电路设计与制作起步

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1、·19·电路设计与制作起步电路设计与制作起步欢迎进入电路设计与制作的世界。一个有头脑的电路设计者，一套完备的电路仿真与设计软件，一套硬件电路制作所需的仪器、工具和器件是电路设计与制作的3个基本要素。一块制作完成并调试成功的电路板，哪怕其功能很简单也会是电路设计者手中最值得欣赏的成果。学习目标：²熟悉电路设计的一般性过程。²初步学习电路仿真与设计软件。²学习电路板的设计与制作过程。²了解电路的调试。1.1电路设计与电路图电路设计前奏电路设计手工绘制电路图电路，就是由若干相互连接、相互作用的基本电子器件组成的具有特定功能的电子系统。一支发光二极管、一个电池和一个开关组成了世界上最简单

2、的电路，如图1-1所示。图1-1世界上最简单的电路虽然图1-1所示的电路只能作为小学生的科技实验，但它却揭示了电路的3个要素——基本器件、相互连接与实现特定功能。图1-1所示的功能很简单，就是在开关S1闭合时，发光二极管DS1发光，反之则熄灭。这样简单的电路也是小学生们设计的成果，如果他们把设计的思路用电路图的形式绘制下来，那么他们就是一名“小电路设计师”了。接下来，我们开始学习电路设计的深入知识。1.1.1电路设计前奏19·19·电路设计与制作起步在进行电路设计之前，十分重要的一点就是对电路的功能进行规划。也就是说，先不去理会电路的复杂性和电路形式、电子器件的选择等问题，而对电

3、路系统所要完成的功能进行一个详细而清晰的设计。举一个例子，在采集声音信号的过程中，我们只关心低频的声音信号，而高频噪声的存在会影响分析的效果。这时，可以设计一个低通滤波器。该滤波器所要实现的完整功能如下所示：²截止频率为1.5kHz。²增益为20dB。虽然只有简单的两点功能，但这却是着手进行该电路设计和电路板制作加工的指导思想。如图1-2所示，用方框代表了未来将要设计的电路，而电路的输入输出信号是已知的。这些方框还需要进一步的设计，所以它现在只是一个“黑匣子”。图1-2低通滤波器的功能框图1.1.2电路设计电路设计是一项需要综合思维能力的工作。对于初学者来说，想迅速成为电路设计的

4、高手就必须从一个个基本的、简单的电路入手，对这些电路的原理和电路形式有较好的掌握。这样，在复杂电子系统的电路设计过程中才会做到有的放矢、游刃有余。目前，电路的种类主要有以下3种：²模拟电路。²数字电路。²模数混合电路。模拟电路包括放大器、振荡器、滤波器、信号运算与处理电路、信号发生器等；数字电路包括逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、存储器、可编程逻辑器件、A/D和A/D器件等。但是，单纯使用模拟电路或数字电路的场合已经不多了，比如在单片机、DSP等系统中，有机地集合了数字与模拟器件。典型的例子还有电源电路和电子通信电路，其中由数字IC和电容、电感、电阻等外围器件组成

5、的电路解决了越来越多的工程实际问题。所以，要想成为一名熟练的、有经验的电路设计师，需要经过长时间的电路知识的积累。如果读者感觉个人能力有限，可以选择一块自己感兴趣的领域，比如滤波器或CPLD等的一个方向进行深入而系统的19·19·电路设计与制作起步研究，同时兼顾了解其他方面的电路就可以了。一些有经验的老工程师可能对模拟、数字电路很熟悉，原因是模拟电路的发展伴随着他们的成长；此外，年轻一些的设计师们可能对单片机控制电路轻车熟路，因为单片机在20世纪80年代后蓬勃发展；而有一批更年轻的电子设计师，他们很容易就驾驭DSP系统和嵌入式系统，这是因为20世纪90年代后，随着计算机的普及和编

6、程技术的发展，电路的功能被极大地复杂化和可控化，年轻一代对以往电路就是硬件的概念已经不再满足，他们希望能在一块PCB板上随着人的意志做一些更灵活的事情。从图1-3所示的电子技术的发展史中，不但可以了解各种电路的出现和发展时期，还可以根据个人的喜好，选择研究方向。图1-3电子技术发展史通过对现有的电路种类和形式的介绍，我们在前面提出来的任务可以使用模拟电路的知识加以解决。关于具体的电路知识可参考笔者的另一本书《电子设计从零开始》，其中有较详细和系统的介绍。1.1.3手工绘制电路图在没有学习任何电路设计和绘制的软件之前，要把设计思路记录下来的最好办法就是用笔把思考的过程画下来。即使学

7、会使用电路设计的辅助软件，用笔对系统的模块和电路形式进行初步设计也是一个很好的习惯。通过参考资料并结合自己的思考，我们得到了实现图1-2所示功能的电路，用笔对电路图进行描绘，如图1-4所示。19·19·电路设计与制作起步图1-4手工绘制的电路图图1-4中，由R1和C1构成了一个低通滤波器，它的截止频率与设计的一致。由U1LM324构成的同相放大器，可以实现20dB增益的功能。我们将会在下面的内容中谈谈如何验证图1-4所示电路的正确性。1.2电路的仿真仿真工具电路仿真电路仿真就是把