内容概要：本文档是深圳技术大学数字电子技术课程的设计报告，详细记录了一个四人智能抢答器的设计过程。设计内容包括抢答和计时两大模块，抢答部分使用74LS175N芯片，通过四个开关实现抢答功能；计时部分最初选用了74LS192芯片，但由于实验室条件限制，最终改为74LS161芯片，实现了30秒倒计时和报警功能。整个设计经历了从理论分析、仿真验证到实际接线测试的过程，解决了多个技术难题，如信号传递延迟、电平控制等问题，最终成功实现了所有功能。 适合人群：数字电子技术课程的学生或对数字电路设计感兴趣的初学者。 使用场景及目标：①了解数字电路的基本设计流程，掌握芯片选型和应用技巧；②熟悉Multisim仿真工具的使用，提高电路仿真能力；③掌握实际电路接线和调试技巧，解决实际操作中的常见问题。 阅读建议：此报告详细记录了从设计到实现的全过程，建议读者仔细阅读每一步骤，特别是遇到的问题及解决方案，结合仿真图和实际接线图进行理解和实践，有助于加深对数字电路设计的理解和掌握。

电磁兼容性（EMC）是指电子设备或系统在其电磁环境中能正常工作，同时不会对环境中的任何设备产生不可接受的电磁干扰。随着电子技术的发展和高频应用的增多，EMC设计变得越来越重要。高频思维是指在进行EMC设计时，需要考虑到电子元件和电路在高频状态下的特性和行为，这些与中低频时有所不同。 以电容器为例，在中低频情况下，电容可以看作一个纯粹的储能组件，但在高频状态下，电容器除了原有的电容特性外，还会表现出引线电感、漏电流和ESR（等效串联电阻）。引线电感和ESR是由于电容器的物理结构决定的，它们在高频条件下会显著影响电容器的性能。因此，在进行EMC设计时，要选择合适的电容器，并且要考虑到其在高频条件下的等效特性。 对于电源设计，尤其是在IC的VCC端，通常会并联使用两种类型的电容器：电解电容和瓷片电容。电解电容通常具有较大的容值，适用于低频滤波；而瓷片电容具有较小的容值，适用于高频滤波。它们的谐振频率点相差较大，可以实现对较宽频带的噪声抑制。 在PCB布线设计时，高频等效特性也需要考虑。在高频条件下，走线电阻虽然存在，但更重要的是走线电感的影响。而且，PCB走线与导线周围导体之间还存在分布电容，这在高频应用中可能会引起串扰等问题。因此，在设计时需要合理布局，以避免不必要的电磁干扰。 磁环和磁珠是EMC设计中常用的元件，它们在高频情况下具有吸波作用，通常被认为具有电感特性。然而，实际上它们的阻值是频率的函数，即R(f)。因此，在高频信号通过时，高频波动会因为I2R的作用产生热量，将干扰转化成热能，从而减少电磁干扰。 了解EMC的高频思维对于电子工程师至关重要。例如，静电工作台的接地导线需要采用宽的铜皮带和金属丝网蛇皮管，而不是传统的圆形接地线缆。这是因为在高频下，线缆的走线电感量过大，不利于静电电荷的快速泄放。而信号线之间的串扰可以通过增加它们之间的间距来减少，但信号线与地线之间应该尽量靠近，以便信号线上的波动干扰可以方便地泄放到地线上。 总结来说，高频思维要求电子工程师们在进行EMC设计时，必须考虑到元件和电路在高频下的等效特性，并且合理利用这些特性来优化设计，防止电磁干扰，并确保设备正常运作。通过正确地应用高频思维，电子工程师可以更好地解决电磁兼容性问题，提升产品的整体性能和可靠性。

在电子硬件设计中，PCB（印制电路板）的电磁干扰（EMI）控制是一项至关重要的任务。本文主要探讨了PCB中的EMI设计规范步骤，以确保设备的稳定性和符合EMI标准。 关于IC（集成电路）的电源处理，设计规范要求每个IC的电源引脚都要配备0.1μF的去耦电容，对于BGA封装的芯片，其四角应分别放置0.1μF和0.01μF的电容。电源线上的滤波电容也是必不可少的，例如VTT等，这不仅有助于系统的稳定性，还能有效减少EMI。电容的配置要确保电源路径的完整性，以降低噪声。 时钟线的处理是EMI设计的关键。建议优先布设时钟线，并遵循特定的规则：频率高于66MHz的时钟线过孔数不应超过2个，平均值不超过1.5个；频率低于66MHz的时钟线，过孔数不超过3个，平均值不超过2.5个。长于12英寸的时钟线，如果频率超过20MHz，过孔数量不得超过2个。在时钟线穿过过孔的地方，应在第二层（地层）和第三层（电源层）之间添加旁路电容，确保高频电流的回路连续性。电容应靠近过孔且与过孔的最大间距不超过300密尔。此外，时钟线不应穿岛，以防止干扰的产生，如果无法避免，可以使用去耦电容形成镜像通路。 对于I/O口的处理，所有的I/O口，如PS/2、USB、LPT、COM、SPEAK OUT、GAME等，应连接到同一块地，左侧和右侧与数字地相连，以增强抗干扰能力。COM2口如果是插针式，应尽可能靠近I/O地。EMI器件应靠近I/O屏蔽罩以减少辐射。I/O口附近的电源层和地层应独立，避免信号穿岛，以减少潜在的噪声路径。 文章强调了EMI设计规范的重要性，设计工程师需要严格遵守，而EMI工程师则有责任检查和解决不符合规范导致的问题。双方需要紧密协作，共同提高设计的EMI性能，降低成本，并不断更新和完善设计规范。 PCB的EMI设计规范步骤旨在通过合理的电源处理、时钟线布局和I/O接口管理，降低电磁干扰，确保系统运行的稳定性和合规性。设计师必须充分理解并严格遵循这些规则，以创建高效且低EMI的电子产品。

### PCB EMI设计规范步骤详解 #### 一、引言 在现代电子设备的设计中，电磁干扰（EMI）已成为一个不可忽视的问题。为了保证产品的性能稳定性和合规性，合理有效的PCB EMI设计规范至关重要。本文将详细介绍PCB EMI设计规范中的关键步骤及相关注意事项，旨在帮助硬件设计师优化PCB设计，降低EMI风险。 #### 二、IC的电源处理 1. **去耦电容配置**： - 对于每个集成电路（IC），确保其电源引脚（PIN）配备有一个0.1μF的去耦电容器。 - 对于BGA封装的芯片，应在BGA的四个角落分别安装0.1μF和0.01μF的电容器各两个，总计八个电容器。 - 特别注意为电源走线添加滤波电容，例如为VTT等电源线增加滤波措施。这些措施不仅有助于提高系统的稳定性，还能有效改善EMI表现。 2. **电源走线的滤波**： - 在设计中加入适当的滤波电容，可以有效地减少电源线上的噪声，从而降低EMI的影响。 #### 三、时钟线的处理 1. **时钟线布线原则**： - 首先考虑布设时钟线，特别是对于高频时钟信号。 - 对于频率≥66MHz的时钟线，每条线的过孔数量不应超过2个，平均过孔数量不得超过1.5个。 - 对于频率<66MHz的时钟线，每条线的过孔数量不应超过3个，平均过孔数量不得超过2.5个。 - 如果时钟线长度超过12英寸且频率>20MHz，则过孔数量不得超过2个。 - 若时钟线包含过孔，应在过孔附近的第二层（地层）和第三层（电源层）之间添加旁路电容，确保高频电流的回流路径连续。 2. **避免穿岛**： - 尽可能避免让时钟线穿过岛状结构（如电源岛、地岛等）。如果无法避免，对于频率≥66MHz的时钟线必须避免穿岛；而对于频率<66MHz的时钟线，如果穿岛则需要在附近添加去耦电容以形成镜像通路。 3. **时钟线布局注意事项**： - 保持时钟线与I/O接口之间的距离大于500mil，并避免与时钟线平行走线。 - 当时钟线位于第四层时，应尽量使其参考层为为其供电的电源层面。 - 打线时线间距需大于25mil。 - 连接BGA等器件时，避免在BGA下方布设过孔。 4. **特殊时钟信号的处理**： - 注意所有时钟信号，特别是名称看似非时钟信号但实际运行时钟功能的信号，例如AUDIO CODEC的AC_BITCLK以及FS3-FS0等。 #### 四、I/O口的处理 1. **I/O口的分组与接地**： - 各种I/O接口（如PS/2、USB、LPT、COM、SPEAKOUT、GAME等）应分成一块地，左右两端与数字地相连，宽度至少为200mil或三个过孔。 - COM2口如果是插针式接口，尽量靠近I/O地。 2. **EMI器件的位置**： - I/O电路中的EMI器件尽量靠近I/O屏蔽（SHIELD）。 3. **I/O口区域的设计**： - I/O口处的电源层和地层应单独划分成岛，并确保Bottom和Top层都铺设地线，不允许信号线穿越岛屿区域。 #### 五、几点说明 1. **设计工程师的责任**： - 设计工程师必须严格遵守PCB EMI设计规范。EMI工程师有权进行检查。若因违反设计规范导致EMI测试失败，责任由设计工程师承担。 2. **EMI工程师的责任**： - EMI工程师对设计规范的执行情况负责。对于遵循规范但仍EMI测试失败的情况，EMI工程师有义务提供解决方案，并将这些经验总结到设计规范中。 - EMI工程师还需要负责每个外部接口的EMI测试，确保不会遗漏任何接口。 3. **设计改进与反馈**： - 每个设计工程师有权提出对设计规范的修改建议或疑问，EMI工程师应负责解答疑问，并通过实验验证后将合理建议纳入设计规范中。 - EMI工程师还应努力降低成本，减少磁珠等EMI抑制元件的使用量。 通过上述详细的PCB EMI设计规范步骤介绍，我们可以看出，良好的EMI设计不仅仅是关注单个设计元素，而是需要综合考虑整个PCB设计中的多个方面，包括电源处理、时钟信号管理、I/O接口处理等多个维度。这些步骤和注意事项的实施将有助于提高产品的EMI性能，确保电子产品在复杂环境中能够稳定可靠地工作。

开关电源EMI电路设计是电源设计中的一个重要环节，主要目的是减少电源工作时产生的电磁干扰（EMI），保证电源本身的正常工作以及不对其他设备产生干扰。本文将详细解读开关电源EMI电路设计中的技巧和方法，以及设计中需要注意的事项。 了解EMI的产生原理至关重要。开关电源工作时，由于高速的开关动作，会产生大量的电磁干扰。这些干扰可以分为差模干扰和共模干扰两大类。差模干扰主要是由电源的正负线路之间的电压波动产生的，而共模干扰则是由于线路和地之间的电压波动导致的。 在设计EMI电路时，需要考虑不同的频率范围，采取不同的滤波措施。对于1MHz以下的低频干扰，主要以差模干扰为主，可以通过增大X电容的方式来抑制。而当干扰频率在1MHz到5MHz之间时，干扰类型转为差模共模混合，此时需要在输入端并联一系列X电容，并且要分析干扰源并针对性解决。5MHz以上的高频干扰主要是共模干扰，需要采用专门针对共模干扰的抑制方法。 针对高频共模干扰，比如10MHz以上的干扰，可以采用磁环来减小干扰。具体方法是在地线上绕磁环两圈，可以有效衰减高频干扰。在25MHz到30MHz的频率范围内，可以通过增加对地Y电容，或在变压器外包裹铜皮等措施来减小干扰。在更高频段，如30MHz到50MHz，干扰通常是由于MOS管的高速开关动作造成的，这时可以通过增加MOS管驱动电阻或使用RCD缓冲电路来抑制干扰。 在100MHz到200MHz的频率范围内，干扰主要由输出整流管的反向恢复电流引起。可以通过在整流管上串磁珠来减小干扰。针对PFC MOSFET和PFC二极管的干扰，使用磁珠也是非常有效的办法，尽管在垂直方向上可能效果不佳。此外，也可以考虑在MOSFET和二极管上增加吸收回路来抑制干扰，但可能会影响效率。 除了上述频率区分的策略外，设计开关电源时防止EMI的措施还包括： 1. 减小噪声电路节点的PCB铜箔面积，例如开关管的漏极和集电极，以及初次级绕组节点等。 2. 使输入输出端远离噪声元件，例如变压器线包、磁芯以及开关管的散热片等。 3. 确保噪声元件远离外壳边缘，因为外壳边缘容易接触到外部接地线。 4. 如果没有使用电场屏蔽的变压器，应保持屏蔽体和散热片与变压器保持距离。 5. 减少电流环面积，包括次级整流器、初级开关功率器件、栅极驱动线路以及辅助整流器。 6. 避免将门极驱动返馈环路与初级开关电路或辅助整流电路混在一起。 7. 调整阻尼电阻值以防止振铃声。 8. 防止EMI滤波电感饱和。 9. 使拐弯节点和次级电路元件远离初级电路的屏蔽体或散热片。 10. 保持初级电路摆动节点和元件本体远离屏蔽体或散热片。 11. 将高频输入输出的EMI滤波器靠近输入电缆或连接器端以及输出电线端子。 12. 保持EMI滤波器与PCB板铜箔和元件本体之间一定距离。 13. 在辅助线圈的整流器线路上增加电阻，以及在磁棒线圈上并联阻尼电阻。 14. 在输出RF滤波器两端并联阻尼电阻。 15. 在变压器初级静端和辅助绕组之间放置1nF/500V陶瓷电容器或一串电阻。 16. 在PCB设计时留下放置屏蔽绕组脚位和RC阻尼器位置。 17. 如果空间允许，在开关功率场效应管漏极与门极之间放置小径向引线电容器。 18. 在直流输出端放置小RC阻尼器。 19. 避免将AC插座和初级开关管散热片靠在一起。 通过以上的方法和技巧，可以有效减少开关电源在设计中产生的EMI干扰，保证电源的稳定工作以及对其他设备的电磁兼容性。在实际设计过程中，需要综合考虑各种可能的干扰源和干扰途径，并采取相应的设计策略，以达到最佳的EMI控制效果。

随着电子产品向高密度、高灵敏度和高速化发展，电磁兼容和电磁干扰问题也变得越来越严重，因此，如何做好PCB的电磁兼容性设计？本文将介绍有利于提高PCB的EMC特性的各种方法与技巧，希望能帮助大家设计出具有良好EMC性能的PCB电路板。 在电子设计领域，PCB（印制电路板）的电磁兼容性（EMC）设计是至关重要的，因为随着电子产品向高密度、高速度和高灵敏度发展，电磁干扰（EMI）问题日益突出。电磁兼容性（EMC）是指设备在特定电磁环境下，既能正常工作又不会对其他设备造成干扰的能力。为了实现这一目标，设计师需要理解和掌握一系列设计方法和技巧。 电磁干扰（EMI）通常由干扰源、传播路径和接收者三要素构成。在PCB设计中，减小EMI可以通过控制这三个方面来实现。例如，合理布局元器件，避免敏感信号线与噪声源相邻，优化电源和地线的布设，都是降低EMI的有效手段。 印制电路板的布线技术在确保EMC中扮演关键角色。布线的阻抗、电容和电感特性需要精心设计。阻抗直接影响信号传输的质量，电容和电感则可能引起耦合和噪声。设计师应增大走线间距以减少电容耦合，平行布设电源线和地线以优化电容，将高频敏感信号线远离噪声源，并加宽电源线和地线以降低它们的阻抗。 分割技术是另一种重要的策略，通过物理分割将不同类型的电路隔离开，减少耦合，特别是电源线和地线之间的耦合。例如，可以使用非金属沟槽隔离地线面，不同电路的电源和地线应用不同值的电感和电容进行滤波，以适应不同电路的需求。 局部电源和IC间的去耦是减小噪声传播的有效方法。大容量旁路电容用于电源入口，提供瞬时功率需求，并滤除低频脉动。每个IC附近都应设置去耦电容，靠近引脚布置以滤除开关噪声。 接地技术也是不可忽视的一环。在单层PCB中，接地线的设计要求形成低阻抗的接地回路，以减少信号返回路径的电势差。而在多层PCB中，采用大面积的接地平面可以显著降低接地阻抗，同时使用接地层间的分割以进一步减少耦合。 提高PCB电磁兼容性设计需要综合考虑布线策略、信号分割、去耦和接地等多个方面。理解并熟练运用这些方法，才能设计出高性能且具有良好EMC性能的PCB电路板，以满足现代电子设备的严格要求。

对电子产品开发，生产、使用过程中常常提出电磁干扰、屏蔽等概念。电子产品正常运行时其核心是PCB板及其安装在上面的元器件、零部件等之间的一个协调工作过程。要提高电子产品的性能指标减少电磁干扰的影响是非常重要的。

电磁兼容性（EMC）是电子设计中的一个关键因素，尤其在高速PCB（印刷电路板）设计时显得尤为重要。随着电子设备中电路运行速度的提升，电磁干扰（EMI）问题变得愈加突出。PCB设计时，为了确保产品在电磁环境中能正常工作，同时不会对其他设备产生不可接受的电磁干扰，需要考虑以下几个方面的电磁兼容性问题。 考虑的是关键器件的尺寸。器件尺寸越大，可能产生的辐射就越强，从而更容易引起电磁干扰。射频（RF）电流能够产生电磁场，如果这些电磁场通过机壳泄漏出来，就会导致电磁兼容性问题。 是阻抗匹配的问题。为了最小化信号反射和传输损耗，需要源和接收器之间的阻抗匹配。阻抗不匹配可能导致信号失真和传输效率降低，进而影响电磁兼容性。 第三，干扰信号的时间特性也需要关注。电子设备产生的干扰信号可以是连续的，如周期信号，或者是在特定操作周期内出现的，如按键操作、上电干扰、磁盘驱动操作或网络突发传输。了解干扰信号的特性有助于采取适当的抑制措施。 第四个因素是干扰信号的强度。干扰信号的强度决定了它对其他设备的潜在干扰程度。源能量级别越高，产生的有害干扰就越大。 第五个考虑点是干扰信号的频率特性。高频信号更容易被设备接收，因此需要采取措施减少高频信号的干扰。使用频谱仪可以观察到信号在频谱中的位置，帮助识别干扰源。 在PCB设计时，还应考虑电路组件内的电流流向。电流总是从高电位流向低电位，并且形成闭环回路。最小回路的原则对减少电磁干扰非常关键。针对检测到的干扰电流方向，通过调整PCB走线，可以避免对负载或敏感电路产生影响。 另外，走线的阻抗特性是高速PCB设计中不可忽视的一环。在高频应用中，走线的阻抗包括电阻和感抗，而在100kHz以上的高频操作时，走线可能变成电感。如果设计不当，PCB走线有可能成为一个高效的天线。为避免这一点，PCB走线应避开特定频率的λ/20以下工作。 PCB的尺寸和布局也是电磁兼容性设计中需要考虑的重要因素。过大的PCB尺寸会导致走线过长，系统抗干扰能力下降，成本上升；而尺寸过小则可能导致散热和互扰问题。在PCB布局上，设计师需要考虑PCB的整体尺寸，放置特殊元件的位置，如时钟元件应避免周围铺地和位于关键信号线的上下，从而减少干扰。 PCB设计中的电磁兼容性问题涉及多方面的考量，包括器件尺寸、阻抗匹配、干扰信号特性、电流流向以及走线和布局设计。为了达到良好的EMC性能，设计师必须充分理解这些因素，并运用相应的设计规则和方法。这包括但不限于选择合适的设计工具，进行充分的仿真和测试，并不断调整设计以满足电磁兼容性标准。通过这些细致入微的工作，可以保证设计的产品能够在复杂的电磁环境中正常、稳定地工作。

内容概要：本文档详细介绍了基于STM32的智能温湿度监测系统的设计与实现。项目旨在提高工业、农业、仓储等领域温湿度监测的效率和可靠性，构建了一套集温湿度采集、OLED显示、蜂鸣器报警、蓝牙无线通信于一体的嵌入式系统。硬件部分围绕STM32F103C8T6单片机为核心，连接DHT11温湿度传感器、OLED显示屏、HC-05蓝牙模块和蜂鸣器报警装置。软件方面采用C语言编程，在STM32CubeMX配置下利用Keil 5完成开发，涵盖温湿度读取、数据显示、蓝牙通信和数据缓存等功能模块。系统经过严格测试，确保温湿度读取精度、OLED显示稳定性、蓝牙通信稳定性和报警功能的及时响应。最终成果包括完整的电路原理图、PCB设计图、程序代码、演示视频以及毕业论文和答辩PPT。; 适合人群：对嵌入式系统开发感兴趣的学生、工程师或科研人员，尤其是那些希望深入理解STM32应用和温湿度监测系统的读者。; 使用场景及目标：①学习STM32单片机的外设配置与编程；②掌握DHT11温湿度传感器的数据读取与处理；③实现OLED屏幕的实时数据显示；④通过HC-05蓝牙模块实现无线数据传输；⑤理解并实现简单的报警机制。; 阅读建议：建议读者按照文档结构逐步学习，从硬件设计到软件编程，再到系统测试，最后结合实物进行功能演示。同时，可以通过提供的毕业论文、PPT和演示视频加深理解，并在实践中不断优化和完善系统性能。

什么是LM358 LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358充电器工作原理 LM358充电器电路图 220V交流电经LF1双向滤波.VD1－VD4整流为脉动直流电压，再经C3滤波后形成约300V的直流电压，300V直流电压经过启动电阻R4为脉宽调制集成电路IC1的7脚提供启动电压，IC1的7脚得到启动电压后，（7脚电压高于14V时，集成电路开始工作），6脚输出PWM脉冲，驱动电源开关管（场效应） VT7工作在开关状态，电流通过VT1的S极-D极-R7-接地端。此时开关变压器T1的8-9绕组产生感应电压，经VD6，R2为IC1的7脚提供稳定的工作电压，4脚外接振荡电阻R10和振荡电容C7决定IC1的振荡频率， IC2（TL431）为精密基准电压源，IC4（光耦合器4N35）配合用来稳定充电电压，调整RP1（510欧半可调电位器）可以