電子電路設計內(nèi)容通常較多，想要了解大部分電子電路設計知識點，需要時間和實踐。為幫助大家增進對電子電路設計的認識，本文將對電子電路設計的設計案例予以介紹。

一、采用LED模擬調(diào)光的機器視覺辨認系統(tǒng)電路設計指南

具體電路設計

現(xiàn)有的開關(guān)電源控制芯片也有提供模擬調(diào)光功能，但是調(diào)光比都很小，一般在幾十左右，是作為PWM 調(diào)光的一個補充，這個調(diào)光比和前述機器視覺辨認的要求差距較大。針對上述情況，本文重新對線性恒流電路進行了改進，在這部分電路前增加了可變降壓電路，用于匹配輸入電壓和LED 燈串電壓，提高效率; 同時使用高精度的D /A 來控制電流輸出，得到一個較高的模擬調(diào)光比。在AC /DC 電源的輸出總線上可以掛載多于一路的可調(diào)恒流電路，通過ZigBee 模塊進行輸出電流控制，保證每一路輸出的電流準確，可調(diào)。

電路分析：可變降壓電路的輸入使用AC /DC 電源提供的48V 總線，這部分電路根據(jù)后接的LED 顆數(shù)多少和輸出電流大小， 動態(tài)調(diào)節(jié)輸出， 使其輸出電壓和LED 燈串電壓的差額保持較小的水平，從而減小大電流下三極管的損耗。這里使用LM5010 降壓芯片來搭建可變降壓電路，LM5010 是一個恒定導通時間的Buck 控制芯片。R1 和R2 組成電壓反饋電路，將輸出電壓進行分壓后輸入至FB 腳上。每當FB 腳上電壓低于2. 5V 時，芯片內(nèi)部的開關(guān)會固定的導通一段時間，導通時間與輸入電壓和Ron有關(guān)， 之后開關(guān)會關(guān)斷265ns 或直至FB 腳上電壓下降到2. 5V 以下。電路通過(R1 + R2) /R2·VFB來設定最大輸出電壓。另一方面，為了降低在三極管的功率損耗，我們同時監(jiān)測采集三極管和采樣電阻的壓降和， 并使用LM358 進行正向放大后通過D2 輸入到FB 腳上。因此在三極管和采樣電阻上的壓降總和就不會大于Vdrop = ( VFB + VD2) × R3 / ( R3 + R4)。因此當LED燈串上的電壓小于LM5010 的最大輸出電壓時，多余的電壓就會由三極管和采樣電阻承擔，當這個電壓經(jīng)過放大后大于FB 腳的閾值時，LM5010 延長開關(guān)關(guān)斷時間，使輸出電壓下降，因此最終的Vout =Vled + Vdrop。從而在LED 顆數(shù)比設計值少或者在對LED 進行調(diào)光時，前端輸出的電壓能夠更合理的匹配燈串電壓。

機械手視覺系統(tǒng)外圍電路設計攻略

機械手的三塊控制器的控制芯片都為2407DSP，雖然三塊控制器實現(xiàn)的功能不同，但在硬件電路設計時按照DSP 管腳的功能。

PWM 管腳：DSP 的每個事件管理器都有與比較單元相關(guān)的PWM 電路，能夠產(chǎn)生六路帶可編程死區(qū)和輸出極性的PWM 輸出，但是都是成對輸出的，對于本控制器需要的獨立的輸出，每個事件管理器只有3 路，一個DSP 有兩個事件管理器，可以獨立的輸出6 路PWM 波。液壓控制器需要6 路PWM 波驅(qū)動電業(yè)比例閥，而伺服電機控制器需要4 路0-5V 的加速器信號調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，在設計電路時將這兩種電路設計在一起，并制成印刷電路板，焊板時按每板的功能焊接即可，液壓控制器需要輸出PWM 波形，芯片用LM393 做比較器，此時電阻R19 和電容C71 不焊即可，但要有R21 上拉電阻，R17 和R18 將2 腳電壓分在1.7V 左右比較合適。伺服控制器需要輸出0-5V 電壓芯片用LM2904 做運放用，焊電阻R19 和電容C17不用MOS 管、R21 和外接電源，也不用焊R17，直接將DSP 輸出0-3.3V 電壓放大到0-5V 輸出。PWM/電壓輸出電路圖見圖：

二、機械手視覺系統(tǒng)外圍電路設計攻略

I\O 口：DSP 的數(shù)字I/O 口模塊具有控制專用I/O 和復用引腳的功能，可以輸出輸入高低電平信號，根據(jù)其功能將其設計成開關(guān)量輸出，輸入，并用其控制繼電器，作為控的開關(guān)。開關(guān)量輸入只要用電阻分壓即可，開關(guān)量輸出使用光耦隔離，本設計用的光耦PC817，比較適合DSP 使用。當DSP 輸出高電平時繼電器吸合，CNETA1 和CNETA2 兩腳導通繼電器電路圖見圖：

繼電器電路圖

QEP 電路：DSP 的每個時間管理器都有一個正交編碼器脈沖(QEP)電路。當QEP電路被使能時可以對CAP1/QEP1 和CAP2/QEP2(對于EVA 模塊)引腳上的正交編碼輸入脈沖進行解碼和計數(shù)。正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得旋轉(zhuǎn)機械的位置和速率。伺服電機控制器需要使用QEP 電路，由于一個伺服電機控制器需要控制4 臺伺服電機，所以碼盤信號使用74153 芯片選擇輸入，同時碼盤的每路信號都有正負兩根線通過運放放大后再到74153 選擇后輸入DSP，碼盤選擇電路見圖：

碼盤選擇電路

機器視覺系統(tǒng)中PWM/電壓輸出電路、I\O 口電路與QEP 電路設計，使得開發(fā)人員可以通過電路介紹將數(shù)字技術(shù)與攝像頭、傳感器、電機和其他外設集成來輕松構(gòu)建 3D 點云。整個機器人車現(xiàn)在可以完成所需功能，同時也完全符合視覺設計要求，達到了相應技術(shù)指標，為將來的批量生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)，市場潛力巨大。

智能視覺高速尋線機器人導航系統(tǒng)電路設計

視頻采集模塊

由于單片機A/D速度限制，需要選用低分辨率的黑白攝像頭。因為低分辨率意味著視頻單行掃描時間的增加，而黑白攝像頭意味著只需要單路A/D就可以完成視頻采集工作。選擇了Omvision生產(chǎn)的ov5116芯片為內(nèi)核的CMOS黑白攝像頭，分辨率為320×240，圖像刷新頻率50Hz。同時選用 LM1881視頻同步信號分離芯片提取視頻信號中的行同步和場同步信號，連入s12的脈沖捕捉通道。通過捕捉信號觸發(fā)AD模塊工作，采集存儲視頻數(shù)據(jù)。

視頻采集電路原理圖

電機控制及電源

RS-380SH直流電機作為主驅(qū)動電機，通過PWM信號控制。選用Freescale公司的MC33886全橋驅(qū)動芯片，通過兩路半橋?qū)崿F(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。這里的電機反轉(zhuǎn)并不為實現(xiàn)倒車，而主要用于車體減速。在進行電機正反轉(zhuǎn)切換時，電機驅(qū)動電流會隨著負載增大而瞬間放大，因此需要增大穩(wěn)壓能力，保證系統(tǒng)正常工作電壓，避免單片機自動重啟。在整個系統(tǒng)中，有多種電壓需求，單片機和舵機為5V供電;CMOS攝像頭為 6～9V。因此，為了方便開發(fā)，這里選用最常用的7.2V充電電池組。只需在系統(tǒng)內(nèi)加入5V穩(wěn)壓芯片，提供5V電壓。

本文設計了一個基于視覺的以高速尋線為目的的行走機器人系統(tǒng)。系統(tǒng)采用一塊高性能單片機，完成了從視頻采集到視頻處理，最終實現(xiàn)速度和轉(zhuǎn)向控制的一套尋線行走功能。系統(tǒng)輕便靈巧，無需存儲器擴展和其他可編程器件配合，搭建費用低。該方案在參加第一屆全國大學生智能車大賽中，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，取得了非常優(yōu)異的成績。

機器視覺照明穩(wěn)定燈照明電路設計

電路原理：由Q1，Q2和U1組合的磁滯振蕩器，可用來穩(wěn)定燈的照明。在操作時，全波電橋D3既可用于交流線中，或者是燈的未經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電，又可用于為四CMOS斯密特觸發(fā)器供電的10V齊納二極管中。