《电子设计基础》课程设计报告终.docx
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《电子设计基础》课程设计报告终
《电子设计基础》
课程报告
设计题目：
交通信号灯
学生班级：
通信1301
学生学号：
学生姓名：
指导教师：
时间：
2015年7月
西南科技大学信息工程学院
实验一电路原理图绘制
一、实验目的
1.了解和熟悉Protel 99SE工作环境。
2.熟练掌握Protel 99SE的基本操作。
3.掌握原理图编辑器中具有电气意义对象的放置方法、编辑方法。
4.掌握利用设计管理器浏览、管理、编辑原理图的方法。
5.掌握绘制原理图的基本方法，能绘制比较简单的原理图。
二、实验内容
1、新建数据设计库文件（DesignDatabase）：
打开Protel99SE软件，主界面如下图所示：
依次单击File——>New
出现如下界面，选定文件保存路径及填写文件名称。
2、原理图文件的新建、打开、保存及删除：
（1）新建原理图文件：
File——>New，在弹出窗口中选择”SchematicDocument“（原理图文件），单击OK。
（2）打开、保存及删除：
依次单击主菜单file->Save即可实现保存，或者单击存盘快捷键；鼠标右击文件选择Delete即可删除该文件。
如果需要回复删除文件，可在系统自带的回收站找回。
3、原理图绘图：
（1）加载库文件：
在原理图界面，单击“BrowseSch”中的Add/Remove按钮，加载需要的库文件。
本次实验只涉及电阻、电容、晶体管、运放等通用元器件，故只需要添加MiscellaneousDvices.ddb（通用元件库）和“ProtelDOSSchematicLibraries.ddb”
（2）浏览库元器件：
单击“BrowseSch”中的Browse，然后单击Libraries下拉列表框，切换不同的通用元件库，用鼠标单击“Components”下拉列表框中的元器件型号，浏览不同的元器件。
其中电阻，电容等众多分立元器件在通用库中（MiscellaneousDvices），常用集成元器件在通用芯片库（ProtelDOSSchematicLibraries.ddb”
）的14个库文件中。
（3）元器件操作：
根据原理图，在库中找到所需要的元器件，对元器件进行放置与与调整（完成移动、旋转、删除与恢复和整体选中操作）
按下鼠标键选中一个元器件不放即可对其进行移动；按下键盘上的Space键可对其进行旋转；按下DeSlect按钮可取消整体选中。
然后，修改元器件的属性，主要修改Footprint（封装）和Part（单元）等项目
（4）电气连接：
打开连线工具栏，根据原理图实行电气连线，在需要的地方放
电气节点，并用电源工具栏完成电源和地线的布置。
连线工具栏
电源工具栏
完成后的LED闪烁电路原理图如下所示
三、实验总结
通过实验，我对Protel 99SE工作环境有了一定的了解和熟悉，对其基本操作有了初步掌握，其原理图的绘制与以前学过的multisim操作有很多相似之处，需要注意其中的一些操作，比如，电气节点，如果没有形成，则需要通过连线工具栏的电气节点工具加上，形成正真意义上的连接。
实验中遇到了一些问题，比如在调节页面大小时，不能很好的使用pgup和pgdown。
经过查阅资料，我知道了可以用鼠标增强软件来方便调节。
在器件查找过程中，开始时寻找器件比较不熟悉，后来知道通用基本器件和集成器件分别位于两个不同的库，以及元件名称按照首字母排序，这样就能很快地找到所需元件的位置。
将硬件电路软化，在计算机中实现绘制，这并不是第一次接触，这让我倍感亲切与熟悉，同时也再次让我体会到了它的方便与快捷。
期待接下来的实验课程，让我在虚拟的世界里走出一个真实的电子世界。
实验日期：
2015年3月19日实验时间：
18:
00~20:
25
座位编号：
__________指导教师：
曹文
实验二电路PCB板设计
一、实验目的
1.根据电路原理图完成PCB的设计，保存设计文件。
2.复制并打印电路原理图，按照顶层、底层、丝印顶层分层打印PCB图。
3.掌握PCB的设计和操作技巧。
二、实验内容
1、网络表文件的生成
完成上节课的原理图的绘制和电气连线检查后，执行“Design”主菜单下的“CreateNetlist”命令，弹出创建网络表窗口，点击OK便生成一个名为“Sheet.NET”的网络表。
2、新建PCB文件
依次单击主菜单“File”—>“New”，点击“PCBDocument”图标，创建一个空白的PCB文件。
在禁止布线层（KeepOutLayer）上绘制一个封闭的矩形框，框内即为布线区域。
3、元器件调入PCB
（1）首先选择导入已生成的网络表，并改正系统会发现一些错误
常见错误：
Componentnotfound（找不到元器件封装）
Nodenotfound（找不到元件的某一焊盘）
FootprintXXnotfoundinthelibrary（封装库中没有“XX“封装）
注意：
排除错误后一定需要再次生成网络表文件，并重新打开PCB文件，装入修改后的网络表的文件。
然后单击“Execute”按钮，即可将网络表文件装载到PCB设计区。
4、布局元器件
元器件的布局是否合理不仅影响电路布线通过率，而且直接影响到整个电路的性能。
注意：
布局时要用空格键调整元器件的方向，不能用X键或Y键，有可能使其被错误镜像处理
5、布线
布线是按照原理图要求将元器件通过印制电路导线连接成电路，应该注意以下原则：
（1）连接要正确；
（2）布线要简洁；（3）粗细要适当。
（1）自动布线：
（2）手动布线
进行自动布线后有的时候虽然布通率达到了100%，但实际布线效果往往不能令人满意，主要表现在布线与焊盘间错位、布线密度不均匀等。
这些都需要手动调整与修改。
需要调整的线：
1、过长的电气连接；2、出现了锐角状的交叉连线（容易引起信号的突变）；3、距离太近的导线；4、过细的线（调粗，粗导线电阻率低）。
对于计划修改的线，先删除原有连线后再手动布线，依次单击主菜单“Place”—>“InteractiveRouting”，移动鼠标进行手动布线。
完成后的PCB顶层
底层
丝印层
三、实验小结
1.本次实验，我对根据电路原理图设计PCB的方法有了初步的掌握，从建立PCB文档到完成一PCB绘制，我对该过程有了初步的把握，对PCB各层在实际电路板的联系有了深刻的认识，对绘制PCB的一些小技巧有了初步的体会与感悟。
2.在实验期间，遇到的最大的问题就是对封装的修改，这需要对一些常用封装非常熟悉，比如极性电容与非极性电容的封装就不一样，因此在修改封装时，要特别注意这些问题。
由于开始对于这些都不熟悉，因此在该步花费了大量时间，这需要以后多加练习。
3.在对元器件进行布局时，调节了很多次，但是还是感觉其中有较多交叉的飞线，始终没有达到理想的效果。
在对元器件进行平移时，可以直接点鼠标右键进行拖动，这是老师后来告诉我们的，在实际应用中感觉非常有用。
4.在布线时，我们需要在自动布线的基础上进行手动布线，开始时，错误地选择了Place->line,致使始终出现错误。
改动时，一些不合理的地方需要我们进行修改，如出现锐角，没有充分利用空间等情况进行改动。
由于第一次做这些操错，反反复复许多次，依然不熟悉，我想这还需要以后大量的练习。
实验日期：
2015年4月2日实验时间：
18:
00~20:
25
座位编号：
__________指导教师：
曹文
实验三基于软件的电路设计与仿真
一、实验目的
1.了解电子电路仿真软件Multisim的基本应用；
2.能熟练的使用Multisim中的元件放置功能和虚拟仪器库
3.能用Multisim分析简单的电路图
4.能找到自己需要的元器件
二、实验内容
1、熟悉Multisim的基本操作及仿真元器件库和虚拟仪器库
（1）工具栏
依次单击主菜单【视图】—>【工具栏】菜单项，可出现各项快捷工具栏。
单击勾选可使其出现在主界面中，在设计电路放置元器件时可大大节约时间。
（2）仿真元器件
调用：
击菜单栏【放置】—>【元器件】，或单击工具栏上的工具条
可以在器件库中选
注意：
一般默认为在摆放完一个元器件后便停止了该元器件的放置，对于需要摆放多个相同的元器件来说不太方便，因此可在系统的全局偏好设置里，将布局模式改为持续布局，可大大节省操作步骤。
（3）虚拟仪器
虚拟仪器的工具栏在右边如图所示，点击即可调用
虚拟仪器是一种用软件模拟实际仪器功能的操作及显示界面。
在主界面右侧一纵列的工具栏上提供了十几种常用的虚拟仪器，如图中的万用表、函数发生器、双通道示波器和逻辑分析仪等。
2、电路绘制
（1）模拟电路
（2）数字电路
3、仿真
原理图绘制好后就对电路进行仿真，单击运行按钮即可进入仿真。
对于模拟电路，通过分析电压电流信号，来确定电路是否达到预期效果，实现了预期的功能。
对于数字电路可以用示波器，逻辑分析其进行信号的分析，观察是否符合设计的逻辑工能，其操作与实际基本一致
三、实验小结
本次实验，我对Multisim有了进一步的熟悉与掌握。
尽管数电实验和模电实验过程中，已经对其进行过了接触与掌握，但还有一些小技巧不知到。
比如放了一个元器件后是否默认继续放同样的元器件，这些都可以设置的。
以前分析数字信号都用的示波器和LED灯进行输出信号的显示与分析，现在有了更方便的逻辑分析仪，特别是对输出信号比较多的情况下，用其分析特别有用。
Multisim中不仅提供了一种双通道示波器，还有其他示波器，比如四通道,实体价格非常昂贵的的Tektronix示波器，而且与实物非常接近，这为我们在进行电路仿真中提供了非常好的帮助。
实验日期：
2015年4月16日实验时间：
18:
00~20:
25
座位编号：
__________指导教师：
胥磊
实验三基于软件的电路设计与仿真
一、实验目的
（1）掌握元件参数的标称值系列及其标注方式；
（2）掌握电阻电容和电感的基本知识；
（3）了解半导体二极管的基本知识；
（4）了解半导体三极管的基本知识，常用三极管管教判别与电流放大系数的测试方法。
二、
实验内容
四道色环电阻阻值的快速读取方法总结：
第一、二道色环颜色所代表的数值不变，第三道色环颜色决定此电阻的单位，
其关系如下：
银色零点几几Ω欧姆
金色几点几Ω欧姆
黑色几十几Ω欧姆
其中棕色几百几十Ω欧姆
第一个几表示色环电阻当中的第一个色环代表的数值
红色几点几KΩ千欧姆
第二个几表示色环电阻当中的第二个色环代表的数值
橙色几十几KΩ千欧姆
黄色几百几十KΩ千欧姆
绿色几点几MΩ兆欧姆
蓝色几十几MΩ兆欧姆
2、焊接学习与练习
练习焊接一个电阻。
将一个电阻元件插入万用板孔中，电烙铁预热后，均匀加热焊盘与元器件引脚加热到能融化焊锡的温度后，用焊锡丝涂覆已经升温的焊盘，熔丝溶化后会自动熔湿焊点，不能用烙铁头直接融化焊锡丝，可能出现虚焊，假焊的现象。
当熔丝融化到一定数量后，将焊锡丝斜向上45度方向移开。
当焊接的扩散范围达到要求后，应该迅速移开烙铁。
三、实验总结
通过本次实验的学习，我终于从符号跨越到了对真实元器件的认知。
以前都是看的各个元器件的符号，知道他们在电路中发挥的作用，从来没有关注过他们的实物，并体会他们在实际电路中带来的实际应用方式。
电阻阻值的识别以前只是听老师说过，从没有意识到他们在实际电路的制作，电阻选取方面会带给我们十分快捷的途径。
三极管管脚的识别让我对理论知识的理解又有了进一步的加深。
把多学的理论与实际结合在一起，让我感到了一种欣慰与快乐
小小的焊接练习，虽然仅仅是然我们焊接了一个电阻，但还是让我感到了从所未有的兴奋与喜悦，自己第一次真真切切地感受到了动手的快乐。
但最初的时刻总是让人心碎的，扶不起的焊锡热泪只留给我丑陋的外壳，一次次的失败，一次的尝试，模糊了焊盘的边角，也让电阻的怒容变得狰狞，而我总算在那里找到了那个渴望的圆锥弧线。
实验日期：
2015年5月7日实验时间：
18:
00~20:
25
座位编号：
__________指导教师：
黎恒
实验五：
小电路装焊与调测
一、实验目的：
（1）分析电路及其元件的功能、作用。
（2）学习简单电子电路的焊接、调试；
（3）熟悉焊接工艺
二、实验内容
1、分析所要焊接的电路原理图
经过分析可知，该原理图是一个呼吸灯电路，实现了LED灯逐渐变亮，又逐渐变暗的过程。
2、进行电路板焊接
步骤如下：
（1）元器件插装
直插式元器件需要插入PCB焊盘中进行焊接。
插装前先对元器件型号参数，引脚的可焊接性以及元器件质量进行检测，然后按照顺序插装。
应注意问题：
装焊顺序：
按元器件高度为先低后高，先轻后重，先易后难，先一般元器件后特殊元器件。
一般可以按照电阻、电容、二极管、晶体管、电感、集成电路、大功率元器件顺序进行插装。
元器件的极性：
引脚排列顺序和安装位置，避免装错。
（2）焊接工艺：
焊接基本步骤可分为5步，俗称“五步法”；
焊前准备、加热焊件、熔化焊料、移开焊锡、移开烙铁
准备焊接：
准备焊锡丝和烙铁。
加热焊件：
烙铁接触焊接点，使焊件均匀受热。
3、熔化焊料：
当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝至于焊点，焊料开始熔化并湿润焊点。
移开焊锡：
当熔化一定量的焊锡后将焊锡丝移开。
5、移开烙铁：
当焊锡完全湿润焊点后移开烙铁。
合格的焊点要求：
从外观来看合格的焊点形状为表面略微凹陷的近视圆锥体焊点与元器件引脚、焊盘的连接面、平滑、自然、接触角尽可能小，焊点表面平滑、发亮、有明显的金属光泽。
3、电路调测：
调试的目的：
（1）检查系统或者单元电路的工作是否正常，发现设计缺陷和安装错误并加以改进电路与纠正错误，或者提出整改建议。
（2）调整电路元件的参数，确保产品的各项指标或者功能达到设计的要求。
调试的基本步骤：
（1）预检查：
检查元器件是否接错接反、检查电路焊接是否存在虚焊、检查电源是否供电正常、检测电路是否短路等。
（2）通电测试：
通电之后，检测电路是否工作异常。
如有异常，可以采用分级测试，纠错，直到所有的模块正常工作为止。
（3）联机整合调试：
在各个模块调试完成之后，接通所有的隔离元器件，将断开的信道恢复正常连接，进入联机整调状态。
修改联调中的错误以及矫正联调是的较大误差，直到系统功能实现设计参数指标为止。
4、实验结果：
在本实验中，由于电路较简单，经检查无误后，接上电源后观察LED发光二极管的显示状态，第一次便观察到了LED灯由暗到渐渐变亮，再由亮变暗的过程，显然实现了电路功能。
三、实验总结：
本次实验完成了对一个简单完整电路的焊接与调试，我对焊接工艺甚至真个电子设计基础有了一个跟完整认识与熟悉。
实验过程的正确的将元器件放到应该的位置非常重要。
由于第一次的粗心，电阻放错了位置，还好有同学的提醒，及时进行了更正。
这让我意识到在以后进行电子设计时，细心非常的重要。
在选取寻找器件时，上节课学习的电阻比较识别的知识这是便起了相当大的作用。
焊接时，由于有了第一次焊接的经验作支撑，焊接过程相对上节课熟悉得多了。
但是在对排针的焊接时出现了问题。
起初并不知道排针的焊接引脚可以拉长，多以在焊接时，就按着原来很短的引脚进行焊接，结果很容易掉下来，在老师的讲解下，我用钳子将其引脚部分留多了一些，终于顺利完成了焊接。
高楼大厦平地起，这五次的实验是我电子设计世界里一块小小的基石，站在上面我却看到了一个广阔的世界。
基础的绘制，基础的软件仿真方法，基础的工艺，简单的列子，却让我把理论的电子世界映射到了一块小小的PCB板上，折射出从想法里设计出的原理图跨越到现实的功能世界，体味出了与以前不一样的味道。
实验日期：
2015年5月21日实验时间：
18:
00~20:
25
座位编号：
__________指导教师：
黎恒
课程设计
一、设计题目
道口信号灯控制电路设计：
1.基本要求：
a）红、绿、黄三色信号灯亮灯顺序为“红18s→黄3s→绿20s→黄3s”循环，红、绿两色灯亮的时间可在两位数范围内设置
b）红、黄、绿三种灯亮的剩余时间，用同一组两只数码管显示，消隐无效零。
2．扩展要求：
增加交叉方向同步信号灯，两方向红、绿两色灯状态交叉对应。
二、题目分析与方案选择
根据题目要求可知，该电路易于用数字电路实现。
考虑A、B两条交叉干道，则共有四个转态循环变化，如下图所示：
根据要求与分析，共想出了两种方案作为参考：
方案一：
以计数器为核心控制整个电路工作，将计数器分成4个阶段：
转态1：
0~18：
LED：
100001（按红黄绿顺序）
转态2：
18~21：
LED：
100010
转态3：
22~42：
LED：
001100
转态4：
42~45：
LED：
010100
根据四个状态与交通灯的状态逻辑关系设计出对交通灯的控制电路
本方案只需将计数器状态与LED的状态弄清，即可设计出相应的LED灯的变化，但是要实现数码管的倒计时显示就先当困难。
所以本方案并不可行。
方案二：
该方案考虑一个以四个状态为核心的控制部分，用于实现4个状态的转化以及计数器的置数，信号灯译码的控制。
具体框图如下：
该方案中计数器由控制器状态置数控制，而每当计数器计数到0时，又能将状态转换信号反馈给控制部分，控制部分进行状态转换。
数码管的倒计实现，只需要对计数器进行译码即可。
由此可见该方案是一个易于实现的方案。
根据以上分析，选择方案二进行设计。
下面具体阐述方案二的设计。
三、主要元器件介绍
1、555多谐振荡器
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555引脚图如下所示
本设计需要产生1Hz的时钟频率来控制电路，555定时器可实现该功能。
多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。
多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路，由555定时器构成的多谐振荡器如图所示。
R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端6脚和低电平触发端2脚并接后接到R2和C的连接处，将放电端7脚接到R1，R2的连接处。
工作原理：
接通电源瞬间电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平小于1/3Vcc故高电平触发端与低电平触发端均为低电平输出uo为高电平放电管VT截止。
这时电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升,当uc上升到2/3Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从1/3Vcc上升到2/3Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。
充电时间常数T=（R1+R2）*C。
由于放电管VT导通电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，故放电时间常数T放=R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到1/3Vcc时，输出uo。
为高电平，放电管VT截止Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。
不难理解，接通电源后电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。
电路一旦起振后，uc电压总是在1/32/3Vcc之间变化。
如下图所示为内部电路及工作波形。
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555引脚图如下所示
2、74LS192十进制可逆计数器
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：
PL为置数端，CPU为加计数端，CPD为减计数端，TCU为非同步进位输出端，TCD为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
在本实验中，可以方便实现减法计数功能。
100进制减法计数器的连接方式
如下图所示：
3、74LS74双D触发器
在TTL电路中，比较典型的d触发器电路有74ls74。
74ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路。
其内部电路如下图所示：
边沿D触发器:
负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。
如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。
而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。
这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。
边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
电路结构:
该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。
工作原理:
SD和RD接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。
当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。
我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。
工作过程如下：
1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。
同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5=D。
2.当CP由0变1时触发器翻转。
这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。
Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。
由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。
3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。
这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS触发器的路径；该反馈线
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