工程设计实验指导书Read.docx
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工程设计实验指导书Read
工程设计
实
验
指
导
书
成都信息工程学院
电子工程系陆继庆
第一章:
工程设计概述
一、课程目的
本课程重在培养学生的综合应用与实践能力。
培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。
是对前面所学内容作综合的应用与总结。
在结合多门理论课程与设计课程之后，根据专业特点与就业方向，通过设计符合专业特色的工程内容或直接参与到与专业相关的具体的工程实践之中，给学生一个能够将所学知识应用到工程实践的机会。
从而全面提高学生的动手能力，实践应用能力与工程实践能力。
对参加过电子设计竞赛的同学是个巩固和提高的机会，对没有参加竞赛培训的同学是个锻炼的机会。
通过该课程的学习使本专业学生对电子电路、信号采集与处理、电路与系统、现代电子设计技术、工程的步骤与组织实施、专业实践等环节的教学在实践的基础上有进一步的提高与理解。
使学生初步认识、掌握如何从实际问题出发，通过具体的分析和处理，求得具体问题的解决，这样做到书本知识和实际相结合，并培养和强化创新意识。
使学生在脱离教师指导的情况下，能对已有的或专门设计的工程任务进行分析，并通过资料文献和学生自己的实践活动提出解决问题的可行性与方法。
在经过确认方案之后，执行实践该工程。
通过实验掌握以下知识点：
●产品开发工程的过程和内容。
●用PROTEL软件设计硬件电路的方法。
●熟悉C51编程和电路调试方法。
●产品维修中故障的分析、判断与解决。
●按国家标准编写各种产品文档。
二、课程说明及开题：
1．工程的概念：
综合多种学科知识，有计划、分步骤地实现某种社会需要的过程。
2．课程内容及课程安排：
老师出题目，由学生自己参与完成一种小产品的开发过程。
模仿达到现有产品的全部功能。
了解产品从调研、方案、设计、试产、调试、量产、验收、销售、安装和售后服务的整个过程。
做文字记录。
编写工程报告。
3．项目要求及实现方法：
举例1：
集中空调客房控制终端。
现在很多酒店使用的是集中空调，而客房里的空调开关只有几个风量档位，没有温度显示和温度控制功能。
请学生们自己设计一种集中空调客房控制终端，实现用户的需要。
按实现的功能、成本、实用性、可靠性、外观等来评定实验成绩。
三、课程纪律
正式行课期间学员必须按时进入指定实验场地学习；非正式行课期间学员应进入开放
实验室和机房进行实作和查询资料。
考勤计入平时成绩。
所有学员必须服从指导教师和实验室值班人员安排。
遵守实验室各项规章制度。
不得利用实验室从事与本课程无关的活动。
严禁打游戏、聊天、带食品进入实验场地，注意清洁卫生、禁止乱丢垃圾。
违者取消课程成绩，且立即离开实验室。
注意用电安全，注意PCB制版腐蚀液安全，妥善处理废液。
爱护实验设备，如果非正当使用造成损坏者需照价赔偿。
第二章:
工程设计计划
一、分组
按每组4人自由组合，分工协作、互补，培养团队精神。
每组在E盘或F盘根目录“\工程设计”下创建一目录，目录命名方法如下：
如信处4班第7组为：
X04G07。
本组所有设计文档放在本组目录下。
如果没有根目录，则先创建根目录“\工程设计”。
二、完成《工程计划书》的编写
内容包括：
●市场调查报告；
●系统设计任务和要求（了解性能、指标、内容及要求，这点十分重要，充分理解用户的要求及每项指标的含义，这是完成产品设计和实验的前提）；
●制订方案与构筑总体框图；
实现的方案可能是多个，实现的途径和技术路线也可能是多方面的。
可以将不同的方案与途径加以对比。
从中选择一种方案来实现。
选择的原则一般是“相对容易，相对巧妙，性价比高”。
一旦方案选定，就着手构筑总体框图，将系统分解成若干个模块，明确每个模块的大体内容和任务、各模块之间的连接关系以及信号在各模块之间的流向、执行部件的驱动原理等等。
总体方案与框图十分重要，可以先来构建总体方案与框图，再将总体指标分配给各个模块，指挥与协调各模块的工作，以达到总体项目的完成。
●方案论证及可行性分析；
●成本预算；
●研制周期计划及分工负责。
项目建议书的编写要真实，就要有调查，课内无法完成，允许下次上课交作业。
参考资料：
成都电子研究所《项目建议书》、《设计开发计划书》（见附件）
三、课堂讨论《工程计划书》
希望同学们踊跃发言，学生们的方案可以互相借鉴，取长补短。
从而加深了解设计的内
容，理解工程项目的需要，以便完善设计产品。
有自己的方案就有成绩，不论对错。
最终方案由指导老师确定。
对发言有创意的同学适当加分鼓励。
四、参考原理框图及实现功能：
要求实现功能：
●测量并显示室内温度。
●键盘输入设置温度和风速（自动、小、中、大、关），开机默认自动风。
●手动、自动控制交流风机的转速（自动风状态：
根据温度差自动调节风机转速，温差3度以上用大风，温差2度用中风，温差1度以内用小风，无温差关风机，开关风机之间必须有延时）。
●键盘背光指示，平时有弱光，按键时发光，不按键延时3秒关背光。
●扩展功能：
显示温度与时间（可以交替显示），设置时间。
第三章:
工程硬件设计
一、结构设计
试用AutoCAD软件绘制硬件产品结构图。
要求考虑使用环境及安装尺寸。
二、设计硬件原理图
查找资料、根据使用需要、考虑成本（生产成本和维护成本）等综合因素，用PROTEL99软件设计原理图。
分模块设计单元电路、计算参数与EDA计算机仿真。
原理图要符合专业规范。
原理图库中没有的元件要求新造元件添加到库里。
单元电路设计要注意：
●考虑资源合理利用。
●各元件参数计算：
电路电压、电流、阻抗、功率和标称值。
●在这一阶段，可以充分利用EDA软件帮助设计电路，优化调整电路结构和元器件数值，
直到达到指标要求。
●注意：
尽量采用典型电路和成熟方案不需要每个R、C都自己算。
●画出原理图（建议选用指定的器件），书面描述设计思路。
●原理图使用国标模板。
三、器件选择：
电路是由若干元器件构成的，对元器件性能的深入了解和应用是保证正确设计和达到设计指标的关键之一。
有时候，一个元器件的应用或一个新的元器件的出现，将会使系统变得十分容易实现。
应该根据器件自身特性和电路要求选择合适的器件。
（如工作频率、功率、工作电压等其他指标，可以参阅器件技术手册）
一般情况下，在元、器件选择方面，建议在保证电路性能的前提下，尽量选用常见的、通用性好的、价格相对低廉、手头有的或容易买到的。
尽量采用集成电路和新器件将可起到事半功倍的效果。
一切从实际需求出发，将分离元件与集成电路巧妙地结合起来，而且尽量应用集成电路，以使系统简化，体积小，可靠性提高。
在元器件选用中，必须注意以下几个方面：
●电源电压的范围是多少？
是单电源供电还是需要双电源供电？
这点十分重要。
若不注意，将+3.3V电源的器件加+5v，将+5V器件加+9V，甚至更高，那器件是必烧无疑。
●元器件的主要指标是什么？
这不外乎是速度和精度两方面。
●元器件互相之间的电平匹配如何？
●元器件的输入阻抗，允许的输入电压、电流范围以及输出驱动负载的能力等等。
这一方面会涉及器件的安全，另一方面又可能影响到系统的某些指标能否达到。
给出元器件清单（BOM表，即型号、参数、封装形式）
四、面板设计：
根据实现的功能设计面板，要求美观、实用。
用绘图软件绘制面板图。
五、课内讲评、讨论并修改结构图、原理图、面板图。
六、根据产品结构，用PROTEL99软件设计PCB图。
PCB图要符合专业规范，注意布局合理、美观、整齐。
注意信号之间的相互干扰，连线最短。
做好输入、输出和其他必要的关键点标示（特别是极性）。
PCB库中没有的元件要求新造元件添加到库里。
七、课内讲评、讨论并修改PCB图。
八、给老师讲述工作原理（每部分的功能，相互之间的联系，编程控制要求）。
领取元器件（讲不清楚，则不能领器件）。
参考资料：
1．《protel设计流程》
2.《protel99c入门》
3.《PCB设计几点体会http--www_eebyte_com.htm》
4.《protel99c说明书》
5.四川鑫隆源科技有限公司独立空调控制器
第四章:
工程软件设计
一、用KeilC51软件编写程序。
要求程序格式规范、精练有注解。
活用片内资源和时序控制，尽量避免使用DELAY（）函数。
二、课内讲评并修改程序，可以互相帮助。
可以和老师的参考程序模块做比较。
参考资料：
《C51使用技巧及实战》、《电子综合设计程序框架》（陆继庆）
第五章:
系统安装调试
一、实物焊接与装配。
元器件焊接要注意以下几点：
●注意器件极性，及引脚顺序。
●通电前检查：
连接是否错误！
电源电压是否正常！
然后再通电检查：
加入正常电压，观察电路情况有无异常。
如遇打火、冒烟、高热等异常情况应立即断电检查。
二、分析解决调试中发现的疑难问题。
学习用实验设备调试软件，学习分模块调试的方法（整个过程中注意要做书面记录，说明调试方法）：
1．按顺序调试显示模块、键盘模块、输入模块、输出模块的功能。
这一阶段，要充分利用电子仪器来观察波形，利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路的工作状态，测量数据，发现问题，解决问题，以达到最终的目标。
2．系统调试：
在系统电路板上调试完整的程序，记录实验数据。
从最前端到末级进行统调，检查各级动态信号工作情况，分析是否满足设计要求。
3．故障诊断与排除方法
●信号寻迹法：
逐级检查。
●对分法：
缩小故障范围。
●分割测试法：
切断电路间的相互联系，查找原因。
●电容器旁路法：
用于自激或排查干扰的时候。
●对比法：
相同电路对比。
●替代法：
用已知正常的电路、器件代替怀疑的电路。
●静态测试法：
确定单一故障元件。
●动态测试法：
观察动态工作状况。
三、修改软件完善功能。
测试各种极限使用状态系统的工作稳定性。
四、整理器件清单、装配工艺文件、调式说明书等文件。
五、参考资料：
1．《C51使用技巧及实战》
2．《产品工艺文件》（国标）
3．《产品零件清单》（国标）
4．《产品调试说明书》（国标）
第六章:
系统验收（考核）
一、对完成设计的作品进行功能验收。
上交设计作品，演示各项功能指标。
回答老师的提问。
未完成的作品继续调试。
二、老师采用提问、破坏程序或硬件由学生修复。
考核作品的真实性和完成程度。
考核对硬件的故障分析和维修能力。
学生要学会分析软件中的不足的原因及完善的方法。
三、编写使用说明书、宣传及销售计划书，编制销售记录表、维修记录表、广告词等文件。
与成熟产品对比，讲评学生作品的优缺点，讲授改进的方法。
四、整理作业合成实验报告，内容参看考核标准，包括：
1.《工程计划书》：
包括市场分析、方案比较、可行性分析、成本预算、进度计划等，画出系统方框图。
2.《设计说明书》包括：
●清晰完整的电路图，标明每个元件的型号，并说明工作原理。
●PCB图（不敷铜）元件标号、型号齐全。
●C51程序及流程图。
软件清单及注解。
3.《装配工艺说明》安国标编写材料清单、生产工艺文件等验收文件。
4.《调试说明书》（主要调试仪器、调试方法技巧、测试数据与分析、故障以及排除方法）附上所有的测试数据和曲线。
调试说明应有理论依据，数据包括标准值、测量值、
5.误差范围标准等
6.《使用说明书》非原理介绍，争取让各种文化程度的人都看得明白。
7.宣传及销售计划书，编制销售记录表、维修记录表、广告（100字左右）等文件。
五、参考资料：
成都电子研究所产品验收文档
第七章:
考核标准
1.考勤占10分（10分。
缺课一次扣2分、早退、或迟到一次扣1分，发现玩游戏一次扣5分）
2.作业20分（上传电子文档）
5分：
工程计划书（市场分析、可行性分析、成本预算、进度计划……）
5分：
设计说明书（原理图、工作原理、面板图、接线图、结构图、软件流程图……）
5分：
装配工艺说明（材料清单、生产工艺方法……）
5分：
调试说明书（可能遇到的问题和解决方案、测试参考数据及实际数据……）
3.考核占40分（回答教师提问10，维修5,工作分工及成果15,课堂答问及创新10）
4.工程报告30分（上传电子文档和打印文档）
5分：
工程计划书（市场分析、可行性分析、成本预算、进度计划……）
5分：
设计说明书（原理图、工作原理、面板图、软件流程图……）
5分：
装配工艺说明（材料清单、生产工艺方法……）
5分：
调试说明书（可能遇到的问题和解决方案、测试参考数据及实际数据……）
5分：
使用说明书（功能描述及使用说明）
5分：
宣传及销售计划、销售记录、广告设计
考勤及作业30
作品考核40
工程报告30
考勤
10
工程计划
设计说明书
装配工艺说明
调试说明书
课堂答问
创意
硬件知识
软件知识
维修
功能工艺15
工程计划书
设计说明书
装配工艺说明
调试说明书
使用说明书
宣传计划销售记录广告设计
《工程设计》
课程结题报告
专业：
班级：
级信息处理班
姓名：
指导教师：
评分：
2008年07月日
目录制作：
按论文摸板格式要求对正文排版，再“插入—引用—索引和目录—目录”；
更新目录：
“视图—工具栏—大纲—更新目录”。
目录部分须与前后分页排版。
“插入—分隔符—下一页”。
文字格式：
标题：
宋体三号加粗居中
论文总页数：
宋体小四
内容：
宋体五号
行距：
固定值20磅
（报告正文部分）：
1改进建议和措施
1.1有代表性的读者建议
1.1.1确定测评指标的原则与方法
1.有关订购其他电子资源或数据库的建议
1IEEEExplore（IEEEExplore是一个在线递送系统，通过互连网向用户提供IEEE和IEE从1988年到现在的所有期刊、学报、会议录以及IEEE的所有标准。
IEEEExplore为IEEE会员提供服务，也为订购了IEEE在线产品的非会员提供服务。
）
表6图书馆各类资源使用率
资源类型
纸本图书
纸本期刊
电子图书
电子期刊
学位论文数据库
专题数据库
其他
使用率
64.0%
39.2%
35.2%
36.8%
29.6%
15.2%
0.04%
附件1：
项目建议书
编号：
JS-7.3-01序号：
提出部门
建议人
项目名称
型号规格
销售对象
建议日期
基本要求（包括主要功能、性能、结构、外观包装、技术参数说明等）：
市场预测分析（包括市场需求、用户期望、竞争对手情况、产品质量现状、预期首批销量、交货期限、出厂价格等）：
可引用的原有技术：
可行性分析（包括技术、采购、工艺、成本等方面）：
项目所需费用，参加人员：
总工程师审核：
签名：
日期：
所长批示：
签名：
日期：
（所列各项，可另加页叙述）
成都电子研究所
附件2：
设计开发计划书
编号：
JS-7.3-04序号：
项目名称
起止日期
型号规格
预算费用
职责
设计开发人员
职责
设计开发人员
资源配置（包括人员、生产及检测设备、设计经费预算分配及信息交流手段等）要求：
设计开发阶段的划分及主要内容
设计开发人员
负责人
配合部门
完成期限
备注：
编制：
日期：
审核：
日期：
批准：
日期：
成都电子研究所
附件3：
DPZ射频皮肤治疗仪
调试说明书
媒体总号
旧底图总号
标记
数量
更改单号
签名
日期
底图总号
拟制
SPZ射频皮肤治疗仪
调试说明书
CBB2.782.101TS
审核
等级
标记
第张
共张
日期
签名
B
1
3
标准化
成都电子研究所
批准
格式4
描图
幅面:
4
SPZ射频皮肤治疗仪
调试说明书
1范围
本调试说明书适用于DPZ射频皮肤治疗仪（以下简称治疗仪）的整机及修理过程中技术参数的调试。
2制定依据
本调试说明根据ZYB∕川0068-2002制定。
3调试环境
3.1环境条件：
治疗仪对环境无特殊要求,在常温下进行。
3.2供电电源：
电压220V±22V，频率50Hz±1Hz。
4调试内容
4.1输出信号频率（f）：
1.2MHz±0.12MHz.
4.2输出功率.
5调试用仪器设备
示波器（频率≥40MHz）1台自动泄漏电流测试仪1台
数字繁用表（4位半）1台自动绝缘耐压测试仪1台
稳压电源（≥500VA）1台三用表1台
频率计1台调试用电阻（自制500Ω）1套
6调试步骤及方法
6.1调试前的电路检查
6.1.1加电前检查
治疗仪加电之前，仔细检查接线是否正确，是否有短路现象。
6.1.2加电检查（治疗仪加电之前一般输出调节旋钮置于中间位置）
在5.1.1检查无误后按通电源（电源指示灯应亮），然后按压运行按钮（运行指示灯应亮），输出指示表应有指示，表明治疗仪加电工作基本正常。
若不正常或烧保险丝，则应重复5.1.1的步骤。
6.2调试方法
6.2.1治疗仪与测试设备的连接：
见图1。
分别将示波器探头置于10∶1衰减档、电压档置于5V档，时间档置于0.5μS位置。
示波器上显示的波形（图中仅画了两个波形）如图2所示。
Vp-p
R
500
图1治疗仪与测试设备的连接图2输出信号波形
媒体总号
旧底图总号
底图总号
CBB2.782.101TS
日期
签名
第2张
标记
更改单号
数量
签名
日期
成都电子研究所
格式4（a）
描图
幅面:
4
6.2.2输出信号频率调试
将频率计按图1连接。
直接从频率计读出的频率值应为1.2MHz±0.12MHz,否则应仔细检查磁棒上L3线圈的圈数或调整电容（C5、C6）来满足频率的要求。
频率调试完毕后撤掉频率计。
6.2.3输出功率
6.2.3.1输出功率调试：
在图1的示波器上读出的波形如图2所示，将功率调节旋钮顺时针旋转到最右位置，示波器上读出的输出电压峰-峰VP-P按式
（1）计算出输出功率（P）应为16W±3.2W。
P=
.............................
（1）
式中：
Vp―p——治疗仪输出电压峰–峰值；
R——负载电阻,其值为500Ω±25Ω。
若输出功率不满足要求可采用下述方法进行调试：
a）工作点电压调节：
改变电阻R1的阻值（或用电位器调节，然后用阻值相近的电阻替换）以改变场效应管的工作电压来调节输出功率；
b）更换场效应管：
用手分别触摸场效应管BG1、BG2，更换温度比较低的一支场效应管来改变输出功率；
c）检查高压线圈：
更换高压线圈L4；功率；
d）若上述方法均无效时，应仔细检查印制电路板上各个元器件或焊接是否有误。
6.2.3.2电源电压适应范围调试
将交流稳压器的电压分别调节为198V和242V时，按6.2.3.1输出功率的计算方法，治疗仪的输出功率相对于在220V时输出功率的基础上变化不大于±15％。
若输出功率不满足要求可采用下述方法进行调试：
检查电源电路板上稳压二极管D13、D14的稳压值是否满足要求（D13=10.19V、D14=11.32V），
6.2.3.3输出指示调试
插上操纵手柄插头，撤掉负载电阻（500Ω），然后转动功率调节旋钮输出指示表的指示值应随着变化。
功率调节旋钮顺时针向转动时输出指示表的指示值增加，反之亦然。
若不满足要求应检查：
a）用三用表测量C9或D7两端的电压，若有电压而无指示则应检查C9或D7之后的接线和电表；
b）用三用表测量C9或D7两端的电压，若无电压则应检查C9或D7之前的元器件和线圈；
c）若输出指示表的指示值偏大或偏小则应调整R13的阻值.
6.2.3.4输出功率最小值调试
将功率调节旋钮反时针旋转到最左位置，按6.2.3.1的方法并计算出输出功率，其值应小于功率调节旋钮在最右位置时输出功率的5％。
该项一般都能满足要求，若不满足时应检查电位器（W1）的最小值是否满足要求。
6.3连续工作时间调试（或在温度40℃时做高温老化4h试验）
插上操作手柄插头，撤掉负载电阻（500Ω），对治疗仪进行应能连续工作4h试验。
治疗仪连续工作4h后抽测6.2.2～6.2.3中的调试项目，如不满足要求时应查出原因再做连续工作4h试验。
6.4检查是否有滞针现象
将治疗针插入新鲜水果、肉皮等物品时，是否有滞针现象，若有则应重新按6.2.3.1的方法调试BG1或BG2的工作点电压值或更换BG1或BG2。
6.5输入功率调试
将交流稳压器的电压调节为220V，接上负载电阻（500Ω）。
将功率选择旋钮顺时针旋转到最右端，用交流电压表和交流电流表测量输入端稳态电流值和电压值，取其乘积（额定输入功率为不大于60W）。
若不满足要求，首先检查变压器，然后检查电路中的元器件，发现问题后将其更换。
7调试记录见附录A。
媒体总号
旧底图总号
底图总号
CBB2.782.101TS
日期
签名
第3张
标记
更改单号
数量
签名
日期
成都电子研究所
格式4（a）
描图
幅面:
4
附件4调试记录
产品名称：
射频皮肤治疗仪型号：
DPZ
产品编号：
No:
序号
检验项目名称
技术要求
实测结果
备注
～198V
～220V
～242V
1
输出信号频率
升级会员 