电子设计实习.docx
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电子设计实习
光电信息工程光电专业
《电子设计》实习报告
姓名巴聪
学号
3090101748
专业、班级光电0902
E_Mail:
bacong123@
成绩：
2010-7
实验一
装订线
实验名称：
____WFS-509型红外线感应开关制作_____
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1.实验目的
1，了解电子线路的焊接过程，并在操作中熟练焊接工艺技巧，减少误焊、虚焊、焊点短路等错误；
2，初步熟悉PCB板格局，即元件放置与布线的设计要求；
3，通过在电路板出现问题时的调试，学会发现问题（如元件问题、虚焊漏焊、正负极接反等）与解决问题（如何拆下已焊元件、如何更换元件、如何切断焊点间的短路等）；
4，在实验中巩固原来的数电模电理论知识，并学会将它们应用于实践，为以后的设计竞赛、DIY等打下基础。
2.实验内容（工作原理，实验过程焊接调试步骤，测试项目，碰到的问题及解决的经过，达到的目标）
选定套件（PCB板和元件）进行焊接，调试，实现特定功能。
（每人一套）
所选：
红外感应开关。
工作原理：
此次实验是利用红外线反射原理作为传感器，当人体的手或身体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管（透明管）发出的红外线由于人体手或身体摭挡反射到红外线接收管（黑色管），从而控制继电器的开关动作，通电使二极管发光；当人体的手或身体离开红外线感应范围，没有信号，一段时间后自动复位（二极管熄灭）。
此红外开关可以有效模拟自动干手机，自动水龙头等控制设备的工作。
原理图：
IC1B、R5、R6、VD2、C2组成振荡器，从IC1的4脚输出脉冲信号，经VT3放大后，驱动红外发光管发射红外线信号。
发射的信号前面若没有东西挡住，红外接收管便无法接收信号，后续电路不工作，当前面有物体挡住时，如人手在前面晃动，发射的红外信号便被反射回来，经VD1接收后、VT1、VT2放大后，在R3端输了放大了的红外线信号，在IC1A与非门电路上进行选频放大，然后反相后从IC1的3脚输出，经IC1C、IC1D处理后，驱动继电器工作。
R10、C5组成延时电路，调节这二个元件的参数，可以调节很次动作后自动延时的时间，本电路设计的延时时间为30秒，具体由于阻容元件均有一定的误差，实际延时可能会略有差别；
焊接步骤：
1，首先根据产品提供的表格核对元件确保不差漏元件，如果有差错的应补足元件；
2，对一些比较可能出问题的元件先用万用表检查一下，减少出问题的几率；
3，将各个元件按照PCB板子上的插口插好，先小后大依次将元件焊好，在尽量避免虚焊的基础上，注意不要焊错位，每个引脚不用太多焊锡以防止某些临近处短路（如三极管的几个引脚）；
4，最后剪掉过长的引脚，完成焊接。
焊接结束后应测试电路功能，调试正常后封装入包装小盒，再次检测正常后也就是此开关制作结束。
调试步骤和测试项目：
1、全部电路装好后，串入电流表，接上直流12V电原，电流小于100毫安，电路中无故障,应该仔细检查，集成电路有没有装反，焊接时是否有搭锡短路等情况；
检测到电流远小于100mA，电路无故障。
2、短接VT5的C、E极，听见继电器吸合的声音，同时看到指示灯亮，若短路时电流较大，且没有听到继电器吸合声，应检查VD5是否装反；
短接时有明显的吸合声伴随二极管的熄灭，工作正常。
3、通电后测量IC1第4脚的波形，看到方波信号，若不正常，应仔细查看相关元件是否装错，是否有虚焊等；（如左下图，正常）
4、测量IC1第2脚波形，看到幅值约为12V的方波信号，若不正常，应查看VT3是否装反；（如右上图，正常）
5、测量IC1第1脚波形，在红外管前面无障碍物时，电压基本为0，用手挡住时，有被放大的信号波形，且物体越近幅值越大，若不正常，应检查VT1、VT2是否装反，红外接收器VD1是否有搭锡现象；
6、将IC1第1脚和第2脚电压波形显示，用手靠近红外管，当手距离较远时，1脚电压幅度小，同时为三角波，而足够近时，幅值为电源电压值，同时为梯形波，且与2脚电压具有相同相位；（实际试验时由于1,2两脚距离过小难以同时显示，故分别显示，如下左图为IC1第一脚，右图为第二脚）
7、装箱后调试现象：
接上电源后，两个红色发光二极管点亮，大约过1分钟后，其中一盏灭，用手在光电二极管和红外管上晃一下，已经灭掉的那盏立刻点亮。
碰到的问题及解决的经过：
1，现象：
接好电源后两个红色二极管均不发光。
经过检查是二极管VT1、VT2方向接反。
解决：
用电烙铁将焊锡融化，将二极管取下，再调正方向焊上去。
2，问题：
三极管用错，9014与9018焊错位，由于是三角而且焊的很紧，很难焊松取下。
解决：
选择直接用剪子剪断引脚再分别用镊子把剩余引脚取下，但这样造成在融化三个焊脚时焊锡混到一起，造成短路，最后在焊完新元件之后不断用烙铁在两引脚之间划动，可以把短路部分分开。
3，现象：
在电路完全正确之后仍然无法实现设定的功能，具体现象为二极管长亮不熄。
经排查，电阻电容都没有问题，因为一般二极管很难坏，所以初步认为问题出在红外二极管或者三极管。
由于三极管换过，所以首先认为可能是三极管焊接有问题，尤其可能是焊点短路或虚焊，但是在补焊、确认没有虚焊也没有短路之后，电路仍然无法完成功能。
于是又换了一个三极管，顺便把焊点做的美观清爽了一些。
但问题仍然没有得到解决。
最后认为问题在红外二极管，更换了两个红外二极管后问题解决了。
（焊接时不小心把板子摔了一次，然后本来正常的电路又失灵，于是又换了一组红外二极管，问题解决）
4，现象：
封装在盒子里之后，本来已经能正常工作的电路再次失灵，仍然是长亮不熄。
解决：
在询问一些周围做好了的同学之后，得到的原因是红外二极管伸出盒子的长度不够，可能无法很好感应外部的红外变化，于是用烙铁把盒子上的孔扩大了一些，并使两个红外二极管伸出更长的长度，最终电路再次正常工作。
达到的目标：
在更换共5个元件（一个三极管，四个红外二极管，二黑二白）之后，红外电路基本能正常工作，接通电源后一个二极管熄灭的时间稳定在30-35秒，而且对手的灵敏度也比较好（感应距离大约20cm）。
装订线
3.心得体会
1，焊接过程中一定要注意先后顺序。
先把元件都插好然后一起焊其实并不现实，不仅倒过来的时候会松动，而且过多的引脚会阻拦电烙铁和焊锡丝。
在实践中我认为最好的方式是，先焊电阻和小电容，因为这样它们都可以贴板子上，插进去一个就焊好一个，确定没有焊坏或者虚焊之后就可以把过长的引脚剪掉了；之后依次按高度大小，从矮到高从小到大依次焊接，对于较大且引脚的多的集成块应该最后焊接，这样可以把所有元件都焊的比较稳定，而且比较美观；焊接集成块时应用尖铬铁头进行快速焊接，如果一次不成功，应冷却后再进行下一次焊接，以免损坏集成块。
另外经常用松香清洗烙铁头也有助于焊接的一次成功，使焊点美观。
2，注意顺序的同时要注意元件的方向，如二极管三极管等元件，一旦焊错方向再修改会很费时费力，而且取出时会有困难，尤其是三极管很难完整取出，而且在此过程中极易造成搭锡短路，所以最好再放置插入时就多加注意。
3，在这次试验中，我第一次学会自己从电路中检查出错误并最终修好，期间虽然比较急躁心慌，特别是看到别的同学一次成功时会很紧张，但是最终解决问题时心情却是非常好，得到的成就感也远高于那种直接一次成功者。
调试的经验是宝贵的，但是漫长的调试时间也在警示我以后做此类实验一定要小心，毕竟有些错误完全是小心一点就能避免的。
4，有时电路是否能正常工作与电路的工作环境有关系，所以当电路异常时不要急着换元件或者不断加固焊点，而应该多尝试几次，根据测试判断电路的故障出处。
特别是在有感应器件的实验中，周围人的走动、室内室外等差异都会造成一些影响，比如某些同学的器件在放置一段时间后故障自动消失很可能就是因为实验环境的变化。
实验二
实验名称：
___WFS-102A无线多曲音乐门铃____
同组学生姓名：
__李雪松
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1.实验目的
1，了解protel的基本数据结构和操作方法，学会使用电路设计软件（Protel）设计电路原理图，完成元件封装，PCB板设计布线和检查；
2，学会用机械雕刻的方法利用桌面加工系统制作出电路板；
3，掌握电子元器件的焊接技巧，在实验一的基础上有一定进步，能快速准确地焊接，尽量使焊点美观，并能处理挂锡短路等焊接异常；
4，获得模拟、数字电路的调试经验,为以后的设计竞赛、DIY等打下基础；
2.实验内容（工作原理,Rep表（Sch与Pcb的网络比较表）,实验过程，焊接调试步骤，测试项目，碰到的问题及解决的经过，达到的目标）
设计制作PCB板一块，进行焊接，调试，实现特定功能。
（每组一套）
本组所选：
无线音乐门铃。
工作原理：
控制电路（发射器）原理图：
如上图，发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。
Q2、Q3级成低频调制振荡器，其振荡频率由32.768KHz晶体决定。
高频震荡级是一个Q1为核心，反馈由L1、C1、C3以及天线组成的一个电容三点式高频振荡器，其中C1和天线组成选频网络，决定了发射电路的高频振荡主频。
低频信号从Q2的集电极引出，对Q1进行调制，经调制后的高频信号经线路板上的铜线天线向周围空间发射。
（注：
由于我们自己设计的PCB板与原厂设计不同，具体体现在没有铜线天线，于是用一根引出的导线代替，并且布线不同导致分布电容不同，高频振荡受此影响主频率偏离设计值，导致控制距离大幅下降。
但在具体实验时，我们可以采用调整天线长度与可调电感L1的大小来使我们自己的电路能更好的耦合。
）
音乐电路（接收电路）原理图：
如上图：
接收电路主要由信号接收电路、信号放大电路、逻辑控制电路与音乐电路组成，发射的信号被L1、C1的选频网络接收后，由于发射信号的频率与其的谐振频率一致，有效耦合因此得到最大的放大，这就是信号的接收。
接收到的高频信号，经Q1组成的电路选频、放大及检波后，经R5、C6耦合，送入IC1的1脚，经二级负反馈放大后，从6脚输出整形后的控制信号。
XT1、Q2等元件组成带通放大器，XT1与发射端的晶振相一致，当接收到相同频率的信号时，可以有效地得到放大，非相同频率的信号就承高阻抗，比较高的抑制比可以有效地抑制干扰信号。
控制信号经处理后，输出一个高电平信号，作为音乐电路的触发信号，使音乐电路工作，这样在扬声器中就发出音乐声。
若一直有遥控信号收到，可以持续触发，音乐声将一直响起。
REP表：
rep表在做完PCB设计之后可以由软件自动生成，可以检查设计出来的铜线板或者PCB板是否与原理电路图一致。
具体步骤：
Design-NetlistManager-Menu-CreateNetlistFromConnectedCopper/ExportNetlistFromPCB,这两项可以分别对铜线板和PCB板生成netlist，然后可以用这个菜单中的CompareNetlist功能选取它们与原理图的netlist进行比较，即可得到rep表。
控制电路rep表：
音乐电路rep表：
如上图，rep表中显示了所比较两图中变化的元件，增加或减少的元件，变化的网络，网点总数等，上图两表中显然表示所比较的两图中元件和网络全部一致。
实验过程：
1，在protel中新建一个自己的数据库（MyDesign.ddb），并在其中新建两个原理图文件（sheet1.sch；sheet2.sch），设置环境参数，调用软件默认库（MiscellaneousDevice.lib）中的元件，根据厂家提供的原理图分别布放好元件，用导线正确连接，将完整的控制电路和音乐电路画出来（即原理图），用ERC检查电气连接是否有误；
2，将原理图中的元件封装。
为求方便和标准，可以用已有库（PCBFootprint.lib）中的封装；但是有些元件与已有库中的封装并不一样，还有一些元件已有库中未提供封装，于是新建一个库（MYlib.lib）,并在其中添加自己定义的封装，如L1、WL等（注意各个封装的引脚应与元件对应，尤其是电解电容和三极管等）；最终将两张原理图中的所有元件封装好，在Design菜单中点击CreateNetlist生成Netlist，可以适当检查Netlist确保元件和节点连接没有明显缺失；
3，新建两个PCB板文件（PCB1.PCB;PCB2.PCB）,根据自己的设计要求分别在
KeepOutLayer上画出所设计的PCB板的大小，调入netlist，如果出现错误，根据提示在netlist中找到错误，这里的错误一般是元件未封装、封装引脚不对应等，改正后检查直到无误，可以使用autoplacer将元件调入PCB板上，并开始排布各个元件的位置（此时应注意检查是否每个元件都有飞线相连，有时一个元件根本没有连入电路，在前几步中却都检查不出来错误）；
4，排好元件之后通过自动布线和手动布线结合来完成整个布线，这里要注意Rules中选用单层板，线宽至少1.5mm等规则的设置。
布线过程中以自动布线为主手动布线为辅，其前提是自动布线得到的结果距离设计要求很近，需要的改动不大而且可以实现。
最后得到结果要求单层板设计，线宽、线间距、焊盘大小均满足加工要求；在此基础上，可以改进电路板使电线成块以便加工；DRC检查避免设计违反规则。
5，生成加工文件：
将PCB板文件镜像；创建文件CAMManagerl.cam，选择所需要加工的PCB文件按照outputwizard提示输出Gerber文件，设置各项属性，导出钻孔数据；选择Gerber文件和钻空文件生成CAMFiles；
6，实际加工，运行CircuitWorkstation并导出刚才路径下的GKO文件，设置为单面板；切割适当大小的电路板，用双面胶固定在平面加工系统的工作台上，通过电脑自动雕刻得到PCB板。
最后适当换用刀头完成原PCB文件上无法完成的长孔等结构（如电池槽等）；
7，根据PCB设计图标识取元件进行焊接，并测试功能，根据出现的问题进行调试，最终得到成品。
调试（测试）步骤：
1、发射器的调试：
所有元件焊接好后，将电路板装入遥控器合子内，注意检查微动开关是否可听到清脆的开关声；
2、如有频率计或频谱仪等仪器，可在装入发射器电池后按动遥控器检测是否有高频无线电波发射，如没有这些仪器，也可用收音机或接上电脑的音箱，当按动遥控器时，可听到"吱吱"声，这就表明发射部分工作正常，一般只要元件安装正确，元件焊接时线路板上无搭锡或虚焊，都能一次成功；
3、接收器的调试：
全部元件安装完成后，将线路板装入塑料外壳内，电源引线连接时一定要注意极性不要装反；
4、装上二节5号电池，按动音乐选择按键，正常可以听到音乐声，每按一次，换一种音乐，一直循环，若发现不会响，应仔细检查喇叭线是否焊牢，音乐片的引脚是否有虚焊等；
5、以上几项都正常后，便可以进行发射与接收的联调，将发射器放在接收器边上，按动遥控器，若有声音了，再将两者的距离加大，再按，若没有声音了，用无感螺丝刀调节接收器上的可调电感，直到按下遥控器门铃会响，继续加大两者的距离，用上述方法反复调试，直到距离在20米以上都可以可靠进行遥控时，说明遥控门铃的调试工作完成。
碰到的问题及解决的经过：
1，软件设计时，虽然电路图无误（确认ERC检查无误，且与原理图一致），网络表中却显示一些元件没有连入电路，调入PCB后也没有飞线将其与其他元件相连。
发现这些元件的引脚都被导线重叠，或者导线交点无节点自动出现。
解决：
将这些元件稍微修改位置，使外接导线与它们的接头相连接而不是重叠，软件就会重新“找到”这些元件。
推测原因是当导线和节点非准确相连时软件无法识别这里的电气连接。
2，在调用网络表时一些元件显示错误，Nodenotfound。
经检查，原因是封装的时候没有把引脚和原理图上的元件对应，如原理图中LED两端分别为A,K，而封装库中所用的封装LED（自己做的封装）两脚却是默认的1,2，在把这些引脚对应起来之后问题得到了解决。
3，布线无法达到目标：
在把元件调入PCB板之后先用autoplacer将元件摆放好，再用自动布线，但是在实验中，这样的方法得到的布线图完全不符合要求而且根本改不过来，经过大量尝试微调无法解决。
最后有两种解决方法：
1，参考厂家提供的原电路板放置元件及其布线；2，根据原理图方位放置元件，不太多考虑整齐美观等原则，将元件尽量摆开一些，再通过自动和手动布线来完成布线。
我在控制电路中使用了方法一，而在音乐电路中使用了方法二，最终都比较好地完成了布线。
4，circuitworkstation无法识别DKO文件。
猜测与软件系统兼容性有关，解决方法：
复制其他同学的PCB文件，提取出其边框并直接将其改造成所需尺寸，实验证明这样做是可行的。
5，IC2难以插入：
在音乐电路中，音乐芯片的放置要求从电路板中穿过，但由于加工设计要求以及设计布线的原因，有两条导线必然会从这个理论上应该切断的地方通过，也就是说，如果要按规定插入IC2，可能会截断这两根线，那么电路肯定无法正常工作。
解决：
最后本组放弃了将IC2插在板子上，而是从板上引脚焊上电线与板外的IC2相连，虽然不是很美观，但使用上没有任何问题。
6，在焊接完成后，音乐电路正常，而控制电路的开关无法控制音乐电路。
经检查，在按下开关时也没有对收音机造成影响，因此可能根本没有发出信号，用示波器和万用表排除一些问题，最后确定是因为晶振没有起振，更换晶振后控制电路可以发出信号了。
7，控制电路和音乐电路均测试无误后控制距离较短而且不稳定，最短时只有数厘米。
一开始认为可能是发射功率偏小，但经示波器检测发射信号的电压幅值符合标准。
经老师提示，这可能是因为控制电路的布线导致分布电容与原设计值有所偏差，导致发出信号的高频信号部分主频偏离设计值，则接收电路需要很近才能获得足够的信号强度，而且很难耦合。
由于发射端是由电容，可变电感和天线组成的震荡系统，可以通过调节可变电感和天线来补偿改变的分布电容，从而增大控制距离，本组在可变电感的调节效果并不明显的情况下，选择换用不同长度和粗细的电线来作天线，最终将控制距离提升到了3m左右，但仍然不稳定，此控制距离与天线的弯曲方向等也有关系。
达到的目标：
最后完成的系统，多次测试中最远控制距离达到15-20m，但更换天线导致不稳定，最终验收时控制距离大约3m，且天线方向需要特定的调整。
单个控制电路的各项测试标准均符合，单个音乐电路十分稳定，工作良好。
3.实验结果（包括：
SCH、Net、ERC、PCB、DRC图\表）分析和论述
1，SCH
分析说明：
上图为控制电路，也就是信号发射电路，通过XL晶振以及电路右端的LC震荡电路发出信号，其中R4实为天线，实际电路中本组使用一段导线来代替。
分析说明：
上图为音乐电路，也就是接收电路，电路右端的芯片是核心音乐元件，通过K1的开合可以调换不同的音乐旋律；从复杂程度来看此电路远比控制电路复杂，但是由于集成度相对高，而且没有天线这种自制元件，反而在实验中稳定性比较好，据观察组与组之间的效果也没有很大差别。
2，NET
分析说明：
如图，由于net表过长，不全部摘录（文件在附件里），仅选取部分作为说明。
net表由已画完的Sch文件自动生成，记录了原理图中的元件以及各个引脚之间的连接关系。
其中前半部分为元件声明，如左图，从上至下分别是C1，C2，C3的声明，如C1的封装名称为C/DIODE3MM,其type为7，这就是该元件的全部信息；net表的后半部分为引脚连接关系，如右图，从上至下分别列举了C2_2、C3_1、C5_1三个节点所连接的全部引脚，如C2这个电容的2引脚与Q1的3引脚以及R1的1引脚连接在一起。
简单的说，这张netlist以表格的形式记录了原电路的全部信息。
3，ERC
分析说明：
如上图分别为本实验中sheet1.sch与sheet2.sch所对应的ERC，可以直接在tools菜单中用ERC…功能生成，意义在于检查电路图电气连接是否发生错误，如上图所示并没有报错。
一般而言，没有把原理图输错就不会出问题，所以如果报错了，应该检查原Sch文件的电气连接。
值得注意的是，这里的电气连接检查往往不会对设计原不希望出现的短路或断路报错，比如有些元件实际上没有连入电路ERC也是无法发现的，所以即使ERC显示没有错误，并不意味着电路图可用，在后面的检查中亦会有很多ERC中未出现的错误出现。
4，PCB
分析说明：
如上图为控制电路的PCB板设计图，其元件布置蓝本为原厂提供的电路板，但做了很多改变，在加工精度低于原板的基础上（rules规定的线宽更宽，孔更大，线间距更大），这块板子的尺寸甚至比原厂的板子更小。
而且为了方便加工，减少被刻掉的面积加快制版速度，我大规模使用了块型导电结构而不是简单的导线，在某种程度上，这也提高了焊接时的容错率。
分析说明：
如上图为音乐电路的PCB板设计图，其元件布置蓝本就是电路原理图，而且本图80%以上布线为手动完成，手动布线的好处在于可以预料到一些线之间的结构，从而在一些不通的地方出现之前加以解决，缺点在于工作量较大，而且元件比较杂乱，电容电阻和三极管都是混在一起的，方向也难以控制。
最终设计得到的板子也很小，尺寸基本与原厂的板子持平，而且在最后处理时仍然采用了一些块状结构来减少施工量，但电路显然较前一个更加杂乱、复杂，而且前面提到的IC2卡位问题也体现在了本图的右端。
5，DRC
分析说明：
DRC（DesignSystemRuleCheck）是在PCB板完成之后对其进行的检查，如图所示，检查项目依次为holesize,widthconstraint,broken-netconstraint,short-circuitconstraint,clearanceconstraint.这些规则也就是在设计前根据加工要求定下的规则，如孔大小，最小线宽，间距，是否有断点等，为防止在设计过程中，尤其是在自动布线过程中，出现一些布线不符合规则而又没有发现的，DRC可以在PCB设计最后用于加工之前检查此板设计是否全部符合规范，并给出报告。
如上图，尝试将一根线的宽度调整至1mm，DRC给出如右报告，表示此track有ruleviolation。
如上图，若将rule中的holesize中minimumhole设置为1.6mm（PCB板中的孔径均为1.5mm），则得到所有孔全部违反规则的提示。
、
心得体会：
1，关于软件学习：
protel是我至今为止第一个较为完整地学习的电路软件，一开始接触的时候，感觉这款软件和以前接触过的multisim很像，所以在画Sch文件的时候感觉到还是比较顺手的。
但是具体功能上有很大差别，尤其是学习到设计PCB板的部分之后就完全是以前没有涉及过的范围了。
总体而言软件的上手速度很快，操作简单，用来设计PCB板还是很方便的；主要缺点在于识别不够先进，如元件的节点如果与导线重合则软件无法检测出此处的电气连接，ERC对电路的检查也比较简略；而且封装库太小，不太实用，在实际使用时大部分的封装都使我们自己做的，我认为像电阻电容这种常用的规格固定的元件，软件应该提供更全的封装库；最后是自动功能是不够智能，有些算法可能比较古老，比如元件的排布完全无法实现布线的要求，或者布线时自动布线得到的结果与设计要求差距较大，就效率而言还不如手动布线好。
2，关于动手能力：
由于我没有学过模电实验，所以这个短学期是
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