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电子线路CAD

《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

2013年9月26日

任务书

兹发给班学生课程设计任务书，内容如下：

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）

4．本设计任务书于2013年9月10日发出，应于2013年9月27日前完成，然后进行答辩。

指导教师签发2011年9月27日

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

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,