成就電子電路設(shè)計高手(13)，電子電路設(shè)計之設(shè)計案例介紹(上)

電子電路設(shè)計是一個比較大的話題，電子電路設(shè)計通常包含的內(nèi)容較多。對于電子電路設(shè)計，小編對其做過諸多介紹。為增加大家對電子電路設(shè)計的認(rèn)識，本文將對一些電子電路設(shè)計的實際案例予以介紹。如果你對本文內(nèi)容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、信號燈的線性LED驅(qū)動器電路設(shè)計攻略

電路說明：本應(yīng)用筆記介紹了一款線性LED 驅(qū)動方案，用于驅(qū)動6串LED 信號燈，每串包含4只串聯(lián)LED。每串LED 負(fù)載具有獨立的陽極接點，陰極連接在一起。該電路采用汽車電池供電，　最低電壓為10V，最高電壓為28V，能夠為每串LED 提供350mA 電流。由于使用共陰極架構(gòu)，檢流電阻必須放置在LED 串的陽極端。LED 驅(qū)動器(MAX16836)電流檢測輸入端的最大共模電壓限制在4V，因此，檢流電阻兩端的電壓必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，以地為參考，以符合驅(qū)動器的要求。一對 PNP 晶體管把LED 檢流電阻的電壓轉(zhuǎn)換成以GND 為參考的電壓，送入MAX16836電流檢測引腳。下式提供了R1、R2、R3和R4 (電路圖中U1部分)的計算。

當(dāng)LED 串的電壓處于最小值(7.6V)，而輸入電壓處于最大值(28V)時，LED 驅(qū)動電路功耗最大，大于7W。僅通過電路板散熱很難耗散如此大的熱量，所以，在高輸入電壓情況下，必須使用低占空比(低至25%)的調(diào)光信號驅(qū)動 UNIVERSAL DIM 輸入，以降低驅(qū)動器的功耗。

解讀NCV70522汽車自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)電路

由于機械結(jié)構(gòu)的限制，自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS)應(yīng)用中，步進電機有時可能會堵轉(zhuǎn)。一旦電機堵轉(zhuǎn)，電子控制單元(ECU)將失去前照燈位置的跟蹤信息并做出不恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，滋生極嚴(yán)重的安全問題，所以AFS 應(yīng)用中堵轉(zhuǎn)檢測是必不可少的。通?？梢酝ㄟ^電機的反電動勢(BEMF)來判斷電機堵轉(zhuǎn)與否。BEMF 因電機速度、負(fù)載及供電電壓的不同而變化。傳統(tǒng)的步進電機驅(qū)動芯片無BEMF 輸出，但包含內(nèi)置堵轉(zhuǎn)檢測算法?？蛻魞H可以在寄存器里設(shè)定固定的堵轉(zhuǎn)認(rèn)定臨界值，這表示在真實道路條件下所有設(shè)定值都必須在工作之前“離線”預(yù)設(shè)，而不能適配真實工作條件。NCV70522微步步進電機驅(qū)動器透過SLA 引腳提供BEMF 輸出，這表示它能實時進行停轉(zhuǎn)檢測計算，并根據(jù)不同條件來調(diào)節(jié)檢測等級。

NCV70522是一款微步步進電機驅(qū)動器，用于雙極型步進電機。這芯片通過I/O 引腳及SPI 接口連接至外部微控制器。NCV70522輸出電流有多種選擇。它根據(jù)“NXT”輸入引腳上的脈沖信號以及方向寄存器[DIRCTRL]或“DIR”輸入引腳的狀態(tài)來轉(zhuǎn)動下一個微步。這器件提供從滿步到32微步的細(xì)分、由SPI 寄存器SM[2:0]來選擇的7種步進模式。NCV70522包含SLA 的輸出，可以用于堵轉(zhuǎn)檢測算法及根據(jù)電機的BEMF 來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和速度計算。典型應(yīng)用電路圖如圖所示。

當(dāng)系統(tǒng)上電時候，微控制器就會初始化，NCV70522復(fù)位。這些動作完成時，線圈電流及步進模式將被設(shè)定。然后電機驅(qū)動器將啟用。NXT 脈沖將被發(fā)送實現(xiàn)轉(zhuǎn)動電機。電機轉(zhuǎn)速等于NXT 脈沖頻率乘以步進細(xì)分模式的值。

二、解讀兩種機器視覺系統(tǒng)電路設(shè)計方案

機器人行走電路由驅(qū)動電路和直流電機的正反轉(zhuǎn)電路兩個單元構(gòu)成。電路通過運用555構(gòu)成的多諧振蕩電路，同步計數(shù)器74LS196，七段譯碼器 74LS248，雙JK觸發(fā)器等基本單元電路，通過上述基本電路的級聯(lián)組合，構(gòu)成機器人行走電路。電路有效地實現(xiàn)機器人的行走與后退，通過調(diào)節(jié)阻值的大小而控制行走的時間，時間在數(shù)碼顯示管顯示。利用三極管的導(dǎo)通和截止控制機器人的行走方向，從而滿足設(shè)計電路的要求。

電路原理系統(tǒng)框圖

方案一 電路圖

555構(gòu)成多諧振蕩電路產(chǎn)生方波信號，74LS196構(gòu)成十進制計數(shù)器，74LS248控制七段共陰極數(shù)碼管顯示電路顯示，計數(shù)器計數(shù)滿產(chǎn)生觸發(fā)信號觸發(fā)雙JK觸發(fā)器，雙JK觸發(fā)器在觸發(fā)信號的作用下輸出發(fā)生高低電平跳變，觸發(fā)器發(fā)生信號驅(qū)動直流電機兩端壓差發(fā)生正負(fù)跳變，直流電機正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機器人的前進和后退。電路中各個開關(guān)控制電機的轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)動方向和時間。

方案二 電路圖

74LS123構(gòu)成的定時器產(chǎn)生矩形波信號，用74HC161和與非門74HC03構(gòu)成加十進制計數(shù)器，74LS248控制七段共陰極數(shù)碼管顯示電路顯示，計數(shù)器計數(shù)滿產(chǎn)生觸發(fā)信號觸發(fā)雙JK觸發(fā)器，雙JK觸發(fā)器在觸發(fā)信號的作用下輸出發(fā)生高低電平跳變，通過直流電機驅(qū)動電路改變電機兩端電壓方向，進而改變電機轉(zhuǎn)向。電路中開關(guān)也可是電機制動，正反轉(zhuǎn)。

機器人行走電路工作原理

555構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生方波信號接到74LS196時鐘端觸發(fā)74LS196加計數(shù)器計數(shù)，并通過74LS248驅(qū)動七段共陰極數(shù)碼管顯示計數(shù)。加計數(shù)器計數(shù)滿十，通過74HC20與非門產(chǎn)生下降沿信號驅(qū)動雙JK觸發(fā)器使JK觸發(fā)器構(gòu)成的T‘觸發(fā)器輸出取非，從而驅(qū)動三極管構(gòu)成的開關(guān)電路，通過各個三極管的導(dǎo)通與截止來實現(xiàn)直流電機兩端的壓差的正負(fù)跳變，驅(qū)動直流電動機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車的前進與后退。其中，通過調(diào)節(jié)四個單刀五擲開關(guān)可以改變多諧電路輸出方波周期，來調(diào)節(jié)小車的前進與后退的時間。多諧振蕩電路產(chǎn)生方波信號接入到74196時鐘端，驅(qū)動74196進行加計數(shù)。圖中 74196接成了10進制加計數(shù)器，計數(shù)滿十時通過74HC20與非門接入到清零端進行清零。由于計數(shù)到10時，便會立刻清零，不會在數(shù)碼管上顯示，所以此時信號很弱，不可以作為觸發(fā)信號驅(qū)動JK觸發(fā)器，JK觸發(fā)器觸發(fā)信號是計數(shù)到9時，通過74HC20輸出下降沿信號觸發(fā)。數(shù)碼顯示電路通過，74LS248驅(qū)動的七段共陰極數(shù)碼管進行顯示。

MSP430F2274單片機設(shè)計的倒車?yán)走_系統(tǒng)電路

隨著人們對汽車輔助駕駛系統(tǒng)智能化要求的提高和汽車電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，新型的倒車?yán)走_應(yīng)能夠連續(xù)測距并顯示障礙物距離，并具有通信功能，能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車總線上去。以往的倒車?yán)走_設(shè)計使用的元器件較多，功能也較簡單。本文介紹的基于新型高性能超低功耗單片機MSP430F2274的倒車?yán)走_可以彌補以往產(chǎn)品的不足。

系統(tǒng)采用超聲波測距原理。超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理器三部分組成。工作時，超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波脈沖，超聲波接收器接收遇到障礙物反射回來的反射波，準(zhǔn)確測量超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時間，根據(jù)超聲波的傳播速度，可以計算出障礙物距離。作為一種非接觸式的檢測方式，超聲波具有空氣傳播衰減小、反射能力和穿透性強的特點。超聲波測距具有在近距離范圍內(nèi)有不受光線和雨雪霧的影響、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便和成本低等優(yōu)點。高性能的單片機結(jié)合超聲波測距，可以實現(xiàn)功能強大、使用方便的倒車?yán)走_。TI 公司的16位單片機MSP430F2274功耗極低，片上資源豐富，同時利用JTAG 接口技術(shù)，可以對片上閃存方便的編程，便于軟件的升級，非常適合作為倒車?yán)走_系統(tǒng)的微控制器。

三、MSP430F2274單片機設(shè)計的倒車?yán)走_系統(tǒng)電路

系統(tǒng)的主控電路圖如上圖所示。本系統(tǒng)中選用的MSP430F2274片內(nèi)有32Kb 閃存和1Kb RAM，因此無須外擴存儲器。外接的32.768kHz 晶振作為CPU 關(guān)閉狀態(tài)Basic-TImer 的時鐘源，同時也作為系統(tǒng)的車載時鐘使用。超聲波發(fā)送模塊電路如圖3所示，由超聲波產(chǎn)生和發(fā)射兩部分組成。超聲波的產(chǎn)生方法有兩種：硬件發(fā)生法和軟件發(fā)生法。常用的硬件發(fā)生法常采用如下方案：超聲波由CD4011構(gòu)成的振蕩器振蕩產(chǎn)生，經(jīng)升壓變換推動超聲波換能器而發(fā)射出去，振蕩器的起振和停振由單片機來控制。本設(shè)計采用軟件發(fā)生法，因為通過軟件發(fā)生法既可以減少硬件的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)的成本，又具有靈活性強、容易實現(xiàn)、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。本系統(tǒng)利用 MSP430F2274單片機的定時器功能來產(chǎn)生穩(wěn)定的PWM(40Hz)脈沖波，并通過I/O 端口P2.3輸出到超聲波發(fā)射部分。在超聲波發(fā)射電路中CD4049一共包括了6個非門，下圖中線路僅使用了3個，為了防止干擾或被靜電擊穿導(dǎo)致整個 CD4049損壞，把沒有使用的那一側(cè)的3個非門串起來做接地處理。當(dāng)控制端輸出一系列固定頻率脈沖時，在壓電陶瓷型超聲波發(fā)射換能器UCM-40-T 上就固定頻率的加正電壓和反電壓，發(fā)出大功率的超聲波，所得到的波形比其他方式效果更理想。

超聲波接收電路如下圖所示。這是本系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的一個難點。壓電陶瓷型超聲波接收器UCM-40-R 接收反射的超聲波轉(zhuǎn)換為40kHz 毫伏級的電壓信號，需要經(jīng)過放大、處理、才能用于觸發(fā)單片機中斷。一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲂盘栁⑷?，由于反射條件不同，需要放大倍數(shù)的范圍大約是 100～5000，另一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲎杩馆^大，需要高輸入阻抗的多級放大電路，而高輸入阻抗容易接收干擾信號。通常采用兩種方案：一是采用運算放大器組成多級選頻放大電路;二是采用專用的集成前置放大器。第一種方案容易產(chǎn)生自激振蕩，要使接收電路達到很好靈敏度和抗干擾效果，電路的調(diào)試是較困難的。本系統(tǒng)采用專用的集成電路前置放大器CX20106，它由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整型電路組成。其中前置放大器具有自動增益控制功能，可以保證在超聲波傳感器接收較遠(yuǎn)反射信號輸出微弱電壓時放大器有較高的增益，在近距離輸入信號強時放大器不會過載。調(diào)節(jié)芯片引腳5的外接電阻 R3，將它的濾波器的中心頻率設(shè)置在40kHz，達到了很好的效果。當(dāng)接收到與濾波器中心頻率相符的信號時，其輸出引腳7輸出一個低電平，而輸出引腳7直接接到MSP430F2274的P2.2上，以觸發(fā)中斷。

以上便是此次小編帶來的“電子電路設(shè)計“相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對本文介紹的一些案例具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!