《电子设计基础》采用芯片完成s倒计数钟设计Word文档格式.docx
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电路设计部分内容阐述及参数计算
3
过程详细
仿真及分析
仿真波形、关键点捕捉
电路原理图绘制及规范
端口、IC利用率
PCB图元件布局
幅面尺寸，布局规整、紧凑
PCB图完成效果
线宽、安全间距、布通率
仿真图、原理图、PCB图打印质量
白底、无栅格
合计
30
教师：
___________________
月日
实验二EDA软件简介
一、实验目的
1.了解电子电路仿真软件Multisim的基本应用；
2.了解电子电路设计软件Protel的电路图编辑基本应用；
3.了解电子电路设计软件Protel的PCB编辑基本应用。
二、实验内容
1．了解电路仿真软件Multisim和电子电路设计软件Protel的各种功能。
2．熟练电路仿真软件Multisim的使用，掌握Multisim仿真软件的基本操作方法，重点是Multisim
的菜单、工具栏、元器件库、仪器仪表库、电路创建的操作方法。
主要包含有：
①Multisim的基本界面、主窗口、菜单栏、工具栏
②Multisim的元器件库
③Multisim的仪器仪表库
④Multisim的基本操作
⑤电路创建的基础
a.元器件的操作
b.电路图选项的设置
c.导线的操作
e.输入/输出端
⑥仪器仪表的使用
a.仪器仪表的基本操作
b.数字多用表（Multimeter）
c.函数信号发生器
d.示波器（Oscilloscope）
e.逻辑分析仪（Logic
Analyzer）
f.失真分析仪（Distortion
Analyzer）
g.电压表
h.电流表等
3.熟悉电子电路设计软件Protel的操作界面，操作方法。
掌握绘制电路原理图，生成网络表文件，设计电路PCB图的基本步骤。
按照书上指导熟练原理图库元器件、PCB库元器件封装的设计方法。
三、实验小结
通过本实验对Multisim软件、Protel软件的电路图编辑方法、基于Protel软件的PCB编辑方法有了更好的掌握，在今后的数电、模电知识学习的方面有了更好的帮助。
Multisim软件拥有功能强大的虚拟仪器和规模庞大的仿真器件库，在没有各类元器件和实验平台下，可以很好地进行仿真，让我们的学习不单是死板的理论知识，学习理论的时候可以很好地与实践结合起来，通过对仿真波形的测试及其相关的参数的分析，便于我们发现电路中存在的问题，并且能够实现电路参数的优化，这一软件要充分利用好。
Protel软件也有很多乐趣，由于软件是全英文版的，刚开始用起来还有点不熟练，但熟悉界面和操作后，就没什么困难，是一个强大的电路PCB设计软件，很实用，可以完成电路原理图绘制、PCB图设计等等。
对这些软件的熟练掌握，很大程度上帮助了平时的学习，让枯燥的理论知识动起来，提高了自己的学习兴趣。
实验日期：
2013年4月25日实验时间：
10-11节
黎恒
实验三焊接训练
1.了解电子焊接的基本知识；
2.初步掌握手工焊接的基本方法和技术。
进行手工焊接训练，在PCB板上练习焊接常用元器件，如电阻，二极管等等；
手工焊接的方法：
1.加热焊件。
恒温烙铁温度一般控制在280至360℃之间，焊接时间控制在4秒以内。
焊接时烙铁头与PCB板成45°
角，电烙铁头顶住焊盘和元器件引脚然后给元器件引脚和焊盘均匀预热
2..移开焊锡。
当焊锡丝熔化（要掌握进锡速度）焊锡散满整个焊盘时，即可以450角方向拿开焊锡丝。
3.
移开电烙铁。
焊锡丝拿开后，烙铁继续放在焊盘上持续１～２秒，当焊锡只有轻微烟雾冒出时，即可拿开烙铁，拿开烙铁时，不要过于迅速或用力往上挑，以免溅落锡珠、锡点、或使焊锡点拉尖等，同时要保证被焊元器件在焊锡凝固之前不要移动或受到震动，否则极易造成焊点结构疏松、虚焊等现象。
对元器件焊接的要求
：
1.电阻器的焊接。
按元器件清单将电阻器准确地装入规定位置，并要求标记向上，字向一致。
装完一种规格再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。
焊接后将露在PCB板表面上多余的引脚齐根剪去。
电容器的焊接。
将电容器按元器件清单装入规定位置，并注意有极性的电容器其“+”与“－”极不能接错。
电容器上的标记方向要易看得见。
先装玻璃釉电容器、金属膜电容器、瓷介电容器，最后装电解电容器。
2
.二极管的焊接。
正确辨认正负极后按要求装入规定位置，型号及标记要易看得见。
焊接立式二极管时，对最短的引脚焊接时，时间不要超过2秒钟。
3.三极管的焊接。
按要求将e、b、c三根引脚装入规定位置。
焊接时间应尽可能的短些，焊接时用镊子夹住引脚，以帮助散热。
焊接大功率三极管时，若需要加装散热片，应将接触面平整、光滑后再紧固。
4.
集成电路的焊接。
将集成电路插装在线路板上，按元器件清单要求，检查集成电路的型号、引脚位置是否符合要求。
焊接时先焊集成电路边沿的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右或从上至下进行逐个焊接。
焊接时，烙铁一次沾取锡量为焊接2~3只引脚的量，烙铁头先接触印制电路的铜箔，待焊锡进入集成电路引脚底部时，烙铁头再接触引脚，接触时间以不超过3秒钟为宜，而且要使焊锡均匀包住引脚。
焊接完毕后要查一下，是否有漏焊、碰焊、虚焊之处，并清理焊点处的焊料。
拆卸方法：
引脚较少的元器件拆法：
一手拿着电烙铁加热待拆元器件引脚焊点，一手用镊子夹着元器件，待焊点焊锡熔化时，用夹子将元器件轻轻往外拉。
多焊点元器件且引脚较硬的元器件拆法：
采用吸锡器逐个将引脚焊锡吸干净后，再用夹子取出元器件。
双列或四列IC的拆卸
用热风枪拆焊，温度控制在350度，风量控制在3～4格，对着引脚垂直、均匀的来回吹热风，同时用镊子的尖端靠在集成电路的一个角上，待所有引脚焊锡熔化时，用镊子尖轻轻将IC挑起。
三、实验总结
通过老师的讲解，了解了电路的焊接工艺，焊接看起来挺简单的，但真正到了自己动手的时候才知道不容易，手不协调好的话很难焊接好。
焊接电路是个很细节的操作，不能急于求成，手的姿势也要摆对，才能焊接好。
多训练才能是焊出的电路板美观，才能确保调试电路的时候不会因为焊接部合格而导致出错。
焊接是基础训练，等到焊接完整电路的时候尤为重要，不能出错。
2013年5月9日实验时间：
实验四小电路装焊与调测
1.初步掌握电路装配的基本方法和要求；
2.熟悉焊接工艺；
3.掌握电路调试的基本步骤与技巧。
二、实验内容
按照给定的电路原理图在pcb板上进行焊接。
然后进行调试，观察发光二极管亮度的变化。
用到的元器件有：
PCB板
发光二极管
4.7μF电容器
9014三极管
电阻130Ω,130kΩ3个27kΩ130kΩ
测量数据：
电压U=5.01V
Imax=0.021A
Imin=0.001A
f=8/10HZ=0.8HZ
变化情况：
连续的变化过程，先逐渐变亮在逐渐变暗频率
二、实验总结
这次实验中自己亲自体验了电路的装配、焊接与调制的过程。
在上一次实验中进行了焊接训练，这次试验就自己动手在PCB板上进行焊接，并且独立完成调试。
焊接的过程中要注意很多细节，焊接本身要小心，由于温度很高，不能伤到自己，焊接元器件时要注意元器件的极性，不能搞反了，否则调试的时候会出现错误，电阻不分极性，但要注意它的阻值，三极管、二极管和电容要特别注意。
平时要多注重细节，这次实验中对二极管的焊接要求被忽略掉了，自己没有注意发光二极管的正负极性，等到后面全部元器件都焊接完才发现，然后必须得拆卸，损坏了整个电路板的美观，由于拆卸的时候动作不是很规范，电路板上的焊盘有点会脱落一样，再次进行焊接的时候，幸好比较成功，没出现什么问题，。
自己动手焊接出出的电路板虽然有些地方焊的不是很漂亮，但是调试的时候没出错。
看到了发光二极管的变化，是个连续的变化过程，先逐渐变亮在逐渐变暗。
成功的完成了实验，心里还是很有成就感的。
2013年5月16日实验时间：
实验五EDA软件应用
1.初步掌握基于Multisim软件的仿真方法；
2.初步掌握基于Protel软件的电路图编辑方法；
3.初步掌握基于Protel软件的PCB编辑方法。
实验电路见图1（图中元件参数仅供参考）。
图1LED闪烁灯电路图
装焊要求：
1.装焊顺序：
按元器件高度为先低后高，按元器件体积为先小后大。
PCB上的“—”表示跳线，可使用剪下的元件引脚装焊。
2.注意元器件的极性、引脚排列顺序和安装位置，避免装错。
电路调测
1.首先，应仔细检查电路板元器件安装和导线的连接是否正确；
然后，将LM358装到插座上，注意方向（缺口或圆点对应1脚）。
2.电路接入5V电源电压（注意电源引线正、负极的正确连接），观察LED发光二极管的显示状态，记录电源电压和电流数值，说明电路功能；
回答思考题：
1.电路中，有些元器件安装有方向性，请问如何确定这些元器件的方向？
答：
对于电容，正极的一边有一点平的一侧，对于三极管9014，平的一面和圆的一面在PCB板上有标注，对于LM358，接有缺口的一边和有小圆点的一侧，LED长脚的为正极。
2.U1A及其外围元件构成何种电路单元？
反相加法器
3.U1B及其外围元件构成何种电路单元？
同相比例运算器
4.R1和R2的作用是什么？
5.T1的作用是什么？
放大电路信号
6.R6的作用是什么？
可以省去不用吗？
可以省去，R6只是起保护作用，防止LED灯因电压过大被烧毁
7.C1、C3和C4的作用是什么？
提供稳定的电压，减小输入电源电压的波动对电路的影响
8.J1连线的作用是什么？
J1为电源连接端口，引脚1接电源正极，引脚2接电源负极
9.若T1的基极改接到U1B的输出端U1-7，电路的工作状态有什么改变？
会变化，由放大器变为运算器
10.若要改变LED的闪烁频率，可调整哪些元件参数？
怎样调整？
可以调整电容容量、电阻的大小。
若要使闪烁频率加快，就增大电容容量，减小电阻阻值。
通过led闪烁灯实验，训练了焊接电路的基本功，以及焊接电路的调试过程也得到了提高，在分析电路的时候，用到了三极管、放大器方面的知识，巩固了模电课堂上学习的理论知识。
要多学会利用自己课堂上所学的知识去分析实际电路，这样才是学习的有意。
学知识，更要学会用知识。
课程设计报告
1.设计任务及要求
2.题目：
采用4510芯片完成8s倒计数钟设计（数码管显示，秒脉冲可由外部输入）。
3.要求
（1）设计方案应充分考虑实用性，电路功能应贴近实际，便于使用。
●电路设计应合理可行，使用元件应考虑工作稳定、安全。
如，开关应有消抖动措施，发光二极管、数码管应串接限流电阻等。
●入/出接口：
电路的信号输入、信号输出及电源须有对应接口，以便引线或采用接插件连接。
●IC（集成电路）中的独立电路单元应充分利用。
（2）电路图：
图面应整洁、规范，元器件符号布局应紧凑而不松散，以避免打印图中的符号和文字太小而不便查阅；
（3）PCB板：
元件布局应规范、紧凑而不松散，PCB板幅面应尽量小（根据电路所用IC、数码管等元器件数量的多少，幅面控制在50~200cm2范围）；
安全间距和导线宽度均不小于0.35mm（14mil）。
元件应正确选择合适封装，不得随意指定。
二、设计内容
1.课题分析
用芯片4510芯片设计8s倒计数钟。
通过资料可知芯片4510是十进制同步加/减计数器，CC4510为可预置BCD可逆计数器，该器件主要由四位具有同步时钟的D型触发器（具有选通结构，提供T型触发器功能）构成。
具有可预置数、加/减计数和多片级联使用等功能。
CC4510具有复位CR.、置数数控制LD、并行数据D0~D3,、加/减控制U/~D、时钟CP和进位~CI等输人。
CR为高电平时，计数器清零。
当LD为高电平时，D0~D3,上的数据置人计数器中，~CI控制计数器的计数操作，~CI=0时，允许计数。
此时，若U/~D为高电平，在CP时钟上升沿计数器加1计数;
反之，在CP时钟上升沿减1计数。
利用4510的置数和减法功能设计8秒倒计时数钟。
2.系统方案选择（设计方案的选择与综述）
从功能表可知，当~CI接高电平，LD、CR接低电平时实现保持功能，当~CI=0时，允许计数，且U/~D接低电平，在CP时钟上升沿减1计数。
要实现8秒倒计时，计数状态应从1000递减至0000。
为了让计数器计到0时自动暂停，采用了一个四输入或非门接在芯片4510的输出端口D0~D3上，当计数状态为0000即记到0时，或非门输出高电平，~CI变为高电平，停止计数。
但是上述电路计数到0，停止下来后，不能再次进入8秒倒计时功能，所以在使能端再接入接地短路开关。
即开关接高电平时置数8，而开关接低电平时开始8秒倒计时。
计到0时自动暂停。
最后还需要一个CC4511译码器，用来驱动七段共阴数码管，便可通过数码管显示8~0。
3.电路设计及计算（含主要元器件介绍）
主要元器件介绍
（1）芯片CC4511
其引脚排列及逻辑功能如下图所示：
（2）4线一七段锁存译码器/驱动器CC4511,其功能表如下图：
（3）七段共阴数码管。
其引脚图如下
4.仿真及结果分析
（1）CC4510的输出波形
波形分析：
开关接高电平的时候，芯片4511输出端口状态为1000；
开关接低电平时，在CP时钟上升沿减1计数，状态依次为0111、0110、0101、0100、0011、0010、0001、0000.数码管显示状态依次为7、6、5、4、3、2、1、0
（2）CC4511的输出波形
5.电路原理总图
6.PCB设计
（PCB排布的基本设置和考虑。
按照相同比例分别打印出顶层、底层、丝印层（均应有焊盘），尽量打印在同一张A4纸中。
若是单面板，可不分层。
）
PCB原理图
PCB排版图
PCB排版图（顶层和丝印层）
PCB排版（图底层和丝印层）
三、设计总结
通过这次设计，学到了很多东西，巩固了数电、模电知识。
设计过程中，对一些芯片的功能性质有了更深的理解，从而能够很好的按照设计要求利用芯片完成设计。
整个设计过程中，熟悉了Multisim软件的使用，对自己设计的电路进行仿真，并且学会了PCB的封装和排版，巩固了数电知识，通过波形，能够很好的去分析电路。
设计中用到了译码器，七段数码管等器件，它们的使用注意事项和功能大部分是通过查阅资料获得的，网上资料很多，要从中找到自己需要的，锻炼了自己查找资料和帅选有用资料的能力，并且能够变为自己的东西。
当然还请教了同学，在PCB的封装和排版中，对软件的使用还有点生疏，软件是全英文版的，通过自己的努力还是能够很好的完成。
设计过程中还是有很多地方要注意的，二极管保护电阻的选择，整个电路的实用性等等。
收获很多，看到自己设计出的电路能够很好的运行，并且还在基本设计要求上去优化，心里还是有点开心的，付出是有收获的。
平时学习的东西如果去实践的话，把它投入到具体应用中，更有学习兴趣，把学到的东西付诸实践才是我们学习的目的。
今后要多实践，多利用各种仿真软件辅助我们的学习。
四、参考资料
XX
4000系列CMOS数字集成电路资料
《电子技术基础》（数字部分、模拟部分）
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