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成就电子电路设计高手(13),电子电路设计之设计案例介绍(上)

2020-08-25
来源:21ic

电子电路设计是一个比较大的话题,电子电路设计通常包含的内容较多。对于电子电路设计,小编对其做过诸多介绍。为增加大家对电子电路设计的认识,本文将对一些电子电路设计的实际案例予以介绍。

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一、信号灯的线性LED驱动器电路设计攻略

电路说明:本应用笔记介绍了一款线性LED 驱动方案,用于驱动6串LED 信号灯,每串包含4只串联LED。每串LED 负载具有独立的阳极接点,阴极连接在一起。该电路采用汽车电池供电, 最低电压为10V,最高电压为28V,能够为每串LED 提供350mA 电流。由于使用共阴极架构,检流电阻必须放置在LED 串的阳极端。LED 驱动器(MAX16836)电流检测输入端的最大共模电压限制在4V,因此,检流电阻两端的电压必须经过电平转换,以地为参考,以符合驱动器的要求。一对 PNP 晶体管把LED 检流电阻的电压转换成以GND 为参考的电压,送入MAX16836电流检测引脚。下式提供了R1、R2、R3和R4 (电路图中U1部分)的计算。

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当LED 串的电压处于最小值(7。6V),而输入电压处于最大值(28V)时,LED 驱动电路功耗最大,大于7W。仅通过电路板散热很难耗散如此大的热量,所以,在高输入电压情况下,必须使用低占空比(低至25%)的调光信号驱动 UNIVERSAL DIM 输入,以降低驱动器的功耗。

解读NCV70522汽车自适应前照灯系统电路

由于机械结构的限制,自适应前照灯系统(AFS)应用中,步进电机有时可能会堵转。一旦电机堵转,电子控制单元(ECU)将失去前照灯位置的跟踪信息并做出不恰当的反应,滋生极严重的安全问题,所以AFS 应用中堵转检测是必不可少的。通常可以通过电机的反电动势(BEMF)来判断电机堵转与否。BEMF 因电机速度、负载及供电电压的不同而变化。传统的步进电机驱动芯片无BEMF 输出,但包含内置堵转检测算法。客户仅可以在寄存器里设定固定的堵转认定临界值,这表示在真实道路条件下所有设定值都必须在工作之前“离线”预设,而不能适配真实工作条件。NCV70522微步步进电机驱动器透过SLA 引脚提供BEMF 输出,这表示它能实时进行停转检测计算,并根据不同条件来调节检测等级。

NCV70522是一款微步步进电机驱动器,用于双极型步进电机。这芯片通过I/O 引脚及SPI 接口连接至外部微控制器。NCV70522输出电流有多种选择。它根据“NXT”输入引脚上的脉冲信号以及方向寄存器[DIRCTRL]或“DIR”输入引脚的状态来转动下一个微步。这器件提供从满步到32微步的细分、由SPI 寄存器SM[2:0]来选择的7种步进模式。NCV70522包含SLA 的输出,可以用于堵转检测算法及根据电机的BEMF 来调节转矩和速度计算。典型应用电路图如图所示。

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当系统上电时候,微控制器就会初始化,NCV70522复位。这些动作完成时,线圈电流及步进模式将被设定。然后电机驱动器将启用。NXT 脉冲将被发送实现转动电机。电机转速等于NXT 脉冲频率乘以步进细分模式的值。

二、解读两种机器视觉系统电路设计方案

机器人行走电路由驱动电路和直流电机的正反转电路两个单元构成。电路通过运用555构成的多谐振荡电路,同步计数器74LS196,七段译码器 74LS248,双JK触发器等基本单元电路,通过上述基本电路的级联组合,构成机器人行走电路。电路有效地实现机器人的行走与后退,通过调节阻值的大小而控制行走的时间,时间在数码显示管显示。利用三极管的导通和截止控制机器人的行走方向,从而满足设计电路的要求。

电路原理系统框图

方案一 电路图

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555构成多谐振荡电路产生方波信号,74LS196构成十进制计数器,74LS248控制七段共阴极数码管显示电路显示,计数器计数满产生触发信号触发双JK触发器,双JK触发器在触发信号的作用下输出发生高低电平跳变,触发器发生信号驱动直流电机两端压差发生正负跳变,直流电机正反转,实现机器人的前进和后退。电路中各个开关控制电机的转动及转动方向和时间。

方案二 电路图

74LS123构成的定时器产生矩形波信号,用74HC161和与非门74HC03构成加十进制计数器,74LS248控制七段共阴极数码管显示电路显示,计数器计数满产生触发信号触发双JK触发器,双JK触发器在触发信号的作用下输出发生高低电平跳变,通过直流电机驱动电路改变电机两端电压方向,进而改变电机转向。电路中开关也可是电机制动,正反转。

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机器人行走电路工作原理

555构成的多谐振荡电路产生方波信号接到74LS196时钟端触发74LS196加计数器计数,并通过74LS248驱动七段共阴极数码管显示计数。加计数器计数满十,通过74HC20与非门产生下降沿信号驱动双JK触发器使JK触发器构成的T‘触发器输出取非,从而驱动三极管构成的开关电路,通过各个三极管的导通与截止来实现直流电机两端的压差的正负跳变,驱动直流电动机的正反转,实现小车的前进与后退。其中,通过调节四个单刀五掷开关可以改变多谐电路输出方波周期,来调节小车的前进与后退的时间。多谐振荡电路产生方波信号接入到74196时钟端,驱动74196进行加计数。图中 74196接成了10进制加计数器,计数满十时通过74HC20与非门接入到清零端进行清零。由于计数到10时,便会立刻清零,不会在数码管上显示,所以此时信号很弱,不可以作为触发信号驱动JK触发器,JK触发器触发信号是计数到9时,通过74HC20输出下降沿信号触发。数码显示电路通过,74LS248驱动的七段共阴极数码管进行显示。

MSP430F2274单片机设计的倒车雷达系统电路

随着人们对汽车辅助驾驶系统智能化要求的提高和汽车电子系统的网络化发展,新型的倒车雷达应能够连续测距并显示障碍物距离,并具有通信功能,能够把数据发送到汽车总线上去。以往的倒车雷达设计使用的元器件较多,功能也较简单。本文介绍的基于新型高性能超低功耗单片机MSP430F2274的倒车雷达可以弥补以往产品的不足。

系统采用超声波测距原理。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理器三部分组成。工作时,超声波发射器发出超声波脉冲,超声波接收器接收遇到障碍物反射回来的反射波,准确测量超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间,根据超声波的传播速度,可以计算出障碍物距离。作为一种非接触式的检测方式,超声波具有空气传播衰减小、反射能力和穿透性强的特点。超声波测距具有在近距离范围内有不受光线和雨雪雾的影响、结构简单、制作方便和成本低等优点。高性能的单片机结合超声波测距,可以实现功能强大、使用方便的倒车雷达。TI 公司的16位单片机MSP430F2274功耗极低,片上资源丰富,同时利用JTAG 接口技术,可以对片上闪存方便的编程,便于软件的升级,非常适合作为倒车雷达系统的微控制器。

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三、MSP430F2274单片机设计的倒车雷达系统电路

系统的主控电路图如上图所示。本系统中选用的MSP430F2274片内有32Kb 闪存和1Kb RAM,因此无须外扩存储器。外接的32.768kHz 晶振作为CPU 关闭状态Basic-TImer 的时钟源,同时也作为系统的车载时钟使用。超声波发送模块电路如图3所示,由超声波产生和发射两部分组成。超声波的产生方法有两种:硬件发生法和软件发生法。常用的硬件发生法常采用如下方案:超声波由CD4011构成的振荡器振荡产生,经升压变换推动超声波换能器而发射出去,振荡器的起振和停振由单片机来控制。本设计采用软件发生法,因为通过软件发生法既可以减少硬件的复杂程度,降低系统的成本,又具有灵活性强、容易实现、稳定性好的优点。本系统利用 MSP430F2274单片机的定时器功能来产生稳定的PWM(40Hz)脉冲波,并通过I/O 端口P2.3输出到超声波发射部分。在超声波发射电路中CD4049一共包括了6个非门,下图中线路仅使用了3个,为了防止干扰或被静电击穿导致整个 CD4049损坏,把没有使用的那一侧的3个非门串起来做接地处理。当控制端输出一系列固定频率脉冲时,在压电陶瓷型超声波发射换能器UCM-40-T 上就固定频率的加正电压和反电压,发出大功率的超声波,所得到的波形比其他方式效果更理想。

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超声波接收电路如下图所示。这是本系统设计和调试的一个难点。压电陶瓷型超声波接收器UCM-40-R 接收反射的超声波转换为40kHz 毫伏级的电压信号,需要经过放大、处理、才能用于触发单片机中断。一方面传感器输出信号微弱,由于反射条件不同,需要放大倍数的范围大约是 100~5000,另一方面传感器输出阻抗较大,需要高输入阻抗的多级放大电路,而高输入阻抗容易接收干扰信号。通常采用两种方案:一是采用运算放大器组成多级选频放大电路;二是采用专用的集成前置放大器。第一种方案容易产生自激振荡,要使接收电路达到很好灵敏度和抗干扰效果,电路的调试是较困难的。本系统采用专用的集成电路前置放大器CX20106,它由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。其中前置放大器具有自动增益控制功能,可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出微弱电压时放大器有较高的增益,在近距离输入信号强时放大器不会过载。调节芯片引脚5的外接电阻 R3,将它的滤波器的中心频率设置在40kHz,达到了很好的效果。当接收到与滤波器中心频率相符的信号时,其输出引脚7输出一个低电平,而输出引脚7直接接到MSP430F2274的P2。2上,以触发中断。

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