电子设计工程师认证课程
目 录
第三章 设计例程 ..................................................................................................................... 3 3.1 电源模块 .......................................................................................................................... 3
3.1.1设计目的及任务 .................................................................................................... 3 3.1.2 线性直流稳压电源的基本原理 ........................................................................... 3 3.1.3 设计内容 ............................................................................................................... 4 3.1.4 电子设计DIY ........................................................................................................ 6 3.2 单片机最小系统模块 ...................................................................................................... 7
3.2.1 设计目的及任务 ................................................................................................... 7 3.2.1 单片机最小系统的组成 ....................................................................................... 7 3.2.3 设计内容 ............................................................................................................... 9 3.2.4电子设计DIY ....................................................................................................... 10 3.3 I/O扩展模块 ................................................................................................................ 11
3.3.1设计目的及任务 .................................................................................................. 11 3.3.2 8155 I/O扩展芯片的基本工作原理 ................................................................ 11 3.3.3设计内容 .............................................................................................................. 13 3.3.4电子设计DIY ....................................................................................................... 16 3.4 Led显示模块 ................................................................................................................ 17
3.4.1 设计目的及任务 ............................................................................................... 17 3.4.2 LED显示器的基本工作原理 .............................................................................. 17 3.4.4电子设计DIY ....................................................................................................... 23 3.5 LCD1602字符型液晶模块 ............................................................................................ 24
3.5.1设计目的及任务 .................................................................................................. 24 3.5.2 LCD1602字符型液晶基本工作原理 .................................................................. 24 3.5.3 设计内容 ............................................................................................................. 26 3.5.4 电子设计DIY ...................................................................................................... 31 3.6 调理模块 ....................................................................................................................... 32
3.6.1 设计目的及任务 ................................................................................................. 32 3.6.2 运算放大电路 ..................................................................................................... 32 3.6.3 设计内容 ............................................................................................................. 33 3.6.4 电子设计DIY ...................................................................................................... 35 3.7 A/D模数转换模块 ........................................................................................................ 36
3.7.1 设计目的及任务 ............................................................................................... 36 3.7.2 A/D转换器的基本参数和指标 .......................................................................... 36 3.7.3 12位11路串行 A/D转换器TLC1543 .............................................................. 37 3.7.4电子设计DIY ....................................................................................................... 44
1
电子设计工程师认证课程
3.8 RS232通信模块 ............................................................................................................ 45
3.8.1设计目的及任务 .................................................................................................. 45 3.8.2 RS-232串行总线通信的基本原理 .................................................................... 45 3.8.3 设计内容 ............................................................................................................. 48 3.8.4 电子设计DIY ...................................................................................................... 52
2
电子设计工程师认证课程
第三章 设计例程
3.1 电源模块
电源是各种电子系统与设备的原动力，电源系统出故障，会使整个电子设备不能正常工作，因此电源性能的好坏直接影响到系统与设备工作质量和效率。直流稳压电源是一种性能接近理想电压源的直流电源，分为线性稳压电源和开关稳压电源两大类，本节以线性稳压电源的设计为例来说明电源模块的设计。
3.1.1设计目的及任务
设计目的：理解直流稳压电源各部分的工作原理及作用；熟悉常见的线性集成稳压电源芯片。
设计任务：设计一个交流输入8V和15V，直流输出+5V、+12V和-12V的线性直流稳压电源。
功能指标：输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10，输出内阻小于0.1欧。
设计要求：所设计的直流稳压电源应满足EDP实验仪系统设计要求，并能与整个系统有效结合。以下是一个线性直流稳压电源的设计范例及其相应电路的讲解，仅供参考。
33.1.2 线性直流稳压电源的基本原理
线性稳压电源是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，该类电源的优点是稳定性高，纹波小，可靠性高。
1、线性直流稳压电源的组成
线性直流稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等几部分组成如图3.1所示。
交流电源变压器整流电路滤波电路稳压电路直流负载
图3.1 直流稳压电源结构框图
变压器的初级一侧一般为220V交流电压，次级一侧电压可以根据所需直流电压的大小，通过选择适当的变压比来得到。整流电路利用二极管的单向导电性将交流电变换成脉动直流电，利用滤波电路将脉动直流电压滤为较平滑的直流电压。由于整流、滤波电路输出的直流电压稳定性较差，当电网电压波动或负载变化时输出电压也随之而变化，采用稳压电路后，输出电压的稳定程度将大为提高。
2、线性直流稳压电源的原理图
集成稳压器的种类很多，作为小功率的线性直流稳压电源，应用最为普遍的是三端集成稳压器。常用的三端集成稳压器有：78XX系列（正电压型），79XX系列（负电压型）（实际产
3
电子设计工程师认证课程
品中，XX用数字表示，XX是多少，输出电压就是多少。例如7805，输出电压为＋5V）；LM317系列（可调正电压型），LM337系列（可调负电压型）。表3.1给出了78XX/79XX系列(摩托罗拉公司)部分产品的输出电压和输出电流。
表3.1 78XX/79XX系列部分产品的参数
型 号 输出电流(A) 78LXX 78MXX 78XX 79LXX 79MXX 79XX
0.1 0.5 1.5 0.1 0.5 1.5 输出电压(V) 5、6、9、12、15、18、24 5、6、9、12、15、18、24 5、6、9、12、15、18、24 -5、-6、-9、-12、-15、-18、-24 -5、-6、-9、-12、-15、-18、-24 -5、-6、-9、-12、-15、-18、-24 三端集成稳压器有三端固定集成稳压器和三端可调集成稳压器，如图3.2所示。
图3.2
三端固定式集成稳压器封装及管脚排列图
a) TO-92封装 b)TO-202封装 c)TO-220封装 d)TO-3封装
另外在使用78XX与79XX时要注意，采用TO-3金属外壳封装的78XX系列集成电路时，其金属外壳为地端；而同样封装的79XX系列的稳压器，金属外壳是负电压输入端。因此，在由二者构成多路稳压电源时，若将78XX的外壳接印刷电路板的公共地，79XX的外壳及散热器就必须与印刷电路板的公共地绝缘，否则会造成电源短路。
3.1.3 设计内容
1、原理图及说明
EDP实验仪采用的线性直流稳压电源电路原理图如图3.3所示，输入220V的交流电压，经变压器T1后输出为8V的交流电压，经变压器T2后输出为15V的交流电压。经整流、滤波、稳压后输出的是＋5V、＋12V和—12V的直流电压。
4
电子设计工程师认证课程
图3.3
线性直流稳压电源原理图
2、管脚定义
试验仪线性稳压电源模块接口定义如图3.4所示。
+12V -12V GND ～8 V ～8 V ～15V ～15 ～8 V ～8 V ～15V 线性稳压电源模块 ～15 +12V -12V GND 图3.4 线性稳压电源模块接口定义
+5V GND +5V GND 中心抽头 3、调试步骤
1）、按照印制电路板焊接线性直流稳压电源模块电路板，焊接完毕，对照原理图认真检查一遍然后开始测试；
2）、打开实验仪主控开关，用万用表检测电源模块插孔交流电压的输出是否正确，如果一切正常便可以检测电源模块；
3）、关闭实验仪主控开关，插好刚焊接好的电源模块电路板，打开实验仪主控开关，观察电路板有无异味或异常响动，如果一切正常可以开始下一步的测试；
4）、用万用表按电源模块电路板引脚的定义，检测+5V、+12V、-12V输出是否正常； 5）、若+5V、+12V、－12V输出不正常，需要重新检查有无错焊、漏焊、虚焊，并重复3、4、5的步骤，直到输出正常，电源板的设计工作结束。
5