數(shù)電交通燈畢業(yè)論文

1、摘 要摘 要隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因相對(duì)滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)。如何利用當(dāng)今計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)，有效地疏導(dǎo)交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個(gè)課題。目前，國(guó)內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示器來(lái)控制行車(chē)。本文分析了現(xiàn)代城市交通信號(hào)燈控制與管理的不合理性，進(jìn)而提出一款更具人性化、智能化的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)采用555觸發(fā)器為中心器件產(chǎn)生振蕩電路來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，通過(guò)振蕩產(chǎn)生信號(hào)波，經(jīng)過(guò)4024加法器確定64S為一個(gè)周期。最

2、后通過(guò)193減法器與4511驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管的控制，達(dá)到預(yù)期效果。最后通過(guò)Altium designer和Multisim仿真說(shuō)明了系統(tǒng)制作過(guò)程與調(diào)試結(jié)果。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、擴(kuò)展功能強(qiáng)。關(guān)鍵詞：交通燈 555觸發(fā)器 Multisim仿真ABSTRACTWith the rapid development of national economy in China, motor vehicles in our country has developed rapidly, and urban road construction relative lag, d

3、ue to various reasons such as history and heavy traffic jam phenomenon often appear. How to make use of the computer and automatic control technology, the traffic effectively, improve the urban traffic intersection traffic capacity, reduce the number of traffic accidents is a topic worth studying. A

4、t present, the domestic general is located in the intersection, traffic lights in the striking position with red, green and yellow lights with a countdown display to control the traffic. This paper analyzes the modern urban traffic signal control and management of irrationality, put forward a more h

5、umane, intelligent urban traffic light control system hardware circuit design. The system adopts 555 trigger device generate oscillation circuit to design a traffic light controller for the center, through the oscillation signal wave, after 4024 adder sure 64 s as a cycle. At last, through 193 subtr

6、acter and 4511 drive control system for the digital tube, to achieve the desired effect. Finally, Altium designer and Multisim simulation illustrates the system process and the result of debugging. This system design cycle is short, high reliability, strong practicability, simple operation, convenie

7、nt maintenance, strong extended functionality. Key words: traffic lights 555 trigger Multisim simulation I目 錄目 錄第1章 引言11.1 選題背景.11.2 研究目標(biāo)和意義11.3 主要工作.1第2章設(shè)計(jì)框圖與具體方案32.1設(shè)計(jì)方案3第3章電路原理圖與仿真圖53.1 時(shí)鐘脈沖的設(shè)計(jì)53.1.1 555觸發(fā)器.53.1.2 555振蕩器.63.2 計(jì)數(shù)功能電路的設(shè)計(jì)93.2.1 加法器的設(shè)計(jì)93.2.2 減法器的設(shè)計(jì)133.3 譯碼功能的設(shè)計(jì)143.3.1 譯碼：七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74L

8、S48143.3.2 譯碼功能：四線-七段譯碼器4511153.4顯示電路的設(shè)計(jì)153.4.1 數(shù)碼管153.4.2 發(fā)光二極管163.5仿真軟件及仿真173.5.1 仿真軟件Multisim介紹173.5.2 仿真結(jié)果19第4章電路板的設(shè)計(jì)214.1 電路設(shè)計(jì)軟件Altium designer介紹214.2電路原理圖224.3PCB的設(shè)計(jì)244.3.1 PCB的布線規(guī)則244.3.2 PCB的設(shè)計(jì)27第5章電路板的制作與調(diào)試285.1電路板的調(diào)試285.2電路板的測(cè)試29第6章心得體會(huì)31設(shè)計(jì)資料及參考文獻(xiàn)32致謝33III第1章 引言第1章 引言1.1 選題背景交通是城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的命脈，對(duì)

9、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。汽車(chē)現(xiàn)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕煌üぞ摺Ｆ?chē)在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列令人困惑的問(wèn)題，如環(huán)境污染、交通擁擠、交通事故頻繁發(fā)生，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了很大的損失。城市交通問(wèn)題困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素，人們對(duì)交通有效控制的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈。城市交通信號(hào)控制是通過(guò)對(duì)交通流的調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)以達(dá)到改善人和貨物的安全運(yùn)輸，提高運(yùn)營(yíng)效率。其目標(biāo)在于改善交通流的質(zhì)量，更好的利用現(xiàn)有運(yùn)輸能力，提高交通流的安全性、快速性和舒適性。1.2 研究目標(biāo)和意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度不斷提高，交通需求和交通量迅速增長(zhǎng)，城市交通網(wǎng)

10、絡(luò)中交通擁擠日益嚴(yán)重，道路運(yùn)輸所帶來(lái)的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的全球性共同問(wèn)題。交通問(wèn)題已經(jīng)日益成為世界性的問(wèn)題，城市交通事故、交通堵塞和交通污染問(wèn)題愈加突出。為了解決車(chē)和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車(chē)輛的增加；二是增加供給，即大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施的辦法，在資源、環(huán)境矛盾越來(lái)越突出的今天，面對(duì)越來(lái)越擁擠的交通，有限的資源和財(cái)力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他辦法來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。在現(xiàn)有的道路交通條件下，實(shí)施交通控制和管理，充分發(fā)揮現(xiàn)有道路的通行能力正是解決這一

11、矛盾的途徑之一，大量事實(shí)已經(jīng)證明這種方法的有效性。當(dāng)然，解決該問(wèn)題最有效的方法是增加道路建設(shè)，但由于資金及城市空間的限制，該方法又出現(xiàn)諸多難處。因此，在有效道路的前提下，提高交通控制和管理水平，合理使用現(xiàn)有的交通設(shè)施，充分發(fā)揮其能力，是解決交通問(wèn)題有效方法之一。1.3 主要工作本次設(shè)計(jì)決定使用數(shù)字電路中的器件與邏輯電路完成。其中包括555觸發(fā)器、七位二級(jí)制加法計(jì)數(shù)器4024，十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器74LS193，4511驅(qū)動(dòng)器等器件來(lái)完成相關(guān)工作。畫(huà)圖軟件使用Altium designer畫(huà)出原理圖和PCB，最后通過(guò)Multisim仿真來(lái)查看是否到達(dá)預(yù)期要求。具體設(shè)計(jì)要求如下設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器，它

12、的一個(gè)周期64秒，平均分配，前32秒紅燈亮，后32秒綠燈亮。在紅燈亮的期間的后8秒與紅燈在一起的黃燈閃爍；在綠燈亮的期間的后8秒與綠燈在一起的黃燈閃爍；在黃燈閃爍期間，數(shù)碼管同時(shí)倒計(jì)時(shí)顯示，在此期間外，數(shù)碼管不亮。1第2章 設(shè)計(jì)框圖與具體方案第2章 設(shè)計(jì)框圖與具體方案2.1 設(shè)計(jì)方案通過(guò)查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)有三種方法可以達(dá)到預(yù)期效果：第一種：通過(guò)編寫(xiě)匯編語(yǔ)言程序來(lái)完成交通燈控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。利用匯編語(yǔ)言程序中的8255A的A口 和B口對(duì)燈的亮與滅進(jìn)行控制。首先，要了解的是8255A是如何工作的，包括它的A口、B口、C口和控制端口是如何寫(xiě)數(shù)據(jù)的，頻率為2.5MHz，所以沒(méi)10ms中斷一次。利用C

13、X對(duì)不同的狀態(tài)時(shí)間計(jì)數(shù)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器對(duì)設(shè)計(jì)要求的定時(shí)。中斷子程序分為數(shù)碼管顯示刷新部分和紅綠黃燈各個(gè)狀態(tài)切換部分。每進(jìn)入中斷即刷新LED顯示。用對(duì)于東西車(chē)道黃燈閃爍利用標(biāo)志位判斷實(shí)現(xiàn)，滿足比較條件就暗，不滿足條件就 亮。第二種：運(yùn)用FPGA實(shí)現(xiàn)交通燈控制器。采用自頂向下設(shè)計(jì)，將此設(shè)計(jì)分為2個(gè)模塊：計(jì)時(shí)模塊（計(jì)時(shí)模塊包括秒模塊，分鐘模塊和小時(shí)模塊），控制模塊。將兩個(gè)模塊分別用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)成。采用自定向下的設(shè)計(jì)方法的有點(diǎn)事顯而易見(jiàn)的。由于整個(gè)設(shè)計(jì)師從系統(tǒng)頂層開(kāi)始的，結(jié)合模擬手段，可以從一開(kāi)始就掌握所實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能狀況，結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域的具體要求，在此時(shí)就調(diào)整設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行性能優(yōu)化或者折中取舍。隨

14、著設(shè)計(jì)層次向下進(jìn)行，系統(tǒng)性能參數(shù)將得到進(jìn)一步的細(xì)化與確認(rèn)，保證設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性。相對(duì)于前兩種方法，第三種方法既能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，同時(shí)又不必像前兩種方法那樣復(fù)雜，不需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。從真正意義上做到了用最簡(jiǎn)單的電路和器件，完成最實(shí)用的功能。本次設(shè)計(jì)就是采用的第三種方法，具體設(shè)計(jì)方案如下：第三種：利用數(shù)字電路原理通過(guò)純硬件來(lái)完成交通燈控制電路的設(shè)計(jì)。一個(gè)555脈沖振蕩器，一個(gè)七位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器4024，一個(gè)十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器可逆可預(yù)置十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS193，驅(qū)動(dòng)器4511，發(fā)光二極管，數(shù)碼管。紅燈與綠燈以及黃燈是否亮是由二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出端狀態(tài)來(lái)決定的，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)組合邏輯電路，它的

15、輸入信號(hào)就是二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)，它的輸出就是發(fā)光二極管的控制信號(hào)。因此，需要一個(gè)組合邏輯電路，六個(gè)發(fā)光二極管（兩個(gè)紅色發(fā)光二極管，兩個(gè)綠色發(fā)光二極管，兩個(gè)黃色發(fā)光二極管）電路，一個(gè)數(shù)碼管顯示電路。如圖2-1所示：555脈沖振蕩器193計(jì)數(shù)器4024計(jì)數(shù)器4511驅(qū)動(dòng)器組合邏輯電路數(shù)碼管發(fā)光二極管圖2-1 設(shè)計(jì)框圖3第3章 電路原理圖與仿真圖第3章 電路原理圖與仿真圖3.1 時(shí)鐘脈沖的設(shè)計(jì)3.1.1 555觸發(fā)器555定時(shí)器是一塊常用的集成電路，電路符號(hào)如圖3-1示：圖3-1 555定時(shí)器8為電源端VCC，1為公共端GND。所加電源電壓范圍：4.5V<Vcc<18V,最大輸出

16、電流200mA內(nèi)部電路原理圖如圖2-3示，內(nèi)部有三個(gè)相同的分壓電阻，每個(gè)電阻上的電壓都為1/3Vcc。兩個(gè)比較器C1和C2，C1的比較電壓為3/2Vcc，C2的比較電壓為3/1Vcc，當(dāng)比較器“+”端電壓大于比較器“-”端電壓是，比較器輸出高電平（用狀態(tài)1表示），當(dāng)比較器“+”端電壓低于比較器“-”電壓時(shí)，比較器輸出低電平（用狀態(tài)0表示）。G1，G2兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，G3為輸出緩沖反向器，起整形和提高帶負(fù)載能力的的作用。泄放三極管為外接電容提供充放電回路。利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)電路時(shí)，主要是考慮如何讓2和6的點(diǎn)位發(fā)生變化（外界信號(hào)或利用電容器的充放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)）而讓定時(shí)器的輸出狀態(tài)發(fā)生

17、變化，而設(shè)計(jì)成各種具有不同功能的電路。圖3-2 555觸發(fā)器內(nèi)部3.1.2 555振蕩器555多諧振蕩器路原理如圖3-3示（4腳為高電平時(shí)，電路振蕩，4腳為低電平時(shí)，電路不振蕩）。開(kāi)始時(shí)，內(nèi)部泄放三極管由于其基極輸入為低電平，是截止的，電源通過(guò)R2和R1對(duì)電容器C充電，2,6腳點(diǎn)位開(kāi)始上升，當(dāng)上升到2/3Vcc時(shí)，電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部泄放三極管由于其基極輸入為高電平，所以飽和導(dǎo)通，電容器通過(guò)R1放電，2,6腳點(diǎn)位又開(kāi)始下降，直至降到1/3Vcc，電路狀態(tài)再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部泄放三極管截止，電源再次對(duì)電容器充電。這樣周而復(fù)始，輸出連續(xù)的矩形波信號(hào)，有3腳輸出圖3-3 555振蕩器理論推導(dǎo)：理論推

18、導(dǎo)的依據(jù)是電容器的充電時(shí)間和放電時(shí)間的討論。充電時(shí)間的計(jì)算：從前面對(duì)芯片555的了解可知，在7腳內(nèi)部所劫的泄放三極管截止是，電容器充電，充電電壓從3/1Vcc到3/2Vcc，此時(shí)是電源通過(guò)5R2+R1電阻向電容充電，由此可以利用電容器的電壓與充電時(shí)間的函數(shù)計(jì)算出電容充電時(shí)間；函數(shù)關(guān)系式可由電路分析課程中給出：Uc=Vcc(1-e-tRC)在充電過(guò)程中，R1=R1+R2因此 13Vcc=Vcc(1-e-t1RC)23Vcc=Vcc(1-e-t1RC)分別計(jì)算出t1和t2，則充電時(shí)間為T(mén)1=t1-t2放電時(shí)間的計(jì)算：從前面對(duì)芯片555的了解可知，在7腳內(nèi)部所接的放流三極管飽和導(dǎo)通是，電容器放電，放

19、電電壓從2/3Vcc防止1/3Vcc，此時(shí)是電容通過(guò)R1電阻向電容充電，由此可以利用電容器的電壓與放電時(shí)間的函數(shù)關(guān)系計(jì)算出電容放電時(shí)間；函數(shù)關(guān)系式可由電路分析課程中得出：Uc=Vcc e-tRC在放電過(guò)程中，R=R1因此 23Vcc= Vcc e-t1RC 13Vcc= Vcc e-t2RC分別計(jì)算出t1和t2，則放電時(shí)間為T(mén)1=t2-t1由以上計(jì)算出的充電時(shí)間和放電時(shí)間之和就是周期，周期的倒數(shù)就是頻率。最后得到的結(jié)果：振蕩器的頻率有電阻R1，R2和電容C決定。f=1.43(2R1+R2)C脈沖波的占空比由電阻R1和R2決定，結(jié)果為=R1+R22R1+R2可見(jiàn)，當(dāng)R2越小時(shí)，占空比接近50。本

20、電路555多諧振蕩器的頻率的確定，因?yàn)樾盘?hào)燈的狀態(tài)時(shí)間是以秒來(lái)計(jì)量的，因此計(jì)數(shù)器的技術(shù)狀態(tài)應(yīng)以秒為計(jì)數(shù)最為方便，即指定計(jì)數(shù)器的最低位定位Q2（不一定是計(jì)數(shù)器的最低位），因狀態(tài)Q7Q6Q5Q4Q3Q2共有64個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)時(shí)間為1秒（頻率為1），即1秒鐘狀態(tài)變化1次，而每一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)Q1端一個(gè)脈沖，因此，Q1端是1秒鐘產(chǎn)生的1個(gè)脈沖，所以555的振蕩頻率就應(yīng)該為2Hz。根據(jù)之前對(duì)555振蕩器的分析可得，電容上的電壓Vc在V+與V-之間反復(fù)振蕩，Vc的波形圖如圖3-4所示：圖3-4由圖3-1中的Vc的波形求得電容C的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2各為故電路的振蕩周期為：因本振蕩路2Hz,所以R1

21、選用1M電阻，R2選用3M電阻，如圖3-5所示7圖3-5 555振蕩器輸出的振蕩波形如圖3-6所示：圖3-6 一個(gè)周期剛好為0.5s。3.2 計(jì)數(shù)功能電路的設(shè)計(jì)3.2.1 加法器的設(shè)計(jì)七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024各引腳功能如圖3-7示：圖3-7 4024加法器14腳為電源端，所接電源電壓范圍：+3V+5V，7腳接地GND。2腳為復(fù)位端（清零端），高電平有效。1腳為脈沖信號(hào)輸入端，下降沿有效（即計(jì)數(shù)器在脈沖下降沿時(shí)刻計(jì)數(shù)）。Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1是七個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，Q7位最高位，Q1位最低位。當(dāng)輸入脈沖信號(hào)后，計(jì)數(shù)器輸出端的狀態(tài)變化：00000001111111.本電路中的組合邏輯電路的輸出信號(hào)

22、為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Q7Q6Q5Q4Q3Q2，設(shè)計(jì)Q2信號(hào)頻率為1，而輸出應(yīng)為六個(gè)表示路口交通燈信號(hào)的發(fā)光二極管（一方為紅綠黃燈DR1，DG1，DY1;另一方為紅綠黃燈DR2,DF2,DY2）的控制信號(hào)，分別用LR1，LG1，LY1和LR2，LG2，LY2表示。但是一到DR1和DR2狀態(tài)相同，DG1和DG2狀態(tài)相同，DY1和DY2狀態(tài)相同，所以實(shí)際上只要三個(gè)輸出信號(hào)即可，分別用L1，L2，L3表示。本電路因?yàn)榭刂浦芷谑?4秒，所以只需要64個(gè)狀態(tài)，因此只要用4024輸出端的6個(gè)輸出端就可以了，本人決定用狀態(tài)Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2。組合邏輯電路的輸出信號(hào)L1，L2，L3與電路的輸

23、入信號(hào)Q7，Q6，Q5,Q4，Q3，Q2的關(guān)系的討論；信號(hào)燈的定義，L1表示紅燈，L2表示綠燈，L3表示黃燈。對(duì)于其中一路信號(hào)燈來(lái)說(shuō)，前32秒（對(duì)應(yīng)的4024計(jì)數(shù)器輸出端狀態(tài)Q7Q6Q5Q4Q3Q2為000000111111）紅燈1亮，綠燈1不亮。而在這32秒內(nèi)的時(shí)間內(nèi)，前24秒（對(duì)應(yīng)的4024計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)Q7Q6Q5Q4Q3Q2為000000111111）黃燈不亮。后8秒（對(duì)應(yīng)的4024計(jì)數(shù)器輸出端狀態(tài)Q7Q6Q5Q4Q3Q2為0101110111111）黃燈亮。另一路的燈亮狀態(tài)分析與上一路的分析完全相同。9綜上所述用如下真值表表示：編號(hào)Q7 Q6 Q5 Q4 Q3Q2L11 L12 L1

24、3 L21 L22 L23說(shuō)明0150 0 X X X X1 0 0 0 1 0紅1綠2亮16230 1 0 X X X1 0 0 0 1 0紅1綠2亮24310 1 1 X X X1 0 1 0 1 1紅1綠2黃12亮32471 0 X X X X0 1 0 1 0 0紅2綠1亮48551 1 0 X X X0 1 0 1 0 0紅2綠1亮56631 1 1 X X X0 1 1 1 0 1紅2綠1黃12亮從以上可知L11=Q7，L21=Q7,需要低電平有效時(shí)， L1=Q7L12=Q7，L22=Q7,需要低電平有效時(shí)， L2=Q7L13=L23=Q6Q5=Q6Q5考慮到黃燈需要閃爍，可以讓L

25、3信號(hào)和Q1信號(hào)（頻率為1Hz的脈沖波）加到一個(gè)二輸入的與非門(mén)的兩個(gè)輸入端，輸出信號(hào)為L(zhǎng)4L4=L3*Q1當(dāng)L3為0時(shí)，L4=1當(dāng)L3為1時(shí)，L4=Q1可見(jiàn)，需要L4低電平有效，這樣L3位0時(shí)，黃燈不亮，L3為1時(shí)，黃燈閃爍。由以上討論可知，需要兩個(gè)二輸入的與非門(mén)，三個(gè)非門(mén)，為節(jié)約期間，三個(gè)非門(mén)中的兩個(gè)非門(mén)用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)非門(mén)用三極管實(shí)現(xiàn)。這樣，需要四個(gè)二輸入的與非門(mén)，正好可以用芯片74LS00，一個(gè)三極管構(gòu)成的與非門(mén)。74LS00外形為DIP14，74LS00是一塊四-二輸入的數(shù)字集成芯片，內(nèi)有四個(gè)完全一樣的二輸入的與非門(mén)，14腳接Vcc（+5V），7腳接地GND。它們中的四個(gè)二輸入的與

26、非門(mén)如.3-8所示：圖3-8 74LS00其中A,B為與非門(mén)的兩個(gè)輸入端，Y為輸出端。額定拉電流4mA，額定灌電流8mA，額定輸出高電平電壓為3.6V。當(dāng)脈沖從555振蕩器發(fā)出后，通過(guò)4024計(jì)數(shù)器，因?yàn)?腳為脈沖信號(hào)輸入端，下降沿有效（即計(jì)數(shù)器在脈沖下降沿時(shí)刻計(jì)數(shù)）。所以通過(guò)Q2至Q7完成疊加功能，使其周期達(dá)到64s。4024計(jì)數(shù)器電路圖如圖3-9所示：圖3-9 4024計(jì)數(shù)器Q2至Q7輸出的波形如圖3-10所示：，圖3-10 加法器輸出信號(hào)113.2.2 減法器的設(shè)計(jì)可預(yù)置二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS193可預(yù)置二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS193如圖3-11圖3-11 193減法器74LS193外

27、形結(jié)構(gòu)為DIP16，其中8腳接地GND，16腳接+5V電源。CU加計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)輸入端。CD減計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)輸入端。Q3，Q2，Q1，Q0計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)輸出端，Q3為最高位，Q0為最低位。P3，P2，P1，P0計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)輸入端，當(dāng)計(jì)數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)該輸入端預(yù)置數(shù)，此時(shí)Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0。MR復(fù)位信號(hào)輸入端，上升沿有效，即當(dāng)MR從0跳到1時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位，此時(shí)Q3Q2Q1Q0=0000。當(dāng)MR=0時(shí)，計(jì)數(shù)器處于技術(shù)狀態(tài)。PL預(yù)置數(shù)功能控制器，低電平有效，當(dāng)PL=0時(shí)，計(jì)數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)PL=1時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。TCU加計(jì)數(shù)進(jìn)位信號(hào)輸出端。TCD減計(jì)數(shù)借位信號(hào)輸出端。

28、根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)置數(shù)為8，P3=1，接高電平（電源），P2=P1=P0=0，接低電平（地GND）。黃燈不亮，即L3=0時(shí)，計(jì)數(shù)器需要處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)；即PL=0，黃燈亮，即L3=1時(shí)，計(jì)數(shù)器需要處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，即PL=1?？梢?jiàn)，PL=L3。作為減法器使用，CU接高電平，CD接脈沖信號(hào)Q2。因計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)或預(yù)置數(shù)狀態(tài)，不能處于復(fù)位狀態(tài)，因此讓MR=0。從前面討論可知，多諧振蕩器振蕩頻率為2Hz。以此確定多諧振蕩器電路的電容和電阻。193減法器在電路中如圖3-12所示：圖3-12 193減法器3.3 譯碼功能的設(shè)計(jì)3.3.1 譯碼：七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74LS48四線七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74LS48

29、如圖3-13示：圖3-13 48驅(qū)動(dòng)器16腳接電源Vcc5V，8腳接地GND。DCBA為8421BCD碼數(shù)據(jù)輸入端，D為最高位，A為最低位。abcdefg（高電平有效，輸出電流小于6mA）為7個(gè)輸出端，分別接七段數(shù)碼管的7個(gè)輸入端abcdefg，所接數(shù)碼管必須是共陰數(shù)碼管。13LT燈測(cè)試輸入端，低電平有效，即當(dāng)此燈為低電平切BI/RBO為高電平（或開(kāi)路）時(shí)，輸出全為高電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全亮。BI/RBO消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效），只要此端為低電平，輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。RBI脈沖消隱輸入端，低電平有效。當(dāng)此端為低電平且ABCD也同時(shí)為低

30、電平是，輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。從以上結(jié)果知道，要讓數(shù)碼管正常顯示09,3,4,5腳都要接高電平。要讓數(shù)碼管19而不顯示0，則3接高電平，5接低電平，4懸空（或電源通過(guò)電阻接4）。這實(shí)際上就是消0，例于最高位的數(shù)碼管就希望是這樣。3.3.2 譯碼功能：四線-七段譯碼器4511四線七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器4511(內(nèi)帶上拉電阻)如圖3-14示：圖3-14 4511驅(qū)動(dòng)器 4511的使用與74LS48基本相同，但是有兩點(diǎn)需要注意：功能腳“5”的使用區(qū)別，74LS48是高電平有效，而4511是低電平有效。74LS48是內(nèi)帶限流電阻的，而4511是不帶限流電阻的，因此，在使用451時(shí)，

31、4511的輸出端與數(shù)碼管的輸入端之間是要串接限流電阻的。3.4 顯示電路的設(shè)計(jì)3.4.1 數(shù)碼管數(shù)碼管的輸出引腳排列方式如下圖3-15所示：圖3-15 數(shù)碼管數(shù)碼管的符號(hào)數(shù)碼管的輸出引腳有兩種形式，一種是上下排列，一種是兩邊排列。組成數(shù)碼管的七段實(shí)際上就是七個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)這七個(gè)發(fā)光二極管中不同的二極管亮?xí)r，就是現(xiàn)實(shí)09中不同的數(shù)字。數(shù)碼管的使用需要注意的是：數(shù)碼管有共陰數(shù)碼管和供養(yǎng)數(shù)碼管之分，所謂共陰數(shù)碼管就是公共端COM接地，所謂供養(yǎng)數(shù)碼管就是公共端COM接電源。二是要注意數(shù)碼管的電流大小，一般不要超過(guò)10mA.三是要注意各管腳功能的確定。在不清楚數(shù)碼管的基本情況時(shí)，可用測(cè)量的方法確定。電

32、源腹肌接公共端，電源正極通過(guò)一個(gè)電阻（5V電源時(shí)，電阻可為500到1K，12V電源時(shí)，電阻可為1.5K到2K），再加到任一輸入端，觀察數(shù)碼管的燈亮與不良情況，判斷數(shù)碼管的類(lèi)型各管腳。3.4.2 發(fā)光二極管電路最后實(shí)現(xiàn)的功能就是通過(guò)紅黃綠三種顏色的發(fā)光二極管表現(xiàn)的，如圖3-16所示：15圖3-16 二極管電路一個(gè)周期64秒，平均分配，前32秒紅燈亮，后32秒綠燈亮。在紅燈亮的期間的后8秒與紅燈在一起的黃燈閃爍；在綠燈亮的期間的后8秒與綠燈在一起的黃燈閃爍；在黃燈閃爍期間，數(shù)碼管同時(shí)倒計(jì)時(shí)顯示，在此期間外，數(shù)碼管不亮。3.5 仿真軟件及仿真3.5.1 仿真軟件Multisim介紹Multisim本

33、是加拿大圖像交互技術(shù)公司Interactive Image Technoligics簡(jiǎn)稱(chēng)IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具被美國(guó)NI公司收購(gòu)后更名為NI Multisim 而V13.0是其（即NINational Instruments）最新推出的Multisim最新版本。 目前美國(guó)NI公司的EWB的包含有電路仿真設(shè)計(jì)的模塊Multisim、PCB設(shè)計(jì)軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊Commsim 4個(gè)部分能完成從電路的仿真設(shè)計(jì)到電路版圖生成的全過(guò)程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4個(gè)部分相互

34、獨(dú)立可以分別使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4個(gè)部分有增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)版（Power Professional）、專(zhuān)業(yè)版（Professional）、個(gè)人版（Personal）、教育版（Education）、學(xué)生版（Student）和演示版（Demo）等多個(gè)版本各版本的功能和價(jià)格有著明顯的差異。 NI Multisim 13用軟件的方法虛擬電子與電工元器件虛擬電子與電工儀器和儀表實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NI Multisim 13是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。 NI Multisim 13的元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供

35、實(shí)驗(yàn)選用同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫(kù)而且建庫(kù)所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。 NI Multisim 13的虛擬測(cè)試儀器儀表種類(lèi)齊全有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器如萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒(méi)有的儀器如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。 NI Multisim 13具有較為詳細(xì)的電路分析功能可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、 時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法以幫助

36、設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。 NI Multisim 13可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫?duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障如開(kāi)路、短路和不同程度的漏電等從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時(shí)軟件還可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)列出被仿真電路的所有元器件清單以及存儲(chǔ)測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。 NI Multisim 13有豐富的Help功能其Help系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南更要的是包含有元器件的功能解說(shuō)Help中這種元器件功能解說(shuō)有利于使用EWB進(jìn)行CAI教學(xué)。另外NI Multisim13還提供

37、了與國(guó)內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件Protel及電路仿真軟件PSpice之間的文件接口也能通過(guò)Windows的剪貼板把電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版。支持VHDL和Verilog HDL語(yǔ)言的電路仿真與設(shè)計(jì)。 利用NI Multisim 13可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法相比具有如下特點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)修改調(diào)試方便設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全可以完成各種類(lèi)型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可方便地對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試參數(shù)、曲線和電路原理圖實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類(lèi)和數(shù)量不受限制實(shí)驗(yàn)成本

38、低實(shí)驗(yàn)速度快效率高設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可17以直接在產(chǎn)品中使用。 NI Multisim 13易學(xué)易用便于電子信息、通信工程、自動(dòng)化、電氣控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生自學(xué)、便于開(kāi)展綜合性的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新的能力。3.5.2 仿真結(jié)果0s24s：綠燈1，紅燈1亮，其余全不亮，如圖3-17所示圖3-17 仿真圖24s32s：綠燈1，紅燈1亮，黃燈1、黃燈2閃爍，數(shù)碼管從8開(kāi)始計(jì)時(shí)，如圖3-18所示圖3-18 仿真圖32s56s：綠燈2、紅燈2亮，其余全不亮，如圖3-19所示圖3-19 仿真圖56s64s：綠燈2、紅燈2亮，黃燈1、黃燈2閃爍，數(shù)碼管從8開(kāi)始計(jì)時(shí)，如圖3-20所示圖3-

39、20 仿真圖19第4章 電路板的設(shè)計(jì)第4章 電路板的設(shè)計(jì)4.1 電路設(shè)計(jì)軟件Altium designer介紹Altium Designer 提供了唯一一款統(tǒng)一的應(yīng)用方案，其綜合電子產(chǎn)品一體化開(kāi)發(fā)所需的所有必須技術(shù)和功能。Altium Designer 在單一設(shè)計(jì)環(huán)境中集成板級(jí)和FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)以及PCB版圖設(shè)計(jì)、編輯和制造。并集成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理功能,使得Altium Designer成為電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的完整解決方案一個(gè)既滿足當(dāng)前，也滿足未來(lái)開(kāi)發(fā)需求的解決方案。最新發(fā)布的 Altium Designer10 為您帶來(lái)了一個(gè)全新的管理元器件的方法，其中

40、包括新的用途系統(tǒng)、修改管理，新的生命周期和審批制度實(shí)時(shí)供應(yīng)鏈管理等更多的新功能。Release 10 將繼續(xù)保持不斷插入新的功能和技術(shù)的過(guò)程，使得您可以更方便輕松地創(chuàng)建您的下一代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 Altium 的統(tǒng)一的設(shè)計(jì)架構(gòu)以將硬件，軟件和可編程硬件等等集成到一個(gè)單一的應(yīng)用程序中而聞名。它可讓您在一個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)，甚或是整個(gè)團(tuán)隊(duì)里自由地探索和開(kāi)發(fā)新的設(shè)計(jì)創(chuàng)意和設(shè)計(jì)思想，團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)人都擁有對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的統(tǒng)一的設(shè)計(jì)視圖。Altium Designer 10 提供了一個(gè)強(qiáng)大的高集成度的板級(jí)設(shè)計(jì)發(fā)布過(guò)程，它可以驗(yàn)證并將您的設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，這些操作只需一鍵完成，從而避免了人為交互中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤

41、。發(fā)布管理系統(tǒng)簡(jiǎn)化規(guī)范了發(fā)布你的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的流程，或者更具體地說(shuō)，是那些項(xiàng)目中定義的配置， 直觀，簡(jiǎn)潔而且穩(wěn)定。更重要的是，該系統(tǒng)可以被直接鏈接到您的后臺(tái)版本控制系統(tǒng)。 新增的強(qiáng)大的預(yù)發(fā)布驗(yàn)證手段的組合 - 用以確保所有包含在發(fā)布中的設(shè)計(jì)文件都是當(dāng)前的，與存儲(chǔ)在您的版本控制系統(tǒng)中的相應(yīng)的文件“主人”保持同步的文件，并且通過(guò)了所有特定的規(guī)則檢查（ERC, DRC, 等等) 從而你可以在更高層面上控制發(fā)布管理，并可保證卓越的發(fā)布質(zhì)量。與過(guò)去以季節(jié)性主題（如Winter09，Summer09）來(lái)命名的方案不同，而是采用新型的平實(shí)的編號(hào)形式來(lái)為新的發(fā)布版本進(jìn)行命名。最新發(fā)布的Altium Designe

42、r - Release 10 將繼續(xù)保持不斷插入新的功能和技術(shù)的過(guò)程，使得您可以更方便輕松地創(chuàng)建您的下一代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 Altium 的統(tǒng)一的設(shè)計(jì)架構(gòu)以將硬件，軟件和可編程硬件等等集成到一個(gè)單一的應(yīng)用程序中而聞名。它可讓您在一個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)，甚或是整個(gè)團(tuán)隊(duì)里自由地探索和開(kāi)發(fā)新的設(shè)計(jì)創(chuàng)意和設(shè)計(jì)思想，團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)人都擁有對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的統(tǒng)一的設(shè)計(jì)視圖。在軟件解決方案的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，偶爾腦子里會(huì)跳出不斷進(jìn)化的創(chuàng)意，跳出的每一個(gè)創(chuàng)意都在它能做么，并且能給用戶帶來(lái)什么好處方面，帶領(lǐng)軟件的解決方案到一個(gè)更高的臺(tái)階。Release 10 的到來(lái)是對(duì)于Altium Designer的又一個(gè)進(jìn)化跳躍 是軟件及其功能

43、上的世代性的交替和革新，如果您愿意縱向追溯，其規(guī)模DXP平臺(tái)推出以來(lái)，從未見(jiàn)過(guò)的以單一的統(tǒng)一模式交付的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 此次飛躍的亮點(diǎn)是收集了大量令人印象深刻而廣泛全面的新技術(shù)，旨在不但幫助進(jìn)化管理你的設(shè)計(jì)信息的方式，而且還幫助你自動(dòng)配置發(fā)布程。AD10 與Altium Vault Server - 來(lái)自Altium的另一解決方案 - 提供了一個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它可以有效地識(shí)別并解決許多導(dǎo)致設(shè)計(jì)，發(fā)布和制造等進(jìn)程緩慢的各種問(wèn)題。它是一種非常具有創(chuàng)造性和革命性的智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)管理解決方案的重要組成部分是一個(gè)元器件管理系統(tǒng)。該元器件管理系統(tǒng)提供了真正的生命周期追蹤功能和器件檢驗(yàn)的獨(dú)立性。 A

44、ltium Designer 10 提供了一個(gè)強(qiáng)大的高集成度的板級(jí)設(shè)計(jì)發(fā)布過(guò)程，它可以驗(yàn)證并將您的設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，這些操作只需一鍵完成，從而避免了人為交互中可能出現(xiàn)的誤差。發(fā)布管理系統(tǒng)簡(jiǎn)化規(guī)范了發(fā)布您的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的流程，或者更具體地說(shuō)，是那些項(xiàng)目中定義的配置， 直觀，簡(jiǎn)潔而且穩(wěn)定。更重要的是，該系統(tǒng)可以被直接鏈接到您的后臺(tái)版本控制系統(tǒng)。 新增的強(qiáng)大的預(yù)發(fā)布驗(yàn)證手段的組合 - 用以確保所有包含在發(fā)布中的設(shè)計(jì)文件都是當(dāng)前的，與存儲(chǔ)在您的版本控制系統(tǒng)中的相應(yīng)的文件“主人”保持同步的文件，并且通過(guò)了所有特定的規(guī)則檢查（ERC, DRC, 等等) 從而可以在更高層面上控制發(fā)布管理，并可保證卓越的發(fā)

45、布質(zhì)量。4.2 電路原理圖本次設(shè)計(jì)采用555脈沖振蕩器為基礎(chǔ)，通過(guò)4024加法器，193減法器，4511驅(qū)動(dòng)器和數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。整體電路圖如圖4-1所示：21圖4-1 整體電路圖整體電路解說(shuō) 由芯片NE555構(gòu)成多諧振蕩器，從前面的討論可知，本電路振蕩頻率選用2Hz，本電路頻率高低由元件R1，R2，C2決定。按圖選用其參數(shù)后，振蕩頻率為：T=(R1+2R2)Cln2計(jì)算結(jié)果為T(mén)=0.5s多諧振蕩器的輸出信號(hào)（脈沖波）從555的“3”腳輸出送到七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024的輸入端“1”腳。當(dāng)Q7端狀態(tài)為低電平時(shí)（即前32個(gè)狀態(tài)）通過(guò)非門(mén)U3C輸出高電平，三極管飽和導(dǎo)通，接在這一路上的一紅燈一綠

46、燈（即一個(gè)方向的紅燈和另一個(gè)方向的綠燈亮）。而從U3C輸出接到另一路的一紅燈和一綠燈不亮。所以在裝配電路時(shí)，要注意紅燈和綠燈的位置。當(dāng)Q7端狀態(tài)為高電平時(shí)（即后32個(gè)狀態(tài)），通過(guò)非門(mén)U3C輸出低電平，三極管截止，接在這一路上的一紅燈一綠燈不亮（即一個(gè)方向的紅燈和另一個(gè)方向的綠燈不亮）。而從U3C輸出接到另一路的一紅燈和一綠燈亮。在Q6Q5同為高電平（1100011111）共8個(gè)狀態(tài)時(shí)，與非門(mén)U3B輸出低電平，再通過(guò)非門(mén)U3A輸出高電平，注意與非門(mén)U3D此時(shí)一個(gè)輸入信號(hào)為高電平，另一個(gè)信號(hào)接4024的輸出最低端，是一個(gè)振蕩信號(hào)，所以此時(shí)接在這里了的兩個(gè)黃燈閃爍。在Q6Q5不全為高電平（除1100

47、011111以外所有狀態(tài)）時(shí)，與非門(mén)U3B輸出高電平，再通過(guò)非門(mén)U3A輸出低電平，注意與非門(mén)U3D此時(shí)一個(gè)輸入信號(hào)為低電平，輸出恒為高電平，所以此時(shí)接在這一路的兩個(gè)黃燈不亮。同時(shí)，在Q6Q5不全為高電平（除1100011111以外所有狀態(tài)）時(shí)，與非門(mén)U3B輸出高電平，再通過(guò)非門(mén)U3A輸出低電平，這個(gè)低電平接在74LS193的PL端（注意PL端是低電平有效，是預(yù)置數(shù)功能端，PL=0時(shí)，芯片處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，PL=1，芯片處于計(jì)數(shù)狀態(tài)），所以，此時(shí)芯片處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，注意，預(yù)置數(shù)為8，同時(shí)，這個(gè)信號(hào)又接到4511R的BI端（BI為滅燈功能端，低電平有效），因此，此時(shí)數(shù)碼管全不亮。當(dāng)Q6Q5同為高電平

48、（1100011111）共8個(gè)狀態(tài)時(shí)，與非門(mén)U3B輸出低電平，再通過(guò)非門(mén)U3A輸出高電平，這個(gè)信號(hào)又接到4511R的BI端（BI為滅燈功能端，低電平有效），因此，此時(shí)數(shù)碼管正常工作。數(shù)碼管限流電阻的計(jì)算：4511輸出高電平5V，發(fā)光二極管的導(dǎo)通降為1.8V2.0V，若設(shè)計(jì)發(fā)光二極管電流為310mA，則限流電阻為300歐姆到1K歐姆。本電路選用1K。4.3 PCB的設(shè)計(jì)4.3.1 PCB的布線規(guī)則1.連線精簡(jiǎn)原則連線要精簡(jiǎn)，盡可能短，盡量少拐彎，力求線條簡(jiǎn)單明了，特別是在高頻回路中，當(dāng)然為了達(dá)到阻抗匹配而需要進(jìn)行特殊延長(zhǎng)的線就例外了，例如蛇行走線等。2.安全載流原則銅線的寬度應(yīng)以自己所能承載的電

49、流為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，銅線的載流能力取決于以下因素：線寬、線厚（銅鉑厚度）、允許溫升等，下表給出了銅導(dǎo)線的寬度和導(dǎo)線面積以及導(dǎo)電電流的關(guān)系（軍品標(biāo)準(zhǔn)），可以根據(jù)這個(gè)基本的關(guān)系對(duì)導(dǎo)線寬23度進(jìn)行適當(dāng)?shù)目紤]。3.電磁抗干擾原則電磁抗干擾原則涉及的知識(shí)點(diǎn)比較多，例如銅膜線的拐彎處應(yīng)為圓角或斜角（因?yàn)楦哳l時(shí)直角或者尖角的拐彎會(huì)影響電氣性能）雙面板兩面的導(dǎo)線應(yīng)互相垂直、斜交或者彎曲走線，盡量避免平行走線，減小寄生耦合等。一)通常一個(gè)電子系統(tǒng)中有各種不同的地線，如數(shù)字地、邏輯地、系統(tǒng)地、機(jī)殼地等，地線的設(shè)計(jì)原則如下：a.正確的單點(diǎn)和多點(diǎn)接地在低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1MHZ，它的布線和器件間的電感影響較

50、小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHZ時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其地線的長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)波長(zhǎng)的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。b.數(shù)字地與模擬地分開(kāi)若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)盡量使它們分開(kāi)。一般數(shù)字電路的抗干擾能力比較強(qiáng)，例如TTL電路的噪聲容限為0.40.6V，CMOS電路的噪聲容限為電源電壓的0.30.45倍，而模擬電路只要有很小的噪聲就足以使其工作不正常，所以這兩類(lèi)電路應(yīng)該分開(kāi)布局布線。c.接地線應(yīng)盡量加粗若接地線用很細(xì)的線條，則接地電位會(huì)隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應(yīng)將地線加粗，使它能通過(guò)三倍于印制板上的允許電流。如有可

51、能，接地線應(yīng)在23mm以上。d.接地線構(gòu)成閉環(huán)路只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。因?yàn)榄h(huán)形地線可以減小接地電阻，從而減小接地電位差。二)配置退藕電容PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印刷板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙?，退藕電容的一般配置原則是：a.電源的輸入端跨接10100uf的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uf以上的電解電容器抗干擾效果會(huì)更好。b.原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01uf0.1uf的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每48個(gè)芯片布置一個(gè)110uf的鉭電容（最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來(lái)的，這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)

52、表現(xiàn)為電感，最好使用鉭電容或聚碳酸醞電容）。c.對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。d.電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。三)過(guò)孔設(shè)計(jì)在高速PCB設(shè)計(jì)中，看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔也往往會(huì)給電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的負(fù)面效應(yīng)，為了減小過(guò)孔的寄生效應(yīng)帶來(lái)的不利影響，在設(shè)計(jì)中可以盡量做到：a.從成本和信號(hào)質(zhì)量?jī)煞矫鎭?lái)考慮，選擇合理尺寸的過(guò)孔大小。例如對(duì)6- 10層的內(nèi)存模塊PCB設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，選用10/20mil（鉆孔/焊盤(pán)）的過(guò)孔較好，對(duì)于一些高密度的小尺寸的板子，也可以嘗試使用8/18Mil的過(guò)孔。在目前技術(shù)條件下，很難使用更小

53、尺寸的過(guò)孔了（當(dāng)孔的深度超過(guò)鉆孔直徑的6倍時(shí)，就無(wú)法保證孔壁能均勻鍍銅）；對(duì)于電源或地線的過(guò)孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗。b.使用較薄的PCB板有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數(shù)。c.PCB板上的信號(hào)走線盡量不換層，即盡量不要使用不必要的過(guò)孔。d.電源和地的管腳要就近打過(guò)孔，過(guò)孔和管腳之間的引線越短越好。e.在信號(hào)換層的過(guò)孔附近放置一些接地的過(guò)孔，以便為信號(hào)提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過(guò)孔。5.環(huán)境效應(yīng)原則要注意所應(yīng)用的環(huán)境，例如在一個(gè)振動(dòng)或者其他容易使板子變形的環(huán)境中采用過(guò)細(xì)的銅膜導(dǎo)線很容易起皮拉斷等。6.安全工作原則要保證安全工作，例如要保證兩線最小間距要承

54、受所加電壓峰值，高壓線應(yīng)圓滑，不得有尖銳的倒角，否則容易造成板路擊穿等。7.組裝方便、規(guī)范原則走線設(shè)計(jì)要考慮組裝是否方便，例如印制板上有大面積地線和電源線區(qū)時(shí)（面積超過(guò)500平方毫米），應(yīng)局部開(kāi)窗口以方便腐蝕等。25此外還要考慮組裝規(guī)范設(shè)計(jì)，例如元件的焊接點(diǎn)用焊盤(pán)來(lái)表示，這些焊盤(pán)（包括過(guò)孔）均會(huì)自動(dòng)不上阻焊油，但是如用填充塊當(dāng)表貼焊盤(pán)或用線段當(dāng)金手指插頭，而又不做特別處理，（在阻焊層畫(huà)出無(wú)阻焊油的區(qū)域），阻焊油將掩蓋這些焊盤(pán)和金手指，容易造成誤解性錯(cuò)誤；SMD器件的引腳與大面積覆銅連接時(shí)，要進(jìn)行熱隔離處理，一般是做一個(gè)Track到銅箔，以防止受熱不均造成的應(yīng)力集中而導(dǎo)致虛焊；PCB上如果有12

55、或方形12mm以上的過(guò)孔時(shí)，必須做一個(gè)孔蓋，以防止焊錫流出等。4.3.2 PCB的設(shè)計(jì)1、畫(huà)原理圖，目地是生成對(duì)應(yīng)的網(wǎng)表用于建PCB，在圖上標(biāo)好元件值，元件位號(hào)用自動(dòng)標(biāo)注。 2、用原理圖生成PCB，這時(shí)會(huì)有DRC檢查，檢查不過(guò)的話去改好，檢查通過(guò)后會(huì)真接切換到PCB界面，這時(shí)原理圖就算是完成了。 3、PCB布局，一般按照先大后小的原則擺放，就是先放連接器再放芯片、阻容元件。一般連接器放在PCB邊上。 4、布線，按顯示的網(wǎng)絡(luò)飛線在電路上布線，注意線寬。 5、DRC檢查，這個(gè)一定要做，防止有沒(méi)布的線。 6、把PCB文件存檔后交給做電路板的就行了。如圖4-2所示圖4-2 PCB圖第5章 電路板的制作與調(diào)試5.1 電路板的調(diào)試通電前的檢測(cè)：檢查了原理圖與硬件是否一致，按照電路圖檢查安裝的線路，按照一定順序逐一檢查安裝好的線路，發(fā)現(xiàn)和原理圖一致，如圖5-1所示圖5-1 實(shí)物圖檢查完整體電路后，又逐一對(duì)電阻進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)與實(shí)際的有一定誤差，1K歐的電阻實(shí)際只有923歐，如圖5-2所示圖5-2 實(shí)物圖27第5章 電