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。

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?

基于热释电红外传感器的报警系统

  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?

基于热释电红外传感器的报警系统

  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?基于热释电红外传感器的报警系统

 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?

基于热释电红外传感器的报警系统

抗干扰性能

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。

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。

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,在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是,在实验课上,学生学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。要面对社会的挑战,只有让学生不断的学习、实践,再学习、再实践。这对于他们的将来也有很大的帮助。

参考资料

[1] 黄继昌等编著.实用报警电路.人民邮电出版社,2005

[2] 胡斌编著.电子线路快速识图.福建科学技术出版社,2005

[3] 胡斌编著.图表细说元器件及实用电路.电子工业出版社,2005

[4] 魏群等编著.怎样选用无线电电子元器件.人民邮电出版社,2002

 

第二篇:数字电子技术课程设计心得

经过差不多一个星期的奋战,我的抢答器终于完成了。在给老师检查的那一刻,突然有一种如释重负的感觉,从星期二道星期五,除上课以外的所有时间我都花在这里了,甚至连吃饭的时间都省掉,就为了这块小小的电路板。幸好,结果没有让我太失望。虽然对于其他的同学来说完成的比较晚,但是我却很欣慰,因为所有的东西都是自己完成的,电路板上的每一根线,每一个芯片,都是我自己安上去的,最重要的是,制作过程中所有的错误也都是自己找出来并更正的。其实在焊板之前,我并没有下这么大的决心。心里总是有一种要别人帮助的期望,但是真正在焊板的时候才猛然发觉,原来我们班级选择抢答器的就只有四位同学,更糟糕的是做在我们前面的自动化专业没有抢答器这个选项。当时一下子就愣了,不知道在交板的时候我会是怎样一种情况:是没有实验现象;没做完;或是更糟糕的结果。我不敢想象。现在,我已经走出了那个实验室,仔细想一想,从领板到交板,这一过程,让我受益匪浅:

1.              器材领到了,心里总想着要快点开始。所以,拿着东西就立刻行动。因为之前根对所有本就对所有东西一无所知,只看到其他同学都拿着东西往板上装,我也就跟着做。可是,等我所有的引脚都装上去了才被同学告知,板上的孔是每三个用一个铜片相连的,也就是说,他们三个孔是相同的,在安装的时候必须把他们隔开,可是,我却完全没有注意到这个问题,那一刻,真的感到一种很强烈的挫败感。以为,这个实验就这么被我弄砸了。不幸中的万幸是,一般的引脚之间的距离都在三个孔以上,所以那些不可能安错,只有一个装555芯片的引脚比较小。最后,在同学的帮助下,成功的帮我卸下了那个芯片引脚,我才能重新开始。

2.              装完引脚之后,我开始布线。很快,我又遇到了一个严重的问题。就是因为在实验之前完全没有考虑过布线的问题,芯片的引脚都是凭自己的感觉胡乱装上去的,根本没有足够的空间布出一副整齐的线路。但是因为所有的引脚都已经安装上去了,已经没有修改的余地,我也只能死马当活马医,尽最大努力去布出每一根线。等布线完成之后一看,线路歪歪斜斜,没有规律,更谈不上美观。再看一下其他某些同学的线路。有的简直可以用艺术二字来形容。但是,没有办法,我只能接着往下做。

3.              等布线完成后,就开始测试了。我们这个抢答器的实验有等两部分:主电路和扩展电路。而且二者之间是分开的。我上面做的就只是主电路部分。可是等我接通电源一看,没有一点反应,那几根数码管根本就没有亮起来的念头。我只有很无奈的开始进行检查,没有发现问题。一直到傍晚,我都停留在这个部分,没有一点进展,而周围有的做其他实验的同学已经完成的差不多了,甚至已经有了实验结果。而我,一直等到星期四下午才把主电路部分完成。在主电路的检查过称中,大致发现了一下几个我的问题:

(一)              每个芯片都有一个电源脚和一个地脚。而我在一开始的时候竟然忘记了,这也就是一开始那个显示器没有任何显示的原因。这也是我做这个实验犯过的最严重的一个错误。

(二)              开关问题。我们使用的开关跟仿真图上的开关不一样,仿真图上有多种开关可以选用。但是提供给我们做实物图的开关就只有一种。(如下图示)

在未接通时,1脚和3脚是接通的,2脚和4脚是接通的。但是在按下开关后,四个脚全部是接通的。在一开始,我把1脚和芯片对应的引脚相连,4脚和地相连,但是把三脚直接接5伏电源,而没有接电阻(因为仿真图上没有电阻)。后面才发现,当把开关按下后,地和电源是直接接通的。所以在未接电阻时,也没有正确的结果。

(三)              电阻问题。知道做完实验后才发现,电阻是实验过程中非常重要的一部分。这在我后面帮同学检查线路的时候也发现了。那份线路没有其他任何问题,就是把74LS279上面引出来的引脚与电源之间的那个电阻用的是5K,但是就是没有结果,当我把那个电阻换成510欧姆的电阻之后,所有实验现象就全出来了。而我自己开始的时候也是把那个电阻忘记了,也是一直没有看到正确的显示。

(四)              芯片引脚。我们这个电路用到了74LS279。而我一开始就按照仿真图上的做法,直接用了两个279芯片。后面才知道其实只要一个芯片就可以。这当然也是归结于自己开始的准备工作没有做好。因为没有认真仔细的看清楚每个芯片的使用情况。还有译码显示管的引脚,等我连好线路图的时候才发现我在网上找的那个引脚图是错误的。

(五)              连线。连线实际上也是制作电路板一个非常重要的方面。连接过程中要时刻注意有没有短路,有没有断路。在进行了很多次的修改之后,我的板上还是不能正确显示所有的结果。结果还是0,0,2,2,4,4,6,7。根本没有1,3,5这几个数字。经过几轮仔细的检查后,才发现我的其中一个279芯片的引脚虽然看上去像连接在一起了,但是实际上他们之间并没有通电。等更正过来后,终于0到7八个数字全部能过正确显示。

虽然这个过程非常漫长,但是,我却有点享受其中的感觉。在老师检查过后,老师又提出了另外一个问题:把0到7这几个数字改成1到8。心里想想也是,抢答器当然是希望数字一对一。而像我这种做法就是一号选手编号为0,二号选手编号为1……,八号选手编号为7。这样当然会不方便。

做完主电路后,就开始做扩展电路。有了前面做主电路的经验,所以在做扩展电路的时候就少走了很多弯路。但还是经过了一番曲折之后才看到实验结果。

(一)              首先也是开关问题。这次虽然接了电阻,但是我却把接74LS192芯片的引脚4和引脚五分别接电阻改成了两端直接相连接一个电阻。其实,这在仿真图上是可以的。但是就是因为开关的不同导致接线的不同。后面我才发现,几乎我们四个做抢答器实验的同学都犯了这个错误。

(二)              在做扩展电那个路图时,我还发现了一个非常奇怪的问题。因为我的仿真图上74LS48与显示管之间是接了排阻的,但是在连接实物图时,为了节省位置,所以想把排阻去掉,但是在仿真图上操作时,却发现不能去掉排阻。可是事实上其他实验中都用到了这两个芯片,而且都没有接排阻。后来,问了同学才知道,原来在仿真图上去掉排阻就必须把显示管上的接地端改成接GND端。这也让我意识到,虽然,Multism容易掌握,但是实际上他有很多东西是不能随便使用的。

扩展电路比主电路完成要顺利很多,所谓“实践出真知”也就是这个道理吧。虽然,现在的我们因为面临考试的原因时间变得非常紧张,而且这周也基本上完全没有进行考试准备,反而觉得非常充实。也让我有了很多体会:

1、团队合作比较重要。开始的时候我一个人做,出现问题时候,自己找了好久才发现问题的所在。但是有几次问了下同学或是和同学一起探讨,问题很快就解决了。这也就是人多力量大吧,集思广益,能把问题解决得更好。

2、焊接是一个锻炼人动手能力的过程。要使自己的布线美观而且焊接时有没有虚焊,这要一个人要有耐心和细心。

3.做任何事情之前一定要认真做好准备。这样才能未雨绸缪,做到临危不乱。如果所有的事情都等到发生了之后再去想办法就已经来不及了。

3、这次课程设计给了我们一个很好的提高动手能力的机会。平常我们只是在头脑中去抽象的记忆、理解那些课本上的理论知识。有的理论知识好像很懂,但是有的理论知识确是晦涩难懂的,甚至只是靠自己的死记硬背去记住。但是我们都知道,那样的记忆只是一时的,很快你就会忘记。而这次的实习却给了我们一个在实践中灵活运用知识的机会,我们通过在实践中发现问题,进而去书本中找相关的知识去解决问题,从而巩固了理论知识。那样的知识是你从根本上去认识它,理解它,所以你的记忆时间会很长。就像这次我对用过的这些芯片的引脚功能已经很熟悉一样。

我要感谢老师的细心教导和同学们的大力帮助,我相信这几天的不懈努力会给我未来的学习带来很多的启发,我会在以后的工作生活中更好的理论联系实际, 扎扎实实走好每一步。

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