第七章 电子电路设计的基本方法,第三节 数字电子系统设计的一般方法,第二节 模拟电子系统设计的一般方法,第一节 电子电路设计基础知识,第四篇 设计篇,第五节 电子电路的故障分析与排除,第四节 电子电路的组装和调试,本章要求,1.掌握电子电路的一般设计过程，熟悉电子电路设计中 应注意的问题：工作稳定可靠，电路简单、合理，采用标 准接口，安装、调试、维修方便，合理平衡成本、体积、 功耗等指标 。2. 掌握模拟电子系统设计、数字电子系统设计的特点。3. 学会电子电路的组装和调试 方法4.熟悉电子电路的故障分析与排除 。,第七章 电子电路设计的基本方法,第一节 电子电路设计基础知识,一般来说，对于简单的电子电路的设计步骤大体包括以下方面： 1、进行方案论证和方案设计。设计人员拟定出几种设计方案，画出每种方案的原理框图，然后逐个分析每个方案的优缺点，并加以比较，择优选用。 2、按选定的总体方案设计系统硬件电路和软件程序。设计硬件电路，一般是先画出电路的功能组成框图，明确对各功能单元电路的要求；然后设计各单元电路(包括拓扑结构、元器件参数及型号等)。设计好各部分电路后，画出总体原理电路图，总体原理电路图是进行电路调试和维修的依据。 软件部分的设计包括确定功能，设计程序结构和算法，编制流程图和编写程序等。对于包含硬件电路和软件程序的较复杂的系统，要合理规划软件和硬件各自完成的功能，使系统结构简单，工作稳定可靠。,一、电子电路的般设计过程,一般来说，对于简单的电子电路的设计步骤大体包括以下方面：3、安装调试。电路安装完毕后，不要急于通电，要认真进行检查。在确认电路元器件、连线、直流供电和接地等无误后再通电。电路调试包括测试和调整两个方面，一般要经过测量 一 调整 一 再测量的反复过程。调试方法一般是先局部(单元电路)后整体，先静态后动态。4、设计报告（论文）的编写设计报告是设计工作的起点，又是设计全过程的总结；是设计思想的归纳，又是设计成果的总汇。从设计报告中可以反映出设计人员的知识水平和层次。设计报告编写的一般步骤是：设计方案比较、论证及选择；细化方框图；设计关键单元电路；画出受控模块框图；设计控制电路；编写应用程序及管理程序；整机时序设计；关键部位波形分析以及计算机辅助设计成果；画出整机电路图；测试仪器及方法选择；测试数据及结果的分析与处理；列写参考资料目录。当然，对于一个具体的设计报告不一定严格安上述要求。,一、电子电路的般设计过程,在设计电子电路时，除了要满足性能指标要求之外，还必须采取措施提高电路的稳定性和可靠性，考虑实际应用中的一些问题。 1、工作稳定可靠：首先，所用电子电路在原理上要正确，不能有重大的缺欠；其次，要采取切实可行的办法提高电路的稳定性。最后，根据元器件在电路中所起的作用和对电路性能的影响程度，合理选择元器件。 2、电路简单、合理：在电路设计时，在满足性能指标要求的前提下，力求结构简单，合理实用。一般来说，在用分立元件和集成电路都能实现所要求的功能时，优先选用集成电路；在用通用集成电路和专用集成电路都能实现所要求的功能时，优先选用通用集成电路；尽量采用可编程逻辑器件构建较复杂的数字系统。采用软件硬件相结合的结构(例如用单片机作电路系统的控制器)会使系统的功能增强、操作简单、易于升级。,二、电子电路设计中应注意的问题,在设计电子电路时，除了要满足性能指标要求之外，还必须采取措施提高电路的稳定性和可靠性，考虑实际应用中的一些问题。3、采用标准接口 采用国际标准接口易于实现各种仪器设备的控制、数据传输和通信，便于功能扩展，易于组成功能更强的电路系统。4、安装、调试、维修方便 为达到这个要求，设计中应注意采用模块化结构、总线结构和标准化的接口，同时电路的元器件品种应尽可能地少。5、合理平衡成本、体积、功耗等指标 要合理平衡成本、体积、功耗等指标。例如，对电池供电的便携式仪器仪表电路，设计时要重点考虑功耗和体积。而对由市电供电的实验室仪器，功耗将不是主要的考虑因素。,二、电子电路设计中应注意的问题,第二节 模拟电子系统设计,一、总体方案确定：将总体系统功能合理的分解成若干个子系统（电路单元），并画出各个电路单元框图相互连接而形成的系统原理框图。要从性能稳定、工作可靠、电路简单、成本低、功耗小、调试维修方便等方面，选择出最佳方案。,模拟电子系统设计除遵循电子电路的般设计过程，还注重以下方面的设计。,二、单元电路设计：明确对各单元电路的具体要求，详细拟定出单元电路的性能指标，认真考虑各单元之间的相互联系，注意前后级单元之间信号的传递方式和匹配，尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，并考虑各单元电路的供电电源尽可能统一。另尽量选择现有的、成熟的电路来实现单元电路的功能，电路单元尽可能用集成电路组成。,第二节 模拟电子系统设计,模拟电子系统设计除遵循电子电路的般设计过程，还注重以下方面的设计。,三、参数计算 在进行电子电路设计时，应根据电路的性能指标要求决定电路元器件的参数。例如根据电压放大倍数的大小，可决定反馈电阻的取值；根据振荡器要求的振荡频率，利用公式，可计算出决定振荡频率的电阻和电容之值等等。但一般满足电路性能指标要求的理论参数值不是惟一的，设计者应根据元器件性能、价格、体积、通用性和货源等方面灵活选择。计算电路参数时应注意以下几点： 1、在计算元器件工作电流、电压和功率等参数时，应考虑工作条件最不利的情况，并留有适当的余量。 2、对于元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般取1.52倍的额定值。 3、对于电阻、电容参数的取值，应选计算值附近的标称值。电阻值一般在1M内选择；非电解电容器一般在100pF0.47F选择；电解电容一般在1F2000F范围内选用。 4、在保证电路达到功能指标要求的前提下，尽量减少元器件的品种、价格、体积等。,四、元器件选择 1、一般优先选择集成电路。 2、熟悉各种电阻器和电容器的主要性能指标和特点，根据电路要求，对元件作出正确的选择。 3、分立半导体元件的选择。首先要熟悉它们的功能，掌握它们的应用范围；根据电路的功能要求和元器件在电路中的工作条件，如通过的最大电流、最大反向工作电压、最高工作频率、最大消耗的功率等，确定元器件型号。 五、计算机模拟仿真 目前常用的电子电路辅助分析、设计的常用软件有PSPICE、PROTEL、Multisim（电子工作台）等。由于电路在计算机上进行模拟时采用元器件的参数和模型与实际器件有差别，所以对经计算机仿真过的电路，还要进行实际实验。若性能指标达不到要求，应深入分析问题出在哪些单元或元件上，再对它们重新设计和选择，直到完全满足性能指标为止。,绘制电路图时主要注意以下几点：1、总体电路图尽可能画在同一张图纸上；同时注意信号的流向，一般从输入端画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路；对于电路图比较复杂的，应将主电路图画在一张图上，而将其余的单元电路画在一张或数张图纸上，并在各图所有端口两端标注上标号，依次说明各图纸之间的连线关系。2、注意总体电路图的紧凑和协调，要求布局合理，排列均匀。图中元器件的符号应标准化，元件符号旁边应标出型号和参数。集成电路通常用方框表示，在方框内标出它的型号，在方框的边线两侧标出每根连线的功能和管脚号。3、连线一般画成水平线和垂直线，并尽可能减少交叉和拐弯。对于相互交叉连接的线，应在交叉处用圆点标出。对于连接电源负极的连线，一般用接地符号表示；对于连接电源正极的连线，仅需标出电源的电压值即可。,六、绘总体电路图,第三节 数字电子系统设计的一般方法,数字电子系统设计的一般方法如下： 一、分析系统功能要求,数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、被控电路和电源等。数字系统设计首先要做的是明确系统的任务、所要达到的技术性能、精度指标、输入输出设备、应用环境以及有哪些特殊要求等。,二、确定总体方案 明确了系统性能以后，应考虑如何实现这些技术功能。对于比较简单的系统，可采用中、小规模集成电路实现；对于输入逻辑变量比较多、逻辑表达式比较复杂的系统，可采用大规模可编程逻辑器件完成；对于需要完成复杂的算术运算、进行多路数据采集、处理、控制的系统，可采用单片机系统实现。目前对于处理复杂的数字系统最佳方案是大规模可编程逻辑器件加单片机，这可大大简化设计成本，提高可靠性 三、逻辑功能划分 一般先将系统划分为信息处理和控制电路两部分；然后根据信息处理电路的功能要求将其分成若干个功能模块。控制电路是整个数字系统的核心，它根据外部输入信号及受其控制的信息处理电路来的状态信号，产生受控电路的控制信号。常用的控制电路有如下三种：移位型控制器、计数型控制器和微处理器控制器；一般根据完成控制对象的复杂程度，可灵活选择控制器形式。,在全面分析各模块功能类型后，应选择出合适的器件并设计出电路。,图7-2 组合逻辑电路的设计,四、单元电路设计,图7-3 时序逻辑电路的设计,设计电路时应充分考虑能否用ASIC器件实现某些逻辑单元电路，这样可大大简化逻辑设计，提高系统的可靠性和减小PCB体积。,五、系统电路综合 在各单元电路模块和控制电路达到预期要求以后，可把各个部分电路连接起来，构成整个电路系统，并对该系统进行功能测试。测试主要包含三部分工作：系统故障诊断与排除、系统功能测试、系统性能指标测试。若系统有一项不符合要求，则必须修改电路设计。 六、撰写设计文件 在整个系统实验完成后，应整理出如下的设计文件：完整的电路原理图、详细的原程序清单、所用元器件清单、功能与性能测试结果、使用说明书等。,数字电子系统设计的一般方法,第四节 电子电路的组装和调试一、电子电路的组装,在进行安装时注意以下方面： 1、集成电路的装插:插接集成电路时首先应认清方向，不要倒插，所有集成电路的插入方向保持一致。注意管脚不能弯曲。 2、元器件的装插:根据电路图的各部分功能确定元器件在实验箱的插接板上的位置，并按信号的流向将元器件顺序地连接;有极性的电子元器件安装时其标志最好方向一致，以便于检查和更换。所有电子元器件在安装前要全部测试一遍，有条件的还要进行老化，以保证元器件的质量。 3、导线的选用和连接:导线直径应和插接板的插孔直径相一致，过粗会损坏插孔，过细则与插孔接触不良。连接用的导线要求紧贴在插接板上，连线不允许跨在集成电路上，一般从集成电路周围通过，尽量做到横平竖直，这样便于查线和更换器件，但高频电路部分的连线应尽量短。组装电路时应注意，电路之间要共地。正确的组装方法和合理的布局，不仅使电路整齐美观，而且能提高电路工作的可靠性，便于检查和排除故障。 4、印刷电路板的设计原则是性质相同的电路安排在一块板上。,1、调试电路的常用仪器（1）万用表。它可以测量交直流电压、交直流电流、电阻、电容及半导体二极管和三极管。具有精度高，使用方便，应用广泛等特点。 （2）示波器。示波器可以对电路中的各点电位进行测量和观察波形，同时可比较任意两点波形的相位关系。示波器具有高的灵敏度、高的交流阻抗、对负载影响小等特点。在使用示波器应注意的是所用示波器的频带一定要大于被测信号的频率。（3）信号发生器。因为经常要在加信号的情况下进行测试，则在调试和故障诊断时最好备有信号发生器。如FG163型函数发生器，它可产生正弦波、三角波、方波等波形。,二、电子系统的调试,电路安装完毕不要急于通电做实验，应先从安装质量角度进行外观检查，从人身安全、设备安全角度进行安全检查。,2、调试电路前的线路检查,(1)外观检查:主要是检查连线和元器件的安装情况,主要看接线是否正确，包括错线、少线和多线错误。例如，连线的一端是否有松脱现象，在不应相连的点之间是否有短路的情况，元器件的型号规格是否与电路中标出的型号规格一致，电解电容的极性是否接错等。,外观检查通常采用两种查线方法：一是用实际电路对照原理图，按元件引脚连线的去向查清，查找每个去处在电路图中是否存在。另一种方法就是按照设计的电路图检查安装的线路，根据电路图中的元件连接按一定的顺序在安装好的线路中逐一检查对照。,