成就電子電路設計高手(13)，電子電路設計之設計案例介紹(上)

電子電路設計是一個比較大的話題，電子電路設計通常包含的內(nèi)容較多。對于電子電路設計，小編對其做過諸多介紹。為增加大家對電子電路設計的認識，本文將對一些電子電路設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)動器電路設計攻略

電路說明：本應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汽車自適應前照燈系統(tǒng)電路

由于機械結(jié)構(gòu)的限制，自適應前照燈系統(tǒng)(AFS)應用中，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?shù)姆磻躺鷺O嚴重的安全問題，所以AFS 應用中堵轉(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可以在寄存器里設定固定的堵轉(zhuǎn)認定臨界值，這表示在真實道路條件下所有設定值都必須在工作之前“離線”預設，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。典型應用電路圖如圖所示。

當系統(tǒng)上電時候，微控制器就會初始化，NCV70522復位。這些動作完成時，線圈電流及步進模式將被設定。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分模式的值。

二、解讀兩種機器視覺系統(tǒng)電路設計方案

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。利用三極管的導通和截止控制機器人的行走方向，從而滿足設計電路的要求。

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通與截止來實現(xiàn)直流電機兩端的壓差的正負跳變，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單片機設計的倒車雷達系統(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)絡化發(fā)展，新型的倒車雷達應能夠連續(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。以往的倒車雷達設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的倒車雷達可以彌補以往產(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、使用方便的倒車雷達。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，非常適合作為倒車雷達系統(tǒng)的微控制器。

三、MSP430F2274單片機設計的倒車雷達系統(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酰捎诜瓷錀l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置在40kHz，達到了很好的效果。當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!