角波误差放大续流iLUIuBT比较放大器比较器uEACIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基准电压三角波发生器uTiLUIuBT比较放大器比较器uEACIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD开关型稳压电路原理脉宽调制电路基准电压三角波发生器uT1）取样环节：R1、R2分压提取取样电压uF（反馈电压）2）基准电压环节：提供稳压的基准电压UREF3）放大环节：比较放大器A，放大差值（UREF－uF）4）调整环节：调整管T由开关信号控制通断，稳定输出电压UO。iLUIuBT比较放大器比较器uEACIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基准电压三角波发生器uT脉宽调制电路5）LC滤波器及续流二极管D：滤波和续流得到平稳直流电压。6）脉宽调制比较器C：反相端接uT（三角波发生器的输出），同相端