毕业设计（论文）音乐彩灯控制器设计.doc

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1、前 言毕业设计是实现人才培养目标的重要实践教学环节。毕业设计在培养学生探求真理、强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现，是培养学生创新能力、实践能力和创业精神的重要途径。同时，毕业设计质量也是衡量教学水平，学生毕业与学位资格认证的重要依据。为积极贯彻、落实教育部教高厅200414号文件精神和黄石理工学院本科毕业设计(论文)工作条例(试行)之规定，规范我院毕业设计教学管理，建立、健全毕业设计教学质量监控体系，实现我院毕业设计工作“执行有依据、运行有监控、过程有记录、评估有标准、结果有考核、文档有保存”的基本

2、目标，进一步提高我院毕业设计质量和水平，方便指导教师开展毕业设计指导工作，加快推进我院教学管理“科学化、制度化、规范化、日常化、信息化”建设，特编制本手册。希望全体指导教师、教研室主任、院督导组成员、教学秘书及院有关领导深入学习、严格贯彻，对执行中出现的问题及时向院分管副院长反映，以便下次修订。目录第一章 课程任务1.1 设计题目与目的51.2 技术指标51.3要求完成的任务51.4设计任务分析51.5系统设计方案6第二章 单元电路分析与设计2.1 同步脉冲发生器和阶梯波发生器的工作原理和设计82.2 带通滤波器的工作原理和设计122.3 精密整流器的工作原理和设计132.4 电压比较器和同步

3、脉冲控制电路142.5 10mV音乐信号鉴别器的原理与设计15第三章 系统原理电路及印刷电路的绘制31 系统原理电路163.2 印刷电路的绘制183.3 电阻、电容的相关知识193.4 二极管的相关知识 203.5 三极管的相关知识 24第四章 电路焊接与安装4.1 电路的焊接方法274.2 PCB安装工艺30结束语35致谢37附录37参考文献381.1 设计题目与目的 音乐彩灯控制器是用音乐信号控制多组颜色的灯泡，利用其亮度变化反映音乐信号。是一种将听信号转换为视信号的装置，随着音乐节奏的起伏彩灯的亮度有节奏得变换来调节听众欣赏音乐时的情绪和气氛。1.2 技术指标 要求电路把输入的音乐信号分

4、为高、中、低三个频段，并分别控制三种颜色的彩灯。每组彩灯的亮度随各自输入音乐信号的大小分八个等级。输入信号最大时，彩灯最亮。当输入音乐信号的幅度小于10mV时，要求彩灯全亮。 （1）高频段 2000Hz一4000Hz 控制蓝灯 （2）中频段 500Hz一1200Hz 控制绿灯 （3）低频段 50Hz一250Hz 控制红灯 （4）电源电压交流220V，输入音乐信号10mV。1.3 要求完成的任务 （1）计算参数，安装、调试电路。 （2）画出总电路图，写出设计总结报告。1.4 设计任务分析图1是一个双向可控硅控制灯泡亮度电路，图2为控制波形图。如果输入交流220V正弦波电压过零点时在双向可控硅的控

5、制极和阴极之间连续加入幅度大于3V，宽度大于1ms的同步触发脉冲，可控硅就可连续导通，忽略可控硅导通压降，正弦波电压将全部加到灯泡上，灯泡最亮。如果触发脉冲消失，可控硅就会在输入正弦波电压下一个过零点时自然截止，灯泡熄灭。可以设想，把同步触发脉冲每八个分为一组，利用音乐信号的大小控制每组脉冲出现的个数，就可以控制加在灯泡正弦波半波的个数，从而也就控制了灯泡的亮度。把音乐信号分成三个频率段可用带通滤波器去实现。组成带通滤波器电路的形式很多，其中最简单的并且上、下限截止频率分别可调的是由低、高通滤波电路串联而成的带通滤波器。这种电路的缺点是所用元件较多，优点是调整方便，很容易实现指标要求。图1 双

6、向可控硅控制灯泡亮度电路图2 控制波形图通过带通滤波器选出所需要的频率段的音乐信号，经过精密整流器变为直流，其直流电平随音乐信号大小而上下浮动。此电平作为参考电压加在电压比较器的一个输入端，由同步触发脉冲作为计数信号的数模转换器，输出阶梯波作为比较电压加在电压比较器的另一个输入端，使电压比较器的输出电压高电平的时间与参考电压成正比，并控制与门打开时间，以决定放过同步脉冲的个数去触发可控硅，从而控制灯泡的亮度。1.5 系统设计方案 图3 音乐彩灯控制器方框图由上述分析可知，音乐彩灯控制器大致由下面几个部分组成：同步脉冲发生器，阶梯波发生器，带通滤波器和放大器，精密整流器，电压比较器，与门和双向可

7、控硅执行机构等组成。方框图如图132所示。图3方框图可以看出，除三个频率通道滤波器外，其他部分都相同。下面就一个频率通道电路，简述它们的电路组成工作原理和设计方法。2.1 同步脉冲发生器和阶梯波发生器的工作原理和设计同步脉冲和阶梯波产生电路如图4所示。变压器副边输出交流10V电压经D1D4二极管组成的全波整流电路和滤波电容C1、C2，得到12V直流电压，作为各运算放大器的电源。+12V经集成稳压电路W7805稳压后得到十5V电压，供电乎转移电路和各TTL数字集成电路使用。图4 同步脉冲和阶梯波产生电路D5是隔离二极管。C1输出电压的平均值为十l 2V，当uA全波整流电压低于12V时，D5因反偏

8、而截止，当uA电压波形高于12V时，D5导通被限幅，所以uA电压波形是被削顶的近似全波整流波形。uA、uB 、uC、uD、uE各点电压波形如图5所示。A1、R3、R4组成滞回电压比较器。二极管D6的正向导通电压UR作为比较器的参考电压，R5是D6的限流电阻。由电路参数可算出比较器的阈值电压UTH。设D6导通电压UR=0.7V，运算放大器的正，负饱和输出电压Uc=10V,则有 公式1Uc=10v代入上式可得公式2图5 uA uB uC uD uE电压波形图可见阈值电压UTH 只与R3和R4的比值有关。因为比较器的输入电压uB由全波整流电压经分压电阻得到，其值都为正值，为保证比较器可靠翻转，所以必

9、须满足UTH0这个条件，由此得到 公式 3如设定R3和R4的比值和其中一个电阻值，另外一个电阻值很容易算出，并得到 公式 4公式 5代入已设定的R3R4的值，UTH1和UTH2即可算出为使可控硅可靠触发，同步触发脉冲宽度不应小于1ms。由图134可知脉冲宽度TW=t1+t2，按照正弦波变化规律，可以列出UTH1和UTH2的表达式，其中，Um为变压器副边输出正弦波峰值电压。如设定R1和R2的比值并把已算出的UTH1和UTH2代入以上二式，可算出t1和t2，如发现TW=t1+t2小于1ms，重新设定R1和R 2的比值再计算直至TW1ms为止。公式 6公式 7图133中CC40163四位二进制计数器

10、和运算放大器A2组成了阶梯波发生器。用反馈归零法使CC40163构成八进制计数器。R7、R8、R9、R10为权电阻，如使R78R11,R8=4R11，R9=2R11,R10=R11，就可以使A2的输出uF为八个台阶的阶梯波电压，如设计数器Q端输出高电平为5V，低电平为0V，那么每个台阶的高度为580625V，为了减轻CC40163的负载R11的选择不应小于l0k。因为计数器用同步触发脉冲作计数脉冲，所以每个台阶的宽度为l0ms。2.2 带通滤波器的工作原理和设计图6 音乐通道电路原理图音乐通道电路结构如图6所示。A3和A4分别为低通和高通滤波器。只要这两种滤波器相串联并且使通频带相重叠，就可组

11、成带通滤波器，其上限截止频率取决于低通滤波,其下限截止频率取决于高通滤波器。如果选R12R13、C7C8、R16R17、C9C10，其上、下限截止频率分别由下式决定公式 8fH和fL是技术指标给定的已知量，如设定C7和C9的值，运用上两式可以很方便地求出R12和R16的值。为了避免自激振荡，R14R15和R18Rl9，的比值应小于2。 23 精密整流器的工作原理和设计在图6中，A5、A 6组成半波精密整流电路。D8、D9为整流二极管。当A5的同相输入端输入信号为正半波时，D8导通并通过R20形成强的负反馈，A5工作在电压跟随状态，其输出为正。A 6的同相输入端通过R22接地，D9因反偏而截止，

12、A6同样工作在电压跟随状态，其输出为零。当A5的同相输入端输入负半波时，D8截止，D9导通，并通过R21与A6串联组成两级电压跟随器使A6输出为负半波波形，由于运用了理想运放输入端虚断、虚短和开环电压放大倍数无穷大的概念，使整流输出电压克服了二极管死区电压的影响，即使输入电压的幅度小于07V，只要大于0V，该整流器也可以进行精密整流。音乐信号被整流后，就会在RW上形成与音乐信号的幅度成正比的负的直流电压。C11是滤波电容，以减小输出波形的脉动。D8、D9以选用管压降小的锗管为宜。R20和R21的作用主要是在输入正半波时，限制通过D8流入A6输出端的电流，因此R20和R21的电阻值应选在l0k以

13、上。C11和R22起平滑作用以减小输出波形的脉动，但还必须保证输出电压能跟随输入音乐信号的变化，所以C11和R22的乘积不能太大。它们的数值可以在调试中确定。 24 电压比较器和同步脉冲控制电路在图6中，A7和T2组成电压比较器和同步触发脉冲控制电路。由A6输出反映音乐信号大小的负直流电压的变化要比阶梯波的变化缓慢，因此可把uG看成比较器的参考电压。阶梯波uF作为被比较电压，当|uF|uG|时，A7输出低电平，T2饱和导通，其集电极输出为高电平，与门打开，同步触发脉冲uE通过与门，由射极跟随器输出uH去触发可控硅。当阶梯波的变化为|uF|uG|时，A7输出高电平，T2截止，其集电极输出为低电平

14、，与门被封锁，同步触发脉冲通不过，可控硅截止。图7 uH uO uT uG uF电压波形图由此可见，|uG|的大小决定了A 7输出低电平的时间，同时也决定了通过与门同步触发脉冲的个数及彩灯的亮度。uF、uG、u T、uH的波形对应关系如图7所示。R23和R26分别为T2和T3的基极偏流电阻和A7和与门输出端的限流电阻，它们的阻值选择关系到电路能否正常工作。R25在T2截止时是与门的接地电阻，要保证相应的与门的输入端为低电平，R25应小于与门的开门电阻RON。25 10mV音乐信号鉴别器的原理与设计技术指标要求，输入音乐信号小于10mV时。彩灯全亮。当输入音乐信号大于10mV时彩灯亮度随输入音乐

15、信号的大小分为八个等级。为实现此项要求，电路中必须设有10mV音乐信号鉴别电路，如图137所示。在图8中，A8为电压放大器，A9是电压比较器。音乐信号通过耦合电容经A8放大后由R31和D10进行半波整流。当整流输出负电压的值高于A9反相输入端闭值电压0.7V时，A9输出uL为高电平，此时T4饱和导通，并通过R28给T 2提供偏流，T2也饱和导通，其集电极输出高电平，与门打开，同步触发脉冲连续通过与门，彩灯全亮。当输入信号高于10mV时，uL为低电平，T4截止,A7输出低电乎的时间受音乐信号强弱的控制，使彩灯的亮度随输入音乐信号的大小而变化。由以上分析可知，合理选择R30和R29的比值，是设计1

16、0mV鉴别电路的关键。A9的阈值电压为0.7V，要使输入音乐信号在10mV以上时A9翻转输出uL为低电平，A8的电压放大倍数必须大于70。图8 10mv音乐信号鉴别电路原理图31 系统原理电路假设电路选择的是中频段，利用PROTEL软件绘制的原理电路如下图所示，在同步脉冲和阶梯波产生电路的设计中,没有使用模块电路中的电源电路,因为在PROTEL软件中有备用的12V和5V的直流电源。如图所示，系统原理电路由同步脉冲发生器、阶梯波发生器、带通滤波器和放大器、精密整流器、电压比较器、与门和双向可控硅执行机构等组成。图9 系统原理电路图3.2 印刷电路的绘制利用PROTEL绘制的印刷电路如图10所示3

17、.3 电阻、电容的相关知识(1) 电阻RI材料：片状电阻是金属玻璃铀电阻的一种形式，他的电阻体是高可靠的钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成，电极采用银钯合金浆料。特点：体积小，精度高，稳定性好，由于其为片状元件，所以高频性能好。 RI 功率：0.125W 阻值范围：50-10M 允差：J,K,M 最大工作电压：63V温度系数：+-500PPM +-700额定温度： 70C尺寸：3.2*1.6mmRI13 功率：0. 25W 阻值范围：5.1-10M 允差：J,K,M,G温度系数： 500PPM额定温度： 70C尺寸：9*4.5mmRI 功率：0. 05W 阻值范围：50-10M 允差：J,K,M

18、, 温度系数： +-500PPM+-700PPM额定温度： 70C尺寸：2*1.25mm(2) 电容电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。 不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对它的电容值。安装的时候，要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到，以便核实。3.4 二极管的相关知识(1) 整流二极管的作用一种将交流电能转变为直流电能的半导体

19、器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时，位垒降低，位垒两侧附近产生储存载流子，能通过大电流，具有低的电压降（典型值为0.7V）,称为正向导通状态若加相反的电压,使位垒增加，可承受高的反向电压，流过很小的反向电流（称反向漏电流），称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性,。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用(2) 稳压二极管稳压二极管工作原理一种用于稳定电压的单结二极管。它的伏安特性，稳压二极

20、管符号如图1所示。结构同整流二极管。加在稳压二极管的反向电压增加到一定数值时，将可能有大量载流子隧穿伪结的位垒，形成大的反向电流，此时电压基本不变，称为隧道击穿。当反向电压比较高时，在位垒区内将可能产生大量载流子，受强电场作用形成大的反向电流，而电压亦基本不变，为雪崩击穿。因此，反向电压临近击穿电压时，反向电流迅速增加，而反向电压几乎不变。这个近似不变的电压称为齐纳电压（隧道击穿）或雪崩电压（雪崩击穿） 。 图1 稳压二极管伏安特性曲线图2 等效电路理想模式 图3 理想模式导通状态常见的两种稳压电路接法图4 实际模式导通状态 图5 实际模式导通状态常见的两种稳压接线电路稳压二极管的主要参数 1

21、.Vz 稳定电压。 指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如，2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V, Vzmax则为3.6V。 2.Iz 稳定电流。 指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。 3.Rz 动态电阻。 指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。例如，2CW7C稳压管的工作电流为5m

22、A时，Rz为18;工作电流为1OmA时，Rz为8;为20mA时，Rz为2 ; 20mA则基本维持此数值。 4.Pz 额定功耗。 由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。例如2CW51稳压管的Vz为3V，Izm为20mA，则该管的Pz为60mWo 5.Ctv 电压温度系数。 是说明稳定电压值受温度影响的参数。例如2CW58稳压管的Ctv是+0.07%/C，即温度每升高1C，其稳压值将升高0.07%。 6.IR 反向漏电流。 指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58稳压管的VR=1V时，IR=O.1uA;在VR=6V时，IR=10uA。 (三)选择二极

23、管的基本原则 1.要求导通电压低时选锗管;要求反向电流小时选硅管。 2.要求导通电流大时选面结合型;要求工作频率高时选点接触型。 3.要求反向击穿电压高时选硅管。 4.要求耐高温时选硅管。3.5 三极管的相关知识 半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件。半导体三极管

24、是电路中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。半导体三极管主要分为两大类：双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。晶体管有三个极；双极性晶体管的三个极，分别由N型跟P型组成发射极（Emitter）、基极 (Base) 和集电极（Collector）；场效应晶体管的三个极，分别是源极 （Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）。晶体管因为有三种极性，所以也有三种的使用方式，分别是发射极接地（又称共射放大、CE组态）、基极接地、集电极接地。最常用的用途应该是属于讯号放大这一方面，其次是阻抗匹配、讯号转换等，晶体管在电路中是个很重

25、要的组件，许多精密的组件主要都是由晶体管制成的。三极管的导通 三极管处于放大状态还是开关状态要看给三极管基极加的直流偏置，随这个电流变化，三极管工作状态由截止-线性区-饱和状态变化而变， 如果三极管Ib（直流偏置点）一定时，三极管工作在线性区，此时Ic电流的变化只随着Ib的交流信号变化，Ib继续升高，三极管进入饱和状态，此时三极管的Ic不再变化，三极管将工作在开关状态。 三极管为开关管使用时工作在饱和状态1，用放大状态1表示不是很科学。 请对照三极管手册的Ib；Ic曲线加以参考我的回答来理解三极管的工作状态，三极管be结和ce结导通三极管才能正常工作。 如果三极管没有加直流偏置时，放大电路时输

26、入的交流正弦信号正半周时，基极对发射极而言是正的，由于发射结加的是反向电压，此时没有基极电流和集电极电流，此时集电极电流变化与基极反相，在输入电压的负半周，发射极电位对于基极电位为正的，此时由于发射极加的是正向电压，才有基极和集电极电流通过，此时集电极电流变化与基极同相， 在三极管没有加直流偏置时三极管be结和ce结导通，三极管放大电路将只有半个波输出将产生严重的失真。晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键活动（active）元件。晶体管在当今社会的重要性，主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程，进行大规

27、模生产的能力，因而可以不可思议地达到极低的单位成本。虽然数以百万计的单体晶体管还在使用，但是绝大多数的晶体管是和电阻、电容一起被装配在微芯片（芯片）上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一块芯片上。设计和开发一个复杂芯片的成本是相当高的，但是当分摊到通常百万个生产单位上，每个芯片的价格就是最小的。一个逻辑门包含20个晶体管，而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。晶体管的低成本、灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件，例如数字计算。在控制电器和机械方面，晶体管电路也正在取代电机设备，因为它通常是更便宜、更有效地，仅仅使用标准集成电路并编写计算机程序来

28、完成同样的机械任务，使用电子控制，而不是设计一个等效的机械控制。因为晶体管的低成本和后来的电子计算机、数字化信息的浪潮来到了。由于计算机提供快速的查找、分类和处理数字信息的能力，在信息数字化方面投入了越来越多的精力。今天的许多媒体是通过电子形式发布的，最终通过计算机转化和呈现为模拟形式。受到数字化革命影响的领域包括电视、广播和报纸。4.1 电路的焊接方法 1 沾锡作用当热的液态焊锡溶解并渗透到被焊接的金属表面时，就称为金属的沾锡或金属被沾锡。焊锡与铜的混合物的分子形成一种新的部分是铜、部分是焊锡的合金，这种溶媒作用称为沾锡，它在各个部分之间构成分子间键，生成一种金属合金共化物。良好的分子间键的

29、形成是焊接工艺的核心，它决定了焊接点的强度和质量。只有铜的表面没有污染，没有由于暴露在空气中形成的氧化膜才能沾锡，并且焊锡与工作表面需要达到适当的温度。2 表面张力大家都熟悉水的表面张力，这种力使涂有油脂的金属板上的冷水滴保持球状，这是由于在此例中，使固体表面上液体趋于扩散的附着力小于其内聚力。用温水和清洁剂清洗来减小其表面张力，水将浸润涂有油脂的金属板而向外流形成一个薄层，如果附着力大于内聚力就会发生这种情况。锡-铅焊锡的内聚力甚至比水更大，使焊锡呈球体，以使其表面积最小化(同样体积情况下，球体与其他几何外形相比具有最小的表面积，用以满足最低能量状态的需求)。助焊剂的作用类似于清洁剂对涂有油

30、脂的金属板的作用，另外，表面张力还高度依赖于表面的清洁程度与温度，只有附着能量远大于表面能量(内聚力)时，才能发生理想的沾锡。3 金属合金共化物的产生铜和锡的金属间键形成了晶粒，晶粒的形状和大小取决于焊接时温度的持续时间和强度。焊接时较少的热量可形成精细的晶状结构，形成具有最佳强度的优良焊接点。反应时间过长，不管是由于焊接时间过长还是由于温度过高或是两者兼有，都会导致粗糙的晶状结构，该结构是砂砾质的且发脆，切变强度较小。采用铜作为金属基材，锡-铅作为焊锡合金，铅与铜不会形成任何金属合金共化物，然而锡可以渗透到铜中，锡和铜的分子间键在焊锡和金属的连接面形成金属合金共化物Cu3Sn 和Cu6Sn5

31、，如图所示。金属合金层(n相+相)必须非常薄，激光焊接中，金属合金层厚度的数量级为0.1mm ，波峰焊与手工烙铁焊中，优良焊接点的金属间键的厚度多数超过0.5m 。由于焊接点的切变强度随着金属合金层厚度的增加而减小，故常常试着将金属合金层的厚度保持在1m 以下，这可以通过使焊接的时间尽可能的短来实现。金属合金共化物层的厚度依赖于形成焊接点的温度和时间，理想的情况下，焊接应在220 t约2s 内完成，在该条件下，铜和锡的化学扩散反应将产生适量的金属合金结合材料Cu3Sn 和Cu6Sn5厚度约为0.5m 。不充分的金属间键常见于冷焊接点或焊接时没有升高到适当温度的焊接点，它可能导致焊接面的切断。相

32、反，太厚的金属合金层，常见于过度加热或焊接太长时间的焊接点，它将导致焊接点抗张强度非常弱，如图所示。4 沾锡角比焊锡的共晶点温度高出大约35时，当一滴焊锡放置于热的涂有助焊剂的表面上时，就形成了一个弯月面，在某种程度上，金属表面沾锡的能力可通过弯月面的形状来评估。如果焊锡弯月面有一个明显的底切边，形如涂有油脂的金属板上的水珠，或者甚至趋于球形，则金属为不可焊接的。只有弯月面拉伸成一个小于30。的小角度才具有良好的焊接性。4.2 PCB安装工艺Introduction of Surface Mount Technology on PCB DesignRong Kongliang(Shenzhen

33、 Zhongxing Commucnication Ltd.)AbstractSurface Mount Technology is extensively applied in the assembly of electronic components and PCBs.The article illustrates some of the concerns in SMT processing technology on PCB designs.KeywordsPanelFiducial signSoldering-resistance layerThrough holeWave solde

34、ringReflow soldering以前的电子产品，“插件手焊”是PCB板的基本工艺过程，因而对PCB板的设计要求也十分单纯，随着表面安装技术的引入，制造工艺逐步溶于设计技术之中，对PCB板的设计要求就越来越苛刻，越来越需要统一化、规范化。本文结合作者多年的生产实践经验，对表面安装PCB设计中的制造工艺性问题进行了总结，提出来供广大设计人员参考。1PCB板选择(具体设备每种参数可能略有差别)1.1最大面积：XY330mm250mm(对应于小工作台贴片设备)XY460mm460mm(对应于大工作台贴片设备)1.2最小面积：XY80mm50mm1.3PCB四周倒角R1.5mm1.4PCB厚度：

35、0.82.5mm1.5若PCB板太小，需设计拼板，倘若拼板，建议采用邮票版或双面对刻V型槽的分离技术。2.元器件布局规则2.1元件布置的有效范围：PCB板X，Y方向均要留出传送边，每边3.5mm，如不可避免，需另加工艺传送边。2.2PCB板上元件需均匀排放，避免轻重不均。2.3元器件在PCB板上的排向，原则上就随元器件类型的改变而变化，即同类元器件尽可能按相同的方向排列，以便元器件的贴装、焊接和检测。2.4当采用波峰焊时，尽量保证元器件的两端焊点同时接触焊料波峰(SOIC必须保证，片状、柱状元件尽量保证)。2.5当尺寸相差较大的片状元器件相邻排列，且间距很小时，较小的元器件在波峰焊时应排列在前

36、面，先进入焊料波，避免尺寸较大的元器件遮蔽其后尺寸较小的元器件，造成漏焊。2.6板上不同组件相邻焊盘图形之间的最小间距应在1mm以上。3基准标志3.1为了精密地贴装元器件，可根据需要设计用于整块PCB的光学定位的一组图形(基准标志)，用于引脚数多，引脚间距小的单个器件的光学定位图形(局部基准标志)。3.2基准标志常用图形有： ，大小在0.5戎孔亮，男，1988年毕业于天津大学，从事SMT工艺技术研究工作，SMT车间主任。2.0mm范围内，置于PCB或单个器件的对角线对称方向位置。3.3基准标志要考虑PCB材料颜色与环境的反差，通常设置成焊盘样，即覆铜或镀铅锡合金。3.4对于拼板，由于模具冲压偏

37、差，可能形成板对板之间间距不一致，最好在每块拼板上都设基准标志，让机器将每块拼板当作单板看待。4焊盘图形设计焊盘设计一般按所用元件外形在CAD标准库中选取相应标准焊盘尺寸，不可以大代小或以小代大。5焊盘与印制导线5.1减小印制导线连通焊盘处的宽度，除非受电荷容量、印制板加工极限等因素的限制，最大宽度应为0.4mm，或焊盘宽度的一半(以较小焊盘为准)。5.2焊盘与较大面积的导电区如地、电源等平面相连时，应通过一长度较短细的导电线路进行热隔离。5.3印制导线应避免呈一定角度与焊盘相连，只要可能，印制导线应从焊盘的长边的中心处与之相连。6焊盘与阻焊膜6.1印制板上相应于各焊盘的阻焊膜的开口尺寸，其宽

38、度和长度分别应比焊盘尺寸大0.050.25mm，具体情况视焊盘间距而定，目的是既要防止阻焊剂污染焊盘，又要避免焊膏印刷、焊接时的连印和连焊。6.2阻焊膜的厚度不得大于焊盘的厚度7导通孔布局7.1避免在表面安装焊盘以内，或在距表面安装焊盘0.635mm以内设置导通孔。如无法避免，须用阻焊剂将焊料流失通道阻断。7.2作为测试支撑导通孔，在设计布局时，需充分考虑不同直径的探针，进行自动在线测试(ATE)时的最小间距。8焊接方式与PCB整体设计8.1再流焊几乎适用于所有贴片元件的焊接，波峰焊则只适用于焊接矩形片状元件、圆柱形元器件、SOT等和较小的SOP(管脚数少于28、脚间距1mm以上)。当采用波峰

39、焊接SOP等多脚元件时，应于锡流方向最后两个(每边各1)焊脚处设置窃锡焊盘，防止连焊。8.2鉴于生产的可操作性，PCB整体设计尽可能按以下顺序优化：A.单面贴装或混装，即在PCB单面布放贴片元件或插装元件；B.双面贴装，PCB A面布放贴片元件和插装元件，B面布放适合于波峰焊的贴片元件；C.双面混装，PCB A面布放贴片元件和插装元件，B面布放有需再流焊的贴片元件。总之，表面贴装PCB设计内容很广，不仅要考虑电路基本设计、元器件产品设计、基板设计，而且还要考虑制造工艺性设计、测试图形设计等多方面的内容。若设计不当，SMT根本无法实施或生产效率很低。另外，随着SMT设备的发展，SMT工艺也在不断

40、发展，现有的一些制约因素也许在不久的将来就会消失，所以需设计人员不断跟踪新设备，新工艺的发展。结 束 语本次毕业设计我虽然用了较长的时间就全部做完，但整个过程我都认真的完成了，而且从中收获很多。可以总结为以下的几点：1 学会了理论联系实际课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导

41、线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。2 学会了如何运用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内实验也用过，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分。这次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷，宁短勿长，合理布线。一个完美的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要在感官上给人美的享受。

42、所以站在美的角度对自己的电路进行改良是很必要的。3 和同学的互相协作共同进步在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的idea，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。4 其他毕业设计是开端，连接是关键，测试是必须。所以实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心。连接电路时一定按照自己的设计图仔细连接这会对后面的测试起到很好的铺垫作用

43、。在后面查错时就不用花费精力在查线上，可以给减少很多后续工作。我在这次的实习中其实也有连错线的时候，但我很快检查出来调整了那根线的连接，结果测试电路后花型显示完全正确。没有费太多的功夫在检查电路上。致 谢本论文是在朱老师的悉心指导下完成的，论文的选题由我们自己确定，在具体的设计过程中给予了我诸多的技术支持。工作中朱老师渊博的专业知识、勤奋严谨的治学精神和丰富的实际经验使我为之赞叹。在做本设计期间，我不仅学到了许多本专业的最新知识，也从各位师长身上学到了许多为人处事的方法。在此，向在本设计过程中给予我帮助的师长表示衷心的感谢！这四年里，从身边的老师和同学中学习了许多知识，使我受益无穷。通过本次设

44、计，对大学四年期间学习内容做了系统的总结。同时，也增强了实践中的动手能力、扩展了见识和积累了实践经验。谨以此文献给所有关心和帮助我的师长、同学、朋友和家人！ 附 录附 录方案实现过程中的参数选择：(1) 同步脉冲发生器和阶梯波发生器电路参数的选择：R72.7k，R310k，R4200k，R110k，R230k，R1110k，R1010k，R920k，R840k，R780k。(2) 音乐通道电路参数的选择：C7C90.01uF，R12=13k，R16=33k，R12=R13，C7=C8，R16=R17，C9C10，R20R2110k，D8、D9选择点接触型锗管2AP9型，C1110uF，R222

45、0k，R240.68k，R2325k，R272k。(3) 10mV音乐信号鉴别电路的参数选择：R295k，R30360k，C1210uF，R322.2k。参 考 文 献1 杨自厚.自动控制原理M.北京:冶金工业出版社,1998.2 黄继昌. 检测专用集成电路及其应用M. 北京：人民邮电出版社，2006-10.3 徐凤霞，赵成安AT89C51单片机温度控制系统J齐齐哈尔大学学报，2004-03，20（1):64-66 4 王锦标,方崇智. 过程计算机控制M.北京：清华大学出版社，1997.5 邵惠鹤. 工控制原理M.北京：国防工业出版社，2000.7 刘泊春. 智能PID调节器的设计及应用D.北京:电子自动化,1995 . 8 谭浩强. C程序设计M. 北京：清华大学出版社,1999.9 Katsuhiko Ogata. Moden Control Engineering