【導(dǎo)讀】滑枕的振動加速度信號。調(diào)理，也需要A/D轉(zhuǎn)換，把經(jīng)過調(diào)理電路調(diào)理后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，訊接口來實現(xiàn)上位機與下位機的通訊和數(shù)據(jù)的傳輸。上位機溝通交流的橋梁。硬件系統(tǒng)的設(shè)計是否合理有效對整個系統(tǒng)的正常工。作有著決定性作用。

　　

【正文】 圖 原理圖設(shè)計流程圖 167。 PCB 的設(shè)計與調(diào)試 在 PCB 的設(shè)計中 Altium Dsinger Summer09 也提供了完整詳細的設(shè)計及其調(diào)試流程。我們可以在完成原理圖的設(shè)計后進行 PCB 的設(shè)計。設(shè)計者只需按照所給的設(shè)計流程，按步驟一步一步，在熟悉設(shè)計環(huán)境及操作環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己所學(xué)的電氣規(guī)則知識，完成一個合理的 PCB 設(shè)計 [10]。 但在 PCB 設(shè)計中有一點雨原理圖設(shè)計有很大的 不同的是， PCB 設(shè)計中需要定義元器件的封裝，在 Altium Dsinger Summer09 自帶的元器件封裝庫中，啟動原理圖編輯器 設(shè)置圖紙 設(shè)置工作環(huán)境 裝載元器件庫 放置元器件 原理圖布線 原理圖電氣規(guī)則檢查 生成網(wǎng)絡(luò)表 文件存儲及打印 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 有些元器件是有封裝的，但大多數(shù)封裝都是過時的錯誤的，這就要求開發(fā)者去所需元器件生產(chǎn)公司的去查找所需元器件的封裝信息，然后畫出合理的封裝信息。 PCB 設(shè)計的流程圖 圖 PCB 設(shè)計流程圖 167。 常見元器件封裝簡介 元件封裝不僅起著安裝、固定、密封、保護芯片及增強電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上 ，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件相連接，從而實現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部啟動工作環(huán)境 設(shè)置工作環(huán)境 添加網(wǎng)絡(luò)表 設(shè)置 PCB 規(guī)則 放置元器件布局 PCB 布線 設(shè)計規(guī)則檢查 生成各種報表 文件存儲和打印 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 電路的連接。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB(印制電路板 )的設(shè)計和制造，因此它是至關(guān)重要的。 衡量一個芯片封裝技術(shù)先進與否的重要指標(biāo)是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近 1 越好。封裝時主要考慮的因素： 芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近 1： 1。 引腳要盡量 短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠，以保證互不干擾，提高性能 。 基于散熱的要求，封裝越薄越好。 封裝主要分為 DIP 雙列直插和 SMD 貼片封裝兩種。從結(jié)構(gòu)方面，封裝經(jīng)歷了最早期的晶體管 TO(如 TO8 TO92)封裝發(fā)展到了雙列直插封裝，隨后由 PHILIP 公司開發(fā)出了 SOP 小外型封裝，以 后逐漸派生出 SOJ(J 型引腳小外形封裝 )、 TSOP(薄小外形封裝 )、 VSOP(甚小外形封裝 )、 SSOP(縮小型 SOP)、TSSOP(薄的縮小型 SOP)及 SOT(小外形晶體管 )、 SOIC(小外形集成電路 )等。從材料介質(zhì)方 面，包括金屬、陶瓷、塑料、塑料，目前很多高強度工作條件需求的電路如軍工和宇航級別仍有大量的金屬封裝。 封裝大致經(jīng)過了如下發(fā)展進程： 結(jié)構(gòu)方面： TODIPPLCCQFPBGA CSP。 材料方面：金屬、陶瓷 陶瓷、塑料 塑料 。 引腳形狀：長引線直插 短引線或無引線貼裝 球狀凸點 。 裝配方式：通孔插裝 表面組裝 直接安裝 具體的封裝形式 ： SOP/SOIC 封裝 SOP 是英文 Small Outline Package 的縮寫，即小外形封裝。 SOP 封裝技術(shù)由 1968～ 1969 年菲 利浦公司開發(fā)成功，以后逐漸派生出 SOJ(J 型引腳小外形封裝 )、 TSOP(薄小外形封裝 )、 VSOP(甚小外形封裝 )、 SSOP(縮小型 SOP)、TSSOP(薄的縮小型 SOP)及 SOT(小外形晶體管 )、 SOIC(小外形集成電路 )等。 DIP 封裝 DIP 是英文 Double Inline Package 的縮寫，即雙列直插式封裝。插裝型封裝之一，引腳從封裝 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 兩側(cè)引出，封裝材料有塑料和陶瓷兩種。 DIP 是最普及的插裝型封裝，應(yīng)用范圍包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯 IC，存貯器 LSI，微機電路等。 PLCC 封裝 PLCC 是英文 Plastic Leaded Chip Carrier 的縮寫，即塑封 J 引線芯片封裝。 PLCC 封裝方式，外形呈正方形， 32 腳封裝，四周都有管腳，外形尺寸比 DIP 封裝小得多。 PLCC 封裝適合用 SMT 表面安裝技術(shù)在 PCB 上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點。 TQFP 封裝 TQFP 是英文 thin quad flat package 的縮寫，即薄塑封四角扁平封裝。四邊扁平封裝 (TQFP)工藝能有效利用空間，從而降低對印刷電路板空間大小的要求。由于縮小了高度和體積，這種封裝工藝非常適合對空間要求較高的應(yīng)用，如 PCMCIA 卡和網(wǎng)絡(luò)器件。幾乎所有 ALTERA的 CPLD/FPGA 都有 TQFP 封裝。 PQFP 封裝 PQFP 是英文 Plastic Quad Flat Package 的縮寫，即塑封四角扁平封裝。 PQFP 封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在 100 以上。 TSOP 封裝 TSOP 是英文 Thin Small Outline Package 的縮寫，即薄型小尺寸封裝。 TSOP 內(nèi)存封裝技術(shù)的一個典型特征就是在封裝芯片的周圍做出引 腳，TSOP 適合用 SMT 技術(shù) (表面安裝技術(shù) )在 PCB(印制電路板 )上安裝布線。 TSOP封裝外形尺寸時，寄生參數(shù) (電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動 )減小，適合高頻應(yīng)用，操作比較方便，可靠性也比較高。 BGA 封裝 BGA 是英文 Ball Grid Array Package 的縮寫，即球柵陣列封裝。 20 世紀(jì) 90 年代隨著技術(shù)的進步，芯片集成度不斷提高， I/O 引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴(yán)格。為了滿足發(fā)展的需要，BGA 封裝開始被應(yīng)用于生產(chǎn)。 采用 BGA 技術(shù)封裝的內(nèi)存，可以使 內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍， BGA 與 TSOP 相比，具有更小的體積，更好的散熱 能和電性能。 BGA 封裝技術(shù)使每平方英寸的存儲量有了很大提升， 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 采用 BGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量下，體積只有 TSOP封裝的三分之一 。另外，與傳統(tǒng) TSOP 封裝方式相比， BGA 封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。 BGA封裝的 I/O 端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面，BGA 技術(shù)的優(yōu)點是 I/O 引腳數(shù)雖然增加了，但引腳間距并沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率 。雖然它的功耗增加，但 BGA 能用可控塌 陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能 。厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少 。寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高 。組裝可用共面焊接，可靠性高。 說到 BGA 封裝就不能不提 Kingmax 公司的專利 TinyBGA 技術(shù)，TinyBGA 英文全稱為 Tiny Ball Grid Array(小型球柵陣列封裝 )，屬于是 BGA 封裝技術(shù)的一個分支。是Kingmax 公司于 1998 年 8 月開發(fā)成功的，其芯片面積與封裝面積之比不小于 1:，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高 2～ 3 倍，與 TSOP 封裝產(chǎn)品 相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。 采用 TinyBGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量情況下體積只有 TSOP封裝的 1/3。 TSOP 封裝內(nèi)存的引腳是由芯片四周引出的，而 TinyBGA 則是由芯片中心方向引出。這種方式有效地縮短了信號的傳導(dǎo)距離，信號傳輸線的長度僅是傳統(tǒng)的 TSOP 技術(shù)的 1/4，因此信號的衰減也隨之減少。這樣不僅大幅提升了芯片的抗干擾、抗噪性能，而且提高了電性能。采用 TinyBGA 封裝芯片可抗高達 300MHz 的外頻，而采用傳統(tǒng) TSOP 封裝技術(shù)最高只可抗 150MHz 的外頻。 TinyBGA 封 裝的內(nèi)存其厚度也更薄 (封裝高度小于 )，從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有 。因此， TinyBGA 內(nèi)存擁有更高的熱傳導(dǎo)效率，非常適用于長時間運行的系統(tǒng)，穩(wěn)定性極佳。 QFP 是 Quad Flat Package 的縮寫，是“小型方塊平面封裝”的意思。QFP 封裝在早期的顯卡上使用的比較頻繁，但少有速度在 4ns 以上的 QFP 封裝顯存，因為工藝和性能的問題，目前已經(jīng)逐漸被 TSOPII 和 BGA 所取代。QFP 封裝在顆粒四周都帶有針腳，識別起來相當(dāng)明顯。 QFP(quad flat package)四側(cè) 引腳扁平封裝。表面貼裝型封裝之一，引腳從四個側(cè)面引出呈海鷗翼 (L)型?；挠? 陶 瓷、金屬和塑料三種。從數(shù)量 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 上看，塑料封裝占絕大部分。當(dāng)沒有特別表示出材料時， 多數(shù)情 況為塑料QFP。塑料 QFP 是最普及的多引腳 LSI 封裝。不僅用于微處理器，門陳列等數(shù)字 邏輯 LSI 電路，而且也用于 VTR 信號處理、音響信號處理等模擬 LSI 電路。引腳中心距 有 、 、 、 、 、 等多種規(guī)格。 中心距規(guī)格中最多引腳數(shù)為 304。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 結(jié)論 機械測試系統(tǒng)中的硬件設(shè)計在整個設(shè)計中占有舉足輕重的地位，它包含系統(tǒng)中所安裝傳感器的調(diào)理電路、控制電路、顯示模塊以及溝通上位機和下位機的通訊模塊。硬件系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接影響著整個系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，只有硬件設(shè)計合理可靠，才能保證系統(tǒng)的有效運行。 在整個硬件 的設(shè)計中信號的調(diào)理電路占有最重要的地位，不同類型的傳感器所接收到的信號有著不同的特性，傳出的信號有電壓信號和電流信號之分，也有數(shù)字信號和模擬信號之分。這就要求我們 針對各個測試參 數(shù)選擇合適的傳感器，研究各傳感器輸出信號類型設(shè)計對應(yīng)的信號調(diào)理電路以匹配單片機內(nèi)部 AD 轉(zhuǎn)換的滿量程要求，提高轉(zhuǎn)換精度。數(shù)據(jù)通信電路方面，要考慮到抗干擾問題，在電路設(shè)計時要在單片機與電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動芯片之間接入光耦合器以隔離外界信號的干擾。 在硬件設(shè)計的過程中我不僅學(xué)會和如何熟練的使用 Altium Desingr 來進行原理圖和 PCB 板的繪制，也增長了自己電氣方面的知識和閱讀浩瀚芯片英文資料的能力。三個月的時間雖然不長但是我卻 收獲 很多很多。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 參考文獻 [1] 李輝 ． 機械性能綜合測試 系統(tǒng)設(shè)計研究 [D]． 重慶 ： 重慶大學(xué) ， 2021． [2] 李朝青 .單片機 amp。DSP 外圍數(shù)字 IC 技術(shù)手冊 ． 北京：北航出版社， 2021． [3] 余錫存 ． 單片機原理及接口技術(shù) [M]． 第二版 ． 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021． [4] 閆勝利，袁芳革，冷小兵． Altium Designer S09 中文版實用教程 原理圖與 PCB 設(shè)計 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [5] 鄭堤，唐可洪．機電一體化設(shè)計基礎(chǔ) [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 1997 [6]何希才，薛永毅．傳感器及其應(yīng)用實例 [M]．北京：機械工業(yè)出 版社， 2021 [7] 何希才．常用傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計與實踐 [M]．北京：科學(xué)出版社，2021 [8] 陳長倫，何建波，劉偉．電化學(xué)傳感器的研究進展 [J]．傳感器世界． 2021 [9] 韓建海，馬偉．機械工程測試技術(shù) [M]．北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [10]謝龍漢 ． Altium Desinger 原理圖與 PCB 設(shè)計及仿真（視頻教程） [Z]． 電子工業(yè)出版社 [M]． 2021 [11] [美 ] 舍茨（ Scherz， P） ． 國外電子與通訊教 材系列：實用電子與電路基礎(chǔ) [M]． 電子工業(yè)出版社 ． 2021 [12] 楊欣，萊 諾克斯 ． 電子設(shè)計從零開始 [M]． 北京：清華大學(xué)出版社 ． 2021 [13] 潘棟 ． 傳感器原理及應(yīng)用 ． 電子工業(yè)出版社 [M]． 2021 [14] 徐科軍 ． 傳感器與檢測技術(shù) ． 電子工業(yè)出版社 [M]． 2021 [15] [日 ]松井邦彥 ． 傳感器應(yīng)用技巧 141 例 ． 科學(xué)出版社 [M]． 2021 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 致 謝 本論文是在郭冰菁的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，老師經(jīng)常在百忙之中抽出寶貴時間指導(dǎo)和解答 設(shè)計 過程中遇到的難題，并提出解決問題的想法 ，對我們知無不 答 。三個月的畢業(yè)設(shè)計時間，導(dǎo)師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、無私的奉獻精神使我受益匪淺，個人感覺獨立思考能力、分析解決問題的能力、思維