淺談電子控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

任修順 李洪高 錢書元

摘要：硬件電路設(shè)計的合理性，是決定電子控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵因素，對此本文深入探究了硬件電路的設(shè)計及改進(jìn)思路，希望能為相關(guān)工作人員提供有益的參考，以進(jìn)一步促進(jìn)自動化控制的性能提升。

關(guān)鍵詞：電子控制系統(tǒng);硬件電路;基本流程;設(shè)計思路

引言

現(xiàn)階段，電子控制系統(tǒng)在智能家居、生產(chǎn)自動化等行業(yè)領(lǐng)域均得到了廣泛的運(yùn)用，在便利國民生活、提高社會生產(chǎn)力的方面起到了極其重要的作用，對此有必要探討優(yōu)化系統(tǒng)性能的實(shí)踐路徑。硬件電路作為電子控制系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的一部分，其直接關(guān)系著系統(tǒng)各項功能的實(shí)現(xiàn)，就眼下來看，我國電路系統(tǒng)的整體性能較之從前已經(jīng)有了明顯的提升，但由于電路設(shè)計對于精密度的要求也越來越高，這就導(dǎo)致了實(shí)踐期間經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計不合理的問題，繼而影響到電子控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為使該問題得到有效的解決，下文針對具體的設(shè)計思路及要點(diǎn)展開了詳細(xì)的分析和介紹，希望對相關(guān)人員有所啟發(fā)。

1硬件電路設(shè)計的基本流程

1.1分析設(shè)計需求

在進(jìn)行硬件電路的設(shè)計時，應(yīng)認(rèn)真分析基于項目和平臺的系統(tǒng)條件，據(jù)此確定電路中需要安放的設(shè)備、元件等，避免出現(xiàn)設(shè)計與預(yù)期效果不符的情況。另外，電子控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，還應(yīng)注重實(shí)際應(yīng)用環(huán)境對系統(tǒng)本身的影響，若外界環(huán)境發(fā)生改變，那么硬件電路的體積能效也可能會發(fā)生一定的變化，故而設(shè)計人員必須將這一點(diǎn)考慮在內(nèi)。

1.2元器件的選擇

關(guān)于硬件電路原理圖的設(shè)計，首先需要工作人員明確所需的元件類型，以及具體的性能參數(shù)等，通過選擇優(yōu)質(zhì)的元件實(shí)現(xiàn)對集成電路性能的優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高電子控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在實(shí)際進(jìn)行選購的過程中，應(yīng)當(dāng)全面的檢查設(shè)備元件的外觀有無破損、變形等的問題，初步確定元件的質(zhì)量狀況，同時要認(rèn)真核實(shí)供應(yīng)商的供貨條件，在將購入成本控制在合理范圍內(nèi)的同時，也要確保購置的設(shè)備元件完全符合硬件電路的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

1.3原理圖設(shè)計

在完成元器件的選擇之后，需要借助于一些先進(jìn)的工具軟件進(jìn)行電路原理圖的繪制，期間要著重注意以下幾點(diǎn)問題：①設(shè)計中難免會涉及到一部分初次使用的元器件，為確保電路設(shè)計的合理性，工作人員必須詳細(xì)地閱讀產(chǎn)品說明書，全面掌握產(chǎn)品的性能參數(shù)等的相關(guān)信息，從而規(guī)范化的展開操作和設(shè)置;②想要確保電路的安全性，有必要在正式使用前對不成熟的電路進(jìn)行檢測，避免危及相關(guān)工作人員的人身安全;③針對設(shè)計中遇到的復(fù)雜電路，除了要嚴(yán)格按照信號流向來繪制原理圖，也應(yīng)對模塊功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸猓⒃谄渖咸砑釉敿?xì)的文字說明，由此來增強(qiáng)電路原理圖的可讀性，為接下來的電路安裝提供便利。

1.4設(shè)計審核

從硬件電路的設(shè)計工藝上來講，設(shè)計中應(yīng)盡可能地縮短電路的加工時間，簡化工藝流程。結(jié)束原理圖繪制之后，應(yīng)做好相應(yīng)的編譯處理，再審核設(shè)計的科學(xué)性和可操作性。具體來講，應(yīng)重點(diǎn)審核原理圖中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號是否完善、信號源屬性是否準(zhǔn)確等等，確保圖紙完全合格后，再生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表，最大限度減少設(shè)計誤差，全面提升硬件電路設(shè)計的工作效率。

2電子控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計思路

以印制電路板（PCB）設(shè)計為例，將原理圖作為硬件電路實(shí)現(xiàn)功能的重要依據(jù)，并規(guī)范好硬件電路設(shè)計的可測試性、可生產(chǎn)性，確保生產(chǎn)出來的產(chǎn)品能順利地投入到使用中，以下為詳細(xì)的介紹。

2.1 PCB物理邊框的制作

制作封閉的物理邊框，主要目的是提供給PCB運(yùn)行所需的必備平臺，這一階段對后續(xù)的電路結(jié)構(gòu)布局起著決定性的作用。在制作物理邊框的過程中，務(wù)必要嚴(yán)格地把控設(shè)計精度，并選用安全系數(shù)高的圓弧形邊框?qū)嵤┌惭b作業(yè)，一方面能提高電路安裝的安全性，另一方面能較好地避免異常問題的產(chǎn)生。

2.2元器件的選擇和布局

要在物理邊框內(nèi)設(shè)置恰當(dāng)?shù)脑骷纬赏暾木W(wǎng)絡(luò)布局，為整個電子控制系統(tǒng)的高效運(yùn)行創(chuàng)造有利的前提。經(jīng)過大量的實(shí)踐證明，元器件的布線和布局模式，對電子控制系統(tǒng)的整體性能和使用年限有著較大的影響，故而必須確保元器件的布局具有一定的原則性。實(shí)際工作中需要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①從元器件的排放順序的方面來看，應(yīng)先放置與電路結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的元器件，如電源插座、指示燈開關(guān)等，再安置好電路中的特殊元件，并保證安設(shè)位置的合理性。比如：針對線路中的一部分發(fā)熱器件，工作人員要盡量將其安置于靠近邊緣的位置，為器件的自行散熱提供一個良好的環(huán)境，同時也要注意不得進(jìn)行集中放置，避免發(fā)生電路燒毀的情況。與此同時，還要確保發(fā)熱器件與電路中的電解電容保持相對較遠(yuǎn)的距離，這有利于電源與地面之間形成最短回路;②信號的隔離問題也是需要著重考慮的一點(diǎn)。通常情況下，高電壓與強(qiáng)電流相互作用所產(chǎn)生的強(qiáng)信號、以及低電壓和弱電流相互作業(yè)所產(chǎn)生的弱信號，這兩者之間便需要進(jìn)行有效的隔離，此外還包括模擬信號與數(shù)字信號的隔離等等。在實(shí)際工作中，若遇到結(jié)構(gòu)相似的硬件電路，那么可采用對稱設(shè)計的方法，用以簡化設(shè)計流程和設(shè)計內(nèi)容，在提高效率的同時，也能有效避免設(shè)計誤差的產(chǎn)生，全面提升PCB的實(shí)用性能。

2.3電路板布線

保證電路板布線的效果良好，能在很大程度上削弱外部因素對信號產(chǎn)生的干擾，同時也能弱化內(nèi)部信號的互相干擾，從而更好地維護(hù)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。不僅如此，科學(xué)的電路板布線設(shè)計，有利于后續(xù)維護(hù)檢修工作的高效開展，最大限度延長產(chǎn)品的使用壽命。在電路板的布線過程中，要注意將模擬部分的布線與數(shù)字部分的布線分隔開來，堅決杜絕電路在試用期間出現(xiàn)使用穿孔的問題。同時，還要注意預(yù)留出相應(yīng)的工藝邊框，以及布線的長度和寬度的設(shè)置。從這一方面來講，針對同一塊PCB板上的導(dǎo)線，要盡可能地維持同一的寬度，不得存在寬度跨度過大的情況，否則將會影響到電路的性能。另外，還要在布線時控制好角度，不得出現(xiàn)直角和銳角，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來看，將布線的角度控制在135°左右往往能獲得最佳的效果。

結(jié)束語

基于電子控制系統(tǒng)硬件電路在現(xiàn)代社會發(fā)展中的重要作用，有必要對硬件電路設(shè)計進(jìn)行不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，以促進(jìn)系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升。在進(jìn)行電路設(shè)計時，必須關(guān)注所有的細(xì)節(jié)問題，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境對運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的影響因素予以明確，科學(xué)地實(shí)施布線和布局，確保最終獲得一個良好的設(shè)計成果，提升產(chǎn)品的綜合性能。

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