PLC硬件控制电路设计要点

PLC硬件控制电路设计要点
PLC硬件控制电路设计要点

目录

绪论 (2)

第1章 PLC控制系统设计 (3)

1.1 PLC控制系统设计概要 (3)

1.2 PLC机型和容量的选择步骤和原则 (6)

第2章十字路口交通信号灯的PLC电气控制系统 (8)

2.1 十字路口交通信号灯电气控制系统设计任务书 (8)

2.2 十字路口交通信号灯控制系统电路图 (10)

2.3 十字路口交通信号灯PLC硬件控制电路设计 (10)

2.4 十字路口交通信号灯PLC控制程序设计 (12)

2.5 PLC系统电气工艺设计 (16)

2.6 梯形图程序调试 (17)

第3章课程设计总结 (18)

参考文献 (19)

绪论

可编程序控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。它是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置,是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。进入二十世纪八十年代以来,随着微机技术和微电子技术的迅猛发展,极大推动了PLC在世界范围内的发展,其功能越来越强大,应用范围越来越广阔,已广泛应用在各种机械和生产过程的自动控制中。

20世纪60年代末期,美国汽车制造工业竞争激烈,为了适应生产工艺不断更新的需要,在1968年美国通用汽车公司(GM)首先公开招标,对控制系统提出的具体要求基本为:a。它的继电控制系统设计周期短,更改容易,接线简单成本低。b。它能把计算机的功能和继电器控制系统结合起来。但编程要比计算机简单易学、操作方便。c。系统通用性强。1969年美国数字设备公司(DEC)根据上述要求,研制出世界上第一台PLC,并在GM公司汽车生产线上首次试用成功,实现了生产的自动化。其后日本、德国等相继引入,可编程序控制器迅速发展起来,但是主要应用于顺序控制,只能进行逻辑运算,故称为可编程逻辑控制器,简称PLC。其定义:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

我国在七十年代末期开始对PLC进行研究、生产和应用。在近十年来,取得了非常好的成绩。特别是在应用方面,随着国力的增强和生产力的提高,PLC已经渗透到了各个领域。在生产方面,为了提高生产效率和工业的自动化,我们引进了许多在世界上都处于领先技术的成套设备,大量地使用PLC等先进技术。还有三峡工程、秦川电站、天津开发区的康师傅方便面生产线等都用了PLC控制。现在PLC不但应用于冶金、矿业、机械、轻工等工业自动控制中,在其他领域它也有着广泛地应用。例如,市政建设中的水处理;日常生活中的电梯、车库的自动化管理等;商业中的自动售货机,啤酒罐装及酿酒等;另外还在环保、娱乐业中也有应用。

随着电子技术和计算机技术的迅猛发展,PLC的功能也越来越强大,更多地具有计算机的功能,所以又简称PC(PROGRAMMABLE CONTROLLER),但是为了不和PERSONAL COMPUTER混淆,仍习惯称为PLC。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展,并且现今已出现SOFTPLC,更是PLC领域无限的发展前景。

第一章PLC控制系统设计

1.1 控制系统设计概要

我们在学习了PLC的大量的相关知识后,要能够把其运用在实际训练当中。在这章学习PLC 控制系统设计的基本规则、基本内容和步骤以及全书内容的相关习题。当然要设计经济、可靠、简洁的PLC控制系统,需要丰富的专业知识和实际的工作经验。

一、PLC控制系统设计的基本原则

1)最大限度地满足被控对象的控制要求。

2)保证控制系统的高可靠、安全。

3)满足上面条件的前提下,力求使控制系统简单、经济、实用和维修方便。

4)选择PLC时,要考虑生产和工艺改进所需的余量。

二、PLC控制系统设计的基本内容

1)选择合适的用户输入设备、输出设备以及输出设备驱动的控制对象。

2)分配I/O,设计电气接线图,考虑安全措施。

3)选择适合系统的PLC.

4)设计程序

5)调试程序,一个是模拟调试,一个是联机调试。

6)设计控制柜,编写系统交付使用的技术文件,说明书、电气图、电气元件明

细表。

7)验收、交付使用。

三、PLC控制系统设计的一般步骤

1.流程图功能说明

1)分析生产工艺过程。

2)根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备,分配I/O。

3)选择PLC。

4)设计PLC接线图以及电气施工图。

5)程序设计和控制柜接线施工。

2.PLC程序设计的步骤

1)对于复杂的控制系统,最好绘制编程流程图,相当于设计思路。

2)设计梯形图。

3)程序输入PLC模拟调试,修改,直到满足要求为止。

4)现场施工完毕后进行联机调试,直至可靠地满足控制要求。

5)编写技术文件

6)交付使用。

3.设计步骤框图如下:

四、控制系统执行程序的过程及特点

PLC执行程序的过程分为三个阶段,即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。

1.输入采样阶段

在输入采样阶段,PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样,并存入输入映象寄存器中,此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段,在程序执行阶段或其它阶段,即使输入状态发生变化,输入映象寄存器的内容也不会改变,输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

2.程序执行阶段

在程序执行阶段,PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示,则总是按先上后下,先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时,则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时,PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出,根据用户程序进行运算,运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说,其内容会随程序执行的过程而变化。

3.输出刷新阶段

程序执行完毕后,进入输出处理阶段。在这一阶段里,PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态(输出继电器状态)转存到输出锁存器中,并通过一定方式输出,驱动外部负载。

因此,PLC在一个扫描周期内,对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁,直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样,即在一个扫描周期内,集中一段时间对输入状态进行采样。

在用户程序中如果对输出结果多次赋值,则最后一次有效。在一个扫描周期内,只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出,对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。

对于小型PLC,其I/O点数较少,用户程序较短,一般采用集中采样、集中输出的工作方式,虽然在一定程度上降低了系统的响应速度,但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离,从根本上提高了系统的抗干扰能力,增强了系统的可靠性。

而对于大中型PLC,其I/O点数较多,控制功能强,用户程序较长,为提高系统响应速度,可以采用定期采样、定期输出方式,或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。

从上述分析可知,当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应,需要一段时间,这种现象称为PLC输入/输出响应滞后。对一般的工业控制,这种滞后是完全允许的。应该注意的是,这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成,更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟,以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟,同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。

1.2 PLC机型和容量的选择步骤与原则

随着PLC技术的发展,PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC,其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同,适用的场合也各有侧重。因此,合理选用PLC,对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。

PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。

一、PLC机型的选择步骤与原则

PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点:

1) 合理的结构型式

PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。

整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中;而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大,且维修方便,一般于较复杂的控制系统。

2) 安装方式的选择

PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。

集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系统反应快、成本低;远程I/O式适用于大型系统,系统的装置分布范围很广,远程I/O可以分散安装在现场装置附近,连线短,但需要增设驱动器和远程I/O电源;多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制,又要相互联系的场合,可以选用小型PLC,但必须要附加通讯模块。

3)相应的功能要求

一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。

对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统,可选用能带A/D和D/A转换单元,具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。

对于控制较复杂,要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度,选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵,一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

4)响应速度要求

PLC是为工业自动化设计的通用控制器,不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC,或者某些功能或信号有特殊的速度要求时,则应该慎重考虑PLC的响应速度,可选用具有高速I/O处理功能的PLC,或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

5)系统可靠性的要求

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

6)机型尽量统一

一个企业,应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题:

1)机型统一,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理。

2)机型统一,其功能和使用方法类似,有利于技术力量的培训和技术水平的提高。

3)机型统一,其外部设备通用,资源可共享,易于联网通信,配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。

二、PLC容量的选择步骤与原则

PLC的容量包括I/O点数和用户存储容量两个方面。

1)I/O点数的选择

PLC平均的I/O点的价格还比较高,因此应该合理选用PLC的I/O点的数量,在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少,但必须留有一定的裕量。

通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要,再加上10%~15%的裕量来确定。

2) 存储容量的选择

用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关,而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者,在完成同一复杂功能时,其程序量可能相差25%之多,所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。

PLC的I/O点数的多少,在很大程序上反映了PLC系统的功能要求,因此可在I/O点数确定的基础上,按下式估算存储容量后,再加20%~30%的裕量。

存储容量(字节)=开关量I/O点数×10 +模拟量I/O通道数×100

另外,在存储容量选择的同时,注意对存储器的类型的选择。

第二章十字路口交通信号灯的PLC电气控制系统

2.1 十字路口交通信号灯电气控制系统设计任务书

2.1.1十字路口交通信号灯的控制要求

随着城市和经济的发展,交通信号灯发挥的作用越来越大,正因为有了交通信号灯,才使车流、人流有了规范,同时,减少了交通事故发生的概率。然而,交通信号灯不合理使用或设置,也会影响交通的顺畅。

交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行,绿灯表示准许通行,黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口,通过对车辆、行人发出行进或停止的指令,使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰,从而提高路口的通行能力,保障路口畅通和安全。

十字路口交通信号灯现场示意图如图2-1所示,南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯,为确保交通安全,要求如下。

1)采用PLC构成十字路口的南北向和东西向交通

信号灯的电气控制。系统上电后,交通指挥信号控制

系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左

45°时,接点SA1-1接通,交通指挥系统开始按常规

正常控制功能工作,按照如图3-2所示工作时序周而

复始,循环往复工作。SA1手柄指向中间0°时,接点

SA1-2接通,交通指挥系统南北向绿灯常亮,东西向红

灯常亮,。SA1手柄指向右45°时,接点SA1-3接通,

交通指挥系统东西向绿灯常亮,南北向红灯常亮。

2)正常控制时图2-1 交通信号灯现场示意图

①当东西方向允许通行(绿灯)时,南北方向应禁止通行(红灯);同样,当南北方向允许通行(绿灯)时,东西方向应禁止通行(红灯)。

②在绿灯信号要切换为红灯信号之前,为提醒司机提前减速并刹车,应有明显的提示信号:绿灯闪烁同时黄灯亮。

③信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。

信号灯动作的时序图如图2-2所示,它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的,置1表示信号灯点亮。

图2-3 十字路口交通灯正常工作时序3)输入/输出信号分配

输入/输出信号分配如表2-1所示。

表2-1 十字路口交通灯控制信号说明

2.2十字路口交通信号灯控制系统电路图

开关合上后,东西绿灯亮25s后闪3s灭;黄灯亮2s灭;红灯亮30s;绿灯亮……循环,对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮30s,接着绿灯亮25S后闪3s灭;黄灯亮2s后,红灯又亮……

循环,

图2-4 十字路口交通信号灯控制系统电路图

根据交通灯系统的控制要求,如图2-4所示十字路口交通信号灯控制系统电路图,实现了预定的交通灯系统的控制功能。

2.3 PLC硬件控制电路设计

1) 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求,如:驱动电压的等级、负载的性质等;分析对象的控制要求,确定输入/输出接口(I/O )数量;确定所控制参数的精度及类型,如:对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等,选择适合的PLC 机型及外设,完成PLC 硬件结构配置。

2) 根据上述硬件选型及工艺要求,绘制PLC 控制电路接线图,编制I/O 接口功能表。据信号控制要求,I/O 分配及其接线如图7-11所示。

电源

东西绿灯东西黄灯

东西红灯

南北绿灯

南北黄灯

南北红灯

输出

停止

输入

图2-5十字路口交通信号灯PLC外部I/O分配及其接线

图中用一个输出点驱动两个信号灯,如果PLC输出点的输出电流不够,可以用一个输出点驱动一个信号灯,也可以在PLC输出端增设中间继电器,由中间继器再去驱动信号灯

2.4 PLC控制程序设计

2.4.1 PLC的状态转移

在设计较为复杂的程序时,仅仅采用简单的逻辑处理已经很难保证程序的正确性和易读性,所以就需要采用别的方法来编制程序。为了保证程序逻辑的正确以及程序的易读性,我们可以将一个控制过程分为若干个阶段,在每一个阶段均设立一个控制标志,当每一个阶段执行完毕,就启动下一个阶段的控制标志,将本阶段的控制标志清除。

所谓“状态”是指特定的功能,因此状态转移实际上就是控制系统的功能转移。机电自控系统中机械的自动工作循环过程就是电气控制系统的状态自动、有序、逐步转移的过程。这种功能流程图完整地表现了控制系统的控制过程,各状态的功能、状态转移顺序和条件,它是PLC 应用控制程序设计的极好工具。

2.4.2 PLC的状态转移图(如图2-6所示)

图2-6 十字路口交通信号灯PLC的状态转移图

2.4.3 十字路口交通信号灯PLC的程序设计说明

据图2-6所示的状态转移,说明十字路口交通信号灯PLC的程序设计。

1)PLC开始运行时,M8002产生一初始脉冲,使初始状态S0置1。

2)当SA1手柄指向中间0°时,触点X1接通,交通指挥系统南北向绿灯Y1常亮,东西向红灯常亮。

3)当SA1手柄指向右45°时,触点X2接通,交通指挥系统东西向绿灯Y1常亮,南北向红灯常亮。

4)当SA1手柄指向左45°时,触点X0接通,状态转移到S20和S30,使S20和S30置1,同时S0在下一扫描周期自动复位,Y1线圈得电南北绿灯亮与此同时Y6线圈得电,东西红灯亮。

5)延时25S后,转移条件T0闭合,状态从S20转移到S21,使S21置1,同时驱动T1记时,而S20在下一扫描周期自动复位。

6)延时5S后,转移条件T1闭合,状态从S21转移S22,使S22置1产生0.5S接通和断开的时针脉冲信号,从而使南北绿灯闪烁,同时驱动计数器C0记数,若记数次数未到三次,C0的常闭触点接通,状态转移到S21,继续循环共计三次。

7)次数到三,C0常开触点闭合,状态由S22转移到S23,使S23置1同时S22在下一扫描周期自动复位,Y2线圈得电南北黄灯亮。

8)延时2S后,转移条件T3闭合,一方面状态从S23转移到S24,使S24置1,S23在下一扫描周期自动复位,Y3线圈得电南北红灯亮,计数器C0复位。另一方面状态S30转移到S31,使S31置1同时S30在下一扫描周期自动复位,线圈Y4得电东西绿灯亮。

9)延时25S后,转移条件T4闭合,状态从S31转移到S32,使S32置1,同时驱动T5记时,而S31在下一扫描周期自动复位。

10)延时5S后,转移条件T5闭合,状态从S32转移S33,使S33置1产生0.5S接通和断开的时针脉冲信号,从而使东西绿灯闪烁,同时驱动计数器C1记数,若记数次数未到三次,C1的常闭触点接通,状态转移到S32,继续循环共计三次。

11)次数到三,C1常开触点闭合,状态由S33转移到S34,使S34置1同时S33在下一扫描周期自动复位,Y5线圈得电东西黄灯亮,计数器C1复位。

12)延时2S后,回到初始状态S0进行循环执行。

2.4.4 十字路口交通信号灯PLC控制程序(如图2-6所示)。

图2-7 十字路口交通信号灯PLC控制梯形图(续1)

图2-7 十字路口交通信号灯PLC控制梯形图(续2)

图2-7 十字路口交通信号灯PLC控制梯形图(续3)

2.5 十字路口交通信号灯系统电气工艺设计

按设计要求设计绘制电气装置总体配置图、电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线图。

1) 先根据控制系统要求和电气设备的结构,确定电器元器件的总体布局以及电控箱内装配板与控制面板上应安装的电器元件。

2) 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则,绘制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图、电气接线图等,如图2-8所示。进出引线采用接线端子板

连接,接线图略。

3) 依据电器元件布置图及电器元器件

的外形尺寸、安装尺寸,绘制电器板、控制

面板、垫板等零部件加工图。图中应注明外

形尺寸、安装孔径、定位尺寸与公差、板材

厚度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金

加工技术图从略。

4) 依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱,绘制电控箱安装图。本设计从略。

图2-7 十字路口交通信号灯PLC

2.6 十字路口交通信号灯梯形图程序调试

在调试系统控制程序时,所有的输入信号均用开关信号来代替,所有的输出均用指示灯来表示。调试时,首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线,并仔细检查接线是否有误,特别要注意接线时不能出现短路、断路及反接等情况,否则会造成硬件损坏及人身意外。

首先电源开关打开,将指令输入PLC,程序监控状态,打开PLC,手动开电动阀旋钮开关,观察输出指示灯是否按预计效果闪灭,并通过监控状态观察程序的运行过程及输入输出信号、内部元件状态的变化,从中可以发现硬件接线是否有误及程序实现方案、结构是否正确。

进行手动切换看是否满足十字路口交通信号灯的控制要求,要分析并描述实际出现的问题,最后解决问题。

第3章课程设计总结

PLC是一门侧重应用方向的学科。所以要多一点实践。不要看不起小的项目,在其中你能总结出设计程序的逻辑思维方法,总结中不断进步。

在学完PLC理论课程后我们做了课程设计,此次设计以分组的方式进行,每组有一个题目。我们做的是十字路口交通信号灯的PLC电气控制。由于平时大家都是学理论,没有过实际开发设计的经验,拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会,提高了与人合作的意识与能力。

通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法,对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中,提高了我们的工程素质,在没有做实践设计以前,我们对知道的撑握都是思想上的,对一些细节不加重视,当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候,问题出现了,不是不能运行,就是运行的结果和要求的结果不相符合。通过解决一个个在调试中出现的问题,我们对PLC 的理解得到加强,看到了实践与理论的差距。

在课程设计过程中我了解到,PLC并不是一门单一的编程技术,它是一门系统专业课程。PLC可以广义的认为是一台被嵌入操作系统的高可靠性PC机。首先需要精深PLC本身的编程语言梯形图、语句表语言。达到这个水平你只能读懂编好的程序,并可以设计一些工程需要程序。在这行业还需要应用VB、VC++实现串口的通信,集散控制系统。在一些大型程序中还需要用到数据库的知识,LC入门很快但要不断进取努力。

通过合作,我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后,很多同学都没有过深入的交流,在设计的过程中,我们用了分工与合作的方式,每个人负责一定的部分,同时在一定的阶段共同讨论,以解决分工中个人不能解决的问题,在交流中大家积极发言,和提出意见,同时我们还向别的同学请教。在此过程中,每个人都想自己的方案得到实现,积极向同学说明自己的想法。通过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表达能力。

在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中,不是每一个问题都能自己解决,向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法,不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。

参考文献:

[1] 贺哲荣,石帅军流行PLC实用程序及设计西安电子科技大学出版社

[2] 阮友德电气控制与PLC实训教程人民邮电出版社

[3] 宋君烈可编程控制器实验教程东北大学出版社

[4] 李俊秀可编程控制器应用技术化学工业出版社

[5] 张万忠可编程控制器入门与应用实例中国电力出版社

[6] 高钦和可编程控制器应用技术与设计实例人民邮电出版社

硬件电路设计过程经验分享 (1)

献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝,离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候,与你一样,俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性,EMI,PS设计准会把你搞晕。别急,一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路,大的框架和架构要搞清楚,但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好,自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的,那就要搞清楚要实现什么功能,然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果,越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计,那么恭喜你,你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO,还是先看懂理解了再说,一方面能提高我们的电路理解能力,而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片,找datasheet,看其关键参数是否符合自己的要求,哪些才是自己需要的关键参数,以及能否看懂这些关键参数,都是硬件工程师的能力的体现,这也需要长期地慢慢地积累。这期间,要善于提问,因为自己不懂的东西,别人往往一句话就能点醒你,尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分,原理图,pcb,物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。

pcb涉及到实际的电路板,它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁),而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上,然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后,要用到哪些元器件应该有所归纳,所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel,也就是altimuml容易上手,在国内也比较流行,应付一般的工作已经足够,适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具,硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos,是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的,用惯了protel,突然转向cadence的工具,会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤): 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上,我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性,并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY),周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单,而且因为用的人多,许多元件都能找到现成的库,这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body,ic pins,input pin,output pin,analog pin,digital pin,power pin等区别。 2)有了充足的库之后,就可以在原理图上画图了,按照datasheet和系统设计的要

硬件电路设计基础知识

硬件电子电路基础

第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识 一、什么是半导体 半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。(导电能力即电导率)(如:硅Si 锗Ge等+4价元素以及化合物)

二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。(略) 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂──管子 ?温度──热敏元件 ?光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 ?自由电子──受束缚的电子(-) ?空穴──电子跳走以后留下的坑(+) 三、杂质半导体──N型、P型 (前讲)掺杂可以显著地改变半导体的导电特性,从而制造出杂质半导体。 ?N型半导体(自由电子多) 掺杂为+5价元素。如:磷;砷P──+5价使自由电子大大增加原理:Si──+4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 ?P型半导体(空穴多) 掺杂为+3价元素。如:硼;铝使空穴大大增加 原理:Si──+4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──+3价 载流子组成:

o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论:N型半导体中的多数载流子为自由电子; P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时,交界面两侧的那部分区域。 2、PN结的结构 分界面上的情况: P区:空穴多 N区:自由电子多 扩散运动: 多的往少的那去,并被复合掉。留下了正、负离子。 (正、负离子不能移动) 留下了一个正、负离子区──耗尽区。 由正、负离子区形成了一个内建电场(即势垒高度)。 方向:N--> P 大小:与材料和温度有关。(很小,约零点几伏)

硬件电路设计具体详解

2系统方案设计 2.1 数字示波器的工作原理 图2.1 数字示波器显示原理 数字示波器的工作原理可以用图2.1 来描述,当输入被测信号从无源探头进入到数字示波器,首先通过的是示波器的信号调理模块,由于后续的A/D模数转换器对其测量电压有一个规定的量程范围,所以,示波器的信号调理模块就是负责对输入信号的预先处理,通过放大器放大或者通过衰减网络衰减到一定合适的幅度,然后才进入A/D转换器。在这一阶段,微控制器可设置放大和衰减的倍数来让用户选择调整信号的幅度和位置范围。 在A/D采样模块阶段,信号实时在离散点采样,采样位置的信号电压转换为数字值,而这些数字值成为采样点。该处理过程称为信号数字化。A/D采样的采样时钟决定了ADC采样的频度。该速率被称为采样速率,表示为样值每秒(S/s)。A/D模数转换器最终将输入信号转换为二进制数据,传送给捕获存储区。 因为处理器的速度跟不上高速A/D模数转换器的转换速度,所以在两者之间需要添加一个高速缓存,明显,这里捕获存储区就是充当高速缓存的角色。来自ADC的采样点存储在捕获存储区,叫做波形点。几个采样点可以组成一个波形点,波形点共同组成一条波形记录,创建一条波形记录的波形点的数量称为记录长度。捕获存储区内部还应包括一个触发系统,触发系统决定记录的起始和终止点。 被测的模拟信号在显示之前要通过微处理器的处理,微处理器处理信号,包括获取信号的电压峰峰值、有效值、周期、频率、上升时间、相位、延迟、占空比、均方值等信息,然后调整显示运行。最后,信号通过显示器的显存显示在屏幕上。 2.2 数字示波器的重要技术指标 (1)频带宽度 当示波器输入不同频率的等幅正弦信号时,屏幕上显示的信号幅度下降3dB 所对应的输入信号上、下限频率之差,称为示波器的频带宽度,单位为MHz或GHz。

电路硬件设计基础

1.1电路硬件设计基础 1.1.1电路设计 硬件电路设计原理 嵌入式系统的硬件设计主要分3个步骤:设计电路原理图、生成网络表、设计印制电路板,如下图所示。 图1-1硬件设计的3个步骤 进行硬件设计开发,首先要进行原理图设计,需要将一个个元器件按一定的逻辑关系连接起来。设计一个原理图的元件来源是“原理图库”,除了元件库外还可以由用户自己增加建立新的元件,用户可以用这些元件来实现所要设计产品的逻辑功能。例如利用Protel 中的画线、总线等工具,将电路中具有电气意义的导线、符号和标识根据设计要求连接起来,构成一个完整的原理图。 原理图设计完成后要进行网络表输出。网络表是电路原理设计和印制电路板设计中的一个桥梁,它是设计工具软件自动布线的灵魂,可以从原理图中生成,也可以从印制电路板图中提取。常见的原理图输入工具都具有Verilog/VHDL网络表生成功能,这些网络表包含所有的元件及元件之间的网络连接关系。 原理图设计完成后就可进行印制电路板设计。进行印制电路板设计时,可以利用Protel 提供的包括自动布线、各种设计规则的确定、叠层的设计、布线方式的设计、信号完整性设计等强大的布线功能,完成复杂的印制电路板设计,达到系统的准确性、功能性、可靠性设计。 电路设计方法(有效步骤) 电路原理图设计不仅是整个电路设计的第一步,也是电路设计的基础。由于以后的设计工作都是以此为基础,因此电路原理图的好坏直接影响到以后的设计工作。电路原理图的具体设计步骤,如图所示。

图1-2原理图设计流程图 (1)建立元件库中没有的库元件 元件库中保存的元件只有常用元件。设计者在设计时首先碰到的问题往往就是库中没有原理图中的部分元件。这时设计者只有利用设计软件提供的元件编辑功能建立新的库元件,然后才能进行原理图设计。 当采用片上系统的设计方法时,系统电路是针对封装的引脚关系图,与传统的设计方法中采用逻辑关系的库元件不同。 (2)设置图纸属性 设计者根据实际电路的复杂程度设置图纸大小和类型。图纸属性的设置过程实际上是建立设计平台的过程。设计者只有设置好这个工作平台,才能够在上面设计符合要求的电路图。 (3)放置元件 在这个阶段,设计者根据原理图的需要,将元件从元件库中取出放置到图纸上,并根据原理图的需要进行调整,修改位置,对元件的编号、封装进行设置等,为下一步的工作打下基础。 (4)原理图布线 在这个阶段,设计者根据原理图的需要,利用设计软件提供的各种工具和指令进行布线,将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来,构成一个完整的原理图。 (5)检查与校对 在该阶段,设计者利用设计软件提供的各种检测功能对所绘制的原理图进行检查与校对,以保证原理图符合电气规则,同时还应力求做到布局美观。这个过程包括校对元件、导线位置调整以及更改元件的属性等。 (6)电路分析与仿真 这一步,设计者利用原理图仿真软件或设计软件提供的强大的电路仿真功能,对原理图的性能指标进行仿真,使设计者在原理图中就能对自己设计的电路性能指标进行观察、测试,从而避免前期问题后移,造成不必要的返工。

硬件电路设计流程系列--方案设计

平台的选择很多时候和系统选择的算法是相关的,所以如果要提高架构,平台的设计能力,得不断提高自身的算法设计,复杂度评估能力,带宽分析能力。 常用的主处理器芯片有:单片机,ASIC,RISC(DEC Alpha、ARC、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC和SuperH ),DSP和FPGA等,这些处理器的比较在网上有很多的文章,在这里不老生常谈了,这里只提1个典型的主处理器选型案例。 比如市场上现在有很多高清网络摄像机(HD-IPNC)的设计需求,而IPNC的解决方案也层出不穷,TI的解决方案有DM355、DM365、DM368等,海思提供的方案则有Hi3512、Hi3515、Hi3520等,NXP提供的方案有PNX1700、PNX1005等。 对于HD-IPNC的主处理芯片,有几个主要的技术指标:视频分辨率,视频编码器算法,最高支持的图像抓拍分辨率,CMOS的图像预处理能力,以及网络协议栈的开发平台。 Hi3512单芯片实现720P30 编解码能力,满足高清IP Camera应用, Hi3515可实现1080P30的编解码能力,持续提升高清IP Camera的性能。 DM355单芯片实现720P30 MPEG4编解码能力,DM365单芯片实现720P30 编解码能力, DM368单芯片实现1080P30 编解码能力。 DM355是2007 Q3推出的,DM365是2009 Q1推出的,DM368是2010 Q2推出的。海思的同档次解决方案也基本上与之同时出现。 海思和TI的解决方案都是基于linux,对于网络协议栈的开发而言,开源社区的资源是没有区别的,区别的只在于芯片供应商提供的SDK开发包,两家公司的SDK离产品都有一定的距离,但是linux的网络开发并不是一个技术难点,所以并不影响产品的推广。 作为IPNC的解决方案,在720P时代,海思的解决方案相对于TI的解决方案,其优势是支持了编解码算法,而TI只支持了MPEG4的编解码算法。虽然在2008年初,MPEG4的劣势在市场上已经开始体现出来,但在当时这似乎并不影响DM355的推广。 对于最高支持的图像抓拍分辨率,海思的解决方案可以支持支持JPEG抓拍3M Pixels@5fps,DM355最高可以支持5M Pixels,虽然当时没有成功的开发成5M Pixel的抓拍(内存分配得有点儿问题,后来就不折腾了),但是至少4M Pixel 的抓拍是实现了的,而且有几个朋友已经实现了2560x1920这个接近5M Pixel 的抓拍,所以在这一点上DM355稍微胜出。 因为在高清分辨率下,CCD传感器非常昂贵,而CMOS传感器像原尺寸又做不大,导致本身在低照度下就性能欠佳的CMOS传感器的成像质量在高分辨率时变差,

硬件基础知识

第三章硬件基础知识学习 通过上一课的学习,我们貌似成功的点亮了一个LED小灯,但是还有一些知识大家还没有 彻底明白。单片机是根据硬件电路图的设计来写代码的,所以我们不仅仅要学习编程知识,还有硬件知识,也要进一步的学习,这节课我们就要来穿插介绍电路硬件知识。 3.1 电磁干扰EMI 第一个知识点,去耦电容的应用,那首先要介绍一下去耦电容的应用背景,这个背景就是电磁干扰,也就是传说中的EMI。 1、冬天的时候,尤其是空气比较干燥的内陆城市,很多朋友都有这样的经历,手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击,实际上这就是“静电放电”现象,也称之为ESD。 2、不知道有没有同学有这样的经历,早期我们使用电钻这种电机设备,并且同时在听收音机或者看电视的时候,收音机或者电视会出现杂音,这就是“快速瞬间群脉冲”的效果,也称之为EFT。 3、以前的老电脑,有的性能不是很好,带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候,内部会产生一个百万分之一秒的电源切换,直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象,就是热插拔的“浪涌”效果,称之为Surge... ... 电磁干扰的内容有很多,我们这里不能一一列举,但是有些内容非常重要,后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题,比如一个简单的静电放电,我们用手能感觉到的静电,可能已经达到3KV以上,如果用眼睛能看得到的,至少是5KV了,只是因为 这个电压虽然很高,电量却很小,因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了,一旦瞬间电压过高,就有可能造成器件的损坏。而且,即使不损坏,在2、3里边介绍的两种现象,也严重干扰到我们正常使用电子设备了。 基于以上的这些问题,就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦

硬件工程师必须掌握基础

第一部分.硬件工程师必须掌握基础知识与经验精华 目的:基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。成为合格的硬件工程师的必备知识,全部来源于工程实践的实际要求. 1) 基本设计规范 2) CPU基本知识、架构、性能及选型指导(MIPS,POWERPC,X86) 3) MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4) 网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)基本知识、架构、性能及选型 5) 多核CPU的基础知识及典型应用 6) 常用总线的基本知识、性能详解(总线带宽、效率等) 7) 各种存储器详细性能介绍,设计要点及选型指导(DDR I,DDR II,L2 CACHE) 8) DATACOM、TELECOM常用物理层接口芯片基本知识、性能、设计要点及选型指导 9) 常用器件选型指导 10)FPGA、CPLD、EPLD的详细性能、设计要点及选型指导 11)VHDL or Verilog HDL 12)网络基础:交换,路由 13)国内大型硬件设备公司的硬件研发规范和研发流程介绍: 第二部分.硬件开发工具 目的:“工欲善其事,必先利其器”,熟练使用业界最新、最流行的专业设计工具,才可完成复杂的硬件设计。为了让学员对自己的培训投资能够物超所值,我们不会象某些培训机构那样, 将大量时间浪费在工具的使用上面,课堂上我们将基本不讲授这些工具的使用方法,而是希望学员能够通过自己在课下学习,此部分我们只进行课堂上的关键部分的指导,本部分不是课程的重点内容,虽然工具的使用对于成为合格的硬件工程师是必须和必备的技能; 1) INNOVEDA公司的ViewDraw,PowerPCB,Cam350 2) CADENCE公司的OrCad,Allegro,Spectra 3) Altera公司的MAX+PLUS II 4) XILINX公司的FOUNDATION、ISE 第三部分.硬件总体设计及原理图设计的核心经验与知识精华 此部分,讲师将依据国内著名硬件设备公司的产品开发流程,以基于高速总线结构和高端CPU的几个硬件开发项目为主线,将详细、深入、专业地讲解、剖析硬件总体设计和原理设计的核心经验和知识精华,把业内一些“概不外传”的经验与精髓传授给学员。我们希望通过"真正的经验传授"使你迅速成长为优秀的硬件总体设计师; 核心要点: 1)原理图设计全部经验揭密2) 原理图检查checklist 3) 设计理念的根本改变:“纸上”作业4) 结合已经批量转产的高端产品的原理图(原件)进行讲解 1) 产品需求分析 2) 开发可行性分析 3) 系统方案调研,给出我们自己总结的、非常实用有效的、相关的检查项, 4) 硬件总体设计的检查: checklist 5) 总体架构,CPU选型,总线类型 6) 通信接口类型选择 7) 任务分解

模拟电路设计 基础知识(笔试时候容易遇到的题目)

模拟电路设计基础知识(笔试时候容易遇到的 题目) 1、最基本的如三极管曲线特性(太低极了点) 2、基本放大电路,种类,优缺点,特别是广泛采用差分结构的原因 3、反馈之类,如:负反馈的优点(带宽变大) 4、频率响应,如:怎么才算是稳定的,如何改变频响曲线的几个方法 5、锁相环电路组成,振荡器(比如用D触发器如何搭) 6、A/D电路组成,工作原理如果公司做高频电子的,可能还要RF知识,调频,鉴频鉴相之类,不一一列举太底层的MOS管物理特性感觉一般不大会作为笔试面试题,因为全是微电子物理,公式推导太罗索,除非面试出题的是个老学究 ic设计的话需要熟悉的软件adence, Synopsys, Advant,UNIX当然也要大概会操作实际工作所需要的一些技术知识(面试容易问到) 如电路的低功耗,稳定,高速如何做到,调运放,布版图注意的地方等等,一般会针对简历上你所写做过的东西具体问,肯定会问得很细(所以别把什么都写上,精通之类的词也别用太多了),这个东西各个人就不一样了,不好说什么了。 2、数字电路设计当然必问Verilog/VHDL,如设计计数器逻辑方面数字电路的卡诺图化简,时序(同步异步差异),触发器有几种(区别,优点),全加器等等比如:设计一个自动售货

机系统,卖soda水的,只能投进三种硬币,要正确的找回钱数1、画出fsm(有限状态机)2、用verilog编程,语法要符合fpga设计的要求系统方面:如果简历上还说做过cpu之类,就会问到诸如cpu如何工作,流水线之类的问题3、单片机、DSP、FPG A、嵌入式方面(从没碰过,就大概知道几个名字胡扯几句,欢迎拍砖,也欢迎牛人帮忙补充)如单片机中断几个/类型,编中断程序注意什么问题 DSP的结构(冯、诺伊曼结构吗?)嵌入式处理器类型(如ARM),操作系统种类 (Vxworks,ucos,winCE,linux),操作系统方面偏CS方向了,在CS篇里面讲了4、信号系统基础拉氏变换与Z变换公式等类似东西,随便翻翻书把如、h(n)=-a*h(n-1)+b*δ(n) a、求h(n)的z变换 b、问该系统是否为稳定系统 c、写出F IR数字滤波器的差分方程以往各种笔试题举例利用4选1实现F(x,y,z)=xz+yz 用mos管搭出一个二输入与非门。 用传输门和倒向器搭一个边沿触发器用运算放大器组成一个10倍的放大器微波电路的匹配电阻。 名词解释,无聊的外文缩写罢了,比如PCI、EC C、DDR、interrupt、pipeline IRQ,BIOS,USB,VHDL,VLSI VCO(压控振荡器) RAM (动态随机存储器),FIR IIR DFT(离散傅立叶变换) 或者是中文的,比如 a量化误差 b、直方图 c、白平衡共同的注

硬件电路设计基础知识.docx

硬件电子电路基础关于本课程 § 4—2乙类功率放大电路 § 4—3丙类功率放大电路 § 4—4丙类谐振倍频电路 第五章正弦波振荡器 § 5—1反馈型正弦波振荡器的工作原理 § 5— 2 LC正弦波振荡电路 § 5— 3 LC振荡器的频率稳定度 § 5—4石英晶体振荡器 § 5— 5 RC正弦波振荡器

第一章半导体器件 §1半导体基础知识 §1PN 结 §-1二极管 §1晶体三极管 §1场效应管 §1半导体基础知识 、什么是半导体半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。(导电能力即电导率)(如:硅Si锗Ge等+ 4价元素以及化合物) 、半导体的导电特性本征半导体一一纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。(略)

1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂一一管子 *温度--- 热敏元件 ?光照——光敏元件等 2、半导体中的两种载流子一一自由电子和空穴 ?自由电子——受束缚的电子(一) ?空穴——电子跳走以后留下的坑(+ ) 三、杂质半导体——N型、P型 (前讲)掺杂可以显著地改变半导体的导电特性,从而制造出杂质半导体。 *N型半导体(自由电子多) 掺杂为+ 5价元素。女口:磷;砷P—+ 5价使自由电子大大增加原理:Si—+ 4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子——数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子——数量多。 o 空穴——少子 o 自由电子------ 多子 ?P型半导体(空穴多) 掺杂为+ 3价元素。女口:硼;铝使空穴大大增加 原理:Si—+ 4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B——+ 3价 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子数量少。 o掺杂后由B提供的空穴——数量多。 o 空穴——多子 o 自由电子——少子

硬件电路设计规范

硬件电路板设计规范 制定此《规范》的目的和出发点是为了培养硬件开发人员严谨、务实的工作作风和严肃、认真的工作态度,增强硬件开发人员的责任感和使命感,提高工作效率和开发成功率,保证产品质量。 1、深入理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求; 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案,对CPU等主芯片进行选型,CPU 选型有以下几点要求: 1)容易采购,性价比高; 2)容易开发:体现在硬件调试工具种类多,参考设计多,软件资源丰富,成功案例多; 3)可扩展性好; 3、针对已经选定的CPU芯片,选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计。 一般CPU生产商或他们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证,厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西,也应该是经过严格验证的,否则也会影响到他们的芯片推广应用,纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方,CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的,当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同,可以细读CPU芯片手册和勘误表,或者找厂商确认;另外在设计之前,最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进

行软件验证,如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的;但要注意一点,现在很多CPU都有若干种启动模式,我们要选一种最适合的启动模式,或者做成兼容设计; 4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型,元器件选型应该遵守以下原则: 1)普遍性原则:所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷、偏芯片,减少风险; 2)高性价比原则:在功能、性能、使用率都相近的情况下,尽量选择价格比较好的元器件,减少成本; 3)采购方便原则:尽量选择容易买到,供货周期短的元器件; 4)持续发展原则:尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件; 5)可替代原则:尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件; 6)向上兼容原则:尽量选择以前老产品用过的元器件; 7)资源节约原则:尽量用上元器件的全部功能和管脚; 5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改,修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计,如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的,那么基本可以放心参照设计,但即使只有一个参考设计与其他的不一样,也不能简单地少数服从多数,而是要细读芯片数据手册,深入理解那些管脚含义,多方讨论,联系芯片厂技术支持,最终确定科学、正确的连接方式,如果仍有疑义,可以做兼容设计;当然,如果所采用的成功参考设计已经是

单片机硬件电路设计

单片机应用设计

概述 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片集成电路。可以与少量外围电路构成一个小而完善的计算机系统。芯片内置和外围的电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、通信产品、智能玩具、汽车电子、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。 制等领域。

单片机类型 集中指令集(CISC)和精简指令集(RISC)–采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复 用,即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富,功 能较强,但取指令和取数据不能同时进行,速度 受限,价格亦高。 –采用RISC结构的单片机,数据线和指令线分离 ,即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同 时进行,且由于一般指令线宽于数据线,使其指 令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息 ,执行效率更高,速度亦更快。同时,这种单片 机指令多为单字节,程序存储器的空间利用率大 大提高,有利于实现超小型化。

常用的几个系列单片机 MCS-51及其兼容系列: –英特尔公司的MCS-51系列单片机是目前应 用最广泛的8位单片机之一,并且ATMEL、 PHILIPS、ADI、MAXIM、LG、 SIEMENS等公司都有其兼容型号的芯片。 这个系列的单片机具有运算与寻址能力强, 存储空间大,片内集成外设丰富,功耗低等 优点,其中大部分兼容芯片都含有片内 FLASH程序存储器,价格便宜。适合应用于 仪器仪表、测控系统、嵌入系统等开发。

电路设计的基本原理和方法

电路设计的基本原理和方法 本人经过整理得出如下的电路设计方法,希望对广大电子爱好者及热衷于硬件研发的朋友有所帮助。 电子电路的设计方法 设计一个电子电路系统时,首先必须明确系统的设计任务,根据任务进行方案选择,然后对方案中的各个部分进行单元的设计,参数计算和器件选择,最后将各个部分连接在一起,画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。 一.明确系统的设计任务要求 对系统的设计任务进行具体分析,充分了解系统的性能,指标,内容及要求,以明确系统应完成的任务。 二.方案选择 这一步的工作要求是把系统要完成的任务分配给若干个单元电路,并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料,针对系统提出的任务,要求和条件,完成系统的功能设计。在这个过程中要敢于探索,勇于创新,力争做到设计方案合理,可靠,经济,功能齐全,技术先进。并且对方案要不断进行可行性和有缺点的分析,最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映应完成的任务和各组成部分的功能,清楚表示系统的基本组成和相互关系。 三.单元电路的设计,参数计算和期间选择 根据系统的指标和功能框图,明确各部分任务,进行各单元电路的设计,参数计算和器件选择。 1.单元电路设计 单元电路是整机的一部分,只有把各单元电路设计好才能提高整机设计水平。 每个单元电路设计前都需明确各单元电路的任务,详细拟定出单元电路的性能指标,与前后级之间的关系,分析电路的组成形式。具体设计时,可以模仿传输的先进的电路,也可以进行创新或改进,但都必须保证性能要求。而且,不仅单元电路本身要设计合理,各单元电路间也要互相配合,注意各部分的输入信号,输出信号和控制信号的关系。 2.参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求,就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如,放大电路中各电阻值,放大倍数的计算;振荡器中电阻,电容,振荡频率等参数的计算。只有很好的理解电路的工作原理,正确利用计算公式,计算的参数才能满足设计要求。 参数计算时,同一个电路可能有几组数据,注意选择一组能完成电路设计要求的功能,在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题: (1)元器件的工作电流,电压,频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求; (2)元器件的极限参数必须留有足够充裕量,一般应大于额定值的1.5倍; (3)电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3.器件选择 (1)元件的选择 阻容电阻和电容种类很多,正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同,有解电路对电容的漏电要求很严,还有些电路对电阻,电容的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量(100uF~3000uF)铝电解电容,为滤掉高频通常

硬件工程师必用20个电子线路图

这20个电子线路图,硬件工程师一定用得上! 电子技术、无线电维修及电子制造工艺技术绝不是一门容易学好、短时间内就能够掌握的学科。这门学科所涉及的方方面面很多,各方面又相互联系,作为初学者,首先要在整体上了解、初步掌握它。 无论是无线电爱好者还是维修技术人员,你能够说出电路板上那些小元件叫做什么,又有什么作用吗?如果想成为元件(芯片)级高手的话,掌握一些相关的电子知识是必不可少的。 普及与电子基础知识,拓宽思路交流,知识的积累是基础的基础,基础和基本功扎实了才能奠定攀登高峰阶梯!这就是基本功。 电子技术的历史背景: 早在两千多年前,人们就发现了电现象和磁现象。我国早在战国时期(公元前475一211年)就发明了司南。而人类对电和磁的真正认识和广泛应用、迄今还只有一百多年历史。在第一次产业革命浪潮的推动下,许多科学家对电和磁现象进行了深入细致的研究,从而取得了重大进展。人们发现带电的物体同性相斥、异性相吸,与磁学现象有类似之处。 1785年,法国物理学家库仑在总结前人对电磁现象认识的基础上,提出了后人所称的“库仑定律”,使电学与磁学现象得到了统一。 1800年,意大利物理学家伏特研制出化学电池,用人工办法获得了连续电池,为后人对电和磁关系的研究创造了首要条件。 1822年,英国的法拉第在前人所做大量工作的基础上,提出了电磁感应定律,证明了“磁”能够产生“电”,这就为发电机和电动机的原理奠定了基础。 1837年美国画家莫尔斯在前人的基础上设计出比较实用的、用电码传送信息的电报机,之后,又在华盛顿与巴尔的摩城之间建立了世界上第一条电报线路。 1876 年,美国的贝尔发明了电话,实现了人类最早的模拟通信。英国的麦克斯韦在总结前人工作基础上,提出了一套完整的“电磁理论”,表现为四个微分方程。这那就后人所称的“麦克斯韦方程组”.麦克斯韦得出结论:运动着的电荷能产生电磁辐射,形成逐渐向外传播的、看不见的电磁波。他虽然并未提出“无线电”这个名词,但他的电磁理论却已经告诉人们,“电”是能够“无线”传播的。 对模拟电路的掌握分为三个层次:

硬件电路设计流程系列

硬件电路设计流程系列--方案设计 一、硬件电路设计流程系列--硬件电路设计规范 二、硬件电路设计流程系列--方案设计(1) :主芯片选型三、 硬件电路设计流程系列--方案设计(2) :芯片选购 四、硬件电路设计流程系列--方案设计(3) :功耗分析与电源设计五、 硬件电路设计流程系列--方案设计(4):设计一个合适的系统电源 一 硬件电路设计规范 1、详细理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求; 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案,对CPU进行选型, CPU选型有以下几点要求: a)性价比高; b)容易开发:体现在硬件调试工具种类多,参考设计多,软件资源丰富,成功案例多; c)可扩展性好; 3、针对已经选定的 CPU芯片,选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计,一般 CPU生产商或他们的合作方都会对每款 CPU 芯片做若干开发板进行验证,比如440EP 就有yosemite 开发板和 bamboo 开发板,我们参考得是yosemite 开发板,厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西,也应该是经过严格验证的,否则也会影响到他们的芯片推广应用,纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方,CPU 本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的,当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同,可以细读 CPU 芯片手册和勘误表,或者找厂商确认;另外在设计之前,最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证,如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的;但要注意一点,现在很多 CPU 都有若干种启动模式,我们要选一种最适合的启动模式,或者做成兼容设计。

硬件工程师基础知识项目汇总

硬件工程师基础知识项目汇总 目的:基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。 1)基本设计规范 2) CPU基本知识、架构、性能及选型指导 3) MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4)网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)的基本知识、架构、性能及选型 5)常用总线的基本知识、性能详解 6)各种存储器的详细性能介绍、设计要点及选型 7) Datacom、Telecom领域常用物理层接口芯片基本知识,性能、设计要点及选型 8)常用器件选型要点与精华 9)FPGA、CPLD、EPLD的详细性能介绍、设计要点及选型指导 10) VHDL和Verilog HDL介绍 11)网络基础 12)国内大型通信设备公司硬件研究开发流程; 二.最流行的EDA工具指导 熟练掌握并使用业界最新、最流行的专业设计工具 1) Innoveda公司的ViewDraw,PowerPCB,Cam350 2)CADENCE公司的OrCad, Allegro,Spectra 3)Altera公司的MAX PLUS II 4)学习熟练使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX PLUS II、ISE、 FOUNDATION等工具; 5) XILINX公司的FOUNDATION、ISE 一.硬件总体设计 掌握硬件总体设计所必须具备的硬件设计经验与设计思路 1)产品需求分析 2)开发可行性分析 3)系统方案调研 4)总体架构,CPU选型,总线类型 5)数据通信与电信领域主流CPU:M68k系列,PowerPC860,PowerPC8240,8260体系结构,性能及对比; 6)总体硬件结构设计及应注意的问题; 7)通信接口类型选择 8)任务分解 9)最小系统设计; 10) PCI总线知识与规范; 11)如何在总体设计阶段避免出现致命性错误; 12)如何合理地进行任务分解以达到事半功倍的效果?

产品硬件开发评审流程

文件编号: 产品硬件开发评审流程编制:审核:

文档修改历史 日期版本作者修改内容评审号变更控 制号 发布日期 01.00.000

目录 1、目的 (4) 2、适用范围 (4) 3、评审需求 (4) 4、评审计划 (4) 5、评审结果判定 (4) 6、评审流程图 (4) 7、附录 (5)

1、目的:为规范产品硬件的研发评审工作制定此硬件研发评审流程。 2、适用范围:适用公司产品硬件的研发评审。 3、评审需求: 产品硬件评审可分3部分:硬件原理图评审、PCB评审、PCBA评审。在硬件开发设计过程中,各个阶段完成后需填写硬件评审申请表提交硬件评审小组,提出评审需求。 4、评审计划: 硬件评审小组根据评审需求制定评审计划书,可参考附录及结合实际情况制定具体的评审项目。 5、评审结果判定: 硬件评审小组在制定评审计划时,需根据相应的审查项目划分权重等级,并明确评定结果的判定标准。评审不通过,需返回开发设计改良或进行风险评估,之后再重新评审。 6、评审流程图:

7、附录: 单元电路评审:针对产品硬件常规设计所涉及的单元电路进行常规性评审,审查各单元电路是否符合设计标准。请参照下表,审查通过项目请打(√),审查未通过项目请打(×)。审查硬件板未涉及到的单元电路模块可不填写。 单元电路审查一览表 审查项目审查内容审查结果审查建议 滤波电路1、审查电路中是否设计电源 滤波电路。 2、审查电路中电源滤波器的 形式是否有效,是否为单电容 型或单电感型,而未采用П形 电源滤波器。 3、对单板的П形电源滤波器 参数进行审查。 ()() ()() ()() ID电路1、审查ID电路的形式是否符 合规范电路的要求。 2、审查ID电路的参数是否正 确。 3、审查ID电路是否有隔离电 阻或隔离芯片。 ()() ()() ()() 复位、WDT (看门狗)电路1、硬件设计中不推荐使用可 关闭的WDT系统,即计数器清 零电路应是单稳电路而非锁存 电路。如果设计为可关闭的 WDT,刷新时应是关闭后立即开 启,不可使watchdog处于长期 关闭的状态。 2、WDT设计中,坚决不可使用 分离元件依靠电容充电实现 WDT电路。 3、在WDT设计中,计数时钟应 尽量取用本板时钟。防止因为 其他单板更换,插拔导致时钟 不正常时,本板WDT电路工作 失常。 4、上电时WDT计数器应可清 零。 5、单板设计中有无手动复位 开关。 6、设计中是否为重要芯片设 计供软件单独调试的复位口。 7、复位电路中消抖电容的容 ()() ()() ()() ()() ()() ()() ()()

对于硬件电路的设计过程的详细剖析

对于硬件电路的设计过程的详细剖析 献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝,离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候,与你一样,俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性,EMI,PS设计准会把你搞晕。别急,一切要慢慢来。 1)总体思路。设计硬件电路,大的框架和架构要搞清楚,但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好,自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的,那就要搞清楚要实现什么功能,然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果,越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。如果你找到了的参考设计,那么恭喜你,你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO,还是先看懂理解了再说,一方面能提高我们的电路理解能力,而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片,找datasheet,看其关键参数是否符合自己的要求,哪些才是自己需要的关键参数,以及能否看懂这些关键参数,都是硬件工程师的能力的体现,这也需要长期地慢慢地积累。这期间,要善于提问,因为自己不懂的东西,别人往往一句话就能点醒你,尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分,原理图,pcb ,物料清单(BOM)表。原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。pcb涉及到实际的电路板,它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁),而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上,然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb 布局布线后,要用到哪些元器件应该有所归纳,所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具?Prote,也就是altimuml容易上手,在国内也比较流行,应付一般的工作已经足够,适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具,硬件设计大环节是一样的(protel上的

嵌入式硬件电路设计基础知识梳理

嵌入式硬件电路设计基础知识梳理 嵌入式设计是个庞大的工程,今天就说说硬件电路设计方面的几个注意事项,首先,咱们了解下嵌入式的硬件构架。 我们知道,CPU是这个系统的灵魂,所有的外围配置都与其相关联,这也突出了嵌入式设计的一个特点硬件可剪裁。在做嵌入式硬件设计中,以下几点需要关注。 第一、电源确定 电源对于嵌入式系统中的作用可以看做是空气对人体的作用,甚至更重要:人呼吸的空气中有氧气、二氧化碳和氮气等但是含量稳定,这就相当于电源系统中各种杂波,我们希望得到纯净和稳定符合要求的电源,但由于各种因素制约,只是我们的梦想。这个要关注两个方面: a、电压 嵌入式系统需要各种量级的电源比如常见的5v、3.3v、1.8v等,为尽量减小电源的纹波,在嵌入式系统中使用LDO器件。如果采用DCDC不仅个头大,其纹波也是一个很头疼的问题。 b、电流 嵌入式系统的正常运行不但需要稳定足够的电源,还要有足够的电流,因此在选择电源器件的时候需要考虑其负载,我设计时一般留有30%的余量。 如果是多层板,电源部分在layout的时候需电源分割,这时需要注意分割路径,尽量将一定量的电源放置在一起。如果是双面板,则走线宽度需要注意,在板子允许的情况下尽量加宽。合适的退耦电容尽量靠近电源管脚。第二、晶振确定 晶振相当于嵌入式系统的心脏,其稳定与否直接关系其运行状态和通讯性能。常见的振有无源晶振,有源晶振,首先要确定其振荡频率,其次要确定晶振类型。 a、无源晶振 其匹配电容和匹配电阻的选择,这部分一般依据参考手册。在单片机设计中,经常使用插件晶振配合瓷片电容。在ARM中,为了减少空间和便于布线,经常使用四角无源晶振配

成为合格的硬件工程师的基本知识

成为合格的硬件工程师的最基本知识 目的:基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。 1)基本设计规范 2)CPU基本知识、架构、性能及选型指导 3)MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4)网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)的基本知识、架构、性能及选型 5)常用总线的基本知识、性能详解 6)各种存储器的详细性能介绍、设计要点及选型 7)Datacom、Telecom领域常用物理层接口芯片基本知识,性能、设计要点及选型 8)常用器件选型要点与精华 9)FPGA、CPLD、EPLD的详细性能介绍、设计要点及选型指导10)VHDL和Verilog HDL介绍 11)网络基础

12)国内大型通信设备公司硬件研究开发流程; 二.最流行的EDA工具指导熟练掌握并使用业界最新、最流行的专业设计工具 1)Innoveda公司的ViewDraw,PowerPCB,Cam350 2)CADENCE公司的OrCad,Allegro,Spectra 3)Altera公司的QUARTUS II 4)学习熟练使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX+PLUS II、ISE、FOUNDATION等工具;5)XILINX公司的FOUNDATION、ISE 一.硬件总体设计掌握硬件总体设计所必须具备的硬件设计经验与设计思路 1)产品需求分析 2)开发可行性分析 3)系统方案调研 4)总体架构,CPU选型,总线类型 5)数据通信与电信领域主流CPU:M68k系列, PowerPC860,PowerPC8240,8260体系结构,性能及对比;

相关文档
最新文档