繪製數顯溫度計電路圖及PCB設計方法

2021-01-08 電子產品世界
一般情況下,我們要從外界感應溫度,關鍵是溫度傳感器,在這裡用LM35完成,獲取了外界的溫度值之後,需要一定的顯示裝置加以顯示。當前流行的方法是通過A/D轉換器將模擬量轉化為數字量,在這裡用ICL7107完成。再通過LED或LCD顯示出來。下面介紹的溫度計是以雙共陽數碼管(LED)顯示的。

繪製數顯溫度計電路圖及PCB設計方法,需要注意的問題

我們要想成功的設計一個溫度計的PCB圖,大致要經過以下步驟:首先學會繪製溫度計的原理圖。繪製原理圖時要知道需要那些元件,庫中沒有的或很難找到的元器件,第一小步,我們必須要建立一個元件庫(Sch.Lib)以滿足設計需要,在製作元件時我們應該把多個元件放在一個庫中以方便調用,必要時還要在庫文件中對元器件進行說明可以在Browse Schlib中的Components中選中元件,再在Description中進行相應的描述(Description、Footprint、default Designator、Sheet part Filename)。在製作元件時我們必須注意一些小問題,例如:在製作TL431元件符號時引腳沒有放置在柵格上,調到原理圖時不能正常連接導線,在引腳上不能生存節點。此時我們可以在製作窗口中單擊滑鼠右鍵選中Doument options,在彈出的library Editor Workespace對話框中對Gird選項中的Snap、Visibie進行設置。在製作元件時也要講究技巧例如:藉助已有的元件庫中的類似元件,將其拷貝到自己製作庫中稍作修改。在製作集成晶片Icl7107、Icl7660、S-DSP,必須注意每個引腳的屬性,須認真逐個的設置,以免在原理圖中出現錯誤連接導致在調試時將晶片燒壞。第二小步,將要用到的元件調到原理圖中進行連接,在連接的過程中要注意總線的連接,總線只是示意性電氣連接,而真正表示連接是網絡標號。因此在用到總線時必須放置網絡標號。第三小步,電路圖連接好後,我們必須進行ERC、Reports/Bill of material、Create netlist操作。電器規則檢查,以糾正電路圖中的電路錯誤。進行元件報表查看電路圖的元件信息。創建網絡表為做PCB繪製做準備。設計好的原理圖主要由以下幾個部分組成。

數顯溫度計的原理圖如下:

第二大步完成PCB製作。製作PCB的第一步,確定板框物理尺寸、布線尺寸和需要的各個板層,可以通過嚮導來完成。第二步,定義好PCB之後,調用菜單欄命令Design/Load Nets將元件調入PCB中,在放置元件時,需要注意的是不同的元件需要放置在不同的板層,例如放置名字(拼音)在BottomLayer層,且水平鏡像,不能用漢字。第三步,選擇跳線的過孔形式。第四步,選擇元件形式和焊盤間通過的銅膜線數,調用菜單欄命令Design/Rules進行設置。第四步,走線參數設置。第五步,連接好PCB後需要進行設計規則檢查,調用菜單欄命令Tools/Designs Rules Check.可完成,這樣可以避免設計錯誤和電氣錯誤。

PCB圖的列印、轉印與敷銅板的腐蝕加工與問題。

1. 用雷射印表機列印PCB圖到熱轉印紙(用熱轉印紙製作PCB)

在開始菜單中添加印表機

根據添加印表機嚮導一步步做下去(當無實際印表機連接時,任選一種印表機即可)

PCB圖列印設置:窗口切換到欲列印的PCB圖,在File下,選擇Print/Preview,在Explorer下顯示了一個後綴為PPC格式的文檔,即列印文檔: Preview PCBPPC,將管理器切換到Browse PCBPrint,選擇需要列印的層進行設置:底層列印圖形的設置在Layers欄 將MultiLayer移到最上層

n在Options欄勾選Show Holes

n在Color Set欄 選擇Black White(黑白圖形)

在設計PCB圖時,在Bottom Layer層放置「String」,在其中寫上自己的名字(漢語拼音)、設計日期。名字、日期要水平鏡像放置。設置好後,列印到熱轉印紙上的底層圖形。

2.下料:按尺寸剪切敷銅板,並用細砂紙打磨光,清潔

3.將列印的PCB底層圖用熱轉印機轉印到敷銅板上

4.修板:

用快乾漆將少量沒有印好的線條修補好

5.腐蝕:將印好了電路板圖的敷銅板放入三氯化鐵溶液中腐蝕。溶液濃度高、溫度高則腐蝕速度快,但濃度和溫度要合適。腐蝕時間要掌握好。

6.清洗、晾乾

7.鑽孔

選擇直徑合適的鑽頭:集成電路引腳及一般電阻、電容用0.8mm直徑的鑽頭,如有元件引腳較粗,可以根據測量值,換相應大些直徑的鑽頭。鑽孔過程中,鑽頭儘量插入夾具深一些,並且夾具要擰緊。

8.除去銅膜上的油墨

用有機溶劑(酒精、香蕉水、丙酮等)擦除覆蓋在銅膜線上的油墨,沒有上述溶劑時,也可以用砂紙擦除。

9.打磨並檢查電路板

除去油墨後,用較細的砂紙將銅膜線打磨光亮。打磨越好,越好焊接。不過不可打磨過度,以免銅膜厚度損耗過多。打磨後,用面巾紙清潔乾淨。

檢查電路板:用萬用表檢查PCB上線條間有無短路、斷路。有短路要割斷,有斷路要搭上焊錫,將其連接好。

10.上助焊劑

將松香溶於無水酒精中製作成助焊劑待用。注意助焊劑的濃度要合適。過濃,乾燥後不光亮,過稀,助焊性能較差。

用毛刷將酒精鬆香焊劑均勻地塗在清潔後的PCB板,塗刷時,將PCB板垂直放置,以免焊劑堵塞鑽孔。塗刷一遍即可,塗刷次數過多容易起皺紋,不光亮。

將塗刷酒精鬆香焊劑的PCB放置在陽光下涼幹或自然涼幹。ICL7107為十進位雙積分式3位半模數轉換器,精度為±2LSB(最低有效位),當其典型基準電壓分別為100.0 mV和1000 mV,並選用對應的外圍電路積分電阻、積分電容時,可構成滿度量程為200 mV和 2000 mV 2種電 路。

ICL7107的輸出顯示數字N,輸入電壓,基準電壓 VREF的關係為:

N = 1000×

式中N僅為輸出顯示數字值,其小數點位置需要另行設置。顯然,當基準電壓VREF小於其典型基準電壓(100.0 mV和 1000 mV)時 ,輸出顯示數字N 將被擴大;而基準電壓VREF大於其典型基準電壓 (100.0 mV和 1 000 mV)時,輸出顯示數字N將被縮小。

ICL7107晶片工作原理分析

ICL7107集成電路內部有模擬和數字電路2部分。模擬電路由轉換開關和運放等組成,以實現信號採樣和積分,它採用差動輸入,輸入阻抗1O10Ω。數字電路由計數器、鎖存器、控制邏輯和顯示解碼器組成。輸入的模擬信號電壓值首先轉換成一個與之成正比的時間寬度信號,然後在這個時間寬度裡對固定頻率的時鐘脈衝進行計數,則計數結果就是正比於輸入模擬信號的數字,最後進行數字的鎖存和解碼顯示。轉換周期分為3個階段:自動穩零(AZ)階段、信號積分(INT)階段、反積分(DE)階段,其時間分別為:

(1)自動穩零階段(AZ)

TAZ =1O00×TCL-(2000×TCL -1000×TCL ×lN/VREF

(2)信號積分階段(INT)

對輸入模擬信號進行積分,時間是固定的:TINT= l000×TCL

(3)反積分(DE)階段

這個階段是實現對與輸入信號極性相反的參考電壓VREF進行積分,反相積分的最大時間為: T(DE)MAX =2000×TCL
從反積分開始到積分器輸出回到模擬公共端(C00M0N)電壓 VCOM的時間正比於輸入模擬電壓的大小,其數字讀數為:

N = 1000×

在反積分期的輸入時鐘脈衝數最大值是 2000,當等於或超過 2000時溢出,當不足2000時,只要反相積分期結束,即轉入自動穩零期。綜上,A/D轉換的 3個階段共需 4000個TCL時鐘周期,因為振蕩周期 4分頻 TCL,所以整個轉換時間為 16000個Tosc(振蕩周期)。

元器件的裝配與調試

採用試驗的方法

37腳的TEST端與l腳短接,表頭應顯示-188.8。這時可檢查顯示是否缺筆畫。如有,大多是引腳、連線虛焊。

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