2020年电子电路装调与应用项目样题试卷

2020年省职业院校技能大赛
电子电路装调与应用
项目任务书（样题）
选手工位号
_________________________________________________________________________ 工作任务与要求
请您在4小时，完成四个部分工作任务，具体工作任务和要求如下：
1.完成平板姿态传感电路的装配、检测与调试。

2.依托multisim 14和参考文档，完成指定电路板的故障分析和检修。

3.使用装配电路、MyDAQ连接成平板姿态感知系统；利用Labview2015完成系统控制界面制作，实现对电路的功能验证和参数测试记录。

4.利用Altium Designer10软件完成指定电路的印制电路板设计。

以上任务，除现场作品以外，请其余记录在计算机D盘根目录下，“Z+工位号作品”文件夹，包括答题卡文档，并请复制到赛场发放的U盘中，裁判将依据现场电路板作品和上交的U盘文档进行评分。

空白的答题卡文档在赛场发放的U盘参考文件夹。

任务一平板姿态传感电路的装配与调试(20分) 根据图8所示原理图、图7所示装配图和表1所示元器件表，正确选取元器件，准确地焊接在赛场提供的印制线路板上。

（中职组10分）（教师组6分）
焊接要求：在印制电路板上所焊接的电子元器件的焊点大小适中、光滑、圆润、干净，无毛刺；位置正确；无漏、假、虚、连焊。

引脚加工尺寸及成形符合工艺要求，导线长度、剥线头长度符合工艺要求，芯线完好，捻线头镀锡。

其中包括：贴片元器件焊接和直插元器件焊接。

装配要求：元器件焊接安装无错漏；线路板上插件位置正确，接插件、紧固件安装可靠牢固；元器件、导线安装及元器件上字符标示方向均应符合工艺要求；线路板和元器件无烫伤和划伤，整机清洁无污物。

平板姿态传感，当前常见的方案是采购专用加速度传感器芯片，体积小，应用也成熟了。

比如自控飞行器的飞行控制等等。

DZ181206电路采用的方案，也是部分集成加速度传感器采用的原理，只是材料工艺结构等方面的技术成果，使得集成芯片体积小功耗小，使用方便。

基本原理，是利用在重力作用下，加热气体的对流作用，是垂直向上的，如果在一个热源的上方，均等地布置四个热敏电阻，平板平放时，四个热敏电阻受到同样的对流空气加热，温度相同，表明平板是水平放置的。

见下图，如果平板有所倾斜，对流气体就会偏向左边或右边，使其相应温度升高。

只要我们检测到这个温度的变化，进行分析计算，就可以了解平板的姿态。

本电路采用电阻通电加热用作热源。

最大功率5瓦，这个电阻装配的时候需要注意不要紧贴电路板，需要悬空5毫米装配。

采用开关电源给热源电阻供电，有一个热敏电阻布置在热源电阻上，用于测量温度，防止太热。

过热时，热敏电阻阻值减小，使得比较器输出电平为高，过热指示灯亮，开关电源停止工作。

通过电位器可以调节过热保护的电压，也就是过热保护的温度可以通过电位器设置。

四个均衡布置的热敏电阻，其输出电压经过缓冲以后，进行差分放大，再进入单片机进行采样，以串口报告数据。

通过串口送入计算机进行分析和计算。

串口通信格式，9600波特，8+1，无校验。

计算机上通过串口调试助手可以读取数据。

按钮和一位数码管用于选择工作模式，选择单片机ADC采集的数据通道。

一共模式0—模式2三种工作方式。

模式0，CC0高，CC1高，测量和记录两路温度差信号，此时应放平平板，数据作为基准。

这是校正模式。

模式1，CC0高，CC1高，测量记录，发送数据。

这是姿态传感模式。

模式2，CC0低，CC1低，测量记录，发送数据。

这是温度测量模式，测量热源温度和环境温度。

现场发放的U盘的参考文件夹中，有串口调试助手程序，也有串口调试助手的使用说明。

波形测量记录(中职组10分)（教师组9分）
在下发的U盘参考文件夹中，有电子电路装调与应用项目答题卡的文档，选手需在答题卡文档中作答。

示波器的图形文件，可以粘贴在答题卡中对应的位置。

（1）电路工作在模式0，使用双踪示波器，测量记录JP17和JP18引脚信号。

（2）电路工作在模式1，使用示波器，测量记录JP15电压信号。

（3）电路工作在模式2，使用示波器，测量记录TXD电压前六个波形。

任务二 电路板的故障分析和检修（20分）
DZ190302为包含音频信号源的音频功率放大电路，U4B 及外围电路构成信号源电路，两个二极管的非线性特性用于反馈电路，可以稳定振荡器幅度，改善波形。

U4A 以及外部电路构成功率放大电路，二极管可以给功放管一定的偏置电压，减小交越失真。

调节电位器，可以调节本地信号的幅度，通过J2，可以放大外部输入信号。

在负载电阻为30欧姆条件下，要求本电路输出幅度可以达到12伏峰峰值输出。

123
J1CO N3
+9V
-9V
+9V
-9V
12
J3输出
5
6
7
U 4B LM358
3
2
1
8
4
U 4A LM358
R310k
R110.1
R4
2k R610k
R510k
D 2
1N 4148
D 1
1N 4148
D 4
1N 4148D 3
1N 4148R210k R9
1.2k
R11k
R720k
R108.2k
R82k
C610u F/25V
C8
10u F/25V C5
10u F/25V C7
10u F/25V C3
224C4
224
C2224
C1
224
JP1
JP2
JP3
R138.2k
R120.1
DZ190302
音频功率放大器电路
JP41
2J2输入
Q 2B772
Q 1
D 882
W120k +6V
-6V
图1故障电路板电路原理图
图2 电路电路板元件布局图
U U 图3电路部分仿真电路
根据图3电路，再补充部分仿真源，模拟功率放大器的工作，在multisim 仿真环境进行部分电路的仿真，截图表示其结果。

U1=50mV,10kHz,U2=0 时仿真电路及显示结果截图（3分） U1=50mV,10kHz,U2=2V,3kHz 时仿真电路及显示结果截图（3分）
记录电路参数(6分)
故障排除后，正确连接电路，并将现场发放的30欧姆电阻，焊接在输出端（JP3、JP4可以用），使用现场通用仪器仪表，测量记录DZ190302电路板的相关信息，截图，粘贴在答题卡中对应的位置。

（1）调节电位器，使得输出电压峰峰值=1V ，双踪示波器测量JP2、JP3信号，截图。

（2）保持上节电位器位置，J2输入200Hz ，0.2Vpp 信号，测量JP3信号，截图。

（3）保持上节电位器位置，J2输入200Hz ，5Vpp 信号，测量JP3信号，截图。

任务三 电子电路应用系统搭建与控制（中职组35分）（教师组40分）
平板姿态感知系统设计与调试
一、 完成平板姿态感知系统连接（10分）。

系统框图如图4所示
直流稳压电源
平板姿态传感电路板My DA Q计算机系统
串口
图4 平板姿态感知系统框图
计算机上使用串口调试程序，（参考文件夹有，使用USB转TTL串口，如果系统中需要驱动支持，可自行安装）。

平板姿态传感电路板放平在台面上，使用纸杯倒扣在热源及传感器上方。

调节热源保护控制温度，使得热源温度不要太高。

1.记录1206电路板上电时候数码管显示容。

（2分）
2.记录模式0时串口接收到的容，截图。

（2分）
3.记录模式1时串口接收到的容，截图。

（2分）
4.记录模式1时，左边电路板抬高20厘米时串口接收到容的截图。

（2分）
5.记录模式2时串口接收到的数据，记录时间不小于20秒。

截图。

（2分）
二、利用Labview2015完成平板姿态感知系统设计。

控制界面如图5所示；
图5控制界面
采用数据采集卡myDAQ采集DZ181206电路中ADC0、ADC1的电压值，同时，采集电路板上的通道控制信号，CC0、CC1，以及热源工作指示JP1。

分别使用MYDAQ设备的AI0,AI1,DI0,DI1,DI2端口。

系统要求
1.显示MYDAQ设备采集的电路板ADC0电压，单位mV。

代表X轴。

2.显示MYDAQ设备采集的电路板ADC1电压，单位mV。

代表Y轴。

3.MYDAQ设备采集电路板上CC0信号，和CC1信号，双色显示，亮色表示高电
平。

4.MYDAQ设备采集电路板上JP1信号，高代表热源停止加热，双色显示，亮色表示
加热。

5.点击校正按钮时，系统记录下X和Y两轴的数值，作为零点，以后显示的数值应减
去零点。

6.利用热敏电阻的公式，计算热源温度和环境温度，并显示。

7.模式1时，温度显示0度，模式2时，XY轴显示0mV。

1.完成界面设计，并截图（7分）
系统界面截图
2.操作控制过程截图（中职组10分）（教师组15分）
电路板工作在模式0时的控制界面截图，注意需要连同串口调试助手接收界面在一个画面。

电路板工作在模式1时，（预先在模式0进行过校正）将板子右边抬起大约20毫米，30秒后进行界面截图，注意需要连同串口调试助手接收界面在一个画面。

电路板工作在模式2时，测量记录在刚好停止加热时的控制界面截图，连同串口调试助手接收界面在一个画面。

3.使用仪表板截图（8分）
使用MYDAQ采集卡和仪表板，测量DZ181206电路板参数，并截图。

电路板工作在模式1时，使用电压表测量JP3的电压，并截图（4分）
电路板工作在模式1时，使用电压表测量JP17的电压波形，并截图（4分）
任务四印制电路板设计（15分）
要求：
1．考生在D盘根目录下建立一个文件夹。

文件夹名称为Z+工位号。

2．根据参考文件提供的电路图和电路板文件，制作自己的电路图符号库和封装库，并使用自己的符号库和封装库完成后面的工作。

(1分)
3．在自己的符号库和封装库中，设计LM324A和FJ5161AH的符号和他们的封装(2分)。

使用封装名称分别为SOP-14A和LED8x1。

4．利用参考文件夹中提供的平板姿态传感电路原理图文件，根据图6完成绘制。

（3分）要求：在原理图上标注元器件位号、参数，在原理图下方注明自己的工位号。

5．根据设计完成的电路原理图，设计PCB印制电路板图。

（9分）
要求：
（1）在机械层绘制电路板的物理边界，尺寸：80mm×140mm。

（2）四个固定孔尺寸；孔径3mm，孔中心距离板子边2.5mm。

（3）左下角为原点，热源R30放在坐标（40mm，40mm）处，四个热敏电阻距离热源20mm放置。

（4）以热源为中心，在顶层丝印层画一个圆，半径30mm。

线宽0.2mm。

（5）除了热源电阻，其他可能发热的元器件尽可能远离这几个热敏电阻。

（6）一般布线间隙0.2mm。

布线线宽0.2mm，电源相关导线和输出线线宽0.6mm。

（7）双面敷铜接地，敷铜间隙0.4mm。

（8）在电路板上部外侧注明自己的工位号。

R2810k V reg in 8P 1.0/X 19G ND 6V DD 7V i o
1
RST/C2C 2V rtc-b ack 3X TAL44X TAL35P 1.1/X 210P 1.2/V R E F
11P 1.312P 1.413P 1.514P 1.615P 1.7
16
P0.0/I DA C0
17
P0.1/I DA C118P0.2
19P0.320P0.4/TX
21P0.5/RX 22P0.6/CN V 23P0.724P 2.0
25
P 2.126P 2.227P 2.328P 2.429P 2.530P 2.631P 2.7/C 2D
32C8051F410/2
U 12
C8051F410
A 7
B 6
C 4
D 2
E 1
F 9
G 10
D P 5C O
M 3
U 11
FJ5161A H
K 1
V CC
C23224
C24224
V CC
C31
224R45
1k
1234J1CO N4
C2D C2C
R4410k V CC
C25224
L E D 0
L E D 1L E D 2L E D 3L E D 4L E D 5L E
D 6C 2D C 2C
1234
5
678RX 2
1k x 4
1234
5678
RX 1
1k x 4K EY0
LED 0LED 1LED 2LED 3LED 4LED 5LED 6LED 7K EY0RX D TX D 1234J2CO N4
D AC1D AC0
R361k R371k
V i n
G N D
V o u t
U 18LM7805
V CC V +12V
V +12V
C27100u F
C34224
RX D TX D
R52220
R51220
321
Q 6BA V993
2
1Q 5
BA V99
V CC
RX D
TX D
R11k
R1010k
R320k
R1110k
R220k
R1210k
R910k
o C
R3110k
o C
R3410k
o C
R3210k
o C
R3310k
+10
-98
U 3C
LM324A-SR
+5
-67
U 3B LM324A-SR
+12
-13
14
U 3D LM324A-SR
+
12
-
13
14U 4D
LM324A-SR U 1
TLV 431
V CC V BB
V BB
T01T02T03T0412J312V
R3030/3W
C1224
D 1SS16
V AA
+3
-
2
1
V +
4
V -11
U 3A
LM324A-SR +
10
-
9
8U 4C
LM324A-SR R18
10k
R1410k R17200k
R19100k
R22200k
R23
10k R24100k
R2010k
R21200k R16200k V BB V BB
V CC
C18224
C17224
A DC0A DC1A DC0
A DC1
T01T02
T03T04
平板姿态传感电路
图6
图7 DZ181206电路板装配图
装配注意事项
排故板DZ190302电路板的电位器和接线端子需要自己焊接装配。

DZ181206电路板，热源电阻装配距离电路板5毫米高。

热源温度传感热敏电阻，应紧贴热源电阻装配。

四路传感热敏电阻，焊接装配高度应该在20毫米，直立在电路板上。

这样，当电路板平放时，热源对于四个热敏电阻的机会是对称的。

调试注意事项
通电以后，热源电阻有电升温。

单片机数码管自检以后等候按键。

按键0模式，记录当
前两路信号差分数值，并通过串口发送当前数据；模式1，测量两个差分数值，通过串口发送；模式2，测量热源温度和环境温度，并通过串口发送。

热源温度过热保护电路，可以调节到50度左右。

当前单片机对于温度的计算并不一定对，因此建议调节保护电路大约T35在30度左右。

在测量调试时，应使用纸杯将测量空间封闭，并等待系统热稳定。

温度测量计算公式
其中，B 热敏电阻的温度系数，R25热敏电阻标称值，本电路中10千欧，25度时的数值，Rs 偏置电阻，本电路中10千欧，Vs 是偏置电压，Vt 是测量热敏电阻两端得到的电压。

本电路中，R35和R43对应的Vs 是不同的，需要注意，一个是2.25伏，一个是2.5伏。

B 3950:=
T125273.15+:=
Vs 2.5:= R2510000:=
Vt 0.83:=
Rs 10000:=
T B T1
⋅B T1ln Rs R25⎛⎝⎫⎭ln Vt Vs Vt -⎛⎝⎫⎭+⎛⎝⎫⎭
⋅+273.15-:=
T 41.611
=
表1 DZ181206电路元器件清单
. .. .
U11
图8 平板姿态传感电路原理图
..w..。