超声波测距电子线路CAD设计.docx
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超声波测距电子线路CAD设计
《电子线路CAD》大作业
LM1812芯片的超声波测距电路设计
院(系)
专业
班级
学生姓名
指导老师
任务书
1.设计题目:
LM1812芯片的超声波测距电路设计
2.应完成的项目:
(1)LM1812芯片的介绍
(2)LM1812芯片原理图
(3)超声波测距电路图
(4)超声波测距电路PCB设计
3.参考资料以及说明:
(1)《电子线路CAD与实训》
(2)
(3)
(4)
评语:
总评成绩:
指导教师签字:
年月日
目录
摘要1
第一章绪论2
1.1芯片介绍2
1.2芯片常用电路3
第二章LM1812超声波测距应用电路原理图设计4
2.1芯片原理图元件4
2.2超声波测距电路设计4
2.2.1超声波测距电路功能模块设计4
2.2.2超声波测距电路功能电路设计6
2.3本章小结7
第三章LM1812超声波测距应用电路PCB板设计8
3.1芯片元件封装8
3.2整体电路PCB设计9
3.3本章小结10
第四章设计总结11
参考文献12
摘要
本课程设计主要讲述的是LM1812超声波测距专用集成电路,主要分为四个章节来讲述。
第一章为绪论,主要内容包括两个方面,一是对芯片进行介绍,二是芯片的常用电路;第二章为LM1812超声波测距应用电路原理图设计,主要包括三个方面,一是主要讲述了芯片原理图元件,二是超声波测距电路的结构设计,在这个基础上又分为两小点,电路功能模块设计和电路功能电路设计,三为本章小结;第三章为LM1812超声波测距应用电路PCB板设计,包括三个方面,一是主要讲述了芯片元件的PCB封装,二是整体电路PCB的设计,三为本章小结;第四章为设计总结,主要是对芯片应用电路在设计方面和心得体会的总结。
关键词:
LM1812芯片电路原理图封装集成
第一章绪论
1.1芯片介绍
(1) 引脚功能
LM1812超声波专用器件外形为18脚,引脚功能为:
1脚第二增益级输出/振荡器端
6脚发射器输出端
7脚发射驱动器
13脚外接电源退耦电容端,
14脚检出器输出端
16脚输出驱动器端
17脚噪声控制端
18脚积分器复位时间常数控制端
(2)特点及电气参数
1、 特点
LM1812具有如下特点:
a、 可以使用一个发送/接收换能器工作,也可使用两个换能器分别发送和接收超声波
b、 器件具有互换性。
c、 在电路中使用时不用外接晶体管驱动。
d、 使用时不用外接散热器。
e、 器件内部具有保护电路。
检测器输出可驱动1A的峰值电流。
f、 在水中测距超过30m,在空气中测距超过6m。
g、 发送功率可达12W(峰值)。
2、 电气参数
表1-1给出了LM1812超声波专用电路的极限工件参数和典型电气参数值
表1-1极限工作参数
参数名称
单位
极限参数值
电源电压
V
18
耗散功率*
mV
700
峰值电流(6、4脚)
A
1
输入电流(4、8脚)
mA
50
工作温度范围
℃
0~70
储存温度范围
℃
-65~+150
备注
*对在高温下的工作情况,LM1812必须根据125℃的最高结温并用120℃/W的热阻降低额定值来使用
参数名称
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
输入灵敏度
200
600
µVp-p
振荡发送输出
I6=1A
1.3
3
V
发送器输出漏电流
V9=36V
0.01
1
mA
检出器输出电压
I14=1A
1.5
3
V
发送器开关阈值
I8=1mA
0.55
0.7
0.9
V
电流
I1+I12
5
8.5
20
mA
接收模式下8脚电压
接收模式
0.3
V
最高工作频率
发送模式
200
235
kHz
1.2芯片常用电路
LM1812是一种性能优良,且即能发送又能接收超声波的通用型超声波集成器件。
芯片内部包括:
脉冲调制C类振荡器、高增益接收器、脉冲调制检测器及噪音抑制器。
它除了可用于遥控器、报警器、自动门控制及通信方面外,还可用于工业上的料位或液位的测量与控制、测距及测厚等方面,应用十分广泛。
第二章LM1812超声波测距应用电路原理图设计
2.1芯片原理图元件
波音器电容晶振
电感二极管可调电阻器
2.2超声波测距电路设计
2.2.1超声波测距电路功能模块设计
(1)
功能:
接收超声波
分析:
信号从外端被声波器接受,经电容C3和晶振的共同作用来增大或者减小信号频率,最后以一定频率的信号传出。
(2)
功能:
信号的处理(CPU)
分析:
信号从各个引脚输入,芯片通个内部的检查器、积分器、复位、振荡器等元件对信号进行处理,并且通个外部连接的元件输出信号。
2.2.2超声波测距电路功能电路设计
整体电路图
LM1812超声波测距电路电路分析:
LM1812第1脚外接L3、C9决定了电路发送或接收的工作频率,其工作频率fo=1/(2π),最高可达325kHz。
当8脚为高电平时,L3、C9振荡槽路被切换为振荡模式,振荡信号经驱动放大后,由13脚及6脚输出(一般6、13脚之间接变压器,以便与超声波发送器阻抗匹配)。
为保证输出级不过载,使用时应在6脚测试一下电流,一般此脚峰值电流不能超过1A。
若需更大的功率,可采用外加脉冲放大器的方法来实现,输出电流可达5A;当8脚为高电平时、LM1812处于发送模式;8脚为低电平时,LM1812处于接收模式(8脚输入电流设计在1~10mA范围内)。
超声波接收器接收到的超声波信号经电容耦合由4脚输入,再经内部两级放大后同由1脚的谐振回路取出的信号一起送到检测器。
但由于此时噪声脉冲也同样被检测,所以要通过17脚外接RIT、C8进行滤波。
电阻RIT和电容C8的时间常数一般为发送时间的10%~50%。
再经过积分延时,16脚和14脚变成低电平。
又当1脚上的电压变的小到不能触发检测器(小于1.4V)时,积分器经延时后复位,典型延时为1~10个发送频率周期。
当LM1812处于发送模式时,第二级放大器自动断开;当切换回接收模式时,第二级放大器并不马上接通,而是在由9脚外接电容引起一段延时后再接通。
这个延时使接收器暂时封闭(检测器也同时封闭),这样就为超声波发生器停止振荡提供了时间。
9脚外接电容C2的大小与延时有关,C2=0.1µF时,延时时间约为1ms;C2=1µF时,延时时间约为10ms。
LM1812的第16脚提供与COMS兼容的逻辑输出,14脚为集电极开路输出,14脚的吸收电流超过1A时,在多重回波接收情况下就可能使芯片损坏。
因此11脚被设计成保护14脚功率输出端,其外接电容C6在14脚为低电平时(吸收电流)对内部电流进行积分。
当电容C6上电压达0.7V时,第二次打开工作。
若将11脚接地,则此功能失效。
2.3本章小结
本章主要介绍了LM1812芯片的内部结构,和超声波测距电路由几个功能模块组成,还有超声波测距电路的原理图,我们能从原理图中清楚的看到电路的组成,这有助于我们对芯片和芯片应用电路原理的分析和理解。
第三章LM1812超声波测距应用电路PCB板设计
3.1芯片元件封装
芯片元件的封装尺寸:
100×600mil
芯片含有18个引脚,每个引脚都有其对应的功能
3.2整体电路PCB设计
电路PCB设计:
蓝色线接:
VCC红色线接:
GND
设计PCB的作用:
印制电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。
印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部连接的布局。
内部电子元件的优化布局。
金属连线和通孔的优化布局。
电磁保护。
热耗散等各种因素。
优秀的版图设计可以节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。
3.3本章小结
本章主要介绍了LM1812芯片的封装和应用电路的PCB板设计,元件的封装起着关键的作用,往往电路板元件为什么无法使用,很多时候都是封装出了问题,每一个端口的编号必须标明,同时连接电路时是端口标号一一对应的。
PCB板的设计可以从视觉上看出电路板的排布,排布的合不合理,也会对电路的使用性能有影响,所以电路板的排布也是一门设计学科。
第四章设计总结
总结:
通过对LM1812芯片的超声波测距电路的整体设计,自身已经对LM1812芯片的一部分功能有所了解。
世界上的芯片有千千万万种,各种各样的功能,自己感叹科学的伟大,正因为有了科学技术的发展,才有今天的芯片世界。
这次的芯片设计对自身也有不错的锻炼机会,在大二的强化训练里,陌生的电路CAD向我走来,在这之前也没有用过PCB这款设计软件,所以强化训练就这样马马虎虎的通过了,到了大三这个学期选修了《电子线路CAD与实训》,一开始不知道是PCB软件设计,原以为自己会后悔选错了课程,但是经过短短四周的学习,自己收获挺大的,现在更要相信自己的选择是没有错的。
这四周的学习中,虽然有一部分内容跟强化训练讲的一模一样,但还是有明显的区别的,强化训练是直接搞一个设计项目的,跟着老师走就不会有错,因此对软件的操作也只是形式上的,而《电子线路CAD与实训》不同,是学习基本知识的,能学得更加全面,对软件的操作更加顺畅,如果对基本知识没有一定的了解,给你一个设计项目你能设计的好吗。
当然大二的强化训练也是因为大三课程太多无法合理的安排,才把原本是大三才学习的强化训练调大二学年上。
不过也是因为这样,在《电子线路CAD与实训》课上才会那么认真地去学习,去掌握知识。
正因为自己掌握了知识,所以这次的课程设计自己才能顺利的完成,自己以后也会更加努力地学习!
参考文献
<1>王国玉,管莉电子线路CAD与实训北京:
电子工业出版社,2011
<2>基于FPGA的UART接口协议设计,