1、電子設(shè)計基礎(chǔ)課程報告設(shè)計題目：交通信號燈學生班級：通信1301學生學號：學生姓名：指導教師：時 間：2015年7月西南科技大學信息工程學院實驗一電路原理圖繪制一、實驗目的1. 了解和熟悉protel 99 se工作環(huán)境。2. 熟練掌握protel 99 se的基木操作。3. 掌握原理圖編輯器屮具冇電氣意義對彖的放置方法、編輯方法。4. 掌握利用設(shè)計管理器瀏覽、管理、編輯原理圖的方法。5. 掌握繪制原理圖的基木方法，能繪制比較簡單的原理圖。二、實驗內(nèi)容1、新建數(shù)據(jù)設(shè)計庫文件(design database)：打開pro® 99 se軟件，主界面如下圖所示：依次單擊file>new

2、出現(xiàn)如下界面，選定文件保存路徑及填寫文件名稱。kev design database區(qū)locationpassword |protel 99 se stores all design documents in an integrated design database.depending upon the storage type, documents are either stored in a single designdatabase or as stand-alone files and folders on your diskdesign storage t|ms access da

3、tabase 上ms access type stores all design documents in a single ms access database.database file na|mydesign1 .ddbdatabase locationd：browse.,ok j| cancel i help i2、原理圖文件的新建、打開、保存及刪除：（1）新建原理圖文件：file>new,在彈出窗口屮選擇"schematic document44（原理圖文件），單擊ok。（2）打開、保存及刪除：依次單擊主菜單file->save即可實現(xiàn)保存，或者單擊存盤快捷鍵；

4、鼠 標右擊文件選擇delete即可刪除該文件。如果需要回復刪除文件，可在系統(tǒng)自帶的回收站找回。3、原理圖繪圖：（1）加載庫文件：在原理圖界面，單擊ubrowse schn中的add/remove按鈕， 加載需要的庫文件。木次實驗只涉及電阻、電容、晶體管、運放等通用元 器件，故只需要添加miscellaneous dvices.ddb（通用元件庫）和"protel dos schematic libraries.ddb?,change library file list岡查找范圍d）：actel user programmableqs；allegro tritegrated circu

5、its altera asi cqs；altera interfacealtera memoryi® al ter a peripheral< ra)gilodescription : actel user programmable文件類型(t): |protel design file (*7ddb) |selected files:c:program filesd esign explorer 99 s e librarys chm iscella neous de vices, ddbc:program filesdesign explorer 99 selibrarys

6、chprotel dos schematic libraaddremoveokcancel（2）瀏覽庫元器件：單擊ubrowse sch”中的browse,然后單擊libraries下拉列 表框，切換不同的通用元件庫，用鼠標單擊"components" f拉列表框中的元 器件型號，瀏覽不同的元器件。其中電阻，電容等眾多分立元器件在通用庫中（miscellaneous dvices）,常 用集成元器件在通用芯片庫（protel dos schematic libraries.ddb" ）的14個庫文件中。（3）元器件操作：根據(jù)原理圖，在庫中找到所需要的元器件，對元器

7、件進行放置 與與調(diào)整（完成移動、旋傳、刪除與恢復和整體選屮操作）按下鼠標鍵選中一個元器件不放即可對其進行移動；按下鍵盤上的space 鍵可對其進行旋轉(zhuǎn)；按下deslect按鈕可取消整體選屮。然后，修改元器件的屬性，主要修改footprint （封裝）和part （單元）等項目（4）電氣連接：打開連線工具欄，根據(jù)原理圖實行電氣連線，在需要的地方放 電氣節(jié)點，并用電源工具欄完成電源和地線的布置。powerobjects、二弭回吉:> «： g -r k 回連線t具欄vcc *12*5丄t t t -5 金t 丁 9電源工具欄完成后的led閃爍電路原理圖如下所示三、實驗總結(jié)通過實驗，

8、我對protel 99 se i作環(huán)境有了一淀的了解和熟悉，對其基木操作有了 初步掌握，其原理圖的繪制與以前學過的multisim操作冇很多相似之處，需要注意其中 的一些操作，比如，電氣節(jié)點，如杲?jīng)]有形成，則需要通過連線工具欄的電氣節(jié)點工具 加上，形成正真意義上的連接。實驗中遇到了一些問題，比如在調(diào)節(jié)頁面大小時，不能很好的使用pgup和pgdowno 經(jīng)過查閱資料，我知道了可以用鼠標增強軟件來方便調(diào)節(jié)。在器件查找過程屮，開始時 尋找器件比較不熟悉，后來知道通用基本器件和集成器件分別位于兩個不同的庫，以及 元件名稱按照首字母排序，這樣就能很快地找到所需元件的位置。將硬件電路軟化，在計算機中實現(xiàn)繪

9、制，這并不是第一次接觸，這讓我倍感親切與 熟悉，同時也再次讓我休會到了它的方便與快捷。期待接下來的實驗課程，讓我在虛擬 的世界里走出一個真實的電子世界。實驗日期：2015年3月19日 實驗時間：1&0020:25座位編號： 指導教師：曹文實驗二電路pcb板設(shè)計一、實驗冃的1. 根據(jù)電路原理圖完成pcb的設(shè)計，保存設(shè)計文件。2. 復制并打印電路原理圖，按照頂層、底層、絲印頂層分層打印pcb圖。3. 掌握pcb的設(shè)計和操作技巧。二、實驗內(nèi)容1、網(wǎng)絡(luò)表文件的生成完成上節(jié)課的原理圖的繪制和電氣連線檢查后，執(zhí)行“desigit主菜單下的"create netlisf,命令，彈出創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)

10、表窗口，點擊ok便生成一個名為“sheet.net"的網(wǎng)絡(luò)表。netlist greatiog|岡preferences| trace options |outout formatproteld:mydesign. ddbidentifier scouesheet symbol / port cormecti sheets to netlisti active projectmydesign.ddbrclrado.22 2ufsheetl.sch documeni- append sheet numbers to loca r descend into sheet p r inclu

11、de un-named single piic2rado.20.1ufcancelhelpdidiodeo.4led2、新建pcb文件依次單擊主菜單“file ” > “new”，點擊“pcb document"圖標,創(chuàng)建一個空 口的pce文件。在禁止布線層(keepoutlayer)上繪制一個封閉的矩形框，框內(nèi)即為布線區(qū)域。3、 元器件調(diào)入pcb（1）首先選擇導入已生成的網(wǎng)絡(luò)表，并改正系統(tǒng)會發(fā)現(xiàn)一些錯誤 常見錯課：component not found （找不到元器件封裝） node not found （找不到元件的某一焊盤）footprint xx not found i

12、n the library（封裝庫屮沒有"xx “ 封裝）load/forward annotate netlistl 弋 umljmnetlist |this operation brings the schemabc design data into the pcb workspace usrg a netlist file. if you are loading a netlist for the first time nedi$t macro$ are created for the ermire netlist if you are forward annotating y

13、our design netlist macjo$ are created for each design change. you can modify, add and delete netlist macros to in elude or c<nit particular design changes note: componerts ae matched by designator o曲.netlist fpheet! .net （20133657.ddb|rrowse廠 delete components not ii 廠 update footprno.actionerror

14、1add new comoonent c12add new component c23add new component di iaadd new component j15add new component r16add new component r27add new component r318add new component r4status all macros validatedadvanced.execute i cancel i help注意：排除錯誤后一定需要再次生成網(wǎng)絡(luò)表文件，并重新打開pcb文件，裝入 修改后的網(wǎng)絡(luò)表的文件。然后單擊“execute”按鈕，即口j將網(wǎng)絡(luò)表

15、文件裝載到pcb設(shè)計區(qū)。4、布局元器件元器件的布局是否合理不僅影響電路布線通過率，而h直接影響到整個電路的性能。 注意：布局時要用空格鍵調(diào)整元器件的方向，不能用x鍵或y鍵，有可能使其被錯 誤鏡像處理5、布線布線是按照原理圖耍求將元器件通過印制電路導線連接成電路，應該注意以下原 則：(1)連接要正確；(2)布線要簡潔；(3)粗細要適當。(1) 自動布線：(2) 手動布線進行門動布線后有的時候雖然布通率達到了 100%,但實際布線效杲往往不能令人滿 意，主要表現(xiàn)在布線與焊盤間錯位、布線密度不均勻等。這些都需要手動調(diào)整與修改。需要調(diào)整的線：1、過長的電氣連接；2、出現(xiàn)了銳角狀的交叉連線(容易引起信號

16、 的突變)；3、距離太近的導線；4、過細的線(調(diào)粗，粗導線電阻率低)。對于計劃修改的線，先刪除原有連線后再手動布線，依次單擊主菜單"place"-> interactive routing” ,移動鼠標進行手動布線。'design explor«ifile z4t ttooli auto rou<« report* vindov x«lp左日pp©pip：舊 子、門久+/切勺“?x:56020mll y:33040ml百開始c » o:d4simcli«a<99t<如 v c9 20

17、?design explorer2l：1 喘 + / 鋤刃# " c ?a zilc edit z"、lt*c<lo01s 駅to roatc bcprts l；nd穴"clp用舊ppsfi： n:x：56420mll y：33280mifile z4t t /、fla«tooli auto rou<« report* vindov x«lpexplorer browse pcdbrowsenettjvvccpedit” | 二8 select | zoomnodes匚 d: desif：nbaciup"l. d

18、db陌岡|backups .ddb documents lji backuk1.pc0舊子、口久+/ 切blfujedit” | h select | jumpcurrent layermedinnicmll21.絲印層廠 x:609 y:2© d：des><&cli«n<33s«os如 v g9 24mecharhs1j(topqvem.*eepcmlsctam4l”/?design explorera zilc edit z"、ry*3 lo01s 駅to roatc bcprts l；nd穴"clp用舊ppsfi

19、： n:舊 s ：；： ： +/ 鋤朗 # “c?廠 x：56640mll y：33400mi<s t dcli<at99s«祜 c9：2s三、實驗小結(jié)1. 本次實驗，我對根據(jù)屯路原理圖設(shè)計pcb的方法有了初步的掌握，從建立pcb文 檔到完成一 pcb繪制，我對該過程有了初步的把握，對pcb各層在實際電路板的聯(lián)系 冇了深刻的認識，對繪制pcb的一些小技巧冇了初步的體會與感悟。2. 在實驗期間，遇到的最大的問題就是對封裝的修改，這需要對一些常用封裝非常 熟悉，比如極性電容與非極性電容的封裝就不-樣，因此在修改封裝時，要特別注意這 些問題。曲于開始對于這些都不熟悉，因此在該步

20、花費了大量時間，這需要以后多加練 習。3. 在對元器件進行布局時，調(diào)節(jié)了很多次，但是還是感覺其屮冇較多交叉的飛線， 始終沒有達到理想的效果。在對元器件進行平移時，可以直接點鼠標右鍵進行拖動，這 是老師后來告訴我們的，在實際應用中感覺非常有用。4. 在布線時，我們需要在自動布線的基礎(chǔ)上進行手動布線，開始時，錯誤地選擇了 place->line,g使始終出現(xiàn)錯誤。改動時，一些不合理的地方需要我們進行修改，如出現(xiàn) 銳角，沒有充分利用空間等情況進行改動。由丁第一次做這些操錯，反反復復許多次， 依然不熟悉，我想這還需要以后大量的練習。實驗廿期：2015年4月2 口座位編號：實驗時間：18:0020

21、:25指導教師：曹文實驗三基于軟件的電路設(shè)計與仿真一、實驗目的1. 了解電子電路仿真軟件multisim的基本應用；2. 能熟練的使用multisim中的元件放置功能和虛擬儀器庫3. 能用multisim分析簡單的電路圖4. 能找到自己需要的元器件二、實驗內(nèi)容1、熟悉multisim的基本操作及仿真元器件庫和虛擬儀器庫(1) 工具欄依次單擊主菜單【視圖】-【工具欄】菜單項，可出現(xiàn)各項快捷工具欄。單擊勾 選可使其出現(xiàn)在主界面中，在設(shè)計電路放置元器件時可大大節(jié)約時間。設(shè)計 1 multisim w1 *x|multisim 20156290. 1221:090 中 j ，冏 “ a©&g

22、t; o 8?rf? ii! "1克rotl 5 中 $am(2)仿真元器件調(diào)用：擊菜單欄【放置】一【元器件】，或單擊工具欄上的工具條 以在器件庫中選設(shè)計1multisim設(shè)計1元m件:o2bz2.2d劭従商血：toshba /0j1z2.丿固司因囚擁選»-個元»*塾畑b «w(£i u®0 細0 mcu(m)仿旦sd s?:© 23(0) sn(w)d3 x 二 sqir 吋 q 2孫*»2>3如制曰e3“ y g ”劭了語j沁m叨牙v妙1k：muhisim 20156月29 三 1221htohba ；

23、co-35苻號 ey32.2)8ha(0)關(guān)泳)楝:26«2<0/)亍j毎結(jié)里d1二；二 202bz2：2d2202bz2：2注意：一般默認為在擺放完一個元器件后便停止了該元器件的放置，對于需要擺放 多個相同的元器件來說不太方便，因此可在系統(tǒng)的全局偏好設(shè)置里，將布局模式改為持 續(xù)布局，可大大節(jié)省操作步驟。（3）虛擬儀器 虛擬儀器的工具欄在右邊如圖所示，點擊即可調(diào)用蘿齢析儀k:虛擬儀器是一種用軟件模擬實際儀器功能的操作及顯示界面。在主界面右側(cè)一縱列 的工具欄上提供了十幾種常用的虛擬儀器，如圖中的萬用表、函數(shù)發(fā)生器、雙通道示波 器和邏輯分析儀等。2、電路繪制（1）模擬電路(2) 數(shù)

24、字電路vdd5vxla1七gndcl kv1©1khz5v-lcad clrclkqaqbqcqdcornpnt abcd ee74h660n 4vfc q t-omr七gnd3、仿真原理圖繪制好后就對電路進行仿真，單擊運行按鈕即可進入仿真。對于模擬電路，通過分析電壓電流信號，來確定電路是否達到預期效杲，實現(xiàn) 了預期的功能。對于數(shù)字電路可以用示波器，邏輯分析其進行信號的分析，觀察是否符合設(shè) 計的邏輯工能，其操作與實際基木i致zf波器xs c 3xd 時間通道丿通道_b213.646 ms75.705 mv158.843 mv12 sb213.646 ms75.705 mv-158.8

25、43 mvt2-t10.000 s0.000 v0.000 v時基標度：b00 usqiv :x軸位移（格）：0lyft i 逵協(xié) il5/ajra/b反向保存外觸發(fā)通道a通道b觸發(fā)刻度：50 mv/div刻度：100 mv/div邊沿：可卜a b exty軸位移（格”0y紬位移（格）：0_水平：o| v交濟 0 if盲流.苓令 a育涼單次于常白動無邏輯分析儀xla1三、實驗小結(jié)本次實驗，我對multisim冇了進-一步的熟悉與掌握。盡管數(shù)電實驗和模電實驗過 程中，已經(jīng)對其進行過了接觸與掌握，但還有一些小技巧不知到。比如放了一個元器件 后是否默認繼續(xù)放同樣的元器件，這些都可以設(shè)置的。以前分析數(shù)

26、字信號都用的示波器 和led燈進行輸出信號的顯示與分析，現(xiàn)在有了更方便的邏輯分析儀，特別是對輸出 信號比較多的情況下，用其分析特別有用。multisim'p不僅提供了一種雙通道示波器， 還冇其他示波器，比如四通道，實體價格非常昂貴的的tektronix示波器，而11與實物非 常接近，這為我們在進行電路仿真中提供了非常好的幫助。實驗日期：2015年4月16日實驗時間：1&0020:25座位編號： 指導教師：胥磊實驗三基于軟件的電路設(shè)計與仿真一、實驗目的（1）掌握元件參數(shù)的標稱值系列及其標注方式；（2）掌握電阻電容和電感的基本知識；（3）了解半導體二極管的基本知識；（4）了解半導體

27、三極管的基本知識，常用三極管管教判別與電流放大系數(shù)的測 試方法。二、實驗內(nèi)容1、常用電子元器件的識別電阻在電路中用r加數(shù)字農(nóng)示，電阻的參數(shù)標注方法有3種方法，即直標法、色標法.數(shù)碼法和文字符號法。選擇電阻時要考慮電阻大小、 功率、謀差等因素。電阻顏色色環(huán)代碼表如下：顏色棕紅橙黃綠紫灰白金銀數(shù)值012345678900.01+-2%+-5%+-10%二極管的識別：一般整流二極管的封裝是黑色的，穩(wěn)壓二極管是玻璃 封裝的，發(fā)光二極管是塑料封裝的。用萬用表測二極管的方向件：（1）判別基極和管子的類型選用歐姆檔的r*100 （或r*1k）檔，先用紅表筆接一個管腳,黑表筆 接另-個管腳，”測汨兩個電阻值，

28、然后再用紅衣筆接另-個管腳，重復 i.述步驟，乂測得一組電阻值，這樣測3次，其中有一組兩個阻值都很小 的，對應測得這組值的紅表筆接的為展極，且管f足pn卩型的；反z，若 用黑表筆接一個管腳，重復上述做法.若測得兩個阻值祁小，對應黑表筆 為基極，且管子是npn型的。（2）判別集電極因為三極倉發(fā)射極和集電極匸確連接時p大（表針擺動幅度大，反 接時3就小得多。因此，先假設(shè)一個集電極，用歐姆檔連接，（對npn型 管.發(fā)射極接黑表筆，集電極接紅表筆）。測量時，用手捏住基極和假設(shè) 的集電極，兩極不能接觸，若指針擺動幅度大，而把兩極對調(diào)后指針擺動 小，則說明假設(shè)是止確的，從而確定集電極和發(fā)射極。四道色環(huán)電阻

29、阻值的快速讀取方法總結(jié)：第一、二道色環(huán)顏色所代表的數(shù)值不變，第三道色環(huán)顏色決定此電阻的單位， 其關(guān)系如下：銀色零點兒兒q歐姆金色幾點幾q歐姆黑色幾十幾q歐姆其中棕色幾百幾十q歐姆第一個幾表示色環(huán)電阻當中的第一個色環(huán)代表的數(shù)值紅色幾點幾kq千歐姆第二個幾表示色環(huán)電阻當中的第二個色環(huán)代表的數(shù)值橙色兒十兒kq千歐姆黃色兒百兒十kq千歐姆綠色兒點兒mq兆歐姆藍色幾十幾mq兆歐姆2、焊接學習與練習練習焊接一個屯阻。將一個電阻元件插入萬用板孔中，電烙鐵預熱后，均勻 加熱焊盤與元器件引腳加熱到能融化焊錫的溫度后，用焊錫絲涂覆己經(jīng)升溫的焊 盤，熔絲溶化后會自動熔濕焊點，不能用烙鐵頭直接融化焊錫絲，可能岀現(xiàn)虛焊

30、, 假焊的現(xiàn)象。當熔絲融化到一定數(shù)量后，將焊錫絲斜向上45度方向移開。當焊 接的擴散范圍達到要求后，應該迅速移開烙鐵。三、實驗總結(jié)通過本次實驗的學習，我終于從符號跨越到了對真實元器件的認知。以前都 是看的各個元器件的符號，知道他們在電路屮發(fā)揮的作用，從來沒有關(guān)注過他們 的實物，并體會他們在實際電路中帶來的實際應用方式。電阻阻值的識別以前只 是聽老師說過，從沒有意識到他們在實際屯路的制作，屯阻選取方面會帶給我們 十分快捷的途徑。三極管管腳的識別讓我對理論知識的理解又有了進一步的加深。把多學的理 論與實際結(jié)合在一起，讓我感到了一種欣慰與快樂小小的焊接練習，雖然僅僅是然我們焊接了一個電阻，但還是讓我

31、感到了從 所未有的興奮與喜悅，自己第一次真真切切地感受到了動手的快樂。但最初的時 刻總是讓人心碎的，扶不起的焊錫熱淚只留給我丑陋的外殼，一次次的失敗，一 次的嘗試，模糊了焊盤的邊角，也讓電阻的怒容變得猙獰，而我總算在那里找到 了那個渴槊的圓錐弧線。1&00 20:25黎恒實驗日期：2015年5月7日 實驗時間：座位編號： 指導教師:實驗五：小電路裝焊與調(diào)測一、實驗目的：(1) 分析電路及其元件的功能、作用。(2) 學習簡單電了電路的焊接、調(diào)試;(3) 熟悉焊接工藝二、實驗內(nèi)容2、進行電路板焊接 步驟如下：(1)元器件插裝直插式元器件需要插入pcb焊盤屮進行焊接。插裝前先對元器件 型號參

32、數(shù)，引腳的可焊接性以及元器件質(zhì)量進行檢測，然后按照順 序插裝。應注意問題：裝焊順序：按元器件高度為先低后高，先輕后重，先易后難，先 一般元器件后特殊元器件。一般可以按照電阻、電容、二極管、 晶休管、電感、集成電路、大功率元器件順序進行插裝。元器件的極性：引腳排列順序和安裝位置，避免裝錯。(2)焊接工藝：焊接基本步驟可分為5步，俗稱“五步法”； 焊前準備、加熱焊件、熔化焊料、移開焊錫、移開烙鐵 準備焊接：準備焊錫絲和烙鐵。加熱焊件：烙鐵接觸焊接點，使焊件均勻受熱。3、熔化焊料: 當焊件加熱到能熔化焊料的溫度后將焊絲至于焊點，焊料開始 熔化并濕潤焊點。移開焊錫：當熔化一定量的焊錫后將焊錫絲移開。5

33、、移開烙鐵：當焊錫完全濕潤焊點后移開烙鐵。合格的焊點要求：從外觀來看合格的焊點形狀為表而略微凹陷的近視圓錐體焊點 與元器件引腳、焊盤的連接面、平滑、口然、接觸角盡可能小，焊 點表面平滑、發(fā)亮、有明顯的金屬光澤。3、電路調(diào)測：調(diào)試的目的：(1) 檢查系統(tǒng)或者單元電路的工作是否正常，發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷和安裝錯 誤并加以改進電路與糾正錯誤，或者提出整改建議。(2) 調(diào)整電路元件的參數(shù)，確保產(chǎn)品的各項指標或者功能達到設(shè)計的 要求。調(diào)試的基本步驟：(1) 預檢查：檢查元器件是否接錯接反、檢查電路焊接是否存在虛焊、 檢查電源是否供電正常、檢測電路是否短路等。(2) 通電測試：通電之后，檢測電路是否工作異常。如有

34、異常，可以 采用分級測試，糾錯，直到所有的模塊正常工作為止。(3) 聯(lián)機整合調(diào)試：在各個模塊調(diào)試完成z后，接通所有的隔離元器 件，將斷開的信道恢復正常連接，進入聯(lián)機整調(diào)狀態(tài)。修改聯(lián)調(diào)中的錯誤 以及矯正聯(lián)調(diào)是的較大誤差，直到系統(tǒng)功能實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)指標為止。4、實驗結(jié)果：在本實驗中，由于電路較簡單，經(jīng)檢查無誤后，接上電源后觀察led 發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)，第一次便觀察到了 led燈由暗到漸漸變亮， 再由亮變暗的過程，顯然實現(xiàn)了電路功能。三、實驗總結(jié)：本次實驗完成了對一個簡單完整電路的焊接與調(diào)試，我對焊接工藝甚至真?zhèn)€ 電了設(shè)計基礎(chǔ)有了一個跟完整認識與熟悉。實驗過程的止確的將元器件放到應該 的位置非常重

35、要。由于第一次的粗心，電阻放錯了位置，述好冇同學的捉醒，及 時進行了更正。這讓我意識到在以后進行電子設(shè)計時，細心非常的重要。在選取 尋找器件時，上節(jié)課學習的電阻比較識別的知識這是便起了相當大的作用。焊接時，出于冇了第一次焊接的經(jīng)驗作支撐，焊接過程相對上節(jié)課熟悉得多 了。但是在對排針的焊接時出現(xiàn)了問題。起初并不知道排針的焊接引腳可以拉長, 多以在焊接時，就按著原來很短的引腳進行焊接，結(jié)果很容易掉下來，在老師的 講解下，我用鉗子將其引腳部分留多了一些，終于順利完成了焊接。高樓大廈平地起，這五次的實驗是我電子設(shè)計世界里一塊小小的基石，站在 上面我卻看到了一個廣闊的世界。基礎(chǔ)的繪制，基礎(chǔ)的軟件仿真方法

36、，基礎(chǔ)的工 藝，簡單的列了，卻讓我把理論的電了世界映射到了一塊小小的pcb板上，折 射出從想法里設(shè)計岀的原理圖跨越到現(xiàn)實的功能世界，體味岀了與以前不一樣的 味道。實驗日期：2015年5月21日 實驗時間：18:0020:25座位編號： 指導教師：黎恒課程設(shè)計設(shè)計題目道口信號燈控制電路設(shè)計：1. 基木要求：a）紅、綠、黃三色信號燈亮燈順序為“紅18s-黃3s-綠20s-黃3s”循環(huán), 紅、綠兩色燈亮的時間可在兩位數(shù)范圍內(nèi)設(shè)置b）紅、黃、綠三種燈亮的剩余時間，用同一組兩只數(shù)碼管顯示，消隱無效零。2. 擴展耍求：增加交叉方向同步信號燈，兩方向紅、綠兩色燈狀態(tài)交叉對應。二、題目分析與方案選擇根據(jù)題目要

37、求可知，該電路易于用數(shù)字電路實現(xiàn)。考慮a、b兩條交叉干道，則共 有四個轉(zhuǎn)態(tài)循環(huán)變化，如下圖所示：a；紅燈亮b綠燈亮3s20sa；紅燈亮b綠燈亮18sa；紅燈亮 b綠燈亮3sya；紅燈亮 b綠燈亮根據(jù)耍求與分析，共想出了兩種方案作為參考： 方案一:以計數(shù)器為核心控制整個電路工作，將計數(shù)器分成4個階段：轉(zhuǎn)態(tài)1： 0-18： led： 100001 （按紅黃綠順序）轉(zhuǎn)態(tài) 2： 18-21：led： 100010轉(zhuǎn)態(tài) 3： 2242：led： 001100轉(zhuǎn)態(tài) 4： 4245：led： 010100根據(jù)四個狀態(tài)與交通燈的狀態(tài)邏輯關(guān)系設(shè)計出對交通燈的控制電路本方案只需將計數(shù)器狀態(tài)與led的狀態(tài)弄清，即可

38、設(shè)計出相應的led燈 的變化，但是要實現(xiàn)數(shù)碼管的倒計時顯示就先當困難。所以木方案并不可行。 方案二：該方案考慮一個以四個狀態(tài)為核心的控制部分，用于實現(xiàn)4個狀態(tài)的轉(zhuǎn)化以及計數(shù)器的置數(shù)，信號燈譯碼的控制。具體框圖如下：時鐘產(chǎn)生遞減計數(shù)器數(shù)碼管譯碼 器狀態(tài)轉(zhuǎn)換反饋信號=數(shù)碼管信號燈譯碼該方案屮計數(shù)器由控制器狀態(tài)置數(shù)控制，而每當計數(shù)器計數(shù)到0時，又能將狀 態(tài)轉(zhuǎn)換信號反饋給控制部分，控制部分進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。數(shù)碼管的倒計實現(xiàn)，只 需要對計數(shù)器進行譯碼即可。由此可見該方案是一個易于實現(xiàn)的方案。根據(jù)以上分析，選擇方案二進行設(shè)計。下面具體闡述方案二的設(shè)計。三、主要元器件介紹1、555多諧振蕩器555定吋器是一種模

39、擬和數(shù)字功能相結(jié)合的屮規(guī)模集成器件。一般用雙極性工 藝制作的稱為555,用cmos工藝制作的稱為7555,除單定時器外，還有對應 的雙定時器556/7556o 555定時器的電源電壓范圍寬,可在4.5v16v工作,7555 可在318v工作，輸岀驅(qū)動電流約為200ma,因而其輸出可與ttl、cmos或 者模擬電路電平兼容。555定吋器成木低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧 振蕩器、巾穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器 廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電了測量及動控制等方面。555引腳圖如卜所 示1o8ix.27dq35556!b45ci本設(shè)計需要產(chǎn)

40、生1hz的時鐘頻率來控制電路，555定時器可實現(xiàn)該功能。多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外述 含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài) 在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來冋轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路,± 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖所示。rl, r2和c是外接定時元件，電路屮將高電平觸發(fā)端6腳和低電平觸發(fā)端2 腳并接后接到r2和c的連接處，將放電端7腳接到rl, r2的連接處。工作原理：接通電源瞬間電容c來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平小于1/3vcc 故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平輸出uo為

41、高電平放電管vt截止。這 吋電源經(jīng)rl, r2對電容c充電，使電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當uc上升到2/3 vcc吋，輸出uo為低電平，放電管vt導通，把uc從l/3vcc ±升到2/3vcc這段 時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)其維持時間tph的長短與電容的充電時間有 關(guān)o充電時間常數(shù)t= (r1+r2) *co由于放電管vt導通 電容c通過電阻r2和放電管放電，電路進人第二暫穩(wěn) 態(tài)其維持時間tpl的長短與電容的放電吋間有關(guān)，故放電吋間常數(shù)t放二r2c0 隨著c的放電，uc下降，當uc下降到l/3vcc時，輸出uo。為高電平，放電管vt 截止vcc再次對電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)

42、態(tài)。不難理解，接通電源后電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)z間來凹翻傳，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總 是在1/3 2/3vcc之間變化。如下圖所示為內(nèi)部電路及工作波形。555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工 藝制作的稱為555,用cmos工藝制作的稱為7555,除單定時器外，述冇對應 的雙定時器556/7556o 555定時器的電源電壓范圍寬,可在4.5v16v工作，7555 可在318v工作，輸出驅(qū)動電流約為200ma,因而其輸出可與ttl、cmos或 者模擬電路電平兼容。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧 振蕩器、單穩(wěn)態(tài)

43、觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器 廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及口動控制等方面。555引腳圖如下所 示2、74ls192十進制可逆計數(shù)器74ls192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置 數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：v(x po mr tcd tcu pt p2 p3 nti ra nri nti 冋 nn r? rti?ljujlljlilldlljldljjpl qicpd 5 s o3 仙d(a)p0qop1qip2q2p3q3cputcucpdtcdplmr15to94 遼 14z>671213(b)其功能表如下

44、:輸入輸出mrplc為p3p2plpoq3q2qiq01xxxxxxx000000xxdcba(1cba011xxxx加計數(shù)011xxxx減計數(shù)pl為置數(shù)端，cpu為加計數(shù)端，cpd為減計數(shù)端，tcu為非同步進位 輸出端，tcd為非同步借位輸出端，po、pl、p2、p3為計數(shù)器輸入端，mr 為清除端，q0、qi、q2、q3為數(shù)據(jù)輸出端。在本實驗中，可以方便實現(xiàn)減法計數(shù)功能。100進制減法計數(shù)器的連接方式 如下圖所示:vcc5.0velklcad clrvv qju q8 qc.qulcad.-bo.clr.-co. s down .-bo. 嚴co.74ls192na b c d3、74ls7

45、4雙d觸發(fā)器在ttl電路中，比較典型的d觸發(fā)器電路有741s74o 741s74是一個邊沿觸 發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電 路。其內(nèi)部電路如下圖所示：logic diagram (each flip-flop)cleariscl0c3and o2(12)邊沿d觸發(fā)器：負跳沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時，必須在止跳沿前加入輸入信號。如果在cp 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號，那么就冇可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯。而邊沿觸發(fā) 器允許在cp觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號。這樣，輸入端受干擾的時間大大 縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿d觸發(fā)器也稱為維持阻塞邊沿d觸發(fā)器。

46、 屯路結(jié)構(gòu)：該觸發(fā)器由6個與非門組成，其中g(shù)1和g2構(gòu)成基本rs觸發(fā)器。b工作原理：sd和rd接至基木rs觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預置和清零端，低電平 有效。當sd=o且rd=1時，不論輸入端d為何種狀態(tài)，都會使q=l, q=0,即觸發(fā) 器置1；當sd=1且rd=o時，觸發(fā)器的狀態(tài)為o,sd和rd通常又稱為直接置1和 置0端。我們設(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。工作過程如下：1. cp=o時，與非門g3和g4封鎖,其輸出q3=q4=1,觸發(fā)器的狀態(tài)不變。 同時，由于q3至q5和q4至q6的反饋信號將這兩個門打開，因此可接收輸入信 號 d, q5=d, q6=q5=do2. 當cp由

47、0變1時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時g3和g4打開，它們的輸入q3和q4 的狀態(tài)由g5和g6的輸出狀態(tài)決定。q3=q5=d, q4=q6=do由基本rs觸發(fā)器的 邏輯功能可知，q=do3. 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在cp=1吋輸入信號被封鎖。這是因為g3和g4打開后， 它們的輸岀q3和q4的狀態(tài)是互補的，即必定有一個是0,若q3為0,則經(jīng)g3輸 出至g5輸入的反饋線將g5封鎖，即封鎖了 d通往基木rs觸發(fā)器的路徑；該反 饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用，故該反饋線稱為 置0維持線，置1阻塞線。q4為0時，將g3和g6封鎖，d端通往基本rs觸發(fā)器 的路徑也被封鎖。q4輸擊端至g6反饋線起到使

48、觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作 置1維持線；q4輸出至g3輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用，稱為置0阻 塞線。因此，該觸發(fā)器常稱為維持阻塞觸發(fā)器。總z,該觸發(fā)器是在cp ik跳沿前 接受輸入信號，正跳沿時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖，三步都是在正跳沿后完 成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主從觸發(fā)器相比,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強的抗干 擾能力和更高的工作速度。功能描述:1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表衰發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移莫值表da0001q10輸出狀態(tài)與z| 101端狀態(tài)相同1112.特征方程qn+1=d脈沖特性：建立時間:由維持阻塞觸發(fā)器的電路可見，由于cp信號是加到門g3和g4上的, 因而在cp上升沿到達之

49、前門g5和g6輸出端的狀態(tài)必須穩(wěn)定地建立起來。輸入信 號到達d端以后，要經(jīng)過一級門電路的傳輸延遲吋間g5的輸出狀態(tài)才能建立起來,而g6的輸出狀態(tài)需耍經(jīng)過兩級門電路的傳輸延遲時間才能建立，因此d端的輸入信 號必須先丁 cp的上升沿到達，而冃建立時間應滿足：tset2tpdo保持時間：為實現(xiàn)邊沿觸發(fā),應保證cp=1期間門g6的輸出狀態(tài)不變，不受d端 狀態(tài)變化的影響。為此，在d=0的情況下，當cp±升沿到達以后還要等門g4輸 岀的低屯平返回到門g6的輸入端以后,d端的低電平才允許改變。因此輸入低電平 信號的保持時間為thltpdo在d=1的情況下，由于cp上升沿到達后g3的輸出 將g4封鎖

50、，所以不要求輸入信號繼續(xù)保持不變，故輸入高電平信號的保持時間 thh=0o傳輸延遲時間：由圖不難推算出，從cp ±升沿到達時開始計算，輸出由高電平 變?yōu)榈屯推降膫鬏斞舆t時間tphl和曲低電平變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時間tplh分別 是:tphl=3tpd tplh=2tpd最高時鐘頻率：為保證由門g1g4組成的同步rs觸發(fā)器能可靠地翻轉(zhuǎn)，cp 高電平的持續(xù)時間應大于tphl,所以時鐘信號高電平的寬度（wh應大于（phl。而 為了在下一個cp上升沿到達之前確保門g5和g6新的輸出電平得以穩(wěn)定地建立, cp低電平的持續(xù)時間不應小于門g4的傳輸延遲時間和tset之和，即時鐘信號低屯 平的寬度t

51、wltset+tpdlb di-16p vcc1a 0215p 2gib 0314p 2a0 d_471ls139 1301y1 n 12 二1 2 丫01y2 di11 二|2y1iv 3 r10p py?gndqs9 二在實際集成觸發(fā)器中，每個門傳輸時間是不同的，并冃作了不同形式的簡化， 因此上面討論的結(jié)果只是一些定性的物理概念。其真實參數(shù)由實驗測定。 通過圖屮的邏輯符號和d觸發(fā)器74hc74的邏輯功能表我們可以看出，hc74是帶 有預置、清零輸入，上跳沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。74ls138與74ls139功能一樣，都是實現(xiàn)譯碼功能的芯片。74ls138芯片是常 用的38線譯碼器，is是ttl的，他的coms版本叫74hc138o管腳封裝如下圖所示:vfacr. y< ti ri r« r> nd74ls138lu2jj4j5j6j7j8jas a< a sn stic sta ®n>正