电子产品设计1

电子产品设计与制作本门课程主要内容1.电子产品设计概述；2.电子元器件的简介,检测方法和选用；3.单元电路设计；4.电子产品设计实例；5.电子产品制作。•前言首先了解我国电子产品制造业发展过程以及现代化电子产品发展、生产过程。1.MPG第一章电子产品设计概述第一节电子产品设计的基本概念与程序一.产品设计的概念•1.1产品的概念什么是产品（Product）？在不同的阶段，人们有不同的理解。一般来讲，产品是企业从事生产经营活动的直接而有效的物质成果。在现代的市场上，企业之间的激烈竞争始终以产品为中心进行。产品是交换活动的基础，企业与市场的关系是通过产品来连接的。产品是能够提供给市场且满足市场需要的东西。人们对产品的传统解释是基于产品的物质形态和具体用途上的，如电视机、VCD机、电冰箱等都是产品。这一定义强调物质属性。因此，产品一般被理解或表述为：由劳动创造、具有使用价值、能满足人类需求的物质实体。•1.2设计的概念设计是根据产品（课题）的要求，以科学理论为依据，知识技能为基础，创新构思，把研究方案以最佳方式进行物化的过程。设计具有特点:☆目标更明确;☆约束条件多;☆方案的选择余地多。因此产品设计强调的是：1）产品设计是一种有目的活动；2）产品设计以满足人类需要为目标；3）产品设计以现代技术水平为条件。•二.设计的特点•电子技术是现代的科学技术中发展最快的一门技术。它使得现代电子产品具有许多不同于其它产品及不同于以往电子产品的特点，由于电子产品种类繁多，而且又各具特点，整体情况:首先，电子产品具有体积小、重量轻的特点，使它在知识、技术、信息的密集程度上高于其它产品。•其次，电子产品使用广泛。目前已广泛应用于国防、科技、国民经济各个部门以及日常生活等各个领域，而且由于使用部门及运载工具的不同，可以应用于高空、地下、沙漠、海洋。因此，电子产品所处的工作环境十分复杂，往往需要在恶劣的气候、机械及其它使用条件下工作。•再次，电子产品的可靠性高，对军用及航天设备，可靠性要求更高，否则会带来不可弥补的损失。例如航天电子产品，在十分复杂的组成中，若某一个元器件或连接点发生故障，就会影响正常工作，严重者将导致导弹、运载火箭和卫星的飞行失控。•最后，电子产品的精度要求高，控制系统复杂。当代科学技术的许多进步和人类征服自然的辉煌成绩，往往都是电子产品的高精度和高度自动化带来的成果。例如，卫星通讯地面站，要求直径30米的抛物面天线自动跟踪数万公里高空的人造卫星不发生偏差，还要求在一年之内电源不中断，遇到故障能自动换接备用电源等。•基于以上原因，所以进行电子产品的设计应考虑以下几点：1.目标明确：对设计的对象，分清影响目标的主次因素，明确主要目标，以选择有效的设计方法，设计出好的方案。2.多种方案构思：对同一设计目标构思出多种方案，通过多方比较，优化的方法找出最佳方案。3.约束条件方案的选择是受多方条件的限制的。具体有：①物理、化学、数学等基本规律的限制；②资金、人力、物力等条件的限制；③社会和法律因素的限制；④民族、人们的生活习惯的限制；⑤生产设施、资料来源的限制；⑥发展演化、市场发展的限制；•三.产品设计程序:五个阶段1.方案论证2.初步设计3.技术设计4.试制与实验5.设计定型1.方案论证与筛选方案论证阶段是设计的依据和基础，它包括的工作内容:①对现有的同类功能的产品、文献、资料等情况进行调研，初步形成可实现任务的各种方案；②在搜集到大量的创意方案以后，要进行筛选。对各种方案进行综合评价，从中选出既满足技术指标，又有最大可能实现的方案；筛选的目的是剔除那些与企业和市场情况不符的产品构思，将企业内部条件与市场环境因素综合起来考虑方案技术经济的可行性。在评价方案时，需要设立一些常规性的指标，如期望的销售量、期望的新生产线、新产品的顾客类型等。最后筛选出符合企业新产品策略的产品创意研究和开发。③确定方案的结构形式，主要几何尺寸，设计参数；④完成总体布局草图。•2.初步设计•把经过筛选选中的开发方案进一步具体化，设计成切实可行的具体实施方案，方案中不仅包括产品性能的设计，还包括拟定试验规范，提出测试方法和应达到的指标以及产品的规格等，试制就是根据研究所确定的方案制造成实体产品。初步设计又叫总体设计。它要做的内容：主要任务：根据产品功能和技术要求，拟订软件和硬件的主要功能模块，提出产品结构要求和进行试验研究。由于整机是由元器件和零部件组装起来的。因此，设计时就要对一些元器件和零部件进行必要的研究和试验，为设计工作提供设计规范、允许性能、安全系数等方面的资料。目的：确定产品设计对象的主要参数，确定产品的各组成部件和组件以及它们的结合方式和尺寸，画出产品结构草图等。并要保证有足够的精确度以便完善设计。最终结果：确定产品的主要参数值，制定产品评价指标体系。•(1)初步设计阶段应遵循以下原则★全面了解设计产品的规格、性能、技术指标，并分析是否符合实际情况；★对设计中的关键技术、新原理、工艺要进行专项试验研究，对每一个环节应深入细致探索；★对不同的方案进行比较；★不怕失败，不断改进，善于总结，勇于创新。•(2)初步设计的步骤第一步：在方案论证的基础上，制定产品模型和技术指标，估算总体性能参数。(可重复修改)；第二步:从已确定方案中明确系统各部分的设计方案，并制定设计任务书；第三步:确定产品的系统构成，技术途径，整体结构，外形尺寸，明确各部件间的连接关系与要求，画出草图。•(3)初步设计的工作具体内容①完成基本构成模块和各模块之间的关系。即：产品系统方框图。②确定各模块的功能及完成功能采取的技术方法；③各模块中需要的关键元器件的性能简述；④分析软件整体功能，拟定软件流程图，说明各软件模块的功能；⑤规划整机结构，拟定结构要求，包括外形、机箱、机架、操作面板。⑥设定外部连接方式和接口类型。3.技术设计•它是新产品设计的重点，是产品开发方案的进一步具体化。产品的性能是否能达到设计书上规定的要求，产品结构的工艺性和经济性好不好，产品的可靠性指标如何，都取决于技术设计。它包括：技术设计硬件设计软件设计结构设计•(1)硬件设计①硬件设计的主要工作规划整机布局，确定各单元之间的电气与机械连接，分配各单元的技术指标。内容包括：※各单元电路设计；※提出元器件及物料清单；※PCB板结构设计，确定板形、尺寸和安装孔；※提出PCB布线、布局、安装的原则；※PCB板设计与制作。•②工作图设计是在技术设计的基础上为新产品试制和生产提供所需图纸，为试制、制造和使用提供所需的全部技术文件。具体包括：整机技术条件、方框图、电原理图、成套设计明细表、技术说明书、总装图以及外形图、总布置图等。同时制定出必要的工艺文件和工艺装备。☆整机的关系图；（各模块之间的连线表示信号通过电路的途径或电路的动作顺序）如：数字温度计电路原理（系统）框图温度传感器双积分A/D转换电路计数器锁存器译码器驱动电路控制逻辑电路4分频电路LCD显示器振荡器A/D转换电路温度传感器双积分A/D转换电路计数器锁存器译码器驱动电路控制逻辑电路4分频电路LCD显示器振荡器A/D转换电路☆电路原理图；V+1D12C13B14A15F16G17E18D29C210B211A212F213E214D315B316F317E318AB419POL20BP21G322A323C324G225V-26INT27BUFF28A-Z29INLO30INHI31COM32CREF33CREF34REFLO35REFHI36TEST37OSC338OSC239OSC140U1ICL7106BP1NEG2AB43NC4NC5NC6NC7DOT38E39D310C311DOT212E213D214C215DOT116E117D118C119B120A121F122G123B224A225F226G227:28B329A330F331G332NC33NC34NC35NC36NC37LOBAT38;39NC40U2LCD3.5A1F1G1B2A2F2G2B3A3F3G3BPBPBPBPBPBPBPAB4E3D3C3E2D2C2DOT1E1D1C1B1D1C1B1A1F1G1E1D2C2B2A2F2E2D3B3F3E3AB4G2C3A3G3BPR1100KC1101C2104W15KR2100KC3474C4224R347KZ16.2VR410KR51MC5103R69KR71K123T1LM35TP1COMTP2100mV12J19VR82MDOT1TP3VinV+V-COM12J29VV+V-数字温度计电路原理图☆整机的布局、布线和PCB板结构图00002112211212212121211221212121211321114039383736343331353230292827262524232221191817161514131211109876543212016271130328393828212139312910132625241514172322212019184567333435363740321AK数字温度计电路PCB图☆电路板焊接安装图•万用板和印刷电路板☆元器件及物料清单在电路设计、结构设计完成之后，必须提供元器件明细表和材料清单，组织采购，为产品生产提供所需的各种物料。序号名称代号规格数量1AD转换芯片U1ICL710612LCD显示器U23位半LCD13温度传感器T1LM3514三极管T29013156.2V稳压管Z116电阻R1100KΩ17R224KΩ18R3470KΩ19R410KΩ110R51MΩ111R624KΩ112R71MΩ113电容C1101114C2104115C3474116C4224117C5103118电位器W125KΩ119测试按钮20电源插座J19V电源1☆各电路单元的技术要求。•（2）软件设计•★软件设计的主要内容：◎细化流程图中各模块的功能；◎确定算法和表达式；◎编写程序清单；◎程序调整。★软件设计形成的工作图：◎软件设计说明书；◎程序流程图；◎程序清单。•（3）结构设计№1进行结构总体设计、整体造型、部件划分和组合。№2确定结构加工需要的特殊的工具、材料等；№3拟订结构进度计划，提出需要特殊处理的相关工具和材料的要求；№4与硬件配合、协商使结构设计便于整机调试、维护、装配。№5提供整机、部件、零件图、装配图以及面膜、印字等；№6提供材料清单、特殊工艺说明书、提出涉外加工要求。•4.试制与试验试验主要包括各种科学研究试验、性能试验、结构试验、工艺试验及用户试验等内容。目的是考核产品的设计质量，要求严格按照设计图纸和试制条件进行。试制样机和进行一系列加工工艺的设计，并制定整机试验条件、测试标准等。这一阶段也称样品试制，通常在原有的试制车间或生产线上进行，不必新建生产线，也不大量制作新的工艺装备。通过试验，可用科学的数据客观地说明新产品设计和制造的质量，是否已经达到预定的标准。根据试验的结果，针对产品设计和工艺上存在的问题修改产品设计图纸和工艺文件，同时可以全面开始工艺装备制造。接下来工作就是进行新产品的小批试制，其主要任务是验证全部工艺文件和工艺装备，完成从试制到正式生产的过渡。•5.设计定型通过小批试制后，要做好总结和调整，对生产线和工艺装备等进行鉴定，对工艺规程和技术文件进行审查修改，完成新产品开发的设计准备和工艺准备工作，然后可以组织鉴定并开始进行大量生产的准备工作。一般经过小批量生产，通过试用进一步发现问题，进行性能完善后，经专家鉴定确认产品符合性能要求，图纸齐全、规范，技术文件和试验资料充分即可办理设计定型手续，可投入生产，投放市场。第二节电子产品设计的要求与设计方法•一.产品设计的要求产品设计关系到众多要素，在设计中处理好它们相互之间的关系，是产品设计的关键所在，产品的设计对产品的性能、成本具有较大影响。电子产品设计时应按照“安全、可靠、耐用、经济、美观、好造、易修”的要求进行。产品设计应具有：◇实用性好；◇可靠性高；◇安全性能符合电气产品安全标准；◇性价比高；◇工艺性好；◇符合标准化原则