【導(dǎo)讀】控制部分應(yīng)用組合邏輯電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。輸出部分采用光電耦合防止由于高壓引起的干擾。采用數(shù)碼管作為本系。統(tǒng)的顯示部分，其體積小，功耗底，響應(yīng)速度快，易于匹配，可靠性高和壽命長(zhǎng)。此壓力測(cè)控儀實(shí)用價(jià)值高，在控制中實(shí)現(xiàn)了一表多路顯示，減少了機(jī)械表的使用量，

　　

【正文】 E 類 － 40176。 C～ 85176。 C] 極限值 電源電壓 － ～ 18V 輸入電壓 － ～ VDD+ 輸入電流 177。 10mA 儲(chǔ)存穩(wěn)定 － 65176。 C～ 150176。 C 邏輯符號(hào) 引出端排列 (俯視 ) 邏輯圖 邏輯表達(dá)式 Y= BA? 在設(shè)計(jì)中要求要求 10 路輸出和一路補(bǔ)壓自動(dòng)跟蹤功能，在調(diào)試中我們還需一路顯示調(diào)試路，所以在循環(huán)中需設(shè)計(jì) 12 路。因此 4011 的應(yīng)在 4510 計(jì)數(shù) 12 次后清零。既Q Q3 為高電平， Q0、 Q1 為低電平時(shí)， 4011 輸出使 4510 復(fù)位。在此用 2 個(gè)與非門就可達(dá)到要求，表達(dá)式為： Y= 3232 ??? 由于數(shù)碼顯示滿量程電壓為 2V，因此在設(shè)定值電位器上所加電壓需小于 2V，而且電壓要穩(wěn)定，在電路中采用穩(wěn)壓電路可實(shí)現(xiàn)要求。 DW 取 穩(wěn)壓管。電路如下： XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 25 頁 共 44 頁 、顯示部分 顯示是儀器的重要組成部分 ,只要顯示各種參數(shù)值 ,以便使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過程。常用的顯示有 CRT、 LED、 LCD 等。 CRT 不僅可以進(jìn)行字 符顯示，還可進(jìn)行畫面顯示，和計(jì)算機(jī)配合使用，可十分方便的生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)視。但由于體積大、價(jià)格貴，所以只適用于大型系統(tǒng)。在小型生產(chǎn)過程中常選用 LED、 LCD 作為顯示器件。他們都具有體積小，功耗底，響應(yīng)速度快，易于匹配，可靠性高和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。選擇LED 和 LCD 的一般性原則是， LCD 一般用于要顯示的信息量比較大的場(chǎng)合，如果只顯示少量的信息，并且為數(shù)字量信息時(shí)一般選 LED 就可以了，由于本系統(tǒng)要顯示的信息量比較小，并且又為阿拉伯?dāng)?shù)字，所以我們選擇 LED 作為本系統(tǒng)的顯示部分。該顯示器件已經(jīng)有現(xiàn)成的設(shè)備，在此設(shè)計(jì)中 可不用設(shè)計(jì)，采用采購(gòu)現(xiàn)成的產(chǎn)品。 、電源部分 在設(shè)計(jì)中不同電路需要不同的電壓， 7650 需－ 5V 電壓、繼電器需＋ 12V 電壓、其它需＋ 5V 電壓，因此電源部分需要提供＋ 5Ｖ、－ 5Ｖ、＋ 12Ｖ不同電壓以滿足需要。 － 5Ｖ電壓只為 7650 芯片提供電壓，而 7650 芯片所需電流僅為 10mA 左右。所以我選擇三端固定輸出集成穩(wěn)壓器 7905 提供－ 5Ｖ電壓。電路如下： 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，是一種串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器。它將全部電路集成在單塊硅片上，整個(gè)集成穩(wěn)壓電路 只有輸入、輸出和公共三個(gè)引出端，使用非常方便。內(nèi)部電路由恒流源、基準(zhǔn)電壓源、取樣電阻、比較放大、調(diào)整管、保護(hù)電路、溫度補(bǔ)償電路等組成。輸出電壓值取決于內(nèi)部取樣電阻的數(shù)值。三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器，因內(nèi)部有過熱、過流保護(hù)電路，因此它的性能優(yōu)良，可靠性高。又因這種穩(wěn)壓器有體積小、使用 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 26 頁 共 44 頁 方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛的應(yīng)用。 H 78179。179。 （ 79179。179。） 系列為 3 端穩(wěn)壓電路， TO220 封裝，有不同的固定輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。 H7805(7905)主要特點(diǎn)： 輸出電流可達(dá)： 1A 輸出電壓： +5V(5V) 過熱保護(hù)：一般工作溫度在 0～ +125176。 C 短路保護(hù) 輸出晶體管溫度補(bǔ)償。 圖中電橋?yàn)槿珮蛘麟姌?，穩(wěn)壓器輸入的電壓必須是經(jīng)整流、濾波后的脈沖直流電源，而穩(wěn)壓電路輸入輸出電壓差不能小于 2V，所以經(jīng)變壓后的輸入直流電壓不小于 7V，現(xiàn)在初定整流橋堆 1A。 ＋ 5Ｖ和＋ 12Ｖ電壓所供給的器件較多，如果用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器可能會(huì)由于電流太大，使器件發(fā)燙或燒壞，所以在此我選用低壓差、負(fù)反饋穩(wěn)壓電路： 該電路雖然復(fù)雜，但穩(wěn)壓效果好， Q01采用大功率三極管 TIP42?？赏ㄟ^ 10A以下的大電流，功率較大，電路發(fā)熱量小 ，安全可靠性高。 穩(wěn)壓電路兩端于 7905一樣需要有濾波電容。 大家知道，交流電經(jīng)過二極管整流后，為了獲得較低的紋波電壓，還需經(jīng)電容器濾波后才能使用。 一般用以下公式計(jì)算電容值： 濾波電容： RC≥ (35)T/2 RC—— 負(fù)載 T—— 頻率 經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電容量達(dá)到一定值后，即使再加大電容量對(duì)提高濾波效果也無明顯作用，應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)載電阻和輸出電流的大小來選擇最佳的電容量。另外，電容器的耐壓值一般應(yīng)取的為變壓器次級(jí)交流電壓。 如果你想進(jìn)一步減小濾波電容的體積，可選用日本三洋公司的有機(jī)半導(dǎo)體鋁固體電解電容。由于它可以通過 更大的紋波電流，所以選用容量較小的電容，就可以達(dá)到同樣的濾波效果，體積也會(huì)小很多 附表： XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 27 頁 共 44 頁 由于 12V電壓供給的繼電器功率較大，線圈電流一般為 20mA左右，因此需選擇20xxuF，耐壓 50V的濾波電容，高頻濾波電容以經(jīng)驗(yàn)值通常取 ，在工業(yè)設(shè)計(jì)中，為了減少器件的種類和生產(chǎn)的方便，一般在不影響性能的基礎(chǔ)上盡量取型號(hào) 相同的器件。在此我取濾波電容都為 20xxuF，耐壓 50V。高頻濾波電容取 。整流全橋橋堆都取電流為 3A的 KPB306。 采用了低壓差穩(wěn)壓電路就可以使輸入電壓減低，減少功耗。穩(wěn)壓電路兩端壓差一般只要大于 1V就能滿足要求。既 12V穩(wěn)壓輸入電壓應(yīng)大于 13V， +5V穩(wěn)壓輸入電壓應(yīng)大于6V。 、變壓器選 因?yàn)?電源電壓為交流 160V～ 260V 之間，所以要在選擇變壓器時(shí)，必須保證最低電源電壓時(shí)系統(tǒng)也能正常工作。 對(duì)于－ 5V直流電源，變壓器輸出不能小于 7V，即電源電壓為交流 160V時(shí)，變壓器輸出交流 7V。由此 可計(jì)算出最高電源電壓為交流 260V時(shí)， 變壓器輸出交流 。以正常電壓 220V工作時(shí)，變壓器輸出交流 10V。 對(duì)于＋ 5V直流電源，變壓器輸出不能小于 6V，即電源電壓為交流 160V時(shí)，變壓器輸出交流 6V。由此可計(jì)算出最高電源電壓為交流 260V時(shí)， 變壓器輸出交流 10V。以正常電壓 220V工作時(shí)，變壓器輸出交流 。由于該數(shù)值變壓器是非標(biāo)準(zhǔn)值，為了選購(gòu)方便，而且不影響性能，在此我選用和－ 5V直流電源相同的變壓器。 對(duì)于＋ 12V直流電源，變壓器輸出不能小于 13V，即電源電壓為交流 160V時(shí)，變壓器輸出交流 13V。由此可計(jì)算出最高電源電壓為交流 260V時(shí)， 變壓器輸出交流 。以正常電壓 220V工作時(shí)，變壓器輸出交流 ，取 18V。 由于一個(gè)變壓器可以有多端電壓輸出，所以在此可用一個(gè)變壓器來提供 3電壓的輸出，即 2端 10V輸出和 1端 18V輸出。此電路板各器件功率都很小，估算不超過 4瓦，加之自身所耗，在此選擇功率為 8W小功率變壓器。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 28 頁 共 44 頁 、總裝圖簡(jiǎn)介 工作原理簡(jiǎn)介： 結(jié)合上述各部分電路可組合出該總體圖。 P2為通道選擇指示接口，接發(fā)光二極管指示通路； P3為功能設(shè)定接口，接變位器，設(shè)定不同控制值； P4為顯示器接口，接數(shù)碼顯示器； Q2為傳感器接口，接傳感器信號(hào)線； Q3為電源接口，接經(jīng)變壓之后的交流電源。 電源端為所有系統(tǒng)提供所需不同電壓，傳感器信號(hào)經(jīng)處理放大后分為 11路， 1路直接接到多路選通開關(guān) 4067，當(dāng)這一路選通后顯示器顯示傳感器當(dāng)前壓力值起到補(bǔ)壓自動(dòng)跟蹤功能，期于 10路各自接到比較器，于功能設(shè)定值比較起到不同功能控制，當(dāng)某路道通后繼電器工作后置電路開始工作。 4067和 74154都為二進(jìn)制輸入，在此接同樣的輸入管角，所以輸出控制的序號(hào)也相同，當(dāng) 74164選通指示二極管亮?xí)r，表示 4067同序號(hào)的 一路也選通，此時(shí)顯示器就顯示該路的功能設(shè)定值。開關(guān) K產(chǎn)生脈沖使 4510計(jì)數(shù)產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)，給后面電路提供數(shù)據(jù)。當(dāng) 4510計(jì)數(shù)到 12時(shí)，與非門 4011使系統(tǒng)復(fù)位，依次循環(huán)。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 29 頁 共 44 頁 電路板 為了設(shè)計(jì)出實(shí)用的電路板，必須遵守電路板設(shè)計(jì)一般原則，如布局規(guī)則、布線規(guī)則等，同時(shí)還需考慮接地問題、杭干擾問題、高頻問題等。 電路板設(shè)計(jì)實(shí)際是將電路原理圖變成一個(gè)具體產(chǎn)品的過程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性與產(chǎn)品生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)。要想設(shè)計(jì)出實(shí)用的電路板還必須學(xué)習(xí)一般設(shè)計(jì)原則及抗干擾設(shè)計(jì)。 、電路板設(shè)計(jì)的一般原則 、電路板 的選用 電路板一般用覆銅層壓板制成，板材選用時(shí)要綜合考慮電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面。常用的覆銅層壓板是覆銅酚醛紙質(zhì)層壓板、覆銅環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、覆銅環(huán)氧玻璃布層壓板、覆銅環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板、覆銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印制電路板用環(huán)氧玻璃布等。 不同材料的層壓板有不同特點(diǎn)。如環(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔附著強(qiáng)度和工作溫度較高，可以在 260 度熔錫中不起泡。環(huán)氧樹脂浸過的玻璃布層壓板受潮氣影響較小。超高頻電路板最好使用覆銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。在要求阻燃的電子設(shè)備上，需要使用 浸入了阻燃樹脂的層壓板。 電路板厚度應(yīng)該根據(jù)電路板功能、所裝元件重量、電路板插座規(guī)格、電路板外形尺寸和承受的機(jī)械負(fù)荷等來決定，關(guān)鍵應(yīng)該保證足夠剛度和強(qiáng)度。常見電路板厚度有.、 1 mm、 、 2mm 等。 在此選擇覆銅層壓板，電路板厚度有 。 、電路板的尺寸 從成本、銅膜線長(zhǎng)度、抗噪聲能力等方面綜合考慮，電路板尺寸應(yīng)越小越好，但如果板尺寸太小，則散熱不好，且相鄰的銅膜線之間易引起干擾。 在設(shè)計(jì)具有機(jī)殼的電路板時(shí)，可靠的電路板尺寸還受機(jī)箱外殼大小限制。 一般電路板尺寸的確定是在 禁止布線層中指定布線范圍。電路板的最佳形狀是矩形，長(zhǎng)寬比為 3:2 或 4:3，當(dāng)電路板的尺寸大于 200mm X 150mm 時(shí)，應(yīng)該考慮電路板的機(jī)械強(qiáng)度。 由于此次是演示性板，按所需選擇尺寸。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 30 頁 共 44 頁 、布局 雖然 Protel 99 SE 能夠?qū)Π迳显M(jìn)行自動(dòng)布局，但通常情況都是在自動(dòng)布局完成之后進(jìn)行手工調(diào)整。進(jìn)行手工布局調(diào)整時(shí)，一般遵循如下原則 : (1)特殊元器件的布局。 高頻元件 :高頻元件之間的連線越短越好，以盡量減小連線的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元器件不能即離太近。作為輸入、輸出的元件 之間距離應(yīng)盡可能大。 具有高電位差的元件 :應(yīng)盡量加大具有高電位差元器件和連線之間的距離，以免發(fā)生意外短路時(shí)損壞元器件。為避免發(fā)生爬電現(xiàn)象，一般要求 20xxV 電位差之間的銅膜線距離應(yīng)該大于 2mm。對(duì)于更高的電位差，距離還應(yīng)該加大。帶有高電壓的器件，應(yīng)盡量布置在調(diào)試手不易觸及的位置。 重量過重的元件 :重量過重的元器件應(yīng)該有支架固定，而對(duì)于又大又重、發(fā)熱量多的元器件，則不宜安裝在電路板上。 發(fā)熱與熱敏元件 :注意發(fā)熱元器件應(yīng)該遠(yuǎn)離熱敏元器件。電解電容不可靠近發(fā)熱元件，例如不能靠近大功率電阻、變壓器、大功率三極管、 三端穩(wěn)壓電源和散熱器等，電解電容與這些元件的距離最小為 l 0mm。 可調(diào)節(jié)元件 :對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)按整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)，若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，則將元件放在電路板上容易調(diào)節(jié)的位置 。若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相對(duì)應(yīng)。 電路板安裝孔和支架孔 :因安裝孔和支架孔附近不能布線，故應(yīng)在電路板上預(yù)留出其位置。 (2)按照電路功能布局。 如果沒有特殊要求，應(yīng)盡可能按照原理圖的元件安排對(duì)元件進(jìn)行布局，信號(hào)由左端輸入、右端輸出，由上端輸入、下端輸出。按照電路流程安 排各功能電路單元的位置，使信號(hào)流通更加順暢，且保持方向一致。以每個(gè)功能電路為核心，圍繞該核心電路進(jìn)行布局，元件安排應(yīng)均勻、整齊、緊湊，原則上應(yīng)減少和縮短各個(gè)元器件之間的引線和連接。 數(shù)字部分應(yīng)該與模擬部分分開布局。對(duì)于 A/D 器件，最好放置在模擬與數(shù)字電路兩部分的分界處。 (3)元器件離電路板邊緣的距離。 所有元器件均應(yīng)該放置在離板邊緣 3mm 以內(nèi)的位置，或者距板邊緣的距離至少等于板厚，因?yàn)殡娐钒逶诖笈可a(chǎn)過程中需要使用導(dǎo)軌槽進(jìn)行流水線插件和波峰焊，同時(shí)也可防止由于外形加工引起電路板邊緣破損，銅膜線斷裂導(dǎo)致 廢品。如果電路板元件過多，不得已要超出 3mm 范圍時(shí)，可以在電路板邊緣加上 3mm 輔邊，在輔邊上開 V XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 31 頁 共 44 頁 形槽，在生產(chǎn)時(shí)用手冊(cè)開。 (4)元器件放置的順序。 首先放置與結(jié)構(gòu)緊密配合的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關(guān)和連接件等。再放置特殊元器件和大元器件，如發(fā)熱元件、變壓器、集成電路等。最后放置小元器件，如電阻、電容、二極管等。 (5)元件放置的方向。 布局時(shí)， DIP 封裝的集成電路擺放方向應(yīng)該與過錫爐方向垂直，盡量不要平行。 按照以上原則，在此設(shè)計(jì)中，由于存在高低壓差，和傳感器電路，因此我按照功能布局，數(shù)字部 分應(yīng)該與模擬部分分開布局，以減少干擾。 、布線 布線原則如下 : (1)線長(zhǎng)。銅膜線盡可能短，特別是時(shí)鐘線、低電平信號(hào)線及高頻回路布線要更短。銅膜線拐彎處應(yīng)為圓角或斜角。當(dāng)雙面板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合。 (2)線寬。銅膜線寬度的最小值取決于流過它的電流，一般不宜小于 。如果板面積足夠天，銅臆線寬度和間距最好選擇 。一般情況下 1～ 線寬，允許流過 2A 電流。地線和電源線最好選用大于 1 mm 線寬。一般單面板厚 ，雙面板厚。銅膜線最小間隙 :單面板 ，雙面板 。銅膜線距板邊緣最小 lmm。元件距板邊緣最小 5mm。焊盤距板邊緣最小 4mm。 (3)線間距。相鄰銅膜線之間的間距在滿足電氣安全要求的同時(shí)應(yīng)便于生產(chǎn)，間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。在布線密度低的情況下，間距應(yīng)該盡可能大。 (4)屏蔽與接地。公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣，在電路板上盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強(qiáng)。另外地線的形狀最好做成環(huán)路或網(wǎng)格狀。多層電路板由于采用內(nèi)層做電源和地線專用層，因而可以起到更 好的屏蔽效果。 (5)布線角度。布線方向由垂直轉(zhuǎn)入水平時(shí)，應(yīng)該從 45176。 方向進(jìn)入。 布線我選擇 50mil電源線和 30mil 連接線，其他按以上原則布置。 、焊盤 (1)焊盤尺寸。通常以金屬引腳直徑加上 作為焊盤的內(nèi)孔直徑 。而焊盤外徑應(yīng)該為焊盤內(nèi)孔直徑加 ，最小應(yīng)該為焊盤內(nèi)孔直徑加 。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)