本科毕业设计论文电子电路综合实践报告人体反应力测试电路Word格式.docx
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四周
实践地点
实验楼A209
实践目的：
1、贯彻理论联系实际的教学原则，巩固和扩大已学过的电子技术的基础知识，为技术基础课和专业课程的学习建立初步的感性认识并提高学生的工程实践能力。
2、掌握印刷电路板的设计与制作的基本方法。
3、了解电子产品的生产过程，包括生产工艺流程，电子元器件的识别、老化、筛选、测试、焊接、装配及调试，掌握电子线路的安装、焊接和调试的基本技能。
4、了解一种电子设备主要零部件加工过程的技术要求、结构原理以及装配调试工艺。
5、培养学生的劳动观念，加强组织性和纪律性，促进学生综合素质的全面提高。
实践任务或主要技术指标：
1、计算机软件应用能力及Protel99SE训练
2、电子电路设计能力训练，熟悉所制作电路的工作原理，能画出原理图和安装图。
3、电子电路制作能力训练，掌握印刷电路板（PCB）的设计方法与制作工艺。
实践进度与要求：
第一周：
软件学习（即Protel99SE学习）
要求：
掌握Protel99SE系统需求、安装及环境设置；
Protel99SE原理图绘制；
Protel99SE电路仿真设置及过程；
Protel99SEPCB电路板设计。
第二周：
电子设计
学生参考教纲的线路，自己设计电路。
并能达到教学大纲的要求。
掌握电子电路的设计方法；
熟悉各种电子元件、集成电路的性能及使用方法。
第三周、第四周：
电子制作
掌握电子仪器设备的结构构成；
电子元器件的识别和筛选；
掌握万用表、示波器、晶体管图示仪、函数号发生器等有关常用电子仪器的使用方法。
了解印刷电路板的设计、定稿及制板等生产制造过程。
了解焊料与焊剂，熟悉焊接工艺；
较好地掌握焊接技术，保证焊接质量。
了解和掌握印刷板的装配工艺。
主要参考书及参考资料：
[1]王毓银.数字电路逻辑设计.高等教育出版社，2005.
[2]彭介华.电子技术课程设计.高等教育出版社，2003.
[3]谢自美.电子线路设计••实验•测试（第二版）.华中科技大学出版社，2004.
[4]杨兴瑶.实用电子电路500例.化学工业出版社，1996.
[5]阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，1997.
教研室主任（签名）系（部）主任（签名）
摘要
随着科学技术的发展和普及，各种电子趣味制作，成了我们生活中娱乐的一部分。
人体反应力，在学校同学们之间，成了相互比赛的活动。
人体反应力测试器电子制作，随之而生。
实践作品主要由触发器、延时器、门电路等组成，来实现对不同的人，对于极限的反应速度。
使用4块芯片，结果演示较为直接，也具有趣味性强等特点。
实践报告中主要包括三个部分：
第一部分主要对Protel99SE这一软件的学习过程作了详细的介绍，基于Protel99SE的功能对其绘图过程作了详尽的叙述，通过对其绘图过程的学习后，大量练习进行知识巩固与熟练；
第二部分是在第一部分基础知识的学习完成后，进行了小组设计探究部分，这一部分内容主要包含了绘制原理图，做PCB板，元件选择等内容，详述了设计过程和设计中遇到的问题；
第三部分是电子制作，通过书本知识，制作到实物产生的过程，也是在制作中趣味性较强的重要一步。
关键词：
Protel99SE软件原理图绘制PCB板LED焊接工艺
1Protel99SE软件学习
1.1Protel99SE概述
1.1.1Protel99SE的组成
Protel99se软件是电子线路设计与制板方面的佼佼者，它的功能十分强大，集原理图设计、可编程逻辑器件的建立、电路混合信号仿真、印制电路板（PCB）设计与布线、信号完整性检查以及设计规则分析等功能于一身，利用鼠标和键盘就可以轻松进行设计工作，操作起来非常方便，极大的提高了设计工作的效率。
在电子电路设计领域占有极其重要的地位，获得广大硬件设计人员的青睐，是目前众多电路板EDA设计软件中用户最多的产品。
Protel99SE主要由两部分组成，每个部分各有几个模块：
第一部分是电路设计部分（AdvancedSchematic99）：
电路设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。
本系统的主要功能是：
绘制、修改和编辑电路原理图；
更新和修改电路图零件库；
查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表；
印刷电路板设计系统（AdvancedPCB99）印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。
绘制、修改和编辑电路板；
更新和修改零封装；
管理电路板组件；
自动布线系统（AdvancedRoute99）本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。
第二部分是电路仿真和可编程逻辑器件设计部分：
电路模拟仿真系统（AdvancedSIM99）电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性；
可编程逻辑设计系统（AdvancedPLD99可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。
本系统的主要功能是；
对逻辑电路进行分析、综合；
观察信号的波形。
利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。
1.1.2Protel的特点、发展及运行环境
（1）Protel的特点：
Protel99SE的特点，包括如下几个方面：
①灵活、方便的编辑功能，功能强大的自动化设计。
②完善的库管理功能，原理元器件库和PCB封装库。
③良好的兼容性和可扩展性，综合设计数据库，使用设计数据库，可以为用户提供一个良好的平台。
④在设计管理器中工作，使用网络设计组，可以实现基于异地设计的全部设计方法。
⑤原理图快速连线。
⑥优越的混合信号电路仿真。
⑦更容易进行PLD设计，可以惊醒适合用户需要的逻辑器件设计。
⑧简便的同步设计，精确的信号完整性分析。
⑨增强的手动推挤布线方式，新的布线倒角风格。
⑩增强的元器件布局工具。
可以实现对原建图自动布局。
增强的PCB设计原则。
快速生成元器件类。
⑪创建计算机辅助制造文件CAM输出文件，包括NC钻孔报表文件及BOM文件。
⑫强大的电路图层面管理功能，可以让用户创建各种多面板。
⑬PCB可支持设计层数为32层、板图大小为（2540mm*2540mm）或（100in*100in）的多层线路板。
（2）Protel99SE的发展：
Protel99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。
该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，仍然是大中专院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。
Protel99SE由两大部分组成：
电路原理图设计（AdvancedSchematic）和多层印刷电路板设计（AdvancedPCB）。
其中AdvancedSchematic由两部分组成：
电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（SchematicLibrary）。
CAD技术的应用，大推动了电子\微电技术的进步，技术的进步和市场竞争，又导致CAD技术的不断完善，Protel99SE适应电子技术的发展，是目前电子CAD领域应用最为广泛的辅助设计软件之一。
Protel99SE主要应用于电子电路原理图的设计、电路板的设计和绘制以及电子电路逻辑分析和仿真等，他具有丰富多样的编辑功能、强大便捷的自动化设计能力、完善有效的检测工具、灵活有序的设计管理手段，它为用户提供了极其丰富的原理图元器件苦、PCB元器件库以及出色的在线库编辑和库管理，良好的开放性还使他可以兼容多种格式的设计文件，使用户可以轻松地控制电子线路设计的全过程。
（3）Protel99SE的运行环境：
①建议硬件基本配置
CPU：
≥PentiumⅡ400MHz以上PC机；
内存：
≥128MB；
显卡：
支持800×
600×
16位色以上显示；
光驱：
≥24倍速；
②操作系统
MicrosoftWindowsNT4.0或以上版本（含中文版）。
MicrosoftWindows95/98/2000或以上版本（含中文版）。
注：
由于系统在运行过程中要进行大量的运算的存储，所以对机器的性能要求也比较高，配置越高越能发挥它的性能。
1.2原理图绘制学习
1.2.1电路原理图的绘制步骤
在Protel99SE中，设计电路板最基本过程有以下3个步骤：
（1）电路原理图的设计
电路原理图的设计主要是利用Protel99SE中的原理图设计系统AdvanceSchematic99来绘制一张电路原理图。
在这一部中，可以充分利用其所提供的各种原理绘图工具、丰富的在线库、强大的全局编辑能力以及便利的电气规则检查,来达到设计目的。
（2）产生网络表及其他报表
网络表是电路板自动布线的灵魂,也是原理图设计与印制电路板设计的主要接口。
网络表可以从电路原理图中获得,也可以从印制电路板中提取。
其他报表则存放了原理图的各种信息。
（3）印制电路电路板的设计
印制电路板设计是电路设计的最终目标.利用Protel99SE的强大功能实现电路板的版面设计,完成高难度的布线以及输出报表等工作。
概括地说,整个电路板的设计过程先是编辑电路原理图,并且生成网络表,然后进行布局,再人工布线或根据网络表进行自动布线.前面谈到的这些内容都是设计中最基本的步骤。
在此补充一下,原理图设计完成后,我们可用电路信号仿真进行验证调整,电路信号仿真是原理图设计的扩展,为用户提供一个完整的从设计到验证的仿真设计环境。
它与Protel99SE原理图设计服务器协同工作以提供一个完整的前端设计方案。
除此以外,用户还可以用Protel99SE的其它服务器,如创建、编辑元器件和零件封装库等。
1.2.2进行电路原理图绘制的操作步骤
（1）Protel99SE的界面介绍
进入Protel99SE从桌面鼠标双击图标
进入Protel99SE主窗口。
图1.1protel初始界面
如图1.1所示。
（2）Protel99SE的菜单栏
①File菜单
主要用于文件的管理,包括文件的打开、新建等.选项及功能如下:
②New新建一个空白文件,文件的类型为综合型数据库,格式“ddb”.
③Open打开并装入一个已经存在的文件,以便进行修改.
④Exit退出Protel99SE.
⑤View菜单
用于切换设计管理器、状态栏、命令行的打开与关闭，每项均为开关量，鼠标单击一次，其状态改变一下。
⑥Help菜单
用于打开帮助文件。
（3）新建文件夹
如图1.2在Protel99SE主窗口中，单击菜单File-New,弹出“新建设计数据库”对话框
图1.2新建文件
如图1.3所示。
在该对话框中，DesignStorageType选项表示数据库形式，默认选择是MSAccessDatabase（数据库形式）；
DatabaseFileName选项表示数据库文件名；
点击Browse按钮，可选择文档放置路径，点击OK按钮确认，关闭该对话框，并弹出窗口，如图1.4所示：
图1.3新建文件界面
图1.4protel主界面
双击文件夹Documents，进入该文件夹，单击菜单File-New，在弹出的“新建文件类型选择”对话框中，如图1.5所示，选中SchematicDocument图标，以建立一个原理图文件（.Sch）。
点击OK按钮。
图1.5新建工程小界面
回到Proetl99SE窗口后，修改原理图文件名，然后双击该文件图标，进入原理图设计窗口，如图1.6所示。
图1.6划线图纸
1.3常用基本设置操作
（1）图纸的设置
Protel99SE默认的图纸尺寸是B型图纸，这里以A4为例。
在如图1.7所示，在画图区下点击鼠标右键。
图1.7纸张大小改变
之后会出现图1.8所示，单击DocumentOptions…后出现图1.9所示，在它上面可以改图纸大小。
图1.9图纸选项栏
图1.8右键选项栏
（2）元器件布局
布局原则：
布局原则应该是以核心器件为基准，合理分散，间距得当，便于连线。
布局的基本操作：
在布局过程中，将应用到元器件对等的选定、移动、旋转等操作。
①选定操作
选定一个对象。
拖动鼠标，利用其画出的矩形框围住这个元器件对象，默认情况下，其四周会出现黄色的矩形框，表示该元器件被选定。
选定区域内对象。
利用其画出的矩形框围住这个区域，则区域内所有对象处于选定状态。
②取消选定
取消选定就是撤销元器件的选定状态。
最直接的方法是单击主工具栏的图标
，则会取消所有元器件的选定状态。
③移动对象
移动一个对象。
单击该对象图形符号，并拖动鼠标，则可以实现该元器件的移动操作。
移动多个对象。
首先选定这几个对象，让后拖动其中任意一个对象，则被选定的对象，将一起移动。
④旋转对象
由于电路布局和连线的需要，旋转对象是必要的。
单击对象并按住鼠标左键不放，按“X”键，实现水平翻转；
按“Y”键，实现垂直翻转；
按空格键，实现90°
的旋转。
如图1.10所示。
图1.10三极管的旋转
（3）删除对象
在放错元器件时，单击放错元器件选中，点击键盘上的“DELETE”键就删除该放错的元件了。
（4）连线
①进入画线状态
选择菜单View-Toolbars-WiringTools打开画线工具栏，单击画线工具栏的图标
进入画线状态，此时出现十字光标。
②画线
移动十字光标指导线起点（如某个元器件的引脚处），在十字光标的中心出现一个黑色的圆点，表明导线起点已经确定，点击鼠标，则画下起点。
向导线终点位置移动鼠标，当移动鼠标至导线终点出，在十字光标中心再次出现黑色圆点后，单击鼠标，则画下了该断导线。
如图1.11
画起点画终点画线完成
图1.11元件的绘画
（5）修改属性
以修改电阻为例：
双击电阻的图形符号，打开其属性对话框，如图1.12所示。
在该属性框中，LibRef选项表示该对象在元器件库中的名称；
Footprint选项表示该对象的封装形式；
Desional选项表示该对象的标号；
PartType选项表示元器件的标称值或型号；
SheetPath选项表示对象所在的电路；
Part选项表示对象功能单元的序号；
Selection选项表示该对象是否被选定；
HiddenPins选项表示是否显示被隐藏的引脚。
电阻，电解电容，直流电压源等元器件具有欧洲图形，可以在元器件属性设置窗口的图形（GraphicalAttlrs）设置页面将图形模式（Mode）从（Normal）转换成DeMorgan。
如图1.13所示。
图1.12元件名称大小设置图1.13元件标准
1.4练习绘制原理图
（1）练习一：
电工基础电路
图1.14电工基础电路
注意事项：
接地符号需要准确，注意名称，需要GND修改。
电源规格为国际标准。
连线时注意出现黑色点时再进行连接。
（2）练习二：
数字电路
图1.15定时器电路
图中IC符号较为隐秘，需要耐心寻找。
中间十字交叉部分不相连接，不能出现红点。
注意关注定时器管脚名称，保证连接正确。
（3）练习三：
数字模拟混合电路
图1.16数模混合电路
注意事项:
本电路具有4枚芯片，需要注意各芯片管脚连接。
二极管为共阳极连接，需注意二极管连接方向。
（4）练习四：
特殊电路
图1.17特殊电路
图中四个二极管为滤波电路，需注意连接方向，注意二极管方向。
三极管的方向同样需要注意。
（5）练习5：
经典模拟电路
图1.18模拟电路
此电路为经典模拟电路图。
两个三极管组成长尾差分放大电路。
电源接地需要可靠，注意修改接地名称GND。
（6）练习6：
差分放大电路
图1.19差分放大电路
在绘制时注意Q1、Q2两个三极管的方向，为镜面对称，接地符号、标志准确，避免出现有多地情况。
1.5原理图仿真
1.5.1添加仿真元器件库
在设计电路原理图时，要先装入元器件库，然后才能在元器件库中取出元器件将其放入图纸中。
步骤1：
首先在设计管理器中选择Browse.Sch页面，如图1.18所示。
在该页面的Browse区域中的下拉框中选择Libraries。
步骤2：
单击Add/Remove按钮，在弹出的窗口上部搜索下拉框中，选择Protel99SE所在的文件夹，再选择路径：
Protel99SE文件夹/Libraries\Sch,在元器件库显示窗口找到Sim，如图1.15所示，单击窗口下部的Add按钮，就可以看到在窗口中的SelectedFiles区域将显示仿真元器件库Sim的路径，最后单击OK按钮，添加完毕。
图1.20元件添加库图1.21原件添加库2
此时在Browse.Sch标签的元器件库列表中，发现MySchLib.lib，表示该库已经被加载，其中的元器件可以被使用了
在Protel99SE中有如下仿真元器件库：
7SEGDISP.Lib：
七段数码管库。
BJT.Lib：
双极型三极管。
DIODE.Lib：
二极管库。
SimulationSymbols.lib：
基本仿真元器件库。
包括电阻，电容，电感，各种电源等。
选择SimulationSymbols/.lib，查看基本仿真元器件。
CAP：
电容。
CAP2：
电解电容。
INDUCTOR：
电感。
RES：
电阻。
VSRC：
直流电压源。
VSIN：
正弦电压源。
VPULSE：
脉冲电压源。
Protel99SE可以对模拟和数字信号混合电路仿真。
其仿真引擎使用的是伯克利分校的SPICE/XSPICE。
它可以让我们精确地仿真由各种器件，比如TTL、CMOS、BJT等构成的电路。
Protel99SE中支持的电路分析类型有：
静态工作点分析，交流小信号分析，瞬态分析，傅立叶分析，噪声分析，直流分析，参数扫描分析，温度扫描分析和蒙特卡罗分析。
可用于仿真的电路，必须满足以下条件：
（1）在仿真电路图中放置的元器件必须是可以进行仿真的元件模型。
这些元件模型可以从Protel99SE提供的仿真库中选取，对于库中没有的元件，也可以自定义仿真元件。
（2）在仿真电路图中的电源，必须是真正的仿真电源，而不像在电路原理图的设计中只是一个符号。
在仿真电路中，要使电路形成真正的回路，才能进行仿真。
（3）若仿真电路的输入端需要有输入信号时，必须放置从仿真库中取出的相应信号源，激励和驱动电路工作。
（4）在有些情况下，需要对仿真电路的初始条件进行设置，以保证有正确的仿真结果。
（5）为了仿真能顺利、正确进行元件规则检查。
启动“ERC”
一般情况下，ERC检查采用默认选项及其设置。
这里采用默认设置。
单击菜单Tools-ERC...,打开“ERC”设置对话框，如图1.20、1.21所示。
单击OK按钮自动进行ERC检查，并生成检查报告，扩展名为.Erc。
图1.22ERC默认检查
如对图1.21进行检查：
图1.23检查图
单击菜单Tools-ERC,点击OK按钮，开始电气规则检查，并生成检查报告如图1.22所示。
图1.24检查结果
该报告内容显示，原理图无错误存在。
若检查有错误，则回到原理图中，会发现发生错误的地方有红色的标记
。
将错误处修改然后重新进行ERC，报告显示没有错误，如图1.22所示。
1.5.2电路仿真的步骤
进行电路仿真的步骤如下：
（1）在原理图编辑其中加载仿真元器件库“Sim.ddb”。
（2）在电路图上放置仿真元器件。
并设置元器件的元器件的仿真参数。
（3）连线绘制仿真原理图。
（4）在仿真原理图中添加电源及激励源。
（5）设置仿真节点及电路初始状态。
（6）仿真前,先对电路原理图进行ERC检查。
（7）设置仿真分析的参数。
（8）对电路仿真进行运行并获得结果。
1.5.3仿真设置说明
在进行仿真前，设计者必须选择电路分析的方法，收集的变量数据，以及仿真完成后自动显示的变量波形等。
完成了对电路编辑后，设计者此时可以对电路进行分析工作。
单击菜单Simulate－Setup命令，进入仿真器的设置，再单击Setup选项，将启动”仿真器设置”对话框。
在[General]选项中，设计者可以选择分析类别。
这些元件模型可以从Protel99提供的仿真库中选取，对于库中没有的元件，也可以自定义仿真元件。
1.5.4简述各种分析
（1）静态工作点分析
静态工作点是在分析放大电路中提出来的，它是放大电路正常工作的重要条件。
当把放大器的输入信号短路，则放大器处于无信号输入状态，称为静态。
如果静态工作点选择不合适，则输出波形会失真，因此设置合适的静态工作点是放大电路正常工作的前提。
（2）直流扫描分析
直流扫描分析就是直流转移特性，当某输入在一定范围内步进变化时，计算电路直流输出变量的相应变化曲线。
例如某个电压源从1V到50V变化，步长可由用户设定，在每一个相应的电压将计算出一套电路参数，并显示。
（3）交流小信号分析
交流分析是在一定的频率范围内计算电路和响应。
如果电路中包含非线性器件或元件，在计算频率响应之前就应该得到此元器件的交流小信号参数。
在进行交流分析之前，必须保证电路中至少有一个交流电源，也即在激励源中的AC属性域中设置一个大于零的值（一般在电路中，设为1V）。
（4）瞬态分析
瞬态响应分析是对时域中的输入信号确定时域中的输出。
瞬态分析产
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