電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)(簡版)

1、湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課 程數(shù)字電子技術(shù)題 目電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤專 業(yè)電子信息工程班 級XXX姓 名XXX指導(dǎo)教師XXXX2015年4月26日目錄1. 設(shè)計(jì)目的12. 設(shè)計(jì)任務(wù)13. 設(shè)計(jì)思路14. 設(shè)計(jì)過程14.1 設(shè)計(jì)方案14.2 電路設(shè)計(jì)原理14.3 元器件清單55. 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果55.1 主要元器件與設(shè)備介紹55.2 元器件安裝要求與原則85.3 元器件焊接的基本事項(xiàng)95.4 系統(tǒng)調(diào)試與分析96. PCB板的制作流程107. 課程設(shè)計(jì)體會與建議10I1. 設(shè)計(jì)目的（1）掌握數(shù)字電子技術(shù)的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和動手能力。（2）掌握PCB電路板的制作流程，學(xué)習(xí)常用的設(shè)計(jì)與仿真軟件

2、，如Protel 99 SE等。（3）通過理論和實(shí)際相結(jié)合，學(xué)會靈活運(yùn)用所學(xué)知識自主解決實(shí)踐中遇到的問題。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）利用10個(gè)發(fā)光二極管模擬幸運(yùn)物。（2）接通電源，10個(gè)發(fā)光二極管均被點(diǎn)亮。（3）按下按鍵，發(fā)光二極管高速循環(huán)點(diǎn)亮。 （4）發(fā)光二極管循環(huán)點(diǎn)亮速度越來越慢，并最終隨機(jī)停在某個(gè)發(fā)光二極管上。3. 設(shè)計(jì)思路根據(jù)電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤的功能要求，將電路劃分為四個(gè)單元功能模塊，即時(shí)鐘信號發(fā)生模塊、譯碼驅(qū)動LED顯示模塊、十進(jìn)制計(jì)數(shù)模塊和開關(guān)等邏輯控制模塊。4. 設(shè)計(jì)過程4.1 設(shè)計(jì)方案本電路由脈沖發(fā)生器和CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器脈沖分配器組成，脈沖發(fā)生器則由NE555及外圍元件構(gòu)成的多諧振

3、蕩器組成。10個(gè)發(fā)光二極管模擬幸運(yùn)物，當(dāng)按下按鍵1秒以上，發(fā)光二極管高速循環(huán)點(diǎn)亮，幾秒鐘后旋轉(zhuǎn)速度越來越慢，并最終隨機(jī)停止在某個(gè)發(fā)光二極管上。由47F電解電容C1的數(shù)值決定延遲時(shí)間，1F電解電容C2的數(shù)值決定循環(huán)速度。電源供電電壓為直流5V，也可以采用3節(jié)1.5V電池供電。電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)方框圖如下圖4.1所示。4.2 電路設(shè)計(jì)原理4.2.1 電路工作原理當(dāng)按下按鍵S1時(shí)Q1導(dǎo)通，NE555的3腳輸出脈沖，則CD4017的10個(gè)輸出端輪流輸出高電平驅(qū)動，10只LED輪流發(fā)光。松開按鍵后，由于有電容C1的存在，Q1不會立即截止。隨著C1兩端電壓的下降，Q1的導(dǎo)通程度逐漸減弱，3腳輸出脈沖的頻率變

4、慢，LED移動頻率也隨之變慢。當(dāng)C1放電結(jié)束后，Q1截止，NE555的3腳不再輸出脈沖，LED隨即停止移動。一次“開獎(jiǎng)”過程就這樣完成了。4.2.2 利用設(shè)計(jì)軟件畫原理圖（1）打開軟件Altium Disiginer Release 10，單擊菜單欄的File -> New -> Project -> PCB Project，即新建一個(gè)PCB工程。（2）建立原理圖文件，另存并重命名；建立PCB圖文件，另存并重命名；建立原理圖庫文件，另存并重命名；建立PCB封裝庫文件，另存并重命名。 （3）建立原理

5、圖庫文件，利用tool-> new component建立新元件，利用tool-> rename component保存新元件名。在左側(cè)SCH Library窗口中單擊Edit命令。（4）建立原理圖文件，繪制原理圖。原理圖如圖4.2(a)、4.2(b)所示。圖4.2(a) 電路原理圖圖4.2(b) 電路原理圖放大圖（5）建立PCB封裝庫文件，利用tool->new blank component建立新元件，在左側(cè)PCB Library窗口中雙擊原件的名字，進(jìn)行重命名。（6）進(jìn)行原理圖封裝設(shè)置。（7

6、）進(jìn)行ERC檢測電路檢測。（8）生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表。（9）裝載網(wǎng)絡(luò)表。（10）開始手動布線或自動布線。布線前需要設(shè)置布線參數(shù)。（11）手動布完線后進(jìn)行布線規(guī)則檢測，檢測并修改所有違反布線規(guī)則的錯(cuò)誤。最后檢測無誤的PCB封裝圖及3D效果圖如圖4.2(c)、4.2(d)所示。圖4.2(c) PCB封裝圖圖4.2(d) 3D效果圖4.3 元器件清單制作電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤所需元器件清單如下表4-3所示。表4-3 電子幸運(yùn)轉(zhuǎn)盤元器件清單器件型號數(shù)量電阻R1470K1電阻R210K1電阻R3470K1電阻R4100K1電解電容C147uF1電解電容C21uF1IC1集成電路NE5551IC2集成電路CD40171三極

7、管Q190311集成電路插座8P1集成電路插座16P1發(fā)光二極管LED1LED105mm10輕觸按鍵S16x6x101接線座X12P1PCB制作板65X65mm15. 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果5.1 主要元器件與設(shè)備介紹5.1.1 NE555集成電路芯片555定時(shí)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，擁有以下特點(diǎn)：（1）只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。（2）操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合。即它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。  （3）其輸出端的供給電流大，可直接推動多

8、種自動控制的負(fù)載。（4）它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。因此，它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端，觸發(fā)NE555使其啟動它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。3腳：輸出端Vo。4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)

9、將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：高觸發(fā)端，重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC，供應(yīng)電壓的范圍是+4.5V+16V。其引腳圖如圖5.1所示。圖5.1 NE555芯片引腳圖5.1.2 CD4017集成電路芯片CD4017 是5位Johnson計(jì)數(shù)器，其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對脈沖信號的分配，具有10個(gè)譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時(shí)鐘脈

10、沖上升和下降時(shí)間無限制。INH 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無效。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。Johnson計(jì)數(shù)器，提供了快速操作，2輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10個(gè)時(shí)鐘輸入周期CO信號完成一次進(jìn)位，并用作多級計(jì)數(shù)鏈的下級脈動時(shí)鐘。CD4017有10個(gè)輸出端（O0O9）和1個(gè)進(jìn)位輸出端O5-9。整個(gè)輸出時(shí)序就是O0、O1、O2、O9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。每輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，O5-9就可得到1個(gè)進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號可作為下一級的時(shí)鐘信號。CD401

11、7有3個(gè)輸入端（MR、CP0和CP1），MR為清零端。當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時(shí)其輸出O0為高電平，其余輸出端（O1O9）均為低電平。CP0和CPI是2個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號由CP0端輸入；若要用下降沿來計(jì)數(shù)，則信號由CPI端輸入。設(shè)置2個(gè)時(shí)鐘輸入端，級聯(lián)時(shí)比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。由此可見，當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。其引腳圖如圖5.2所示。圖5.2 CD4017芯片引腳圖5.1.3 發(fā)光二極管LED發(fā)光二極管（light emitting diode，簡稱LED）由鎵與砷、磷的化合物制成的二極管。

12、當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。其構(gòu)造圖如圖5.3所示。圖5.3 LED構(gòu)造圖5.1.4 三極管9014三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。三極管9014是一種

13、NPN型小功率三極管，常應(yīng)用于收音機(jī)、電動玩具等電子產(chǎn)品。其引腳圖如圖5.4所示。圖5.4 三極管9014引腳圖5.2 元器件安裝要求與原則5.2.1 元器件安裝的要求（1）安裝所有電子元器件時(shí)，其文字、數(shù)值標(biāo)記應(yīng)布置在容易目視的方向上（標(biāo)記向上、向外），以易于檢查和維修。（2）注意安裝的先后程序、位置方向和電極的極性。（3）安裝重量超過50g的元器件時(shí)，必須采用支承件、彎角件、固定架、夾具或其他機(jī)械形式固定；重量不足50g的元器件（如小型的電阻、電感元器件，晶體管器件等），應(yīng)用元器件的引出線直接繞固在焊片、支架片、接線架、印制板上進(jìn)行固定。（4）元器件引出線應(yīng)彎曲成圓弧形，并與根部保持一定的

14、距離，不可緊貼根部彎曲。這樣可防止元器件在安裝中引出線斷裂。（5）安裝時(shí)，相鄰元器件之間要有一定的空隙。 （6）對于調(diào)試中需要更換的元器件可先采用搭焊方法固定。5.2.2 元器件安裝的一般原則（1）按不同類型元器件的高度，從低到高分批次安裝、焊接。（2）保持整齊，同類元器件高度一致。（3）元器件一般要貼緊PCB電路板。（4）元器件的管腳長度要適中。管腳太短，元器件固定后沒有彈性，易折；太長則安裝不牢固、不美觀。5.3 元器件焊接的基本事項(xiàng)5.3.1 焊接前的準(zhǔn)備（1）焊接前要準(zhǔn)備好松香、松香油或無酸性焊劑。（2）焊接前，把需要焊接的地方先用小刀刮凈或者用比較細(xì)的砂紙擦干凈使它顯出金屬

15、光澤，涂上焊劑。5.3.2 焊接時(shí)的注意事項(xiàng)（1）焊接時(shí)電烙鐵應(yīng)有足夠的熱量，但不能過于高溫。才能保證焊接質(zhì)量，要注意不要虛焊和脫焊。（2）焊接時(shí)間不宜過長。（3）烙鐵離開焊點(diǎn)后，零件不能馬上移動，否則因焊錫尚未凝固，零件容易脫焊。（4）對接的元件接線最好先絞和后再上錫。（5）在焊接晶體管等非耐高溫器件時(shí)，最好用小鉗或鑷子夾住晶體管的引出腳幫助散熱，焊接時(shí)還要注意時(shí)間。5.4 系統(tǒng)調(diào)試與分析5.4.1 軟件仿真利用軟件Multisim對原理圖文件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)任務(wù)一致。5.4.2 硬件檢測經(jīng)調(diào)試試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)該作品基本能達(dá)到預(yù)期效果。6. PCB板的制作流程本次實(shí)訓(xùn)中采用濕膜工藝制單面

16、板。其制作流程（以實(shí)際操作順序?yàn)闇?zhǔn)）如下：底片輸出(將設(shè)計(jì)好的PCB圖打印在菲林膜上，一張為電路圖，一張為元器件圖)開料(對覆銅板開料)拋光(去除表面氧化物及油污)烘干(除去殘留水分)刷感光線路油墨(刷在覆有銅箔的一面)烘干(80，30min)貼膜(板子表面貼印有電路圖的菲林膜)曝光(利用曝光機(jī)對其曝光1min)顯影(將板子放入自動顯影機(jī)顯影)水洗烘干(除去殘留水分)蝕刻(溶解掉沒用的銅，40，1min)脫膜(需帶手套操作，將板子放入脫膜液中，2.5min)刷感光阻焊油墨(刷在覆有銅箔的一面)烘干(80，30min)曝光顯影水洗烘干(80，30min)刷感光文字油墨(刷在未覆有銅箔的一面)烘干(80，30min)貼膜(未覆銅箔的一面貼印有元器件的菲林膜，以便元器件能正確安裝)曝光顯影水洗熱固化(135，30min)手動打孔裁板(將板子裁成合適大小，并打磨邊緣使其平滑)。遇到的問題及解決方案：（1）如果底片輸出不夠清晰，可往底片上噴一些顯影水。（2）由于油墨久放變得粘稠，可添加油墨稀釋劑來稀釋。7. 課程設(shè)計(jì)體會與建議通過這次為期六天的實(shí)訓(xùn)，我們的專業(yè)技能得到了很大的鍛煉和提高。對于硬件制作有了深刻的體會，硬件制作不僅僅是單純的制作PCB板、焊接元器件等，也需要電子設(shè)計(jì)與仿真軟件的配合。在實(shí)際操作過程中，我們經(jīng)常會因一個(gè)小失誤，比如元器件接反