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《國傢精品課程配套教材係列:電子設計與製作簡明教程》特色:貫穿學科綜閤拓展易讀易做學做結閤,《國傢精品課程配套教材係列:電子設計與製作簡明教程》是國傢精品課程“電子産品生産與製作”配套教材,基於作者多年教學經驗,難易程度適中,便於開展實操。教學內容安排精煉緊湊,主要包括電子産品的設計方法、製作工藝、調試技巧、故障維修方法及初步的科技論文寫作規範。操作步驟具體並配有相關截圖,使學生能全麵瞭解電子設計與製作的基本方法,並通過實際動手操作提高實踐能力。
內容簡介
《國傢精品課程配套教材係列:電子設計與製作簡明教程》是國傢精品課程“電子産品生産與製作”配套教材,是作者在多年教學的基礎上,經整理完善而成的,是一本實用性強、難易適中、便於開展實操的教材。
《國傢精品課程配套教材係列:電子設計與製作簡明教程》主要內容包括:電子製作的基本技能,常用電路模塊(三極管放大電路、場效應管放大電路、穩壓電源、數字邏輯電路、集成運放等)的設計與製作、較復雜係統(數字式轉速錶、功率放大器、多路紅外遙控裝置、數字鍾)的設計與製作、PCB闆的設計與製作、抗電磁乾擾設計、科技論文的寫作等,是對所學專業課程的係統性應用,對提高學生理論聯係實際的能力具有積極作用。
《國傢精品課程配套教材係列:電子設計與製作簡明教程》可作為高職高專學校應用電子、電氣自動化等電類專業的教材,也可供從事電子技術的工程技術人員及電子愛好者參考。
內頁插圖
目錄
前言
第一章 電子設計與製作基礎
1.1 概述
1.1.1 電子設計的選題
1.1.2 電子設計與製作的基本途徑
1.2 電子設計的一般過程
1.3 電子製作的基本技能
1.3.1 常用元器件的選型與代用
1.3.2 元器件焊接工藝
1.3.3 電子産品的裝配工藝
1.3.4 電子産品的調試
1.3.5 故障的判斷與排除
1.4 PCB闆的製作
1.4.1 PCB闆的雕刻製闆法
1.4.2 PCB闆的腐蝕製闆法
1.5 電子製作中的5S管理
第二章 基本電路模塊的設計與製作
2.1 三極管基本放大電路的製作
2.1.1 三極管放大電路設計的原則
2.1.2 共發射極放大電路的設計
2.1.3 電路的製作與測試
2.2 場效應管放大電路的設計與製作
2.2.1 場效應管的主要參數
2.2.2 場效應管的使用原則
2.2.3 場效應管基本放大電路的設計與製作
2.3 串聯型綫性穩壓電源的製作
2.3.1 串聯型綫性穩壓電源的組成
2.3.2 串聯型綫性穩壓電源的實際電路
2.3.3 串聯型綫性穩壓電源的製作與調試
2.4 集成運算放大器的應用
2.4.1 電壓比較器的製作
2.4.2 正弦波發生器的設計與製作
2.5 數字邏輯電路的設計與製作
2.5.1 基本門電路和邏輯電平規範
2.5.2 常見數字邏輯芯片
2.5.3 簡易搶答器的製作
2.5.4 雙音門鈴的製作
2.6 遙控電路的製作
2.6.1 遙控係統的基本組成
2.6.2 紅外遙控原理
2.6.3 簡單紅外遙控裝置的製作
第三章 較復雜係統的設計與製作
3.1 以MCS-51係列單片機為核心的數字式轉速錶的設計與製作
3.1.1 設計與製作任務
3.1.2 轉速錶的硬件電路設計
3.1.3 係統設計流程圖及源程序
3.1.4 電路製作與調試
3.2 0CL功率放大器的設計與製作
3.2.1 設計與製作的任務
3.2.2 電路設計
3.2.3 功率放大器的安裝與調試
3.3 多路紅外遙控裝置的設計與製作
3.3.1 設計與製作的任務及方案選擇
3.3.2 遙控編、解碼集成電路PT2262和PT2272介紹
3.3.3 4路紅外遙控裝置的工作原理
3.3.4 四路紅外遙控電路的製作與調試
3.4 數字鍾的設計與製作
3.4.1 設計與製作任務
3.4.2 秒脈衝信號發生器的製作與調試
3.4.3 秒、分、時計數顯示電路的製作調試
3.4.4 分、時校正電路
3.4.5 電路聯調
第四章 可編程邏輯器件及應用
4.1 ACEXIK係列FPGA
4.2 可編程邏輯器件的設計流程
4.3 Quartus lI的使用
4.3.1 Quartus II的特點
4.3.2 Quartus II的設計流程
4.4 應用舉例
4.4.1 設計任務
4.4.2 頻率計的工作原理
4.4.3 功能模塊的實現
4.4.4 頻率計的總體電路
4.4.5 完成步驟
第五章 Protel 99 SE在電路設計與製作時的應用
5.1 Protel 99 SE概述
5.2 原理圖設計
5.3 印製電路闆的設計
5.3.1 元器件封裝庫的製作
5.3.2 嚮導式繪製電路闆
5.3.3 人工繪製PCB闆
5.3.4 計算機輔助設計PCB闆
5.4 PCB布局及布綫原則
5.5 PCB設計應用實例
5.5.1 從原理圖到PCB
5.5.2 手工繪製PCB
第六章 PCB闆的製作
6.1 PCB闆的腐蝕法製作
6.1.1 PCB設計與打印
6.1.2 熱轉印
6.1.3 腐蝕與鑽孔
6.2 PCB闆的雕刻法製作
6.2.1 雕刻機的工作原理
6.2.2 加工文件的生成
6.2.3 雕刻機製闆
第七章 電子綫路的抗電磁乾擾設計
7.1 概述
7.1.1 電磁乾擾入侵的途徑
7.1.2 抑製電磁乾擾的基本思路
7.1.3 抗電磁乾擾的基本措施
7.2 抗電磁乾擾設計
7.2.1 輸入信號綫的選擇與連接
7.2.2 濾波器設計
7.2.3 屏蔽層設計
7.2.4 接地的設計
7.2.5 信號隔離的設計
第八章 電子綫路故障檢修的基本方法
8.1 直觀檢查法
8.2 電阻測量法
8.3 電壓測量法
8.4 電流測量法
8.5 波形測量法
8.6 元器件代換法
8.7 信號注入法
8.8 分割法
8.9 短路法
第九章 科技論文寫作
9.1 概述
9.1.1 科技論文寫作的性質與功能
9.1.2 科技論文寫作的基本特徵
9.1.3 科技論文寫作的意義
9.2 科技論文寫作的基本要求
9.2.1 科技論文的類型
9.2.2 科技論文的寫作要求
9.2.3 科技論文的編寫格式及規範
9.2.4 章、條的編號
附錄
參考文獻
精彩書摘
3.功能仿真
功能仿真也叫前仿真。用戶所設計的電路必須在編譯之前進行邏輯功能驗證,此時的仿真沒有延時信息,對於初步的功能檢測非常方便。仿真前,要先利用波形編輯器和硬件描述語言等建立波形文件和測試嚮量(即將所關心的輸入信號組閤成序列),仿真結果將會生成報告文件和輸齣信號波形,從中便可以觀察到各個節點的信號變化。如果發現錯誤,則返迴設計輸入中修改邏輯設計。
4.設計處理
設計處理是器件設計中的核心環節。在設計處理過程中,編譯軟件將對設計輸入文件進行邏輯化簡、綜閤優化和適配,最後産生編程用的編程文件。
(1)語法檢查和設計規則檢查
設計輸入完成後,首先進行語法檢查,如原理圖中有無漏連信號綫、信號有無雙重來源、文本輸入文件中關鍵字有無輸錯等各種語法錯誤,並及時列齣錯誤信息報告供設計人員修改,然後進行設計規則檢驗,檢查總的設計有無超齣器件資源或規定的限製,並將編譯報告列齣,指明違反規則情況以供設計人員糾正。
(2)邏輯優化和綜閤
化簡所有的邏輯方程或用戶自建的宏,使設計所占用的資源最少。綜閤的目的是將多個模塊化設計文件閤並為一個網錶文件,並使層次設計平麵化。
(3)適配和分割
確立優化以後的邏輯能否與器件中的宏單元和I/O單元適配,然後將設計分割為多個便於識彆的邏輯小塊形式映射到器件相應的宏單元中。如果整個設計較大,不能裝入一片器件時,可以將整個設計劃分(分割)成多塊,並裝入同一係列的多片器件中去。分割可全自動、部分或全部用戶控製,目的是使器件數目最少,器件之間通信的引腳數目最少。
(4)布局和布綫
布局和布綫工作是在上麵的設計工作完成後由軟件自動完成的,它以最優的方式對邏輯元件布局,並準確地實現元件間的互連。布綫以後軟件自動生成報告,提供有關設計中各部分資源的使用情況等信息。
5.時序仿真
時序仿真又稱後仿真或延時仿真。由於不同器件的內部延時不一樣,不同的布局布綫方案也給延時造成不同的影響,因此在設計處理以後,對係統和各模塊進行時序仿真,分析其時序關係,估計設計的性能,以及檢查和消除競爭冒險等是非常有必要的。實際上這也是與器件實際工作情況基本相同的仿真。
……
前言/序言
應用能力培養是高等職業教育的最重要環節,但由於高職教育的曆史不長,很多學校還普遍存在重理論輕實踐的傾嚮,直接導緻瞭一直睏擾廣大師生的兩個問題:一是學生感到學習內容枯燥難懂,學習興趣不大;二是學生畢業後很長一段時間不能將所學知識用於生産實踐,造成理論與實踐的嚴重脫節。究其原因,主要是我們對高等職業教育的目標定位、辦學指導思想及高職的教育規律的認識存在偏差。
近年來,特彆是2006年開始的示範建設以來,國內高職院校在人纔培養模式上進行瞭大刀闊斧的改革。作為首批國傢示範校,我校深刻把握高等職業教育的內涵,對教學內容、教學方法和培養目標進行瞭準確的定位,對課程進行瞭較大的整閤。在充分的市場調研和對畢業生的跟蹤調查的基礎上,設置瞭一些市場情景好、社會需求量大的應用性課程,對教學內容進行瞭優化,大幅度增加瞭實踐教學的學時,使學生在校期間動手的機會大大增加,使畢業生的就業競爭力大大增強。
我校曾在03級傢電專業、03級及04級電子專業安排瞭曆時一周的電子製作課程設計,效果非常好。通過課程設計,同學們初步掌握瞭電子産品的設計、製作的一些基本環節。但我們也感覺到,對於掌握電子設計與製作的基本內容從而達到獨立完成一些具有一定難度的製作課題來說,一周的時間是遠遠不夠的。因此,我們從05級開始,新開設瞭“電子設計與製作”課程,再配閤課程設計,這樣就可使廣大同學能夠比較全麵地瞭解電子設計與製作的基本方法並通過實際動手操作提高自己的實踐能力,我們相信,通過係統的學習與訓練,同學們的動手能力一定能夠有較大的飛躍。
本課程是在學生完成瞭模擬電路、數字電路、高頻電路、單片機、Protel99SE等課程的學習後,掌握瞭電子技術的基本理論,同時具備必要的實踐能力後開設的。本課程的目的就是通過課程的學習,使學生能夠運用所學知識完成簡單電子産品的設計與製作,掌握電子産品的設計方法、製作工藝、調試技巧、故障維修方法及初步的科技論文寫作規範,培養創新意識和實踐能力,為今後走嚮工作崗位奠定良好的基礎。
本課程的實踐性很強,因此,要求同學們能夠理論聯係實際,在充分消化吸收課本知識的基礎上多動手、多思考。要自覺培養自己的工程意識,學會在實踐中發現問題、分析問題、解決問題。要善於運用各種方法,如查閱圖書資料、上網查尋等解決在設計和製作中齣現的問題。本課程的開設為同學們提供瞭一個創新與實踐的平颱,也許同學們的某一次設計和製作最終沒有得到理想的結果,但隻要認真地思考過、解決過、相互商量過,總是有收獲的。
《電子設計與製作的探索之旅》 這是一本旨在為電子愛好者、初學者以及相關專業學生提供紮實理論基礎與豐富實踐指導的入門讀物。它並非一本堆砌公式與概念的枯燥手冊,而是緻力於點燃你對電子世界的探索熱情,引導你逐步掌握電子設備的設計、搭建與調試能力。本書以一種循序漸進、通俗易懂的方式,深入淺齣地剖析瞭電子技術的核心原理,並結閤大量貼近實際的案例,讓你在理論學習的同時,能夠親手實踐,感受電子的魅力。 第一章:開啓你的電子世界之門 本章將為你揭開電子學的神秘麵紗。我們將從最基本的概念入手,例如電荷、電流、電壓與電阻,並通過生動形象的比喻,幫助你理解這些抽象的概念。你將瞭解到歐姆定律是如何支配電路行為的,它如同電子世界的交通規則,指導著電流的流動。我們還將介紹不同類型的電子元器件,如電阻、電容、電感,它們如同樂高積木,是你構建復雜電路的基礎。你將學習如何識彆它們的標識、理解它們的特性,以及它們在電路中扮演的關鍵角色。同時,本章還會引入一些基礎的電路符號和原理圖解讀方法,讓你能夠讀懂那些看似復雜的電路圖,如同掌握瞭一門新的語言。 第二章:直流電路的奧秘 直流電路是電子技術的基礎,本章將帶你深入探索其奧秘。你將學習串聯電路和並聯電路的工作原理,理解電流和電壓在不同連接方式下的分配規律。我們將介紹基爾霍夫電壓定律和電流定律,它們是分析復雜直流電路的有力工具。通過豐富的圖示和實例,你將學會如何計算電路中的電流、電壓和功率,從而能夠預測電路的實際工作狀態。本章還會引入一些常用的直流電源,如電池和穩壓電源,以及如何使用萬用錶等基本測量儀器進行直流電路的測量與診斷,讓你能夠動手驗證理論,解決實際問題。 第三章:交流電的奇妙世界 與直流電不同,交流電在我們的生活中無處不在。本章將為你揭示交流電的獨特魅力。你將學習交流電的産生原理,理解正弦波的特性,如頻率、幅值和相位。我們將深入探討電容和電感在交流電路中的行為,它們會錶現齣與直流電路截然不同的特性——電抗。你將瞭解容抗和感抗的概念,以及它們與頻率的關係。本章還會介紹阻抗的概念,它是交流電路中電流流動總的“阻礙”,並學習如何計算交流電路的總阻抗。通過分析RLC串聯和並聯電路,你將掌握交流電路的分析方法,並瞭解調諧電路等在實際中的應用。 第四章:半導體器件:電子技術的核心驅動 半導體器件是現代電子技術的基石,本章將為你揭示它們的運作原理。我們將從最基本的半導體材料(如矽和鍺)開始,理解它們的導電特性。你將詳細學習二極管的工作原理,瞭解它如同一個單嚮閥門,隻允許電流在一個方嚮上通過。我們將介紹不同類型的二極管,如整流二極管、穩壓二極管、發光二極管(LED)以及光電二極管,並探討它們在電路中的具體應用,如整流、穩壓、發光照明和光電傳感。緊接著,你將進入三極管的世界,理解它作為電子開關和放大器的核心作用。我們將介紹雙極結型晶體管(BJT)和金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)這兩種最常見的晶體管類型,闡述它們的電學特性、工作區域以及在放大電路和開關電路中的應用。 第五章:基礎放大電路的設計與分析 放大電路是將微弱信號放大的關鍵。本章將聚焦於放大電路的設計與分析。你將學習不同類型的放大電路,如共發射極放大電路、共集電極放大電路和共基極放大電路,理解它們各自的增益特性和輸入輸齣阻抗。我們將深入探討放大器的偏置問題,這是確保放大器正常工作的關鍵。你將學習如何選擇閤適的偏置電路,以獲得穩定的工作點。此外,本章還會介紹反饋的概念,理解正反饋和負反饋對放大器性能的影響,特彆是負反饋如何提高放大器的穩定性、降低失真並擴展帶寬。通過實際的電路設計示例,你將能夠親手搭建簡單的放大電路,並驗證其放大效果。 第六章:集成電路:功能的集成與應用的飛躍 集成電路(IC)是電子技術發展史上的裏程碑,它將大量的電子元器件集成在一塊小小的芯片上。本章將為你打開集成電路的大門。你將瞭解不同類型的集成電路,如模擬集成電路和數字集成電路。我們將重點介紹運算放大器(Op-amp),它是一種功能強大的通用模擬集成電路,能夠實現各種復雜的信號處理功能,如加法、減法、積分、微分等。你將學習如何使用運算放大器搭建各種實用電路,如電壓跟隨器、比較器、有源濾波器等。對於數字集成電路,你將初步瞭解邏輯門(如AND、OR、NOT、XOR門)的基本原理,它們是構建數字電路的基礎。本章還將介紹常用的數字集成電路芯片,如多諧振蕩器、計數器等,以及它們在實際應用中的作用。 第七章:電源電路的設計與製作 穩定可靠的電源是所有電子設備正常工作的生命綫。本章將詳細介紹電源電路的設計與製作。你將學習如何將市電(交流電)轉換為穩定的直流電,這通常涉及到變壓、整流、濾波和穩壓等幾個關鍵環節。你將深入理解變壓器的作用,以及如何根據需求選擇閤適的變壓器。整流電路將介紹全波整流和半波整流的原理,以及如何利用二極管實現。濾波電路將講解電容濾波和電感濾波的原理,以及如何減小電源的紋波。穩壓電路將介紹綫性穩壓器和開關穩壓器的工作原理,以及如何選擇閤適的穩壓芯片以獲得所需的輸齣電壓和電流。本章還會介紹一些常見的電源保護電路,如過壓保護和過流保護,以確保電源的安全運行。 第八章:基礎數字邏輯與常用數字電路 數字電路是現代電子設備的核心。本章將為你深入淺齣地介紹數字邏輯的基礎概念和常用數字電路。你將學習二進製數係統、邏輯門(AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR)的工作原理以及它們之間的邏輯關係。你將瞭解組閤邏輯電路的設計方法,如卡諾圖化簡,以及如何利用邏輯門構建簡單的組閤邏輯功能,如編碼器、譯碼器、多路選擇器和數據分配器。接著,你將學習時序邏輯電路的概念,並瞭解觸發器(如RS觸發器、D觸發器、JK觸發器)的工作原理,它們是構建存儲單元的基礎。本章還將介紹常見的時序邏輯電路,如移位寄存器和計數器,並展示它們在數字係統中的應用,例如數字顯示、定時控製等。 第九章:傳感器與執行器:連接虛擬與現實的橋梁 傳感器是將物理世界的信息轉換為電信號的“眼睛”和“耳朵”,而執行器則是將電信號轉換為物理動作的“手臂”和“腿腳”。本章將為你介紹各種常用的傳感器和執行器,以及如何將它們集成到你的電子項目中。你將學習不同類型的傳感器,如溫度傳感器(如NTC熱敏電阻、LM35)、光傳感器(如光敏電阻、光電耦閤器)、壓力傳感器、位移傳感器等,理解它們的工作原理以及如何讀取它們的輸齣信號。同時,你還將瞭解各種執行器,如LED(發光二極管)、繼電器、電動機、舵機、蜂鳴器等,以及如何通過驅動電路控製它們的動作。本章將通過一些實例,演示如何利用傳感器采集信息,並通過執行器實現相應的控製功能,從而搭建齣能夠與環境互動的智能係統。 第十章:電路的焊接與製作技巧 理論知識需要通過實踐來落地。本章將為你提供一套實用的電路焊接與製作技巧。你將學習如何正確使用烙鐵、焊锡絲和助焊劑,掌握基本的焊接方法,包括單綫焊接、多綫焊接以及焊盤的清潔與處理。我們將指導你如何識彆和選擇閤適的印製電路闆(PCB),並介紹幾種常用的PCB製作方法,如手工繪製、曝光蝕刻以及萬用闆搭接。此外,本章還會分享一些提高製作效率和質量的技巧,例如如何閤理布局元器件、如何進行導綫連接、如何進行電路的初步檢查和故障排除,以及如何對製作完成的電路進行美化和封裝,讓你能夠自信地將你的設計變為現實。 第十一章:常用電子測量儀器與調試方法 在電子製作過程中,熟練使用各種測量儀器是必不可少的。本章將為你介紹幾種最常用的電子測量儀器,如數字萬用錶、示波器、信號發生器和邏輯分析儀。你將學習如何正確使用數字萬用錶測量電壓、電流、電阻和通斷,掌握示波器觀察信號波形、測量幅值和周期的方法,以及信號發生器産生各種測試信號。本章還將重點講解電路調試的係統方法。你將學習如何根據電路原理圖進行逐級檢查,如何利用測量儀器定位故障點,以及常見的故障排除技巧,例如開路、短路、虛焊、元器件損壞等。通過這些內容的學習,你將能夠更高效、更準確地對你的電子項目進行測試和調試,確保其正常工作。 第十二章:嵌入式係統入門與微控製器應用 進入現代電子技術領域,嵌入式係統和微控製器是不可或缺的部分。本章將為你打開嵌入式係統的大門。你將初步瞭解嵌入式係統的概念,理解其組成部分,包括微控製器、存儲器、輸入輸齣接口等。我們將以一種常見的微控製器平颱(如Arduino)為例,介紹其硬件結構和開發環境。你將學習如何使用簡單的C語言編寫程序,實現對微控製器的控製,例如讀取傳感器數據、控製LED閃爍、驅動顯示屏等。本章將通過一係列由淺入深的實踐項目,讓你能夠親手搭建基於微控製器的簡單應用,如自動澆水係統、智能小車、溫濕度監測器等,從而體驗嵌入式係統帶來的無限可能。 第十三章:電子製作項目實踐指導 理論的升華在於實踐。本章將為你提供若乾精心設計的電子製作項目,涵蓋不同難度和應用方嚮,讓你能夠將前述章節中學到的知識融會貫通。我們將提供詳細的電路原理圖、元器件清單、PCB布局圖(或萬用闆接綫圖)以及詳細的製作步驟說明。項目設計將充分考慮初學者的能力,同時也為有一定經驗的愛好者提供挑戰。例如,你可以嘗試製作一個簡易的電子琴,感受音樂的樂趣;搭建一個自動感應小夜燈,體驗智能傢居的便捷;或者組裝一個遙控小車,探索無綫控製的奧秘。每個項目都將附帶詳細的調試方法和故障排除指導,幫助你順利完成製作,並在實踐中鞏固和提升你的電子技術能力。 第十四章:電子技術的發展趨勢與未來展望 電子技術日新月異,本章將帶你放眼未來,瞭解當前電子技術的前沿發展和未來趨勢。你將瞭解到物聯網(IoT)的興起,以及它如何將物理世界與數字世界緊密連接。我們將探討人工智能(AI)在電子領域的應用,例如智能硬件、機器學習芯片等。此外,你還將接觸到可穿戴設備、智能傢居、機器人技術、3D打印電子元器件等新興領域,瞭解它們如何改變我們的生活。本章旨在激發你對電子技術的持續學習熱情,引導你關注行業動態,為你的未來學習和職業發展指明方嚮。 本書力求以一種“授人以漁”的方式,讓你不僅掌握現有的電子技術知識,更能培養獨立思考、解決問題的能力,從而在電子世界的海洋中,開啓屬於你自己的精彩探索之旅。