《高頻電子線路》課程設計

1、遼 寧 師 范 大 學 高頻電子線路課程設計 (2009級本科題 目:定時器 4光控路燈 學 院:專 業(yè):班 級:班級學號:姓 名:指導教師:完成日期:2011 年 11月 1日目錄一.內(nèi)容摘要 2二.關鍵詞 2 2.1 PCB 2 2.2 74LS161 6 2.3 NE555 11 2.4 74LS04 13 2.5 74LS00 16三.主體部分 16 3.1 設計內(nèi)容及要求 16 3.1.1 設計內(nèi)容 16 3.1.2 要求 16 3.2 原理圖及工作原理 16 3.2.1 流程圖 16 3.2.2 原理圖 16 3.2.3 PCB圖 17 3.2.4 工作原理 17 3.3 元器件的

2、識別 18 3.4 組裝調(diào)試 19 3.5總結與展望 19四.參考文獻 21五.收獲與體會 22數(shù)字電子技術課程設計:光控路燈一 內(nèi)容摘要光控定時控制路燈電路,當天黑時,路燈自動點亮,模擬成動態(tài) 7秒后路燈自動關閉,夏 天 5秒后路燈自動關閉,第二天重復此過程。二 關鍵詞1.PCB一般 PCB 基本設計流程如下:前期準備 ->PCB結構設計 ->PCB布局 ->布線 ->布線優(yōu)化和絲 印 ->網(wǎng)絡和 DRC 檢查和結構檢查 ->制版。第一:前期準備。這包括準備元件庫和原理圖。 “工欲善其事,必先利其器” ,要做出一塊 好的板子,除了要設計好原理之外,還要畫得

3、好。在進行 PCB 設計之前,首先要準備好原理圖 SCH 的元件庫和 PCB 的元件庫。元件庫可以用 peotel 自帶的庫,但一般情況下很難找到合適 的,最好是自己根據(jù)所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。 原則上先做 PCB 的元件庫,再做 SCH 的元件庫。 PCB 的元件庫要求較高,它直接影響板子的安裝; SCH 的元件庫要求相對比較 松,只要注意定義好管腳屬性和與 PCB 元件的對應關系就行。 PS :注意標準庫中的隱藏管腳。 之后就是原理圖的設計,做好后就準備開始做 PCB 設計了。第二:PCB 結構設計。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項機械定位,在 PCB 設計環(huán) 境下繪制 P

4、CB 板面,并按定位要求放置所需的接插件、按鍵 /開關、螺絲孔、裝配孔等等。并 充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域(如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域 。第三:PCB 布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準備工作都做好 的話, 就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡表 (Design->CreateNetlist ,之后在 PCB 圖上導入網(wǎng)絡表 (Design->LoadNets 。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了,各管腳之間還有飛線提示連接。然 后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進行:.按電氣性能合理分區(qū),一般分為:數(shù)字電路區(qū) (即怕干擾、又產(chǎn)生干擾 、模擬電路區(qū) (怕干

5、擾 、功率驅(qū)動區(qū)(干擾源 ;. 完成同一功能的電路, 應盡量靠近放置, 并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡潔; 同時, 調(diào)整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔;. 對于質(zhì)量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度; 發(fā)熱元件應與溫度敏感元件分開放 置,必要時還應考慮熱對流措施;. I/O驅(qū)動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件;.時鐘產(chǎn)生器(如:晶振或鐘振要盡量靠近用到該時鐘的器件;.在每個集成電路的電源輸入腳和地之間, 需加一個去耦電容(一般采用高頻性能好的 獨石電容 ;電路板空間較密時,也可在幾個集成電路周圍加一個鉭電容。.繼電器線圈處要加放電二極管(1N4148即可 ;.布局要求要均衡,

6、疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉需要特別注意,在放置元器 件時,一定要考慮元器件的實際尺寸大小(所占面積和高度 、元器件之間的相對位置,以保 證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行性和便利性同時,應該在保證上面原則能夠體現(xiàn)的 前提下,適當修改器件的擺放,使之整齊美觀,如同樣的器件要擺放整齊、方向一致,不 能擺得“錯落有致” 。這個步驟關系到板子整體形象和下一步布線的難易程度,所以一點要花 大力氣去考慮。布局時,對不太肯定的地方可以先作初步布線,充分考慮。第四:布線。布線是整個 PCB 設計中最重要的工序。這將直接影響著 PCB 板的性能好壞。 在 PCB 的設計過程中,布線一般有這么三種境界的劃分:

7、首先是布通,這時 PCB 設計時的最基 本的要求。 如果線路都沒布通, 搞得到處是飛線, 那將是一塊不合格的板子, 可以說還沒入門。 其次是電器性能的滿足。 這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后, 認真調(diào) 整布線,使其能達到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了,也沒有什么影響電 器性能的地方,但是一眼看過去雜亂無章的,加上五彩繽紛、花花綠綠的,那就算你的電器性 能怎么好,在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一, 不能縱橫交錯毫無章法。 這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實現(xiàn), 否則就 是舍本逐末了。布線時主要按以下原則進行

8、:.一般情況下,首先應對電源線和地線進行布線,以保證電路板的電氣性能。在條件允 許的范圍內(nèi),盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源 線>信號線, 通常信號線寬為:0.20.3mm , 最細寬度可達 0.050.07mm , 電源線一般為 1.2 2.5mm 。 對數(shù)字電路的 PCB 可用寬的地導線組成一個回路 , 即構成一個地網(wǎng)來使用 (模擬電路的 地則不能這樣使用.預先對要求比較嚴格的線(如高頻線進行布線,輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰 平行,以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產(chǎn)生 寄生耦合。.振蕩器外殼接地,

9、時鐘線要盡量短,且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊 高速邏輯電路部分要加大地的面積,而不應該走其它信號線,以使周圍電場趨近于零;.盡可能采用 45o 的折線布線,不可使用 90o 折線,以減小高頻信號的輻射; (要求高 的線還要用雙弧線.任何信號線都不要形成環(huán)路,如不可避免,環(huán)路應盡量小;信號線的過孔要盡量少; .關鍵的線盡量短而粗,并在兩邊加上保護地。. 通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時, 要用 “地線 -信號 -地線” 的方式引出。 .關鍵信號應預留測試點,以方便生產(chǎn)和維修檢測用.原理圖布線完成后,應對布線進行優(yōu)化;同時,經(jīng)初步網(wǎng)絡檢查和 DRC 檢查無誤后, 對未布線區(qū)域

10、進行地線填充,用大面積銅層作地線用 , 在印制板上把沒被用上的地方都與地相 連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影?電源,地線各占用一層。 PCB 布線工藝要求.線一般情況下,信號線寬為 0.3mm(12mil,電源線寬為 0.77mm(30mil或 1.27mm(50mil; 線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于 0.33mm(13mil,實際應用中,條件允許時應考慮 加大距離;布線密度較高時,可考慮(但不建議采用 IC 腳間走兩根線,線的寬度為 0.254mm(10mil,線間距不小于 0.254mm(10mil。特殊情況下,當器件管腳較密,寬度較窄時,可按適當減小線寬和線間距。.焊盤(PAD

11、焊盤(PAD 與過渡孔(VIA 的基本要求是:盤的直徑比孔的直徑要大于 0.6mm ;例如, 通用插腳式電阻、電容和集成電路等,采用盤 /孔尺寸 1.6mm/0.8mm(63mil/32mil ,插座、 插針和二極管 1N4007等,采用 1.8mm/1.0mm(71mil/39mil 。實際應用中,應根據(jù)實際元件 的尺寸來定,有條件時,可適當加大焊盤尺寸; PCB 板上設計的元件安裝孔徑應比元件管腳的 實際尺寸大 0.20.4mm 左右。.過孔(VIA 一般為 1.27mm/0.7mm(50mil/28mil;當布線密度較高時,過孔尺寸可適當減小,但不宜 過小,可考慮采用 1.0mm/0.6

12、mm(40mil/24mil。.焊盤、線、過孔的間距要求PADandVIA : 0.3mm (12mil PADandPAD : 0.3mm (12mil PADandTRACK : 0.3mm (12mil TRACKandTRACK : 0.3mm (12mil 密度較高時:PADandVIA : 0.254mm (10mil PADandPAD : 0.254mm (10mil PADandTRACK : 0.254mm (10mil TRACKandTRACK : 0.254mm (10mil 第五:布線優(yōu)化和絲印。 “沒有最好的,只有更好的” !不管你怎么挖空心思的去設計,等 你畫完

13、之后,再去看一看,還是會覺得很多地方可以修改的。一般設計的經(jīng)驗是:優(yōu)化布線的 時 間 是 初 次 布 線 的 時 間 的 兩 倍 。 感 覺 沒 什 么 地 方 需 要 修 改 之 后 , 就 可 以 鋪 銅 了 (Place->polygonPlane 。鋪銅一般鋪地線(注意模擬地和數(shù)字地的分離 ,多層板時還可能 需要鋪電源。時對于絲印,要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時,設計時正視元 件面,底層的字做鏡像處理,以免混淆層面。第六:網(wǎng)絡和 DRC 檢查和結構檢查。首先,在確定電路原理圖設計無誤的前提下,將所生 成的 PCB 網(wǎng)絡文件與原理圖網(wǎng)絡文件進行物理連接關系的網(wǎng)絡檢查(

14、NETCHECK ,并根據(jù)輸出 文件結果及時對設計進行修正,以保證布線連接關系的正確性;網(wǎng)絡檢查正確通過后,對 PCB 設計進行 DRC 檢查,并根據(jù)輸出文件結果及時對設計進行修正,以保證 PCB 布線的電氣性能。 最后需進一步對 PCB 的機械安裝結構進行檢查和確認。第七:制版。在此之前,最好還要有一個審核的過程。PCB 設計是一個考心思的工作,誰的心思密,經(jīng)驗高,設計出來的板子就好。所以設計時 要極其細心,充分考慮各方面的因數(shù)(比如說便于維修和檢查這一項很多人就不去考慮 ,精 益求精,就一定能設計出一個好板子。2. 74LS1614 位二進制同步計數(shù)器(異步清除簡要說明:161 為 可預置

15、的 4位二進制同步計數(shù)器, 共有 54/74161 和 54/74LS161 兩 種線路結 構 型式,其主要電特性的典型值如下: 端 C LOCK 狀 態(tài)如何,即可完成清除功能。161 的 預置是同步的。 當置入控制器 L OAD 為 低電平時, 在 C LOCK 上升沿作用下,輸出端 QA-QD 與數(shù)據(jù)輸入端 A-D 相一致。對于54/74161, 當 C LOCK 由 低至高跳變或跳變前, 如果計數(shù)控制端 E NP 、 ENT為高電平, 則 L OAD 應 避免由低至高電平的跳變, 而 54/74LS161 無此種限制。161 的 計數(shù)是同步的,靠 C LOCK 同 時加在四個觸發(fā)器上而實

16、現(xiàn)的。 當ENP 、 ENT 均 為高電平時,在 C LOCK 上 升沿作用下 Q A -QD 同 時變 化, 從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于 54/74161,只 有當CLOCk 為 高電平時, ENP 、 ENT 才 允許由高至低電平的跳變,而54/74LS161 的 E NP 、 ENT 跳 變與 C LOCK 無 關。161 有超前進位功能。 當計數(shù)溢出時, 進位輸出端 (RCO 輸出 一個高電平脈沖,其寬度為 Q A 的 高電平部分。在不外加門電路的情況下,可級聯(lián)成 N 位 同步計數(shù)器。對于 54/74LS161,在 C LOCk 出 現(xiàn)前,即使 E NP 、 ENT 、

17、 CLEAR 發(fā) 生變化,電路的功能也不受影響。 管腳圖: 引出端符號:PCO 進位輸出端CLOCK 時鐘輸入端(上升沿有效CLEAR 異步清除輸入端(低電平有效 ENP 計數(shù)控制端ENT 計數(shù)控制端ABCD 并行數(shù)據(jù)輸入端LOAD 同步并行置入控制端(低電平有效 QA -QD 輸出端功能表: 極限值 說明:H -高電平L -低電平X -任意-低到高電平跳變電源電壓 -7V 輸入電壓54/74161-5.5V 54/74LS161-7V ENP 與 E NT 間電壓54/74161-5.5V 工作環(huán)境溫度54×××- -55125 74××&#

18、215;-070 貯存溫度 - -65150推薦工作條件: 邏輯圖 靜態(tài)特性(T A 為工作環(huán)境溫度范圍 動態(tài)特性(T A =2511 t PLH -輸出由低到高電平傳輸延遲時間t PHL -輸出由高到低電平傳輸延遲時間3.NE555ne555是一種應用特別廣泛作用很大的的集成電路, 屬于小規(guī)模集成電路, 在很多電子產(chǎn)品中都 有應用。 ne555的作用是用內(nèi)部的定時器來構成時基電路,給其他的電路提供時序脈沖。 ne555時基 電路有兩種封裝形式有,一是 dip 雙列直插 8腳封裝,另一種是 sop-8小型(smd 封裝形式。其他 ha17555、 lm555、 ca555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)

19、品。內(nèi)部結構和工作原理都相同。 ne555的內(nèi)部結 構可等效成 23個晶體三極管 .17個電阻 . 兩個二極管 . 組成了比較器 .RS 觸發(fā)器 . 等多組單元電路 . 特別 是由三只精度較高 5k 電阻構成了一個電阻分壓器 . 為上 . 下比較器提供基準電壓 . 所以稱之為 555.ne555屬于 cmos 工藝制造 .NE555引腳圖介紹如下1地 GND2觸發(fā)3輸出4復位5控制電壓6門限 (閾值127放電8電源電壓 Vcc. NE555的特點有:1. 只需簡單的電阻器、電容器,即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣,可由幾微秒至幾 小時之久。2. 它的操作電源電壓范圍極大,可與 TTL

20、 , CMOS 等邏輯電路配合,也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā) 準位,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,可直接推動多種自動控制的負載。4. 它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳,且價格便宜。5. 靜態(tài)電流 最大值 VCC = 5 V, RL = =6mA VCC =15 V, RL = =15mANE555引腳圖功能配置說明下: 圖 1-2 NE555各腳功能 -管腳圖Pin 1 (接地 -地線 (或共同接地 ,通常被連接到電路共同接地。Pin 2 (觸發(fā)點 -這個腳位是觸發(fā) NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于 2/3 VCC , 下緣須低于 1/3 V

21、CC 。Pin 3 (輸出 -當時間周期開始 555的輸出輸出腳位,移至比電源電壓少 1.7伏的高電位。周期的結 束輸出回到 O 伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約 200 mA 。Pin 4 (重置 -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被13接到正電源或忽略不用。Pin 5 (控制 -這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作 方式下 , 這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin 6 (重置鎖定 - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從 1/3 VCC電壓以下移至 2/3 VCC以上時啟動這個動作。Pi

22、n 7 (放電 -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力,當輸出為 ON 時為 LOW ,對地為 低阻抗,當輸出為 OFF 時為 HIGH ,對地為高阻抗。Pin 8 (V + -這是 555個計時器 IC 的正電源電壓端。供應電壓的范圍是 +4.5伏特 (最小值 至 +16伏 特 (最大值 。4.74LS04六反向器簡要說明04 為六組反向器, 共有 54/7404、 54/74H04、 54/74S04、 54/74LS04 四種線路結構形 式, 引出端符號1A -6A 輸入端1Y -6Y 輸出端邏輯圖14雙列直插封裝極限值電源電壓 .7V輸入電壓54/7404、 54/74H04、

23、 54/74S04.5.5V54/74LS047V工作環(huán)境溫度54XXX . -55125 74XXX . 070 存儲溫度 . -65150 功能表 推薦工作條件 靜態(tài)特性(T A 為工作環(huán)境溫度范圍 1: 測試條件中的“最小”和“最大”用推薦工作條件中的相應值。 動態(tài)特性 (TA =25 16 5.74LS00 17三.主體部分1. 設計內(nèi)容及要求1.1 設計內(nèi)容 根據(jù)原理圖制出 PCB 圖 將電腦繪制的 PCB 圖轉(zhuǎn)印到銅板上 腐蝕銅板打孔 涂松香 晾干焊接調(diào)試1. 原理圖及工作原理 2.2 PCB圖 2. 43工作原理光控定時控制路燈電路, 當天黑時, 路燈自動點亮, 模擬成動態(tài) 7秒

24、后路燈自動關閉, 夏天 5秒后路燈自動關閉,第二天重復此過程。3.元器件的識別3.1 二極管正負極的判定二極管的主要特點是單向?qū)щ娮饔??？梢杂糜诮涣麟姷恼骱蜔o線電波 的檢波。判斷二極管極性用萬能表 R*1 R*10 R*100檔均可。 紅、黑表筆分別 搭在被測二極管兩端,如果表針動作幅度較大(滿度的一半以上,則接紅筆 端為負極。如果表針不動或微動, 則紅筆端為正極。 一只管子要反復測幾次, 好的管子在正向?qū)〞r阻值較小(表針擺動較大,反向電阻極大表針幾乎不 動。3.2 電解電容正負極的判定- 2 -電容極性極性電容正負極判斷。只有電解電容的正極接電源正(電阻擋時 的黑表筆,負端接電源負(電阻

25、擋時的紅表筆時,電解電容的漏電流才小 (漏電阻大。4.組裝調(diào)試4.1 使用的主要儀器和儀表制板機、打孔機、示波器、穩(wěn)壓電源、交流毫伏表、信號發(fā)生器、萬用表、 電焊等。4.2注意事項1、 若電路板上元件焊錯了的解決辦法, 用網(wǎng)狀細銅絲 (可從廢的多股銅線或屏 蔽線上拆下來用,將一些銅絲放在要焊下來的地方,用電烙鐵加熱,就可以 將線路板上的焊錫吸到銅絲上,元件就可以拿下來了。2、 PCB 浸焊時 , 焊點的焊錫太少:助焊劑的活性不夠,影響了焊接時焊錫的 ” 爬錫 ” 能力,這樣你的焊點的焊錫就會少 。 有幾種可能:1、 PCB 上沒有助焊劑; 2、焊盤太小; 3、浸焊時間太短; 4、溫度太高; 5

26、、錫的熔點 不對。3、虛焊解決方法:是 40瓦烙鐵(頭尖的烙鐵頭上不要帶殘錫,放沾一下松 香、才不會使各腳粘連、要點是掌握好焊接速度和方法(由塊腳上向下一壓、 再向外一拖、切忌:水平?jīng)]到家的在好不要橫著集成塊腳上拉焊不然倆腳連 在一起就很難分開了。一次可以焊接一至兩個腳、焊接時小心謹慎?？春稿a有 點溶解就差不多了。如是換集成塊取下集成塊焊平電路板上多余的焊錫,對準方向與腳位焊上 好焊的一只腳,再焊相對另一腳,檢查集成塊的腳位是否都相應對齊后。就可 以放心的按照以上方法焊接了。簡單實用的方法就是 40瓦烙鐵 (頭尖的 烙鐵 頭上不要帶殘錫,放沾一下松香、才不會使各腳粘連、要點是掌握好焊接速度 和

27、方法(由塊腳上向下一壓、再向外一拖。4.3 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法焊板過程中注意,既不能放在錫絲太久也不能太短的時間了,因為太久了 可能會影響電路板上的鍍銅脫落,太短了的話又可能會導致虛焊。當電子器件 焊接錯誤或者是需要再次焊接時們應該很小心的拔出原來的器件,以防止弄壞 電路板上的鍍銅。在調(diào)試過程中注意輕拿輕放,不要把元器件及導線弄掉。調(diào)試中最多的是 沒有現(xiàn)象出現(xiàn),或是現(xiàn)象不明顯。很有可能是焊短路或是斷路,元器件虛焊。 接電源時注意正負極,以防燒壞元器件。使用萬用表時注意量程。若是沒有現(xiàn) 象, 要逐一檢查各部分是否有短路或斷路發(fā)生。 使用示波器時注意周期的計算, 得到穩(wěn)定波形。- 3 -遼寧師范大學課程設計專用紙 5總結與展望 5.1 設計電路的特點 電路的布線清晰，一目了然，元器件擺放美觀，總體來說，布局還算可以， 焊接點位置大小適中。 5.2 方案的優(yōu)缺點 設計方案的總體思路有誤，由于原理圖中的各阻值計算的太小，帶動不起來 555，故實驗現(xiàn)象沒有出來。 焊接和調(diào)試中出現(xiàn)的問題 （1）發(fā)光二極管接反了。 （2）有三次跳線，使板子整體的美觀感下降 （3）輸入電壓和輸出電壓接觸點錯誤。 （4）電路出現(xiàn)短路