光电系统课程设计课件.ppt

1、一、课程内容安排及有关事项一、课程内容安排及有关事项 1、开设本课程的目的和意义开设本课程的目的和意义 a.了解电子电路的基本设计过程了解电子电路的基本设计过程 b.拓宽同学们的知识面拓宽同学们的知识面 c.探索科学合理的设计方法探索科学合理的设计方法 d.学习使用一种学习使用一种EDA 软件软件(Altium)，为今后的工作和学习打基础为今后的工作和学习打基础 e.以小组为单位设计一个基于单片机的小型光以小组为单位设计一个基于单片机的小型光 电系统电系统 2、课程基本内容、课程基本内容 a.讲解电子电路的基本设计过程讲解电子电路的基本设计过程 b.讲解电子电路的设计难点讲解电子电路的设计难点

2、 c.讲解有关的生产工艺讲解有关的生产工艺 d.讲解元器件的有关知识讲解元器件的有关知识 e.介绍原理图的有关设计技术介绍原理图的有关设计技术 f.介绍印制板图的有关设计技术介绍印制板图的有关设计技术 g.用用15周的时间完成一个小型周的时间完成一个小型光电系统光电系统的设计的设计l模拟电子技术模拟电子技术l数字电子技术数字电子技术l单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术l光学系统与光电探测器光学系统与光电探测器l电子电路制造工艺电子电路制造工艺l电磁兼容性设计电磁兼容性设计 4、教学方法、教学方法 讲课部分 a.重点讲设计思路和设计方法重点讲设计思路和设计方法 b.从系统、从工程设计的角度

3、来讲问题从系统、从工程设计的角度来讲问题 系统：设计方案的系统性系统：设计方案的系统性 知识结构的系统性知识结构的系统性 工程：理论联系实际工程：理论联系实际 工程设计部分工程设计部分 核心理念：核心理念：DIY DIY 设计一个基于单片机的小型光电系统，学会根据设计题目的技术指标，从工程设计的角度出发，进行电子线路的方案论证、元器件选择、成本核算、系统优化、原理图绘制、PCB图绘制、设计文档整理、设计报告撰写等。a.变被动学习为主动学习变被动学习为主动学习 b.学习创新思维方法学习创新思维方法 c.培养自学能力培养自学能力 d.提高外语阅读水平提高外语阅读水平 e.要舍得花时间、花精力，没有

4、捷径可走要舍得花时间、花精力，没有捷径可走 f.要培养团队合作精神，多想多问多讨论要培养团队合作精神，多想多问多讨论 g.要学会找资料，扩大自己的信息来源要学会找资料，扩大自己的信息来源 主要信息来源：主要信息来源：a.互联网互联网 公司网站公司网站 专业论坛专业论坛 b.电子、计算机类期刊电子、计算机类期刊 电子产品世界电子产品世界 电子技术与应用电子技术与应用 今日电子今日电子 电子元器件电子元器件 电子产品设计电子产品设计 c.专著专著 d.教科书教科书 l理论考试理论考试40%40%笔试笔试(开卷开卷)l工程设计工程设计60%60%分层次实施分层次实施 第一阶段：只需完成设计报告即可第

5、一阶段：只需完成设计报告即可 第二阶段：需完成设计作品的图纸设计、加工、装配、第二阶段：需完成设计作品的图纸设计、加工、装配、软硬件调试和性能测试软硬件调试和性能测试a.“Altium Designer 电子设计应用教程电子设计应用教程”高歌高歌 著著，电子工业出版社，电子工业出版社b.“光电控制系统技术与应用光电控制系统技术与应用”，韩兵，韩兵 著著，电子工业出版社电子工业出版社c.“电子设备的电磁兼容性设计电子设备的电磁兼容性设计”区健昌区健昌 著著 ，电子工业出版社，电子工业出版社d.电子元器件数据手册和应用手册电子元器件数据手册和应用手册 登陆公司网站下载登陆公司网站下载e.“电磁兼容

6、和印刷电路板电磁兼容和印刷电路板”Mark I.Montrose著，刘元安译，人民邮电出版社著，刘元安译，人民邮电出版社f.“电子工艺实训教材电子工艺实训教材”，孙惠康主编，孙惠康主编 g.“电子产品制造技术电子产品制造技术”，王卫平主编，清华大学出版社，王卫平主编，清华大学出版社h.MCS-51系列教科书及相关参考书系列教科书及相关参考书l1-6周：上课l7-9周：原理方案设计，第9周周六原理方案讨论课l10-12周：原理方案优化，PCB设计，第11周周六PCB设计讨论课l12周周五：第二阶段上交设计文档l13周：指导教师筛选可送加工的作品l14-16周：PCB加工，电子元器件准备，第16周

7、安排一次装配调试方法讨论课l17周：设计作品装配调试，现场验收l18周周五：上交设计报告Tel：87544833实验室：南五楼实验室：南五楼425Protel系列软件发展过程l1985：Protel Tango (DOS)l1991：Protel Tango (Windows)l1999：Protel 99l2000：Protel 99 SEl2002：Protel DXPl2006：Altium Designer 06l2009：Altium Designer 09 l电子电路的基本设计过程电子电路的基本设计过程 任务书任务书资料收集资料收集方案论证方案论证原理图原理图仿真仿真制版图制版图设

8、计文件设计文件加工加工装配装配产品产品调试调试一、成本设计一、成本设计1.影响成本的几个因素影响成本的几个因素 a、元器件方面 精度：A/D的分辨率，运放的零点漂移等 速度：CPU的主频，A/D的采样速率等 功耗：笔记本与台式机CPU的差异 温度等级：相对成本 民用 0 70 1 工业 -40 85 2 4 汽车 -40 125 35 军用 -55 150 10 （出口限制）封装：陶瓷，塑料，金属外壳 批量大小：零售，批量b、印制板 板材：陶瓷，环氧树脂，聚四氟乙烯，挠性 层数：单面，双面，多层 工艺：有铅/无铅，孔径 表面处理：字符，阻焊，焊盘处理（喷锡、沉金、沉银）线条复杂程度：最细可达

9、加工周期：1 15天 批量：单件，成批生产b、硬件软化硬件软化 在不影响系统性能的情况下，能够用软件实现的功能尽量用软件实现 作用：可降低硬件成本 设计灵活 典型例子：键盘防抖动 数字滤波器设计 c、充分挖掘充分挖掘CPU的系统资源的系统资源 CPU上的可用资源：中断控制器 定时器/计数器 WDT（看门狗）存储器：FLASH_ROM SRAM 串口：SPI I2C UART USB CAN I/O口 A/D D/A RTC（实时时钟）比较器 PWM（脉冲宽度调制器）QFP（光电脉冲编码器）LCD驱动器 d、尽量多的采用新技术尽量多的采用新技术 摩尔定律1.新型号元器件集成度高，一片可取代旧器件

10、多片2.新器件性价比高3.老器件越往后价格越高，直到停产，导致产品的材料、装配及维修成本都很高INOUTPIPOPO=k PI k1PD=(VI VO)IL +VI ISVI VO 3V IS=10 MA 特点：1、效率高：高达98 2、输入电压范围大：85V270V 3、体积小，重量轻，成本低 4、噪声大l2系统中容易受干扰的部分：系统中容易受干扰的部分：a 弱信号检测电路 lb 计算机信号线（数据、地址、控制）c 数/模、模/数转换电路屏蔽层调制解调VIVOV+2000V隔离特点：1、可隔离模拟电压信号,隔离电压高达2000V 2、线性度可达0.1%3、价格高（3001000元人民币）4、

11、体积大生产公司：ADI AD202KN TIVIVOR1R2特点1、用于开关信号隔离，隔离电压高达8000V2、体积小3、成本低（15元人民币）4、可选的型号很多 4N25 4N30 6N37 TLP521 TLP541ff00滤波器频响曲线Av输入信号频谱d 优化布线：回路设计 多层板应用 优选板材料 e e 软件算法六、人体工艺和美学设计六、人体工艺和美学设计 手感：大小、重量、表面质量 使用者差异：身高、用手习惯 外观：形状、比例、布局 色彩搭配l小规模可编程器件：PAL/GAL 1000门l复杂可编程逻辑器件：CPLD 500050000门l现场可编程逻辑器件：FPGA 10000门l

12、技术特点：l可随时更改设计方案，有些器件可在线编程（ISP）l可用高级语言编程(VHDL Verilog HDL)l保密性能好l性能价格比高l功耗低l生产公司：XILINX ALTERA LATTICEROM:1K 64KRAM:128B 256B 256+4K 80C51 80C52 C8051F040中断源（数目）：5 20多个主频：612MHz DC 0MHz工作电压：5V 1.V 6V指令周期：12 1 个时钟周期 RST CLR 时钟发生器CPUWDTl由英国ARM公司授权，全球几十家公司生产l系列：ARM7 ARM11，Cortex-A8/A9Cortex-A8/A9l成本低，功耗

13、低l集成度高，接口丰富 DRAM USB RTC INTERNET LCD PCI A/D D/A I2C SPI UART l软件支持丰富，可运行操作系统l主要用于信息终端和便携式设备lf.传感器：传感器：带放大器：PIN光电探测器 数字化：温度传感器l CMOS图像传感器 三、三、方案论证与方案论证与总体设计总体设计1、总体框架设计总体框架设计 光机电原理综合设计 光学：光源、光学结构 机械：运动件、支撑件、机体 传感器：光电类 其它类 硬件：信号处理、单片机及外设 数字逻辑电路、电源电路 软件：C、汇编 A、模拟信号波形信号特征：幅度，极性，频率范围，周期性特征，直流分量大小噪声特征：噪声种类，噪声频谱B、组合逻辑信号 电平种类：TTL，CMOS 五、五、成本分析成本分析 以课设为例 原材料原材料：单片机 光电传感器 其它电子元器件 装配材料：导线 开关 螺钉 焊丝 PCB加工：200元左右l成本最低l器件最少l体积最小l重量最轻l功耗最低l性能价格比最高l可靠性符合要求八、加工装配调试八、加工装配调试 加工：PCB在专业厂家加工 装配调试：在南七楼实验室进行