电子线路设计方案报告.docx

电子线路课程设计汇报

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二〇一六年七月

目录

第1章 课程设计任务3
1.1 课程设计目标3
1.2 课程设计任务3
第2章 芯片选型及电路工作原理3
2.1 RS232通信电路3
2.2 RS485通信电路4
2.3 电源模块5
2.4 电流转电压模块6
2.5 启动引导模块6
2.6 复位模块7
2.7 仿真调试模块7
2.8 主控芯片7
第3章 电路原理图设计结果8
第4章 电路PCB设计结果9
第5章 收获与体会10

第1章 课程设计任务
1.1 课程设计目标
1、掌握电子线路设计通常步骤；
2、学习利用一个工具进行电子线路设计方法；
3、取得电子线路设计实践经验。

1.2 课程设计任务
1、学习电路工作原理；
2、利用AD09，设计电路原理图；
3、利用AD09，设计PCB。
具体要求：
（1）设计STM32F103VET6最小系统电路，要求电路板总体5V供电输入，选择稳压芯片，转换出3.3V，2.5V，-5V，AD采样参比电压为2.5V；
（2）RS485通信电路，芯片选择MAX485；
（3）RS232通信电路，芯片选择MAX3232CSE；
（4）4-20mA转电压信号调理电路，4-20mA转0.4-2.0V，用运放做电压跟随调理，运放芯片选择OP07C，送入STM32AD采样端口。
（5）全部电阻电容尽可能用0805贴片封装。

第2章 芯片选型及电路工作原理
2.1 RS232通信电路
RS232通信电路选择MAX3232CSE芯片。MAX3232采取专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正RS-232性能，器件仅需四个0.1uF外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平。
MAX3232含有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品电池使用寿命。关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗1uA电源电流，MAX3232引脚、封装和功效分别和工业标准MAX242和MAX232兼容。即使工作在高数据速率下，MAX3232仍然能保持RS-232标准要求正负5.0V最小发送器输出电压。
只要输入电压在3.0V至5.5V范围以内，即可提供+5.5V（倍压电荷泵）和—5.5V（反相电荷泵）输出电压，电荷泵工作在非连续模式，一旦输出电压低于5.5V，将开启电荷泵；输出电压超出5.5V，即可关闭电荷泵，每个电荷泵需要一个飞容器和一个储能电容，产生V+和V-电压。
MAX3232在最差工作条件下能够确保120kbps数据速率。通常情况下，能够工作于235kbps数据速率，发送器可并联驱动多个接收器和鼠标。
RS232通信电路图1所表示。

图1 RS232电路原理图

2.2 RS485通信电路
RS485选择MAX485芯片。MAX485是用于RS-485和RS-422通信低功耗收发器。MAX485驱动器摆率不受限制, 能够实现最高2.5Mbps传输速率。这些收发器在驱动器禁用空载或满载状态下，吸收电源电流在120μA至500μA之间。全部器件全部工作在5V单电源下。驱动器含有短路电流限制，并能够经过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入含有失效保护特征，当输入开路时，能够确保逻辑高电平输出。含有较高抗干扰性能。
MAX485采取单一电源+5V工作，额定电流为300 μA，采取半双工通讯方法。它完成将TTL电平转换为RS－485电平功效。
RS485通信电路图2所表示。

图2 RS485电路原理图

2.3 电源模块
电源模块采取5V输入，选择稳压芯片AMS1117，转换输出3.3V、2.5V，选择ICL7660稳压芯片，转换输出-5V。
AMS1117是一个正向低压降稳压器，在1A电流下压降为1.2V。
AMS1117有两个版本，固定输出版本和可调版本。固定输出电压为1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V，含有1%精度。
AMS1117内部集成过热保护和限流电路，是电池供电和便携式计算机最好选择。
ICL7660 是 Maxim 企业生产小功率极性反转电源转换器。ICL7660 静态电流经典值为 170μA，输入电压范围为 15-10V，工作频率为 10 kHz 只需外接 10 kHz 小体积电容，只需外接 10μF 小体积电容效率高达 98％合输出功率可达 700mW，符合输出 100mA 要求。ICL7660 关键应用在需要从 +5V逻辑电源产生 -5V电源设备中，如数据采集、手持式仪表、运算放大器电源、便携式电话等。
电源模块电路图3所表示。

图3 电源模块
2.4 电流转电压模块
输入电流4-20mA转换成0.4-2.0V电压输出，用运放芯片OP07C做电压跟随调理，送入STM32AD采样端口。
OP07芯片是一个低噪声，非斩波稳零双极性运算放大器集成电路。因为OP07含有很低输入失调电压，所以 OP07在很多应用场所不需要额外调零方法。OP07同时含有输入偏置电流低和开环增益高特点，这种低失调、高开环增益特征使得 OP07尤其适适用于高增益测量设备和放大传感器微弱信号等方面。
电流转电压模块电路图4所表示。

图4 电流转电压模块

2.5 开启引导模块
BOOT模块电路图5所表示。

图5 BOOT模块电路图
2.6 复位模块
当K1被按下时，系统复位。
复位模块电路图6所表示。

图6 复位模块

2.7 仿真调试模块
JTAG/SWD模块电路图7所表示。

图7 仿真调试模块

2.8 主控芯片
主控芯片采取STM32F103VET6。STM32F1系列属于中低端32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）企业出品，其内核是Cortex-M3。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多个功效。
STM32F103VET6引脚图图8所表示。

图8 STM32F103VET6引脚图

第3章 电路原理图设计结果
第4章 电路PCB设计结果

第5章 收获和体会
此次课程设计关键是学习电路工作原理，学习使用AD09设计电路原理图；学会利用AD09进行PCB板设计。
一个多星期下来，我学到了很多。首先是AD09使用。从一开始茫然无知，根据教程一步一步探索，到以后对软件熟悉，能够不看教程进行原理图设计、PCB布线等多种操作。在学习过程中，很感谢老师和周围同学对我帮助和指导，使我少走了很多弯路。当PCB布好线那一刻，我真认为有心中有一股成就感，能够将掌握理论知识化为实践。其次，这次课设让我明白了不管做什么事全部要耐心和细心。在设计过程中自己总会碰到部分问题，但经过一次又一次思索，一遍又一遍检验最终找出了原因所在。慢工出细活，过程是很关键，只有认真努力细心坚持去做，才能取得满意结果。
经过此次课程设计，使我愈加扎实掌握了相关电子线路方面知识，更使我知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正学为所用，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。在课设过程中，也暴露出了我很多缺点和不足，让我明白自己需要学习和改善地方还有很多。我会汲取经验教训，为深入学习打下基础。