全國電子設計大賽儀器儀表題前期準備

ID:821002 · 發表于 2021-7-21 16:10

打算做儀表題，一些基礎元器件的整理。
一、儀表賽題—能力要求
儀表題方向準備

控制器:最小系統兩塊以上
1. 單片機(MSP430)、
2. 高性能（stm32).
3. 并行（FPGA）對應儀表處理中的低/高速場合

信號產生/調理:儀表器相較通信與高頻題，一般頻段較低，而精度較高口儀表題:小信號處理（儀用放大器+高精度AD+ DA)

口儀表題融入高頻因素:一般為高速信號的采集與處理（FPGA+AD+ DA)
新元素：故障診斷、智能學習

基礎準備

隊伍分工
1.一人主導，兩人輔助
2.必須分工明確，獨立負責一部分
3.硬件制作、軟件編程、文檔總結缺一不可，軟硬硬件功底均具備
>軟硬件各一人，一人負責文檔與輔助>后期均需要為軟件與文檔服務
4.不同賽題方向對團隊的人員構成有區別
學過電子測量技術、檢測技術、數字信號處理等課程

完成賽題—學生能力要求
6.文檔撰寫總結能力
7.基礎知識掌握
決定是否國

4.調試整合能力
5.解決問題能力
2.分析審題能力
3.電子系統設計能力
決定是否國獎

1.思想覺悟
8.團隊協作
決定成功參賽

賽經歷極大培養知行合
-能力與創新精神

電路原理圖設計-基本原則
參閱所用芯片的手冊（數據手冊與設計參考手冊)，避免芯片不正常工作
口數字電源和模擬電源分割;數字地和模擬地分割，單點接地
口各功能塊布局要合理，整份原理圖需布局均衡。避免圖紙上有些地方擁擠，而
有些地方又很稀松;建議元件間距離一致
口重要的控制或信號線標明流向并用文字說明;可調元件(如電位器)，切換開關等對應的功能需標識清楚;
口元件參數/數值務求準確標識。例如高耐壓的濾波電容需標明耐壓值，高精度
電阻要表明精度;保證各模塊資源不能沖突，例如SPI共用時不同的片選等;
隊員應該自身保證原理圖正確和可靠，做到設計電子和他人審核!

基本元件材料儲備
1. 電阻:建議1%或更高，電位器用多圈精密口
2. 電容:建議5%或更高，耐壓16V以上。適當的高耐壓、大容量、頻率特性好、分布參數小的電容(電高精度、低溫漂、低電感電阻解、CBB、陶瓷、袒電容)
3. 電感:建議高Q值、小內阻、大電流(繞線、帶屏蔽、部分手工制作)需用貼片二極
4. 二極管:發光、整流、肖特基、快恢復、穩壓、常用二極管TVS (瞬變電壓抑制)、ESD(靜電保護參數，建議貼片為主，直插為輔
5. 三極管:通用低頻、高頻、大電流（達林頓)
6. MOS管:低壓、高壓、高速、大電流（低內阻)
7. 運算放大器:常規單/雙電源、高速、精密音頻和
8. 電源芯片:主要以線性為主，開關芯片為輔
常用線性:三端穩壓器、可調、低壓降、低噪聲、大電流、寬電壓范圍、高電源紋波抑制比(PSRR)
三端穩壓器芯片
如78XX、79XX、LM317/337、TL1963A、
LM1084、TPS7A47、UC2832等
常用開關芯片:以單片集成式為主，降壓、升壓、自升降壓、翻轉、電荷泵
如:LM2596(TPS54560)、LM2577 (TPS55340)020 (TPS63070)、TPS65131、LM2662
9. 設計電源模塊

基本元件材料儲備
10. 開關件:按鍵（非自鎖)、開關(撥碼、鈕子)短路塊、繼電器、模擬開關
11. 接插件:排針/排母(單、雙、彎)、帶鎖扣端子座
12. 電源端子(5.08mm間距)、SMA端子
13. 撥碼開關
14. 線材:常規粗/細連接線、屏蔽線、高頻線(鍍金/銀）、轉接線、雙絞線、多股、低損耗、對應剝線鉗、壓線鉗等
15. 蜂鳴器（有源）、保險絲（熔斷、可恢復)口散熱片、導熱膏
16. 電路板準備:覆銅板(自己加工)、多規格洞洞板（快速驗證)、轉接板（貼片芯片轉接)
17. 調整工具:小電鉆、金屬/塑料螺絲刀、小電鋸PCB轉接板
18. 標記工具:記號筆、標簽紙
19. 支撐結構原材料:螺絲、螺帽、銅柱、塑料柱、膠槍、膠棒、木板、紙箱、亞克力板

20. 處理器(單片機、ARM、DSP)
21. 人機接口芯片:鍵盤(ZLG7290、TM1638)、液晶(段碼、字符、字庫、OLED、彩屏、電子墨水)口存儲:FLASH、SD卡，單片機芯片
22. 采集:ADC、DAC（(高精度、高速)
23. 有線通信芯片:RS232 (MAX232/MAX3232)
24. 無線通信模塊:藍牙、WiFi、LoRa、ZigBee 433Mhz、2.4Ghz指示燈板毅藍牙

常用外設接口
1.按鍵驅動:獨立、矩陣、專用芯片(單擊、雙擊、連按)、遠程按鍵(紅外遙控器)
2.液晶顯示模塊:段碼（簡單顯示)、字符(LCD1602)、帶字庫(ST7920).
OLED (小尺寸)、TFT (畫圖)、電子墨水（低功耗)
3.高精度ADC: ADS1115/8、ADS1256等
4.高精度DAC: DAC8571/DAC8562等口
5.通信接口:藍牙、WiFi等(串口)、
6.電平轉換、蜂鳴器、繼電器等

工具與儀器
1. 實驗室直流電源:調壓調流、并聯串聯輸出。
2. 普通萬用表:電壓、電流測量、短路測量等。有條件使用高精度表。
3. 普通信號源:基本波形、調制信號輸出。熟練!
4. 普通示波器:交/直流檔位測量、探頭使用等，一定不要按auto!
5. 個人調試工具:仿真器、邏輯分析儀、便攜式儀表等。
6. 專用儀器，如電子負載、高頻示波器、射頻源、網絡分析儀、毫伏表、功率
失真度測量儀等建議在教師的指導下使用

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電路設計-電路原理圖設計
1掌握電路設計軟件使用（例如lceda、Altium Designer )工程文件管理要清晰、圖紙要規范、有說明記錄文檔
口熟悉電路仿真軟件使用(Multisim、TINA)
口相關賽題方向軟件設計工具(結合通信與高頻)∶
(1)濾波器設計軟件:filter solutions(高頻無源)、TI在線
(2)濾波器設計器（低頻有源)
(3) PCB特性阻抗計算器:TXLINE
(4)電磁場仿真軟件:Ansoft HFSS

電路原理圖設計-器件選型
1. 必要性原則:賽題要求或指定的芯片
普遍性原則:所選的元器件要已用過或被廣泛使用驗證過，盡量少使用冷偏芯
片，減少風險;在競賽中尤其如此!
2. 高性價比原則:在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價格比較好的元器件，減少成本;
3. 采購方便原則:盡量選擇容易買到，供貨周期短的元器件;口可替代原則:盡量選擇管腳兼容種類比較多的元器件;口向上兼容原則:盡量選擇以前作品用過的元器件;
4. 原則:盡量選擇在可預見的時間內不會停產的元器件;

儀表賽題—電路模塊準備
1. 信號產生
模擬方式:
(1)RC震蕩(文氏橋)）、LC震蕩
(2)石英晶體震蕩
(3) VCO(MC1648)
(4)模擬鎖相環(NE564)
數字方式:
(1)DDS(集成芯片、處理器+DA)
(2)數字鎖相環（74HC4046、ADF4351)(3)數控VCO (MB1504、BH1415)
指標的:方波、三角波、鋸齒波、任意波形生成、噪聲源、調制源

2. 信號調理
信號放大（包括電壓、電流;正向、反向;高頻、低頻)
1. 常規高精度、低失真放大（(低噪聲、零漂移、RRO:OPA2189)
2. 儀用放大（(INA333、INA826、AD8429)、(PGA202、PGA205)
3. 功率放大(ADA4780、BUF634、OPA695、HMC589)
4. 諧振放大
5. 可控放大/衰減:
·數控方式:MCU+DA; MCU + DGA (LMH6401、HMC470、PE4302)、數字電位器、模擬開關
·模擬方式:VCA
××(VCA810、AD603、AD8367、VCA821、ADL5330，檢波器:AD8307.

濾波
1. 基本濾波器:高通、低通、帶通、帶阻、RC/LC、RLC
·運算放大器方案(有源)
·集成芯片方案（MAX262、MAX266、LTC1064)
⒉.調制與解調:乘法器（AD835、MC1496)、混頻器(AD831)、數字調制解調芯片
3.有效值檢測、峰峰值檢測、相位檢測、相敏檢波
·運算放大器方案
·集成芯片方案: AD637、AD8307、AD8361.
4.通道切換（模擬開關):CD4051/2/3、TS5A3166
5.電壓信號比較
·高速(TLV3501、TLV3502)
·低速(LM339、LM393)
6.單端轉差分(AD8138)、差分轉單端（AD8130)
7.分頻、倍頻
AD630
·數字方案
·乘法器、VCO、PLL
8.相位調整
9.信號變換I/V/F

3. 專用芯片部分
1.傳感器測量芯片
·電感:LDC1000、LDC1314、LDC1614
·電容:FDC2214、FDC2212
·心電: ADS1291/2
·溫度:LMT70
2.阻抗測量
·AD5933、AD5934
3.電能測量
·單相測量:ADE7953、 CS5463
三相測量:ADE7880
電流/電壓/功率監控:INA260

4. 儀表賽題—軟件模塊準備
信號產生:
·DDS:AD9910/AD9912
· PLL: MB1504、 ADF4351
·壓控VCO的DA程序等
信號變換:
·放大/衰減器:LMH6401、HMC470
·濾波器:LTC1064、HMC1023
·鑒相:HMC984、HMC439.
·I/Q解調:LTC5599、LTC5584

口信號采集:
·相關ADC接口芯片驅動
·基本濾波、存儲、壓縮
·數字信號處理:FIR.1IR、過采樣、欠采樣、快速傅里葉
·數字鎖相
·電參數計算編碼調制口

信號還原:
·相關DAC接口芯片驅動
·信號提取
·解碼解調

ID:236426 · 發表于 2021-7-21 23:54

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