數(shù)字顯示溫度計(jì)的PCB設(shè)計(jì)制作過(guò)程

發(fā)表時(shí)間:2020-10-31 12:11:36 人氣:2171

1引言


隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)技術(shù)的迅猛提升,在日常生活生產(chǎn)中我們時(shí)常需要準(zhǔn)確測(cè)量與控制環(huán)境溫度與設(shè)備溫度。因此,研究溫度的測(cè)量與控制就顯的很重要了。


我們要從外界感應(yīng)溫度,關(guān)鍵是溫度傳感器,在這里用LM35完成,獲取了外界的溫度值之后,需要一定的顯示裝置加以顯示。當(dāng)前流行的方法是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,在這里用ICL7107完成。再通過(guò)LED或LCD顯示出來(lái)。下面介紹的溫度計(jì)是以雙共陽(yáng)數(shù)碼管(LED)顯示的。


2繪制數(shù)顯溫度計(jì)電路圖及PCB設(shè)計(jì)方法,需要注意的問(wèn)題


我們要想成功的設(shè)計(jì)一個(gè)溫度計(jì)的PCB圖,大致要經(jīng)過(guò)以下步驟:首先學(xué)會(huì)繪制溫度計(jì)的原理圖。繪制原理圖時(shí)要知道需要那些元件,庫(kù)中沒(méi)有的或很難找到的元器件,第一小步,我們必須要建立一個(gè)元件庫(kù)(Sch.Lib)以滿足設(shè)計(jì)需要,在制作元件時(shí)我們應(yīng)該把多個(gè)元件放在一個(gè)庫(kù)中以方便調(diào)用,必要時(shí)還要在庫(kù)文件中對(duì)元器件進(jìn)行說(shuō)明可以在Browse Schlib中的Components中選中元件,再在Description中進(jìn)行相應(yīng)的描述(Description、Footprint、default Designator、Sheet part Filename)。在制作元件時(shí)我們必須注意一些小問(wèn)題,例如:在制作TL431元件符號(hào)時(shí)引腳沒(méi)有放置在柵格上,調(diào)到原理圖時(shí)不能正常連接導(dǎo)線,在引腳上不能生存節(jié)點(diǎn)。此時(shí)我們可以在制作窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵選中Doument options,在彈出的library Editor Workespace對(duì)話框中對(duì)Gird選項(xiàng)中的Snap、Visibie進(jìn)行設(shè)置。在制作元件時(shí)也要講究技巧例如:借助已有的元件庫(kù)中的類(lèi)似元件,將其拷貝到自己制作庫(kù)中稍作修改。


在制作集成芯片Icl7107、Icl7660、S-DSP,必須注意每個(gè)引腳的屬性,須認(rèn)真逐個(gè)的設(shè)置,以免在原理圖中出現(xiàn)錯(cuò)誤連接導(dǎo)致在調(diào)試時(shí)將芯片燒壞。第二小步,將要用到的元件調(diào)到原理圖中進(jìn)行連接,在連接的過(guò)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(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。因此在用到總線時(shí)必須放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。第三小步,電路圖連接好后,我們必須進(jìn)行ERC、Reports/Bill of material、Create netlist操作。電器規(guī)則檢查,以糾正電路圖中的電路錯(cuò)誤。進(jìn)行元件報(bào)表查看電路圖的元件信息。創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表為做PCB繪制做準(zhǔn)備。設(shè)計(jì)好的原理圖主要由以下幾個(gè)部分組成。


第二大步完成PCB制作。制作PCB的第一步,確定板框物理尺寸、布線尺寸和需要的各個(gè)板層,可以通過(guò)向?qū)?lái)完成。第二步,定義好PCB之后,調(diào)用菜單欄命令Design/Load Nets將元件調(diào)入PCB中,在放置元件時(shí),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(guò)孔形式。第四步,選擇元件形式和焊盤(pán)間通過(guò)的銅膜線數(shù),調(diào)用菜單欄命令Design/Rules進(jìn)行設(shè)置。第四步,走線參數(shù)設(shè)置。第五步,連接好PCB后需要進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查,調(diào)用菜單欄命令Tools/Designs Rules Check.可完成,這樣可以避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和電氣錯(cuò)誤。


3 PCB圖的打印、轉(zhuǎn)印與敷銅板的腐蝕加工與問(wèn)題。


1.用激光打印機(jī)打印PCB圖到熱轉(zhuǎn)印紙(用熱轉(zhuǎn)印紙制作PCB)


在開(kāi)始菜單中添加打印機(jī)


根據(jù)添加打印機(jī)向?qū)б徊讲阶鱿氯?當(dāng)無(wú)實(shí)際打印機(jī)連接時(shí),任選一種打印機(jī)即可)


PCB圖打印設(shè)置:窗口切換到欲打印的PCB圖,在File下,選擇Print/Preview,在Explorer下顯示了一個(gè)后綴為PPC格式的文檔,即打印文檔:Preview PCBPPC,將管理器切換到Browse PCBPrint,選擇需要打印的層進(jìn)行設(shè)置:底層打印圖形的設(shè)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(shè)計(jì)PCB圖時(shí),在Bottom Layer層放置“String”,在其中寫(xiě)上自己的名字(漢語(yǔ)拼音)、設(shè)計(jì)日期。名字、日期要水平鏡像放置。設(shè)置好后,打印到熱轉(zhuǎn)印紙上的底層圖形。


2.下料:按尺寸剪切敷銅板,并用細(xì)砂紙打磨光,清潔


3.將打印的PCB底層圖用熱轉(zhuǎn)印機(jī)轉(zhuǎn)印到敷銅板上


4.修板:


用快干漆將少量沒(méi)有印好的線條修補(bǔ)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(shí)間要掌握好。


6.清洗、晾干


7.鉆孔


選擇直徑合適的鉆頭:集成電路引腳及一般電阻、電容用0.8mm直徑的鉆頭,如有元件引腳較粗,可以根據(jù)測(cè)量值,換相應(yīng)大些直徑的鉆頭。鉆孔過(guò)程中,鉆頭盡量插入夾具深一些,并且?jiàn)A具要擰緊。


8.除去銅膜上的油墨


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


9.打磨并檢查電路板


除去油墨后,用較細(xì)的砂紙將銅膜線打磨光亮。打磨越好,越好焊接。不過(guò)不可打磨過(guò)度,以免銅膜厚度損耗過(guò)多。打磨后,用面巾紙清潔干凈。


檢查電路板:用萬(wàn)用表檢查PCB上線條間有無(wú)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


將松香溶于無(wú)水酒精中制作成助焊劑待用。注意助焊劑的濃度要合適。過(guò)濃,干燥后不光亮,過(guò)稀,助焊性能較差。


用毛刷將酒精松香焊劑均勻地涂在清潔后的PCB板,涂刷時(shí),將PCB板垂直放置,以免焊劑堵塞鉆孔。涂刷一遍即可,涂刷次數(shù)過(guò)多容易起皺紋,不光亮。


將涂刷酒精松香焊劑的PCB放置在陽(yáng)光下涼干或自然涼干。ICL7107為十進(jìn)制雙積分式3位半模數(shù)轉(zhuǎn)換器,精度為±2LSB(最低有效位),當(dāng)其典型基準(zhǔn)電壓分別為100.0 mV和1000 mV,并選用對(duì)應(yīng)的外圍電路積分電阻、積分電容時(shí),可構(gòu)成滿度量程為200 mV和2000 mV 2種電路。


ICL7107的輸出顯示數(shù)字N,輸入電壓,基準(zhǔn)電壓VREF的關(guān)系為:


N = 1000×


式中N僅為輸出顯示數(shù)字值,其小數(shù)點(diǎn)位置需要另行設(shè)置。顯然,當(dāng)基準(zhǔn)電壓VREF小于其典型基準(zhǔn)電壓(100.0 mV和1000 mV)時(shí),輸出顯示數(shù)字N將被擴(kuò)大;而基準(zhǔn)電壓VREF大于其典型基準(zhǔn)電壓(100.0 mV和1 000 mV)時(shí),輸出顯示數(shù)字N將被縮小。


4 ICL7107芯片工作原理分析


ICL7107集成電路內(nèi)部有模擬和數(shù)字電路2部分。模擬電路由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和運(yùn)放等組成,以實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣和積分,它采用差動(dòng)輸入,輸入阻抗1O10Ω。數(shù)字電路由計(jì)數(shù)器、鎖存器、控制邏輯和顯示譯碼器組成。輸入的模擬信號(hào)電壓值首先轉(zhuǎn)換成一個(gè)與之成正比的時(shí)間寬度信號(hào),然后在這個(gè)時(shí)間寬度里對(duì)固定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),則計(jì)數(shù)結(jié)果就是正比于輸入模擬信號(hào)的數(shù)字,最后進(jìn)行數(shù)字的鎖存和譯碼顯示。轉(zhuǎn)換周期分為3個(gè)階段:自動(dòng)穩(wěn)零(AZ)階段、信號(hào)積分(INT)階段、反積分(DE)階段,其時(shí)間分別為:


(1)自動(dòng)穩(wěn)零階段(AZ)


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


(2)信號(hào)積分階段(INT)


對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行積分,時(shí)間是固定的:TINT= l000×TCL


(3)反積分(DE)階段


這個(gè)階段是實(shí)現(xiàn)對(duì)與輸入信號(hào)極性相反的參考電壓VREF進(jìn)行積分,反相積分的最大時(shí)間為:T(DE)MAX =2000×TCL


從反積分開(kāi)始到積分器輸出回到模擬公共端(C00M0N)電壓VCOM的時(shí)間正比于輸入模擬電壓的大小,其數(shù)字讀數(shù)為:


N = 1000×


在反積分期的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)最大值是2000,當(dāng)?shù)扔诨虺^(guò)2000時(shí)溢出,當(dāng)不足2000時(shí),只要反相積分期結(jié)束,即轉(zhuǎn)入自動(dòng)穩(wěn)零期。綜上,A/D轉(zhuǎn)換的3個(gè)階段共需4000個(gè)TCL時(shí)鐘周期,因?yàn)檎袷幹芷?分頻TCL,所以整個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間為16000個(gè)Tosc(振蕩周期)。


5元器件的裝配與調(diào)試


5.1采用試驗(yàn)的方法


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


首先將IN+與IN-短接,表頭應(yīng)顯示為“0000”。若不為零,則應(yīng)檢查參考源電容C2和自動(dòng)校零電容C4是否漏電。


將3l腳與36腳短接,表頭讀數(shù)應(yīng)為1000.若有偏差,調(diào)電位器RP.仍然不行,多半是RP、積分電容C3壞。


將32腳與26腳短接,表頭的最高位應(yīng)顯示-l,其它位均不亮。否則,應(yīng)檢查電源或換芯片。


5.2根據(jù)故障現(xiàn)象檢修


這種方法直接,判斷故障較快。如:輸入信號(hào)為零,表頭顯示不為零,并不停跳動(dòng)。應(yīng)檢查基準(zhǔn)源電容C2和自動(dòng)校零電容C4。若表頭讀數(shù)偏差較大,可能是積分電容C3問(wèn)題,或者基準(zhǔn)電壓發(fā)生變化等。


6實(shí)驗(yàn)總結(jié)


a.放置名字(拼音)在BottomLayer層,且水平鏡像,不能用漢字


b.檢查網(wǎng)絡(luò)表:根據(jù)原理圖中的Nets,在PCB中的管理器Nets下逐一核對(duì),看有無(wú)錯(cuò)誤。


c.PCB制作完后,必須進(jìn)行DRC檢查,無(wú)高亮(綠色)顯示


d.在制作元件時(shí),沒(méi)有注意封裝圖的位置,一般應(yīng)該將1號(hào)焊盤(pán)放置在坐標(biāo)原點(diǎn)。如果離坐標(biāo)原點(diǎn)很遠(yuǎn),則在調(diào)入PCB圖時(shí),偏離放置位置很遠(yuǎn),甚至看不到。


e.知道了ICL7107、ICL7660、MC7805T、TL431、S-DSP是否正常的測(cè)試方法。


f.ICL7660有使電壓反向的功能,ICL7107有D/A轉(zhuǎn)換功能和譯碼功能,LM35能使溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的功能,MC7805T具有提供+5V電壓的作用。


此文關(guān)鍵字: 電路板

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