【文章內(nèi)容簡介】 ： LED＋ 第 16 腳： LED－ 具體 JDL162A 的電路連接參考圖 29。 圖 29 JDL162A 的電路連接 ADC 電路 LPC2131 具有一個 8 路 10 位 ADC 轉(zhuǎn)換器，其參考電壓由 Vref引腳提供，參考電壓的精度會影響 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果。本設(shè)計(jì)提供了兩路直流電壓測量電路，可調(diào)電阻 RA RA2 用于調(diào)整 ADC 的輸入電壓，可以在 CON5 測試點(diǎn)上用萬能表檢查當(dāng)前電壓值。 由于這是對精度要求不是很高的測量，所以參考電壓直接由電源 。 蘇州科技學(xué)院畢業(yè)論文 12 ADC電路如圖 210所示。 圖 210 ADC電路 GPRS 無線模塊 ZWG22A 基于移動運(yùn)營商現(xiàn)有的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，可以方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、無線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式。 ZWG22A的產(chǎn)品特性有： (1)透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換。 (2)支持多數(shù)據(jù)中心。 (3)支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動態(tài)域名或 IP 地址訪問。 (4)數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線等多種工作方式可選。 (5)RS232 DB9 接口。 (6)單 5V～ 35V 寬范圍供電。 (7)工作電流最大 300mA 、休眠時≤ 10mA。 (8)支持本地和遠(yuǎn)程圖形界面配置與維護(hù)。 (9)支持短信配置與維護(hù) 。多重軟硬件可靠設(shè)計(jì)，使設(shè)備安全運(yùn)行 (10)支持本地和遠(yuǎn)程固件升級 通過 ZWG22A 模塊可以讓遠(yuǎn)端的用戶設(shè)備和管理中心的電腦進(jìn)行透明數(shù)據(jù)通信。透明數(shù)據(jù)通信意思即為用戶設(shè)備與 DTU 之間沒有通信協(xié)議， DTU 將用戶設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)不做修改的傳送到目標(biāo) PC 上，運(yùn)行于 PC 上的軟件可以完整的接收到 DTU 發(fā)來的數(shù)據(jù)包。比如用戶設(shè)備發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù) 0xAA，那么在 PC 端運(yùn)行的軟件就會收到一個字節(jié)數(shù)據(jù) 0xAA。從 PC 到用戶設(shè)備的通蘇州科技學(xué)院畢業(yè)論文 13 信過程與之相同。 ZWG22A 的技術(shù)參數(shù)見表 211。 表 211 ZWG22A 的技術(shù)參數(shù) 該產(chǎn)品可以使用 +5V～ 35V 的寬范圍電壓供電，電源紋波控制在 300mV 以內(nèi)。該產(chǎn)品在進(jìn)行無線通信時瞬間電流會很大，并且變化快速，所以外部電源的內(nèi)阻要盡量小 。 該產(chǎn)品采用 DB9 接口，接口信號的電平符合 RS232 標(biāo)準(zhǔn)（177。 12V），不能直接連接 TTL 電平，否則可能損壞外部器件（比如不使用 232 電平變換芯片，而直接將單片機(jī)與 DTU 連接）。電平接口方式如圖 212 所示。 圖 212 DTU 的接口電平 蘇州科技學(xué)院畢業(yè)論文 14 第 3 章 PCB 設(shè)計(jì) PCB 的設(shè)計(jì)是工程師最基本的工作技能之一。上一章設(shè) 計(jì)的電路設(shè)計(jì)要畫成原理圖，最終經(jīng)過 PCB 設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證，而 PCB 布局、走線的好壞和電磁兼容性的考慮將直接影響到整個系統(tǒng)的性能。本章將重點(diǎn)介紹整個平臺的PCB 設(shè)計(jì)。 EDA軟件 隨著計(jì)算機(jī)在國內(nèi)的逐漸普及， EDA(Electronic Design Automatic,電路設(shè)計(jì)自動化 )軟件在電路行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛， 流行的軟件大概有： PROTEL、ORCAD EDA、 PSPICE、 EWB、 WINBOARD、 WINDRAFT 和 IVEX－ SPICE等等。我們選用的是 PROTEL DXP 2021 版本。 PROTEL 是 PORTEL 公司在 20 世紀(jì) 80 年代末推出的電路行業(yè)的 CAD 軟件，它當(dāng)之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電路設(shè)計(jì)者的首選軟件。它較早在國內(nèi)使用，普及率也最高，有些高校的電路專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它。幾乎所有的電路公司都要用到它。現(xiàn)在的 PROTEL 已發(fā)展到 PROTEL2021，是個龐大的 EDA 軟件，是個完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設(shè)計(jì)（包含印刷電路板自動 布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server （客戶 /服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如 ORCAD、 PSPICE、 EXCEL 等。使用多層印制線路板的自動布線，可實(shí)現(xiàn)高密度 PCB 的 100％布通率。 制圖規(guī)范步驟 在 PCB 的設(shè)計(jì)中，其實(shí)在正式布線前，還要經(jīng)過很漫長的步驟，以下就是主要設(shè)計(jì)的流程： 首先要先規(guī)劃出該電子設(shè)備的各項(xiàng)系統(tǒng)規(guī)格。包含了系統(tǒng)功能，成本限制，大小，運(yùn)作情形等等。 (1)必須要制作出系統(tǒng)的功能方塊圖。 （這 個我們在第二章中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)） 方塊間的關(guān)系也必須要標(biāo)示出來。將系統(tǒng)分割幾個 PCB 將系統(tǒng) 。 分割數(shù)個PCB 的話，不僅在尺寸上可以縮小，也可以讓系統(tǒng)具有升級與交換零件的能力。系統(tǒng)功能方塊圖就提供了我們分割的依據(jù)。像是計(jì)算機(jī)就可以分成主機(jī)板、顯蘇州科技學(xué)院畢業(yè)論文 15 示卡、聲卡、軟盤驅(qū)動器和電源等等。 本設(shè)計(jì)中，由于整體布局較為緊湊，所以就實(shí)行了單塊 PCB 板上的繪圖。 (2)決定使用 的 封裝和 PCB 的大小 。 當(dāng) PCB 使用的技術(shù)和電路數(shù)量都決定好了，接下來就是決定板子的大小了。如果設(shè)計(jì)的過大，那么封裝技術(shù)就要改變，或是重新作分割的動作。在選擇技術(shù) 時，也要將線路圖的品質(zhì)與速度都考量進(jìn)去。 (3)繪出所有 PCB 的電路概圖 。 概圖中要表示出各零件間的相互連接細(xì)節(jié)。所有系統(tǒng)中的 PCB 都必須要描出來 。 (4)初步設(shè)計(jì)的仿真運(yùn)作 。 為了確保設(shè)計(jì)出來的電路圖可以正常運(yùn)作，這必須先用計(jì)算機(jī)軟件來仿真一次。這類軟件可以讀取設(shè)計(jì)圖，并且用許多方式顯示電路運(yùn)作的情況。這比起實(shí)際做出一塊樣本 PCB，然后用手動測量要來的有效率多了。 (5)是 將零件放上 PCB。 零件放置的方式，是根據(jù)它們之間如何相連來決定的。它們必須以最有效率的方式與路徑相連接。所謂有效率的布線，就是牽線 越短并且通過層數(shù)越少（這也同時減少導(dǎo)孔的數(shù)目）越好 。 正確運(yùn) 用 部份計(jì)算機(jī)軟件，可以檢查各零件擺設(shè)的位置是否可以正確連接。如果電路設(shè)計(jì)有問題，在實(shí)地導(dǎo)出線路前，還可以重新安排零件的位置。 (6)導(dǎo)出 PCB 上線路 。 在概圖中的連接，現(xiàn)在將會實(shí)地 做圖 成布線的樣子。這項(xiàng)步驟通常都是全自動的，不過一般來說還是需要手動更改某些部份。 圖中 紅色和藍(lán)色的線條，分別代表 PCB 的零件層與焊接層。白色的文字與四方形代表的是網(wǎng)版印刷面的各項(xiàng)標(biāo)示。紅色的點(diǎn)和圓圈代表鉆洞與導(dǎo)孔。 PCB 上的焊接面有金手指。這個PCB 的最終構(gòu)圖通常稱為工作底 片（ Artwork）。 (7)使用 CAD 軟件作 PCB 導(dǎo)線設(shè)計(jì) 。 每一次的設(shè)計(jì)，都必須要符合一套規(guī)定，像是線路間的最小保留空隙，最小線路寬度，和其它類似的實(shí)際限制等。這些規(guī)定依照電路的速度，傳送信號的強(qiáng)弱，電路對耗電與噪聲的敏感度，以及材質(zhì)品質(zhì)與制造設(shè)備等因素而有不同。如果電流強(qiáng)度上升，那導(dǎo)線的粗細(xì)也必須要增加。為了減少 PCB 的成本，在減少層數(shù)的同時，也必須要注意這些規(guī)定是否仍舊符合。如果需要超過 2 層的構(gòu)造的話，那么通常會使用到電源層以及地線層，來避免信號層上的傳送信號受到影響，并且可以當(dāng)作信號層的防護(hù)罩。 (8)導(dǎo)線后電路測試 。 蘇州科技學(xué)院畢業(yè)論文 16 為了確定線路在導(dǎo)線后能夠正常運(yùn)作，它必須要通過最后檢測。這項(xiàng)檢測也可以檢查是否有不正確的連接，并且所有聯(lián)機(jī)都照著概圖走。 原理圖的繪制 原理圖的繪制強(qiáng)調(diào)的是電路原理的清晰化，直觀化和模塊化。本設(shè)計(jì)中LPC2131 有 64 個引腳，外圍接口很多，如果不按照功能模塊進(jìn)行細(xì)分，很難分析清楚各個電路的功能。下面介紹使用 PROTEL DXP 2021 來繪制原理圖的一些注意點(diǎn)和心得。 (1)采用主副圖的繪制，將原理圖按照功能分塊，以主芯片 LPC2131 為基準(zhǔn)，將其分為幾個部分，每個部分分別對 應(yīng)不同的功能模塊。 (2)認(rèn)真熟悉芯片的 Datasheet，它往往給出一些必要信息和經(jīng)典電路，可作為電路設(shè)計(jì)的參考，另外網(wǎng)上資源比較豐富，有時可以借鑒別人的設(shè)計(jì)，拓寬自己的思路。 (3)輸入輸出表示明確，方向盡量保持一致，這樣便于修改，別人也容易看懂。 (4)原理圖繪制要特別注意電源和接地，如果電源和接地產(chǎn)生錯誤，很容易燒毀芯片和電路， LPC2131 供電，而其它一些芯片是 或 5V供電，這樣在繪制電路圖時，必須各自分別設(shè)置一個相同名稱的電源符號和接地符號，保證它們的連接。 (5)原理圖是進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在進(jìn)行原理圖繪制的時候就應(yīng)考慮 PCB的抗干擾問題，要注意在系統(tǒng)電路原理圖中劃分?jǐn)?shù)字、模擬電路及其相關(guān)電路，并注意各 IC 芯片電源和信號引腳的定位。 (6)繪制原理圖還要考慮方便 PCB 布線為原則，例如一些引出插針的安排、I/O 口的分配等都要結(jié)合 PCB 布線而確定。 繪制好的系統(tǒng)原理圖參見附錄 A PCB 板圖的繪制 采用 PROTEL DXP 進(jìn)行平臺 PCB 設(shè)計(jì)的具體流程如下 : (1)創(chuàng)建元器件封裝庫，并制作好所需器件的封裝。 (2)建立電路板，確定其大小、機(jī)械層及元器件放置范圍。 (3)設(shè)置約束 規(guī)則，按照規(guī)則準(zhǔn)確布線。 (4)輸入邏輯網(wǎng)表，經(jīng)過 編譯、鏈接、打包產(chǎn)生它的三個文件，分別為邏輯蘇州科技學(xué)院畢業(yè)論文 17 網(wǎng)表、器件清單和器件封裝信息，它們也可以是第三方軟件按規(guī)定格式產(chǎn)生的各種文件。 (5)布局，有自動布局和交互布局兩種。 (6)布線，有自動布線和交互布線兩種。 (7)做大面積的電源層和地層。 (8)產(chǎn)生與加工生產(chǎn)直接相聯(lián)系的 GERBER 格式文件。 元器件的封裝 元器件的封裝是聯(lián)系原理圖和 PCB 的橋梁。對于封裝庫中沒有的器件，需要自己畫封裝。常用的封裝類型有以下幾種 : (1)通孔封裝 a) DIP 雙列直插式封裝 :通常有 SDIP(收縮雙列直插式 ), SKDIP(膜狀雙列直插式 )、 SLDIP(細(xì)長雙列直插式 )，引腳數(shù)都為偶數(shù)，常見為 16, 24, 40 腳等。 b) SIP(單列直插式封裝 ):此封裝引腳排成一列，引腳數(shù)可為任意。 c) ZIP(Z 字形直插式封裝 ):雙列，兩列引腳錯開。 d) PGA(針柵陣列或柱形封裝 ):芯片為四方形，引腳尺寸較小。 (2)表面安裝封裝 SO 封裝 ((Small Outline，小型封裝 ):通常有 SOP 和 SOJ 兩種形式，前者引腳呈翼型，后者引腳為“ J”型，各類存儲器大多用此類封裝。 下面總結(jié)了制作封裝的 一些體會 : (1)畫封裝注意要量好尺寸，借助于游標(biāo)卡尺測盤每個管腳的粗細(xì)、管腳與管腳之間的距離和外形的尺寸，管腳的排列順序要弄清楚。 (2)PROTEL 為設(shè)計(jì)者制作封裝提供了很大的自由空間，它不僅有典型封裝的制作向?qū)?，還可以讓設(shè)計(jì)者自由的手繪想要的封裝，例如封裝的外形、焊盤、阻焊尺寸和起始引腳等都可以由設(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)，以滿足不同 PCB 生產(chǎn)廠家的要求。 元器件的布局 調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表后，零件散布在編輯區(qū)里。這時要做的第一步是定義板框，根據(jù)元器件的多少和使用要求確定印刷電路板的大小。 PCB 尺寸過大，印刷線 條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加 :過小，則散熱不好，且鄰近線條蘇州科技學(xué)院畢業(yè)論文 18 易受干擾。電路板的最佳形狀為矩形，長寬比為 3:2 或 4:3。第二步劃分?jǐn)?shù)字、模擬和 DAA（ Data Access Arrangement)等電路在 PCB 板上的布線區(qū)域，數(shù)字、模擬元器件及其相應(yīng)走線盡量遠(yuǎn)離并限定在各自的布線區(qū)域內(nèi)。然后先確定特殊元件的位置，再根據(jù)電路的功能單元，對其它元器件進(jìn)行布局。一般從接插件開始放置元器件，例如串口、并口、擴(kuò)展插槽等。同時注意元器件放置方向和線路板結(jié)構(gòu)所允許的元件最高尺寸，還要考慮到方便焊接的問題。 下 面是元件布局時應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問題及本設(shè)計(jì)的一些體會： (1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持方向一致。 (2)以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 (3)盡可能使元器件平行排列。這樣不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。 (4)位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于 2mm。印刷電路板尺寸大于 200 X 15O mm 時，應(yīng)考慮電路板所受的機(jī)械強(qiáng)度。排列器件的時候 注意焊點(diǎn)要盡量對齊，整齊的焊點(diǎn)看上去會美觀一些。布局后可將關(guān)鍵幾個芯片鎖住來防止布線時移位。 綜上，保證性能、方便布線、方便焊接、美觀等是元器件布局應(yīng)遵循的原則。 PCB 的布線 PROTEL DXP 的布線設(shè)計(jì)約束 Constraint 給設(shè)計(jì)者帶來了很大方便。設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)定約束規(guī)范，還可以同時設(shè)定多組的設(shè)計(jì)規(guī)范，以應(yīng)付復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求。違規(guī)的設(shè)計(jì)會產(chǎn)生明顯的錯誤提示信息。 PROTEL 下可以定義 Spacing Rules 和 Physical Rules Spacing Rules 可設(shè)定焊盤 、走線、孔之間保持的最小間距 :Physical Rules 可設(shè)定走線寬度和在布線中采用什么類型的貫穿孔。 PR