【正文】 工 程 設(shè) 計(jì) 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書 成都信息工程學(xué)院 電子工程系 陸繼慶 第一章 :工程設(shè)計(jì)概述 一、 課程 目的 本 課程 重在培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用與實(shí)踐能力。 培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研素質(zhì)、工程意識(shí)和創(chuàng)新精神 。 是對(duì)前面所學(xué)內(nèi)容作綜合的應(yīng)用與總結(jié)。在結(jié)合多門理論課程與設(shè)計(jì)課程之后，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)與就業(yè)方向，通過設(shè)計(jì)符合專業(yè)特色的工程內(nèi)容或直接參與到與專業(yè)相關(guān)的具體的工程實(shí)踐之中，給學(xué)生一個(gè)能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)。從而全面提高學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)踐應(yīng)用能力與工程實(shí)踐能力。 對(duì)參加過電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的同學(xué) 是個(gè)鞏固和提高的機(jī)會(huì)，對(duì)沒有參加競(jìng)賽培訓(xùn)的同學(xué)是個(gè)鍛煉的機(jī)會(huì)。 通過該課程的學(xué)習(xí)使本專業(yè)學(xué)生對(duì)電子電路、信號(hào)采集與處理、電路與系統(tǒng)、現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)、 工程的步驟與組織實(shí)施、 專業(yè)實(shí)踐等環(huán)節(jié)的教學(xué)在實(shí)踐的基礎(chǔ)上有進(jìn)一步的提高與理解。 使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)、掌握如何從實(shí)際問題出發(fā)，通過具體的分析和處理，求得具體問題的解決，這樣做到書本知識(shí)和實(shí)際相結(jié)合，并培養(yǎng)和強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)。 使 學(xué)生在脫離教師指導(dǎo)的情況下，能對(duì)已有的或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的工程任務(wù)進(jìn)行分析，并通過資料文獻(xiàn)和學(xué)生自己的實(shí)踐活動(dòng)提出解決問題的可行性與方法 。 在經(jīng)過確認(rèn) 方案 之后 ， 執(zhí)行實(shí)踐該工程。 通過實(shí)驗(yàn)掌握以下知識(shí)點(diǎn)： ? 產(chǎn)品開發(fā)工程的 過程和 內(nèi)容 。 ? 用 PROTEL 軟件設(shè)計(jì)硬件電路的方法 。 ? 熟悉 C51 編程和電路調(diào)試方法。 ? 產(chǎn)品維修中故障的分析、判斷與解決 。 ? 按國家標(biāo)準(zhǔn)編寫各種產(chǎn)品文檔 。 二、 課程說明及開題： 1． 工程的概念： 綜合多種學(xué)科知識(shí)， 有 計(jì)劃、分步驟地實(shí)現(xiàn)某種社會(huì)需要的過程。 2． 課程內(nèi)容及課程安排： 老師出題目，由學(xué)生自己參與完成一種小產(chǎn)品的開發(fā)過程。 模仿達(dá)到現(xiàn)有產(chǎn)品的全部功能。了解產(chǎn)品從調(diào)研、方案、設(shè)計(jì)、 試產(chǎn)、 調(diào)試、 量 產(chǎn)、 驗(yàn)收、 銷售、 安裝和 售后服務(wù)的整個(gè)過程。做文字記錄 。編寫 工程 報(bào)告 。 3． 項(xiàng)目要求及實(shí)現(xiàn)方法 ： 舉例 1： 集中空調(diào)客房控制終端。 現(xiàn)在很多酒店使用的是集中空調(diào)，而客房里的空調(diào)開關(guān)只有幾個(gè)風(fēng)量檔位，沒有溫度顯示和溫度控制功能。請(qǐng)學(xué)生們自己設(shè)計(jì)一種集中空調(diào)客房控制終端，實(shí)現(xiàn)用戶的需要。按實(shí)現(xiàn)的功能、成本、實(shí)用性、可靠性、外觀等來評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。 三、課程紀(jì)律 正式行課期間學(xué)員必須 按時(shí) 進(jìn)入指定實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地學(xué)習(xí)；非正式行課期間學(xué)員應(yīng)進(jìn)入開放 實(shí)驗(yàn)室和機(jī)房進(jìn)行實(shí)作和查詢資料?？记谟?jì)入平時(shí)成績(jī)。所有學(xué)員必須服從指導(dǎo)教師和 實(shí)驗(yàn)室 值班人員安排。 遵守實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制 度。 不得利用實(shí)驗(yàn)室從事與本課程無關(guān)的活動(dòng)。 嚴(yán)禁打游戲、聊天、帶食品進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，注意清潔衛(wèi)生、禁止亂丟垃圾。違者取消課程成績(jī)，且立即離開實(shí)驗(yàn)室。注意用電安全，注意 PCB 制版腐蝕液安全，妥善處理廢液。愛護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如 果 非正當(dāng)使用造成損壞者需照價(jià)賠償。 第二章 :工程設(shè)計(jì) 計(jì)劃 一 、分組 按每組 4人自由組合，分工協(xié)作、互補(bǔ)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。 每組在 E 盤或 F 盤根目錄 “\工程 設(shè)計(jì) ”下創(chuàng)建一目錄，目錄命名方法如下：如信處 4 班第 7 組為： X04G07。本組所有設(shè)計(jì)文檔放在本組目錄下。如果沒有根目錄，則先創(chuàng)建根目錄 “\工程 設(shè)計(jì) ”。 二 、 完成 《 工程 計(jì)劃書》 的編寫 內(nèi)容 包括： ? 市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告； ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 （ 了解性能、指標(biāo)、內(nèi)容及要求，這點(diǎn)十分重要，充分理解 用戶 的要求 及 每項(xiàng)指標(biāo)的含義，這是完成 產(chǎn)品 設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的前提 ）； ? 制訂方案與構(gòu)筑總體框圖 ； 實(shí)現(xiàn)的方案可能是多個(gè)，實(shí)現(xiàn)的途徑和技術(shù)路線也可能是多方面的。可以將不同的方案與途徑加以對(duì)比。從中選擇一種方案來實(shí)現(xiàn)。選擇的原則一般是 “相對(duì)容易，相對(duì)巧妙，性價(jià)比高 ”。 一旦方案選定，就著手構(gòu)筑總體框圖，將系統(tǒng)分解成若干個(gè)模塊，明確每個(gè)模塊的大體內(nèi)容和任務(wù)、各模塊之間的連接關(guān)系以及信號(hào)在各 模塊之間的流向 、執(zhí)行部件的驅(qū)動(dòng)原理 等等?？傮w方案與框圖十分重要，可以先來構(gòu)建總體方案與框圖，再將總體指標(biāo)分配給各個(gè)模塊，指揮與協(xié)調(diào)各模塊的工作，以達(dá)到總體項(xiàng)目的完成。 ? 方案 論證及可行性分析； ? 成本預(yù)算； ? 研制周期 計(jì)劃及分工負(fù)責(zé) 。 項(xiàng)目 建議 書的編寫要真實(shí)，就要有調(diào)查，課內(nèi)無法完成，允許下次上課交作業(yè)。 參考資料： 成都 電子研究所《項(xiàng)目建議書》、《設(shè)計(jì)開發(fā)計(jì)劃書 》 （見附件） 三 、 課堂討論 《 工程 計(jì)劃書》 希望同學(xué)們踴躍發(fā)言， 學(xué)生們的方案可以互相借鑒，取長(zhǎng)補(bǔ)短。從而 加深 了解設(shè)計(jì)的內(nèi) 容，理解工程項(xiàng)目的需要 ， 以便完善設(shè)計(jì)產(chǎn)品。 有自己的方案就有成績(jī)，不論對(duì)錯(cuò)。最終方案由指導(dǎo)老師確定。 對(duì) 發(fā)言有創(chuàng)意的同學(xué) 適當(dāng)加分鼓勵(lì) 。 四、 參考 原理框圖 及實(shí)現(xiàn)功能： 要求實(shí)現(xiàn) 功能： ? 測(cè)量并 顯示室內(nèi)溫度。 ? 鍵盤輸入設(shè)置溫度和風(fēng)速（自動(dòng)、 小 、中、 大 、關(guān) ） ，開機(jī)默認(rèn)自動(dòng)風(fēng) 。 ? 手動(dòng)、自動(dòng) 控制交流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 （ 自動(dòng)風(fēng)狀態(tài)： 根據(jù)溫度差自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ，溫差 3度以上用大風(fēng)，溫差 2 度用中風(fēng)，溫差 1 度以內(nèi)用小風(fēng)，無溫差關(guān)風(fēng)機(jī)，開關(guān)風(fēng)機(jī)之間必須 有 延時(shí) ） 。 ? 鍵盤背光指示，平時(shí)有弱 光，按鍵時(shí)發(fā)光，不按鍵延時(shí) 3秒關(guān)背光。 ? 擴(kuò)展功能：顯示溫度與時(shí)間（可以交替顯示），設(shè)置時(shí)間。 第 三 章 :工程硬件設(shè)計(jì) 一、 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 試 用 AutoCAD 軟件 繪制 硬件 產(chǎn)品 結(jié)構(gòu)圖 。 要求考慮 使用環(huán)境 及安裝尺寸。 二、 設(shè)計(jì) 硬件原理圖 查找資料、 根據(jù)使用需要、考慮成本（生產(chǎn)成本和維護(hù)成本）等綜合因素，用 PROTEL99軟件設(shè)計(jì)原理圖。分模塊 設(shè)計(jì) 單元電路、 計(jì)算 參數(shù)與 EDA 計(jì)算機(jī)仿真 。 原理圖要符合專業(yè)規(guī)范 。 原理圖 庫 中 沒有的元件要求 新造元件 添加到庫里。 單元電路設(shè)計(jì) 要注意 ： ? 考慮 資源合理利用 。 ? 各元件參數(shù)計(jì)算：電路電壓、電流、阻抗 、功率和標(biāo)稱值。 ? 在這一階段，可以充分利用 EDA 軟件幫助設(shè)計(jì)電路，優(yōu)化調(diào)整電路結(jié)構(gòu)和元器件數(shù)值， 晶振及復(fù)位電路 AT89S52 過零檢測(cè)電路 按鍵設(shè)置溫度及風(fēng)速 4 位數(shù)碼管顯示溫度 溫度采集器件 DS18B20 PWM 輸出控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 直到達(dá)到指標(biāo)要求。 ? 注意：盡量采用典型電路和成熟方案不需要每個(gè) R、 C 都自己算。 ? 畫出原理圖（建議選用指定的器件） ， 書面 描述設(shè)計(jì)思路 。 ? 原理圖使用國標(biāo)模板。 三、 器件選擇： 電路是由若干元器件構(gòu)成的，對(duì)元器件性能的深入了解和應(yīng)用是保證正確設(shè)計(jì)和達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵之一。有時(shí)候，一個(gè)元器件的應(yīng)用或一個(gè)新的元器件的出現(xiàn)，將會(huì)使系統(tǒng)變得十分容易實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該根據(jù)器件自身特性和電路要求選擇合適的器件。（如工作頻率、功 率、工作電壓等其他指標(biāo)，可以參閱器件技術(shù)手冊(cè)） 一般情況下，在元、器件選擇方面，建議在保證電路性能的前提下，盡量選用常見的、通用性好的、價(jià)格相對(duì)低廉、手頭有的或容易買到的。 盡量采用集成電路和新器件將可起到 事半功倍 的效果。 一切從實(shí)際需求出發(fā)，將分離元件與集成電路巧妙地結(jié)合起來，而且盡量應(yīng)用集成電路，以使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，體積小，可靠性提高。 在元器件選用中，必須注意以下幾個(gè)方面 ： ? 電源電壓的范圍是多少？是單電源供電還是需要雙電源供電？這點(diǎn)十分重要。若不注意，將 + V電源的器件加 +5 v，將 +5 V器件加 +9 V，甚至更高，那器件是必?zé)裏o疑。 ? 元器件的主要指標(biāo)是什么？這不外乎是速度和精度兩方面。 ? 元器件互相之間的電平匹配如何？ ? 元器件的輸入阻抗，允許的輸入電壓、電流范圍以及輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力等等。這一方面會(huì)涉及器件的安全，另一方面又可能影響到系統(tǒng)的某些指標(biāo)能否達(dá)到。 給出元器件清單（ BOM 表，即型號(hào)、參數(shù)、封裝形式） 四、 面板 設(shè)計(jì) ：