电子信息工程系毕业论文江阴职业技术学院毕业论文课题： 专题： 信号发生器的设计 显示部分专业电 子 信 息 工 程 系 黄 飞 飞 09 应 电 一 班
包 军 卫 学 生 姓 名 班 学 级 号<b
r />指 导 教 师 完 成 日 期电子信息工程系毕业论文摘 要设计了一种全量程交直流无档幅度显示， 该表不仅实现了交流直流的自动换 档，而且可完成全量程的自动转换。该表在 0～1000V 测量范围内都保证了较高 精度。该数字电压表由自动量程转换电路、有效值转换电路、A/D 转换电路、数 码显示部分电路组成。 自动量程转换电路由平均值电路将输入的被测电压转换输 入到档位判别电路的三路比较器中形成译码电路的控制信号， 译码电路在控制电 子四选一开关实现自动换档；有效值转换电路采用有效值转换单片集成电路，该 芯片可直接计算出任何含有直流和交流成分的复杂输入信号有效值；A/D 转换电 路用 MC14433，该芯片具有自动校零和自动极性转换功能；显示部分电路由 MC1413 七路达林顿驱动器列阵、CD4511BCD 七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电 源 MC1403 和共阴极 LED 发光数码管组成。AbstractDesign a full range of AC and DC voltage without file table, the table not only to achieve the AC to DC&#39;s automatic transmission, and can complete the full range of automatic conversion. The table in the measurement range of 0 ~ 1000V are guaranteed a high accuracy. The digital voltmeter by the automatic range switching circuit, RMS conversion circuit, A / D converter circuit, digital display part of the circuit components. Automatic range switching circuit to the input circuit by the average of the measured voltage conversion circuit is input to the stalls distinguish the formation of three-way comparator control signal decoding circuit, decoding circuit in the control of electronic four selected ana RMS conversion circuit RMS converter monolithic AD536A, the chip can be directly calculated with DC and AC components of any complex input signal RMS; A / D converter circuit with MC14433, the chip has automatic zero and automati shows part of the circuit by the MC1413 seven Lu Dalin Dayton drive array, CD4511BCD seven segment latch - decoder - drive, power supply MC1403bandgap reference and common cathode LED light digital tube.-I-电子信息工程系毕业论文目录摘 要.............................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................... I 目 录........................................................................................................................... II 第一章 绪论................................................................................................................. 11.1 选题背景及意义..................................................................................................................... 1 1.2 本课题的研究现状................................................................................................................. 1 1.3 选题目的及意义..................................................................................................................... 2第二章 总体方案......................................................................................................... 32.1 显示电路分析......................................................................................................................... 3 2.2 设计思路................................................................................................................................. 3 2.3 设计方案................................................................................................................................. 3 2.4 方案比较................................................................................................................................. 5第三章硬件设置........................................................................................................... 63.1 信号发生器的基本知识......................................................................................................... 6 3.2 幅度显示部分......................................................................................................................... 7 3.2.1 显示原理.............................................................................................................................. 7 3.2.2 幅度显示元器件介绍.......................................................................................................... 8 3.2.3 工作过程............................................................................................................................ 14 3.3 频率显示部分...................................................................................................................... 15第四章 安装与调试................................................................................................... 154.1 样机的装接与调试............................................................................................................... 15 4.2 设计的技术指标................................................................................................................... 18 4.3 多功能板的安装与调试....................................................................................................... 20 4.4 PCB 板的制作...................................................................................................................... 25结论............................................................................................................................. 31 致 谢......................................................................................................................... 32 参考资料..................................................................................................................... 33 附录............................................................................................................................. 34- II -电子信息工程系毕业论文第一章 绪论 1.1 选题背景及意义函数发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的信 号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种 波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿 波、矩形波（含方波） 、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在通信、广播、 电视系统，在工业、农业、生物医学等领域内，函数信号发生器在实验和设备检 测中具有十分广泛的用途。1.2 本课题的研究现状函数发生器既可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪、频谱仪 及其它自动测试设备的组成部分。 函数发生器的关键技术是多种高性能仪器的 支 撑技术，因为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源，可使相应系统的检 测过程大大简化，降低检测费用并极大地提高检测精度。美国安捷伦生产的 33250A 型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形，其输 出频率范围为 1μ Hz～80MHz，而输出幅度为 10mVpp～10Vpp；该公司生产的 8648D 射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达 9kHz～4GHz。 国产 SG1060 数字 合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形，频 率覆盖范围 为 1μ Hz～60MHz；国产 S1000 型数字合成扫频信号发生器通过采 用新技术、新 器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用 DDS 和锁相技术， 使频率范围从 1MHz～1024MHz 能精确地分辨到 100Hz，它既是一台高精度的扫 频源，同时也是 一台高精度的标准信号发生器。还有很多其它类型的信号发生 器，他们各有各的优点，但是函数发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精 度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。 目前，市场上的信号发生器 多种多样，一般按频带分为以下几种： 超高频：频率范围 1MHz 以上，可达几 十兆赫兹。 高频： 几百 KHZ 到几 MHZ。 低频： 频率范围为几十 HZ 到几百 KHZ。 超低频：频率范围为零点几赫兹到几百赫兹。超高频信号发生器，产生波形一般 用 LC 振荡电路。 高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路， 即 RC 振荡电路， 通过改变电容和电阻值，改变频率。 用以上原理设计的信号 发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲 波，其零点不可调，而且-1-电子信息工程系毕业论文价格也比较贵，一般在几百元左右。在实际应用中，超 低频波和高频波一般是 不用的，一般用中频，即几十 HZ 到几十 KHZ。用单片机 89S52,加上一片 DAC0832,就可以做成一个简单的信号发生器，其频率受单片机 运行的程序的控 制。再在 DAC0808 输出端加上一些电压变换电路，就完成了一个 频率、幅值、 零点均可调的多功能信号发生器的设计。这样的机器体积小，价格 便宜，耗电 少，频率适中，便于携带。1.3 选题目的及意义函数发生器是一种经常使用的设备， 由纯粹物理器件构成的传统的设计方 法 存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不够方便、信号失真较大、 波形 种类过于单一、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度便携性、稳 定性 等的要求,研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范 围宽、 便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景， 以满足军事和民用 领域对信号源的要求。本设计可以作为简单的函数发生器使用。本次设计准备在 成本交低廉的前提下完成，使用的都是该学习机上器件，主要性能指数都不是很 高，所以对此信号源的基本要求 是能发生几种常见的波形，正弦波，方波，三 角波，锯齿波，并且能够在一定的范围内改变频率。通过该课题的设计掌握以 AT89C52 为核心的单片机系统的软硬件开发过程和基本信号的产生原理、 测量及 误差分析方法，同时掌握函数发生器系统的设计流程；培养我们综合运用所学的 基本知识、基本理论和基本技能的能力，学习解决一般工程技术和有关专业问题 的能力，学习工程设计和科学研究的基本方法，完成对所学知识的综合训练。-2-电子信息工程系毕业论文第二章 总体方案 2.1 显示电路分析通过对显示部分的分析，可以把显示部分分为两个部分，一个是频率显示还 有一个是幅度的显示也就是电压的显示。 频率显示是由测频传输过来的经过移位寄存器 74LS164 从而在数码管上显示 出频率的多少！不同范围的频率都是可以区别出来的！频率分 MHZ,KHZ,HZ 这几 个都是可以通过 LED 灯显示出来的。 幅度显示它是直接从电源部分来的， ，不经过测频部分，所以我们要给它进行 特殊的处理，我们就用 ICL7107 进行 A/D 转换，使它能再 LED 上显示电压。2.2 设计思路由于频率显示于测频相关，而且频率显示方法就只有用液晶屏显示，所以不 建议修改，而幅度显示的修改方法有很多！不仅仅可以用单片机完成，也可以由 不同的芯片达到要求，所以本设计就采用了最简单的设计方法，频率显示部分不 做修改，改的只是幅度显示部分2.3 设计方案方 案 一 、 基 于 MC14433 的 数 字 电 压 表-3-电子信息工程系毕业论文方案一 基于 MC14433 的数字电压表方案一：该方案大致分为五个模块，分别为基准电压模块；A/D 转换模块； 字形译码驱动模块；显示电路模块；字位驱动模块。由上图可以清楚地看出，交 流电流经过 AC/DC 转换成直流，经过电阻分压集稳压放大后进入双积分转换器 MC14433 测量，再通过 CD4511 译码器经过 A/D 转换器位选电路送到 LED 显示， 完成电压测试。 方 案 二 、 基 于 INC 7107 数 字 电 压 表方案二，基于 INC 7107 数字电压表方案二： 该方案将直流电压和交流电压转换电路直接同芯片 INC7107 连接组 成，INC7107 将转换后的数据显示在 LED 显示数码管上。INC7017 为 CMOS3 1/2 为单片双积分式 A/D 转换器，集模拟部分的缓冲器、积分器、电压比较器、正负 电压参考源和模拟开关，以及数字部分的振荡器、计数器、锁存器、译码器、驱 动器、控制器和逻辑电路于一身的芯片。使用时只需少量电阻、电容等器件即可 完成模拟量到数字量的转换。 方 案 三 、 基 于 AT89C52 的 数 字 电 压 表-4-电子信息工程系毕业论文方案三、基于 AT89C52 的数字电压表 方案三：该方案采用 12M 晶振产生脉冲做 AT89C52 的内部时钟信号，通过软 件设置单片机的内部定时器 T0 产生中断信号。 利用中断设置单片机的 P2.4 口取 反产生脉冲做 AT89C52 的时钟信号。 单片机软件设置 ADC0808 开始 A/D 转换并将 转换结果存到片内 RAM。系统调出显示子程序，将保存结果转化为 0.00－5.00V 分别保存在片内 RAM；系统调出显示子程序，将转化后数据查表，输出到 LED 显 示电路，将相应电压显示出来，程序进入下一个循环。2.4 方案比较方案一：选用 A/D 转换芯片 MC14433、CD4511、MC1413、MC1403 实现电压的 测量，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是工作速度低，优点是精 度较高，工作性能比较稳定，抗干扰能力比较强。器件价格合适，采购方便，成 本低，易实施。 方案二：选用专用电压转化芯片 INC7107 实现电压的测量和控制。它包含 3 1/2 位数字 A/D 转换器，可直接驱动 LED 数码管。用四位数码管显示出最后的转 换电压结果。缺点是精度比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制。优点是 价格低廉。 方案三： 选用单片机 AT89S52 和 A/D 转换芯片 ADC0809 实现电压的转换和控 制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵；优点是转换精 度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。 综合比较三个方案，方案一结构简单，易实施，价格合适且工作精度高，比 较稳定，抗干扰能力强；而方案二虽然价格低廉，但是精度较低；方案三价格稍 贵且不易操作。综合比较我们选择了方案一。-5-电子信息工程系毕业论文第三章硬件设置 3.1 信号发生器的基本知识基本的函数发生器提供正弦波、方波和三角波，频率范围在 1MHz 到约 50MHz 之间。它产生一个方波信号。大多数普通价格的函数发生器都以一些单片 式集成电路(IC)为基础，并能提供正弦波、方波和三角波。价格较高者则能提供 触发信号*只有较宽的频率范围祁较稳定的频率． 具有可变的上升时间(对方波而 言)和可变的直流补偿．具有较高的频率准确度和较强的输出驱动能力，旦波形 失真度小。基本的函数发生器提供正弦波、方波和三角波，频率范围在 1MHz 到约 50MHz 之间。图 11.2 显示的是一个包含两个运算放大器的基本函数发生器。器件 A1 是-6-电子信息工程系毕业论文一个积分器，它提供一个三角波输出信号，它所产生的三角波信号通过正弦波形 成电路而产生正弦波信号输出。器件 A2 是一个电压比较器，它产生一个方波信 号。大多数普通价格的函数发生器都以一些单片式集成电路(IC)为基础，并能提 供正弦波、方波和三角波。价格较高者则能提供触发信号*只有较宽的频率范围 祁较稳定的频率．具有可变的上升时间(对方波而言)和可变的直流补偿．具有较 高的频率准确度和较强的输出驱动能力，旦波形失真度小。3.2 幅度显示部分 3.2.1 显示原理图 3.2.1 幅度显示框图 幅度显示将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。该系统(如图 所示)可采用 MC14433 一位 A/D 转换器、MC1413 七路达林顿驱动器阵列、CD4511 BCD 到七段锁存-译码-驱动器、基准电源 MC1403 和共阴极 LED 发光数码管组成。 本系统是 3 1/2 位数字电压表，3 1/2 位是指十进制数 .所谓 3 1/2 位 是指个位、十位、百位，其数字范围均为 0-99，而所谓半位是指千位数，它不 能从 0 变化到 9，而只能由 0 变到 1，即二指状态，所以称为半位-7-电子信息工程系毕业论文3.2.2 幅度显示元器件介绍一 ． 三 位 半 A／ D 转 换 器 MC14433 在数字仪表中，MC14433 电路是一个低功耗三位半双积分式 A／D 转换器。 和其它典型的双积分 A/D 转换器类似，MC14433A／D 转换器由积分器、比较器、 计数器和控制电路组成。如果必要设计应用者可参考相关参考书。使用 MC14433 时只要外接两个电阻(分别是片内 RC 振荡器外接电阻和积分电阻 RI)和两个电容 (分别是积分电容 CI 和自动调零补偿电容 C0)就能执行三位半的 A／D 转换。 MC14433 内部模拟电路实现了如下功能： （1） 提高 A／D 转换器的输入阻抗， 使输入阻抗可达 l00MΩ 以上；（2）和外接的 RI、CI 构成一个积分放大器，完成 V／T 转换即电压―时间的转换；（3）构造了电压比较器，完成“0”电平检出， 将输入电压与零电压进行比较，根据两者的差值决定极性输出是“1”还是“0”。 比较器的输出用作内部数字控制电路的一个判别信号；（4）与外接电容器 C0 构 成自动调零电路。MC14433 原理框图 除“模拟电路”以外，MC14433 内部含有四位十进制计数器，对反积分时间 进行 3 位半 BCD 码计数(0～1999)，并锁存于三位半十进制代码数据寄存器，在 控制逻辑和实时取数信号(DU)作用下，实现 A／D 转换结果的锁定和存储。借助 于多路选择开关，从高位到低位逐位输出 BCD 码 Q0～Q3，并输出相应位的多路选 通脉冲标志信号 DS1～DS4 实现三位半数码的扫描方式（多路调制方式）输出。 MC14433 内部的控制逻辑是 A／D 转换的指挥中心，它统一控制各部分电路 的工作。根据比较器的输出极性接通电子模拟开关，完成 A／D 转换各个阶段的-8-电子信息工程系毕业论文开关转换， 产生定时转换信号以及过量程等功能标志信号。 在对基准电压 VREF 进 行积分时，控制逻辑令 4 位计数器开始计数，完成 A／D 转换。 MC14433 内部具有时钟发生器，它通过外接电阻构成的反馈，井利用内部电 容形成振荡，产生节拍时钟脉冲，使电路统一动作，这是一种施密特触发式正反 馈 RC 多谐振荡器，一般外接电阻为 360kΩ 时，振荡频率为 100kHz；当外接电 阻为 470kΩ 时， 振荡频率则为 66kHz， 当外接电阻为 750kΩ 时， 振荡频率为 50kHz。 若采用外时钟频率。则不要外接电阻，时钟频率信号从 CPI(10 脚)端输入，时钟 脉冲 CP 信号可从 CPO(原文资料为 CLKO)(11 脚)处获得。MC14433 内部可实现极 性检测，用于显示输入电压 UX 的正负极性；而它的过载指示(溢出)的功能是当 输入电压 Vx 超出量程范围时，输出过量程标志 OR（低有效）。 MC14433 是双斜率双积分 A／D 转换器，采用电压―时间间隔(V／T)方式， 通过先后对被测模拟量电压 UX 和基准电压 VREF 的两次积分， 将输入的被测电压转 换成与其平均值成正比的时间间隔，用计数器测出这个时间间隔对应的脉冲数 目，即可得到被测电压的数字值。双积分过程可以做如下概要理解： 首先对被测电压 UX 进行固定时间 T1、固定斜率的积分，其中 T1=4000Tcp。显然， 不同的输入电压积分的结果不同（不妨理解为输出曲线的高度不同）。然后再以 固定电压 VREF 以及由 RI,CI 所决定的积分常数按照固定斜率反向积分直至积分器 输出归零，显然对于上述一次积分过程形成的不同电压而言，这一次的积分时间 必然不同。于是对第二次积分过程历经的时间用时钟脉冲计数，则该数 N 就是被 测电压对应的数字量。由此实现了 A／D 转换。积分电阻电容的选择应根据实际 条件而定。若时钟频率为 66kHz，CI 一般取 0.1μ F。RI 的选取与量程有关，量程 为 2V 时，取 RI 为 470kΩ ；量程为 200mV 时，取 RI 为 27kΩ 。 选取 RI 和 CI 的计算公式如下：式中，Δ UC 为积分电容上充电电压幅度,Δ UC = VDD - UX(max) - Δ U,Δ U = 0.5V,例如， 假定 CI=0.1μ F，DD=5V，CLK=66kHz。 UX(max)=2V 时， V f 当 代入上式可得 RI=480k Ω ，取 RI=470kΩ 。MC14433 设计了自动调零线路，足以保证精确的转换结果。 MC14433A／D 转换周期约需 16000 个时钟脉冲数，若时钟频率为 48kHz，则每秒 可转换 3 次，若时钟频率为 86kHz，则每秒可转换 4 次。-9-电子信息工程系毕业论文MC14433 采用 24 引线双列直插式封 装，外引线排列，参考右图的引脚标注， 各主要引脚功能说明如下： (1) 端：VAG，模拟地，是高阻输入端，作 为输入被测电压 UX 和基准电压 VREF 的参考 点地。 (2) 端：RREF，外接基准电压输入端。 (3) 端：UX，是被测电压输入端。 (4) 端：RI，外接积分电阻端。 (5) 端： I／CI， R 外接积分元件电阻和电容 的公共接点。 (6) 端，C1，外接积分电容端，积分波形 由该端输出。 (7) 和 (8) 端：C01 和 C02，外接失调补偿 电容端。推荐外接失调补偿电容 C0 取 0.1 μ F。 (9) 端：DU，实时输出控制端，主要控制转换结果的输出，若在双积分放电周期 即阶段 5 开始前，在 DU 端输入一正脉冲，则该周期转换结果将被送入输出锁存 器并经多路开关输出，否则输出端继续输出锁存器中原来的转换结果。若该端通 过一电阻和 EOC 短接，则每次转换的结果都将被输出。 (10) 端：CPI (CLKI)，时钟信号输入端。 (11) 端：CPO (CLKO)，时钟信号输出端。 (12) 端：VEE，负电源端，是整个电路的电源最负端，主要作为模拟电路部分的 负电源，该端典型电流约为 0.8mA，所有输出驱动电路的电流不流过该端，而是 流向 VSS 端。 (13) 端：VSS 负电源端． (14) 端：EOC，转换周期结束标志输出端，每一 A／D 转换周期结束，EOC 端输 出一正脉冲，其脉冲宽度为时钟信号周期的 1／2。 (15) 端：OR ，过量程标志输出端，当|UX|&VREF 时，OR 输出低电平，正常量程 OR 为高电平。 (16)～(19) 端：对应为 DS4～DS1，分别是多路调制选通脉冲信号个位、十位、 百位和千位输出端，当 DS 端输出高电平时，表示此刻 Q。～Q3 输出的 BCD 代码 是该对应位上的数据。 (20)～（23）端：对应为 Q0-Q3，分别是 A／D 转换结果数据输出 BCD 代码的最低 位(LSB)、次低位、次高位和最高位输出端。 (24) 端：VDD，整个电路的正电源端二 ． 七 段 锁 存 -译 码 -驱 动 器 CD4511 CD4511 是专用于将二-十进制代码(BCD)转换成七段显示信号的专用标准译 码器，它由 4 位锁存器，7 段译码电路和驱动器三布分组成。- 10 -电子信息工程系毕业论文(1) 四位锁存器(LATCH)：它的功能是将输入的 A，B，C 和 D 代码寄存起来，该 电路具有锁存功能，在锁存允许端（LE 端，即 LATCHENABLE）控制下起锁存数 据的作用。 当 LE=1 时，锁存器处于锁存状态，四位锁存器封锁输入，此时它的输出为前一 次 LE=0 时输入的 BCD 码； 当 LE=0 时， 锁存器处于选通状态， 输出即为输入的代码。 由此可见，利用 LE 端的控制作用可以将某一时刻的输 入 BCD 代码寄存下来，使输出不再随输入变化。 (2) 七段译码电路： 将来自四位锁存器输出的 BCD 代码 译成七段显示码输出， MC4511 中的七段译码器有两个控 制端： ① LT (LAMP TEST)灯测试端。当 LT = 0 时，七段译码 器输出全 1，发光数码管各段全亮显示；当 LT = 1 时， 译码器输出状态由 BI 端控制。 ② BI (BLANKING)消隐端。当 BI = 0 时，控制译码器为 全 0 输出，发光数码管各段熄灭。BI = 1 时，译码器正 常输出，发光数码管正常显示。 上述两个控制端配合使用，可使译码器完成显示上的一些特殊功能。 (3) 驱动器：利用内部设置的 NPN 管构成的射极输出器，加强驱动能力，使译 码器输出驱动电流可达 20mA。 CD4511 电源电压 VDD 的范围为 5V-15V，它可与 NMOS 电路或 TTL 电路兼容工作。 CD4511 采用 16 引线双列直插式封装，引脚分配见右图，真值表参见下图。 使用 CD451l 时应注意输出端不允许短路，应用时电路输出端需外接限流电阻。- 11 -电子信息工程系毕业论文三 ． 七 路 达 林 顿 驱 动 器 阵 列 MC1413 MC1413 采用 NPN 达林顿复合晶体管的结构，因此具有很高的电流增益和很 高的输入阻抗，可直接接受 MOS 或 CMOS 集成电路的输出信号，并把电压信号转 换成足够大的电流信号驱动各种负载．该电路内含有 7 个集电极开路反相器(也 称 OC0 门)。MC1413 电路结构和引脚如图 3 所示，它采用 16 引脚的双列直插式 封装。每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的续流二极管。 ，适合驱动 小功率灯组，继电器阵列，垂直控制电路组等等，用途广泛，在工业和消费类电 子中均有应用。其晶体管阵列耐压高，还设有反向电压抑制二极管，使其可稳定 驱动感性负载。峰值浪涌电流 500 毫安，可直接驱动小功率白炽灯。MC1413 为双列 16 脚封装，有直插式和表面安装式两种外形，如下图所示：MC1413 一个驱动级的电路示意图：- 12 -电子信息工程系毕业论文MC1413 内部电路与管脚连接示意图：（顶视图）四 ． 高 精 度 低 漂 移 能 隙 基 准 电 源 MC1403 MC1403 的输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关．该电路的特 点是： ① 温度系数小； 噪声小； 输入电压范围大， ② ③ 稳定性能好,当输入电压从+4． 变化到+15V 时， 5V 输出电压值变化量小于 3mV；④输出电压值准确 度较高，y。值在 2.475V～2.525V 以内；⑤ 压 差小，适用于低压电源；⑥ 负载能力小，该电源 最大输出电流为 10mA。 MC1403 用 8 条引线双列直插标准封装， 如右图所 示。五 ． 双 D 触 发 器 CD4013 中 文 资 料 CD4013 是 一 双 D 触 发 器 ,由 两 个 相 同 的 、 相 互 独 立 的 数 据 型 触 发 器 构 成 。每 个 触 发 器 有 独 立 的 数 据 、置 位 、复 位 、时 钟 输 入 和 Q 及 Q 输 出 ， 此 器 件 可 用 作 移 位 寄 存 器 ，且 通 过 将 Q 输 出 连 接 到 数 据 输 入 ，可 用 作 计 算 器 和 触 发 器 。在 时 钟 上 升 沿 触 发 时 ，加 在 D 输 入 端 的 逻 辑 电 平 传 送 到 Q 输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平 完成。- 13 -电子信息工程系毕业论文3.2.3 工作过程三位半数字电压表通过位选信号 DS1～DS4 进行动态扫描显示， 由于 MC14433 电路的 A／D 转换结果是采用 BCD 码多路调制方法输出， 只要配上一块译码器， 就可以将转换结果以数字方式实现四位数字的 LED 发光数码管动态扫描显示。 DS1～DS4 输出多路调制选通脉冲信号。 选通脉冲为高电平时表示对应的数位 DS 被选通，此时该位数据在 Q0～Q3 端输出。每个 DS 选通脉冲高电平宽度为 18 个 时钟脉冲周期， 两个相邻选通脉冲之间间隔 2 个时钟脉冲周期。DS 和 EOC 的时 序关系是在 EOC 脉冲结束后， 紧接着是 DS1 输出正脉冲。 以下依次为 DS2， 3 DS 和 DS4。其中 DS1 对应最高位(MSD)，DS4 则对应最低位(LSD)。在对应 DS2， DS3 和 DS4 选通期间，Q0～Q3 输出 BCD 全位数据，即以 8421 码方式输出对应 的数字 0～9．在 DS1 选通期间，Q0～Q3 输出千位的半位数 0 或 l 及过量程、欠 量程和极性标志信号。 在位选信号 DS1 选通期间 Q0～Q3 的输出内容如下： Q3 表示千位数，Q3=0 代表千位数的数宇显示为 1，Q3=1 代表千位数的数字显示为 0。Q2 表示被测电压的极性，Q2 的电平为 1，表示极性为正，即 UX&0，Q2 的电平为 0，表示极性为负，即 UX&0。显示数的负号(负电压)由 MC1413 中的一只晶体管控 制，符号位的“-’阴极与千位数阴极接在一起，当输入信号 UX 为负电压时，Q2 端输出置“0”， Q2 负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻 RM 使显示器 的“-”(即 g 段)点亮；当输入信号 UX 为正电压时，Q2 端输出置“1”，负号控 制位使达林顿驱动器导通，电阻 RM 接地，使“-”旁路而熄灭。小数点显示是由 正电源通过限流电阻 RDP 供电燃亮小数点。若量程不同则选通对应的小数点。过 量程是当输入电压 UX 超过量程范围时，输出过量程标志信号OR。---- 14 -电子信息工程系毕业论文-------当OR = 0 时，|UX|&1999，则溢出。|UX|&UR 则OR 输出低电平。当OR = 1 时，表 --示|UX|&UR 。平时 OR 输出为高电平，表示被测量在量程内。MC14433 的OR端与 ------MC4511 的消隐端BI 直接相连，当 UX 超出量程范围时，OR输出低电平，即OR = 0 --→BI = 0 ，MC4511 译码器输出全 0，使发光数码管显示数字熄灭，而负号和小 数点依然发亮。3.3 频率显示部分频率显示部分，只是从测频电路出来,进过 74LS1164 在数码管显示出来，本 设计对频率显示没做多大的设计，只是简单的进行数码管显示，所以显示部分没 多大的要求！ LED 数码管显示电路。数字系统中使用的是二进制数，但在数字测量仪表 和各种显示系统中， 为了便于表示测量和运算的结果以及对系统的运行情况进行 监测，常需要将数字量用人们习惯的十进制字符直观地显示出来，这就要靠专门 的译码电路把二进制数译成十进制字符，通过驱动电路由数码显示器显示出来。 LED 数码管的每段为一个或数个发光二极管， 加上相应的电压时， 对应段就发光。 在中规模集成电路中，常把译码和驱动电路集于一体，用来驱动数码管。在此实 验中采用的是 BCD 码数码显示器，第四章 安装与调试 4.1 样机的装接与调试一．调试工序 1.初调 2.常温老炼 3.面板功能检查 4.性能调整 5.高温老炼 6.面板功能检查 7.性能调整 8.装盖板、面板功能检查- 15 -电子信息工程系毕业论文二．调试仪器 1.MF-47 万用表 2.FLUKE-19 型数字万用表 3.TDS2024 型示波器 4．ZQ4126 失真度仪三．调试方法及要求 I 初调 1.外观和结构检查 仪器外观应整洁，无瑕疵，无斑痕，无机械损伤，金属 件镀层应完好，无锈 蚀现象，机构件、紧固件应可靠牢固；各操作件应稳固可靠、操作灵活、手感良 好；所有旋钮应位置适中，颜色一致。 2.印制板检查 检查仪器零部件、元器件是否有错装、漏装现象；线路板上是否存在虚焊、 锡连铜模断等不良现象。 3.电源调试 打开电源前，先检查各路电源的对地电阻，应与下表所示接近，否则可能存 在错装、锡连或铜模连等现象； 测试点(1x3 各脚) 参考对地电阻 正常电压 1# 10K +18V 2# 0 0 3# 10K -18V 4# 3.5K +15V 5# 420 +5V 6# 1.2K -15V上述阻值正常，接通电源开关，测各路电源应如上表所示。 注意：HE1601 的 1 号板为电源板，调试时可先断开所有与其他线路板相连的插 座，待测得各路电源正常后再连上。 4.将 RANGE-HZ 置 2K-20K 档，FUNCTION 选择三角波，ATWENUATOR 开关拔出， AMPLITUDE 置中，用 BNC 电缆将 OUTPUT 端接至示波器，接通电源观察有无三角 波信号产生，若无，则应分别检查信号产生部分、整形部分、放大输出部分、排 除各部分故障，并作相应记录。 注意：HE1601 的 2 号板为信号产生板，3 号板为正弦整形及放大板 5.检查方波和正弦波输出是否正常 6.检查其他频段波形输出是否正常 7.信号衰减检查：按下-20DB 和-40DB 开关，输出幅度应作相应变化 8.占空比调节检查：将方波信号接入示波器，按下 R/P 键，调节旋钮，占空比应 能变化，且无跳变。- 16 -电子信息工程系毕业论文9.直流电平调节检查：将 DC 键按下，调节旋钮，直流电平应能从-10V 到+10V 之 间变化 10.用示波器测 TTL 端是否有 TTL 电平方波输出。若无，则查相应电路 11.检查频率显示是否正常，内测频正常情况下，将 EXT 键按入，将本机信号 （0.5V―10V）输入 EXT SIGNAL 端，检查外测频是否正常 注意：HE1601 的 4 号板为测频板 12.检查幅度显示是否正常 II 性能调整 1.做性能前，应先将仪器通电开机预热 10 分钟 2．方波对称 在 2K-20K 档，在频率下限调节 2W3，使方波对称 在频率上限，调节 2W4，使方波对称 3.在 2K-20K 档，Vp_p=5V 时，调节 3W52，使正弦波直流电位与三角波直流电位 一致 4.方波瞬态响应 F=200Hz,Vp_p=5V,调节 2W7，使上冲≤3% F=2MHz,Vp_p=5V,调节 3 C1,使上冲≤3%，上升时间≤50ns 5.正弦失真 在 F=1KHZ，Vp_p=5V,调节 2W5,2W6 使正弦失真≤1%，并检查中频、高频的正弦 失真，使正弦失真≤1% 6.直流电平调节 将 DC 键按出，调节 3W1，使输出直流电平≤±0.1V。将 DC 键按下，调节其旋钮， 直流电平应能从-10V 到+10V 之间变化 7.显示频率一致性调节 各档频率上下限值应大于该档频率范围，且各档的值基本保持一致 8.外测频灵敏度的调节 调节 4W1，保证外测频状态下 0.5V 信号输入时，能准确测频 9.幅度显示调节 将实际输出幅度调为 20V，调节 5W5 使显示值与其一致。 仪器初调完成后，还应检查线路板有无虚焊、松动现象，焊点应光滑，连接线应 可靠连接，走线美观、紧凑。检查无误后，送老炼房常温老练 24 小时，老炼过 处中发现仪器出现故障应及时关机，查明故障原因，作出记录，故障排除后应重 新老炼。切莫使仪器带故障老炼！- 17 -电子信息工程系毕业论文四．高温老炼 仪器性能调完后，将仪器送人高温老炼房。老炼房的环境温度为 40℃，时间 48 小时，注意观察仪器的工作情况，如有故障，应即时查明原因，并作记录，排除 后，应先进行常温老炼，再进行高温老练。五．面板功能检查，性能检查 将仪器拿出老炼房，开机预热 10 分钟后，对仪器的功能，性能进行检查和调整， 各项功能和性能应符合性能调整中德规定和要求。六．装盖板，面板功能检查 确信仪器无误后，再次检查仪器是否有机械损伤，个紧固件是否有松动现象，仪 器内部是否合乎工艺标准，确认无误后，装上仪器的上下盖板，再次检查仪器的 各项功能，将符合要求的仪器放入成品区，准备送检。4.2 设计的技术指标设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案 选择，然后对方案中的各个部分进行单元的设计，参数计算和器件选择，最后将 各个部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。一． 明确系统的设计任务要求 对系统的设计任务进行具体分析， 充分了解系统的性能， 指标， 内容及要求， 以明确系统应完成的任务。 二． 方案选择 这一步的工作要求是把系统要完成的任务分配给若干个单元电路， 并画出一 个能表示各单元功能的整机原理框图。 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务，要求 和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要敢于探索，勇于创新，力争做到 设计方案合理，可靠，经济，功能齐全，技术先进。并且对方案要不断进行可行 性和有缺点的分析，最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映应完成的任务 和各组成部分的功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。 三． 单元电路的设计，参数计算和期间选择- 18 -电子信息工程系毕业论文根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路的设计，参 数计算和器件选择。 1． 单元电路设计 单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整机设计水平。 每个单元电路设计前都需明确各单元电路的任务， 详细拟定出单元电路的性 能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿传 输的先进的电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅 单元电路本身要设计合理， 各单元电路间也要互相配合， 注意各部分的输入信号， 输出信号和控制信号的关系。 2． 参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计 算。例如，放大电路中各电阻值，放大倍数的计算；振荡器中电阻，电容，振荡 频率等参数的计算。只有很好的理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算 的参数才能满足设计要求。 参数计算时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计要 求的功能，在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题： （1） 元器件的工作电流，电压，频率和功耗等参数应能满足电路指标的要 求； （2） 元器件的极限参数必须留有足够充裕量，一般应大于额定值的 1．5 倍； （3） 电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3． 器件选择 （1） 元件的选择 阻容电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对 电阻和电容性能要求也不同，有解电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电 阻， 电容的性能和容量要求很高。 例如滤波电路中常用大容量 （100ｕF～3000uF） 铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小容量（0．01uF～0．1uF）瓷片电容。 设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件， 并要注意功耗， 容量， 频率和耐压范围是否满足要求。 （2） 分立元件的选择 分立元件包括二极管，晶体三极管，场效应管，光电二（三）极管，晶闸管 等。根据其用途分别进行选择。 选择的期间种类不同，注意事项也不同。例如选择晶体三极管时，首先注意 是选择 NPN 型还是 PNP 型管，是高频管还是低频管，是大功率管还是小功率管， 并注意管子的参数 PCM ， ICM ， BVCEO ， ICBO ， β ， T 和 β 是否 满足电路设计指标的要求，高频工作时，要求 T = （5～10） ， 为工作频率。 （3） 集成电路的选择 由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能， 所以选用集成电 路来设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能 可靠，便于调试及运用，在设计电路时颇受欢迎。 集成电路又模拟集成电路和数字集成电路。国内外已生成出大量集成电路， 其器件的型号，原理，功能，特征可查阅有关手册。 选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗，电- 19 -电子信息工程系毕业论文压，速度，价格等多方面的要求。 四． 电路图的绘制 为详细表示设计的整机电路及各单元电路的连接关系， 设计时需绘制完整电 路图。 电路图通常是在系统框图，单元电路设计，参数计算和器件选择的基础上绘 制的，它是组装，调试和维修的依据。绘制电路图时要注意一下几点： （1） 布局合理，排列均匀，图片清晰，便于看图，有利于对图的理解和阅 读。 有时一个总电路由几部分组成，绘图时应尽量把总电路图画在一张图纸上。 如果电路比较复杂，需绘制几张图，则应把主电路画在同一张图纸上，二把一些 比较独立和次要的部分画在另外的图纸上，并在图的断口两端做上标记，标出信 号从一张图到另一张图的引出点和引入点， 以此说明各图纸在电路连线之间的关 系。 有时为了强调并便于看清各单元电路的功能关系， 每一个功能单元电路的 元件应集中布置在一起，并尽可能按工作顺序排列。 （2） 注意信号的流向，一般从输入端和信号源画起，由左至右或由上至下 按信号的流向依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。 （3） 图形符号要标准，图中应加适当的标注。图形符号表示器件的项目或 概念。电路图中的中，大规模集成电路器件，一般用方框表示，在方框中标出它 的型号，在方框的变新两侧标出每根线的功能名称和管脚号。图中，大规模器件 外，其余元器件符号应当标准化。 （4） 连接线应为直线，并且交叉和折弯应最少。通常连接可以水平或垂直 布置，一般不画斜线，互相连同的交叉除用原点表示，根据需要，可以在连接线 上加注信号名或其他标记，表示其功能或其去向。由的连线可用符号表示，例如 期间的电源一般标电源电压的数值，地线用符号（┴）表示。4.3 多功能板的安装与调试一般的制作工序是：先设计好元器件的布局、铜箔走线图；然后按照图纸依 次安装元件，焊接引脚固定并剪脚，安装顺序是先小元件后大元件，一些容易受 静电损伤的半导体器件要最后安装；最后才来连通走线。走线的连接虽然可以使 用跨接方式，但为了方便今后正式产品的 PCB 布板要求，应尽量少用跨接或非规 范的跳线。长距离的走线应注意分段焊接固定，间距较小、容易碰线的走线宜使 用绝缘导线，如漆包线、塑皮硬线等，线径应根据电流大小确定，如果没有电流 要求，一般选用 0.5mm 左右线径。从照片中可以看出，制作一次性万用电路板， 难度还是比较大的，需要有娴熟的焊接技术，才能够顺利地完成复杂电路板的装 配工作。do 了很大的方便，或许它已成为你电子实验中不可缺少的一部分。多 功能板是一种按照标准 IC 间距（2.54mm）布满焊盘、可按自己的意愿插装元器- 20 -电子信息工程系毕业论文件及连线的印制电路板，俗称“洞洞板”。相比专业的 PCB 制版，洞洞板具有以 下优势：使用门槛低，成本低廉，使用方便，扩展灵活。比如在大学生电子设计 竞赛中，作品通常需要在几天时间内争分夺秒地完成，所以大多使用洞洞板。洞洞板的选择 目前市场上出售的洞洞板主要有两种，一种焊盘各自独立（图 1，以下简称单孔 板），另一种是多个焊盘连在一起（图 2，以下简称连孔板），单孔板又分为单 面板和双面板两种。根据笔者的经验，单孔板较适合数字电路和单片机电路，连 孔板则更适合模拟电路和分立电路。因为数字电路和单片机电路以芯片为主，电 路较规则；而模拟电路和分立电路往往较不规则。分立元件的引脚常常需要连接 多根线，这时如果有多个焊盘连在一起就要方便一些。当然这并不绝对，每个人 的喜好不一样，选择自己用起来比较顺手的就 OK 了。图 1 单孔板图 2 连孔板另外，读者需要区分两种不同材质的洞洞板：铜板和锡板。铜板的焊盘是裸 露的铜，呈现金黄色，平时应该用纸包好保存，以防止焊盘氧化，万一焊盘氧化 了（焊盘失去光泽、不好上锡），可以用棉棒蘸酒精清洗或用橡皮擦拭。焊盘表 面镀了一层锡的是锡板，焊盘呈现银白色，锡板的基板材质要比铜板坚硬，不易 变形。他们的价格也有区别，以大小为 100 cm2（10cm×10cm）的单面板为例： 铜板价格 3~4 元，锡板 7~8 元，一般每平方厘米不超过 8 分钱。- 21 -电子信息工程系毕业论文焊接前的准备 在焊接洞洞板之前需要准备足够的细导线（图 3）用于走线。细导线分为单 股的和多股的（图 4）：单股硬导线可将其弯折成固定形状，剥皮之后还可以当 作跳线使用；多股细导线质地柔软，焊接后显得较为杂乱。图 3 细导线图 4 多股和单股细导线洞洞板具有焊盘紧密等特点，这就要求我们的烙铁头有较高的精度，建议使 用功率 30W 左右的尖头电烙铁。同样，焊锡丝也不能太粗，建议选择线径为 0.5 ~0.6mm 的。 洞洞板的焊接方法 对于元器件在洞洞板上的布局，大多数人习惯“顺藤摸瓜”，就是以芯片等 关键器件为中心，其他元器件见缝插针的方法。这种方法是边焊接边规划，无序 中体现着有序，效率较高。但由于初学者缺乏经验，所以不太适合用这种方法， 初学者可以先在纸上做好初步的布局， 然后用铅笔画在洞洞板正面 （元件面） 上， 继而也可以将走线规划出来，方便自己焊接。- 22 -电子信息工程系毕业论文洞洞板的焊接方法，一般是利用前面提到的细导线进行飞线连接，飞线连接 没有太多的技巧，但应尽量做到水平和竖直走线，整洁清晰（图 5） 。现在网上 流行一种方法叫锡接走线法，如图 6 所示，工艺不错，性能也稳定，但比较浪费 锡。纯粹的锡接走线难度较高，受到锡丝、个人焊接工艺等各方面的影响。如果 先拉一根细铜丝，再随着细铜丝进行拖焊，则简单许多。洞洞板的焊接方法是很 灵活的，因人而异，找到适合自己的方法即可。图 5 常用的飞线连接法洞洞板的焊接技巧 很多初学者焊的板子很不稳定，容易短路或断路。除了布局不够合理和焊工不良 等因素外，缺乏技巧是造成这些问题的重要原因之一。掌握一些技巧可以使电路 反映到实物硬件的复杂程度大大降低，减少飞线的数量，让电路更加稳定。下面 就笔者的经验谈谈洞洞板的焊接技巧。 1. 初步确定电源、地线的布局 电源贯穿电路始终，合理的电源布局对简化电路起着十分关键的作用。某些 洞洞板布置有贯穿整块板子的铜箔， 应将其用作电源线和地线； 如果无此类铜箔， 你也需要对电源线、地线的布局有个初步的规划。 2. 善于利用元器件的引脚 洞洞板的焊接需要大量的跨接、跳线等，不要急于剪断元器件多余的引脚， 有时候直接跨接到周围待连接的元器件引脚上会事半功倍。另外，本着节约材料 的目的，可以把剪断的元器件引脚收集起来作为跳线用材料。 3. 善于设置跳线 特别要强调这一点，多设置跳线不仅可以简化连线，而且要美观得多，见图 7。- 23 -电子信息工程系毕业论文图 6 锡接走线法图 7 多使用跳线4. 善于利用排针 笔者喜欢使用排针，因为排针有许多灵活的用法。比如两块板子相连，就可 以用排针和排座。排针既起到了两块板子间的机械连接作用，又起到电气连接的 作用。这一点借鉴了电脑的板卡连接方法。 5. 在需要的时候隔断铜箔 在使用连孔板的时候，为了充分利用空间，必要时可用小刀割断某处铜箔， 这样就可以在有限的空间放置更多的元器件。 6. 充分利用双面板- 24 -电子信息工程系毕业论文双面板比较昂贵，既然选择它就应该充分利用它。双面板的每一个焊盘都可 以当作过孔，灵活实现正反面电气连接。 7. 充分利用板上的空间 芯片座里面隐藏元件，既美观又能保护元件（图 8） 。图 8 芯片座内隐藏元件“洞洞板”给我们带来了很大的方便， 或许它已成为你电子实验中不可缺少的一 部分。4.4 PCB 板的制作一、电路版设计的先期工作 1、利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。当然，有些 特殊情况下，如电路版比较简单，已经有了网络表等情况下也可以不进行原理 图的设计，直接进入 PCB 设计系统，在 PCB 设计系统中，可以直接取用零件封 装，人工生成网络表。 2、手工更改网络表 将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到 与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。将一些原理图 和 PCB 封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和 PCB 封装库中的一致， 特别是二、三极管等。 二、画出自己定义的非标准器件的封装库 建议将自己所画的器件都放入一个自己建立的 PCB 库专用设计文件。- 25 -电子信息工程系毕业论文三 、 设 置 PCB 设 计 环 境 和 绘 制 印 刷 电 路 的 版 框 含 中 间 的 镂 空 等 1、进入 PCB 系统后的第一步就是设置 PCB 设计环境，包括设置格点大小和 类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值， 而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。 2、规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。在需 要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。对于 3mm 的螺丝可用 6.5~8mm 的外 径和 3.2~3.5mm 内径的焊盘对于标准板可从其它板或 PCB izard 中调入。 注意：在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成 Keep Out 层，即禁止布 线层。 四 、 打 开 所 有 要 用 到 的 PCB 库 文 件 后 ，调 入 网 络 表 文 件 和 修 改 零 件 封 装 这一步是非常重要的一个环节，网络表是 PCB 自动布线的灵魂，也是原理图 设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。 在原理图设计的过程中，ERC 检查不会涉及到零件的封装问题。因此，原理图设 计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充 零件的封装。 当然，可以直接在 PCB 内人工生成网络表，并且指定零件封装。 五、布置零件封装的位置，也称零件布局 Protel99 可以进行自动布局,也可以进行手动布局。如果进行自动布局，运 行&Tools&下面的&Auto Place&,用这个命令，你需要有足够的耐心。布线的关键 是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键 不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。Protel99 在布局 方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。使用自 动选择方式可以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可 以移动到板上所需位置上了。当简易的布局完成后，使用自动对齐方式整齐地展 开或缩紧一组封装相似的元件。 提示：在自动选择时，使用 Shift+X 或 Y 和 Ctrl+X 或 Y 可展开和缩紧选定组件 的 X、Y 方向。 注意：零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综 合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的 器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。 六、根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定 假如板上空间允许则可在板上放上一些类似于实验板的布线区。对于大板 子，应在中间多加固定螺丝孔。板上有重的器件或较大的接插件等受力器件边上 也应加固定螺丝孔，有需要的话可在适当位置放上一些测试用焊盘，最好在原理- 26 -电子信息工程系毕业论文图中就加上。将过小的焊盘过孔改大，将所有固定螺丝孔焊盘的网络定义到地或 保护地等。 放好后用 VIEW3D 功能察看一下实际效果，存盘。 七、布线规则设置 布线规则是设置布线的各个规范（象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线 的拓朴结构等部分规则，可通过 Design-Rules 的 Menu 处从其它板导出后，再 导入这块板）这个步骤不必每次都要设置，按个人的习惯，设定一次就可以。 选 Design-Rules 一般需要重新设置以下几点: 1、安全间距(Routing 标签的 Clearance Constraint) 它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。 一般板子可设为 0.254mm，较空的板子可设为 0.3mm，较密的贴片板子可设为 0.2-0.22mm，极少 数印板加工厂家的生产能力在 0.1-0.15mm，假如能征得他们同意你就能设成此 值。0.1mm 以下是绝对禁止的。 2、走线层面和方向（Routing 标签的 Routing Layers） 此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶 层，直插型的单面板只用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置的（可以在 Design-Layer Stack Manager 中，点顶层或底层后，用 Add Plane 添加，用鼠 标左键双击后设置，点中本层后用 Delete 删除） ，机械层也不是在这里设置的 （可以在 Design-Mechanical Layer 中选择所要用到的机械层，并选择是否可 视和是否同时在单层显示模式下显示） 。 机械层 1 一般用于画板子的边框； 机械层 3 一般用于画板子上的挡条等机械结构件； 机械层 4 一般用于画标尺和注释等， 具体可自己用 PCB Wizard 中导出一个 PCAT 结构的板子看一下 3、过孔形状（Routing 标签的 Routing Via Style） 它规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内、外径，均分为最小、最大和首 选值，其中首选值是最重要的，下同。 4、走线线宽（Routing 标签的 Width Constraint） 它规定了手工和自动布线时走线的宽度。 整个板范围的首选项一般取 0.2-0.6mm， 另添加一些网络或网络组（Net Class）的线宽设置，如地线、+5 伏电源线、交 流电源输入线、功率输出线和电源组等。网络组可以事先在 Design-Netlist Manager 中定义好，地线一般可选 1mm 宽度，各种电源线一般可选 0.5-1mm 宽 度，印板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过 1 安培的电流，具体可 参看有关资料。当线径首选值太大使得 SMD 焊盘在自动布线无法走通时，它会 在进入到 SMD 焊盘处自动缩小成最小宽度和焊盘的宽度之间的一段走线，其中 Board 为对整个板的线宽约束，它的优先级最低，即布线时首先满足网络和网络 组等的线宽约束条件。下图为一个实例 5、敷铜连接形状的设置（Manufacturing 标签的 Polygon Connect Style） 建议用 Relief Connect 方式导线宽度 Conductor Width 取 0.3-0.5mm 4 根导 线 45 或 90 度。 其余各项一般可用它原先的缺省值，而象布线的拓朴结构、电源层的间距和连接 形状匹配的网络长度等项可根据需要设置。- 27 -电子信息工程系毕业论文选 Tools-Preferences，其中 Options 栏的 Interactive Routing 处选 Push Obstacle （遇到不同网络的走线时推挤其它的走线，Ignore Obstacle 为穿过， Avoid Obstacle 为拦断）模式并选中 Automatically Remove （自动删除多余 的走线） 。Defaults 栏的 Track 和 Via 等也可改一下，一般不必去动它们。 在不希望有走线的区域内放置 FILL 填充层，如散热器和卧放的两脚晶振下方所 在布线层，要上锡的在 Top 或 Bottom Solder 相应处放 FILL。 布线规则设置也是印刷电路版设计的关键之一，需要丰富的实践经验。 八、自动布线和手工调整 1、点击菜单命令 Auto Route/Setup 对自动布线功能进行设置 选中除了 Add Testpoints 以外的所有项， 特别是选中其中的 Lock All Pre-Route 选项，Routing Grid 可选 1mil 等。自动布线开始前 PROTEL 会给你一个推荐值 可不去理它或改为它的推荐值，此值越小板越容易 100%布通，但布线难度和所 花时间越大。 2、点击菜单命令 Auto Route/All 开始自动布线 假如不能完全布通则可手工继续完成或 UNDO 一次（千万不要用撤消全部布线功 能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再 重新布线。完成后做一次 DRC，有错则改正。布局和布线过程中，若发现原理图 有错则应及时更新原理图和网络表，手工更改网络表（同第一步） ，并重装网络 表后再布。 3、对布线进行手工初步调整 需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消 除部分不必要的过孔，再次用 VIEW3D 功能察看实际效果。手工调整中可选 Tools-Density Map 查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完 后可按键盘上的 End 键刷新屏幕。红色部分一般应将走线调整得松一些，直到 变成黄色或绿色。 九 、 切 换 到 单 层 显 示 模 式 下 （ 点 击 菜 单 命 令 Tools/Preferences， 选 中 对 话 框 中 Display 栏 的 Single Layer Mode） 将每个布线层的线拉整齐和美观。手工调整时应经常做 DRC，因为有时候有 些线会断开而你可能会从它断开处中间走上好几根线， 快完成时可将每个布线层 单独打印出来，以方便改线时参考，其间也要经常用 3D 显示和密度图功能查看。 最后取消单层显示模式，存盘。 十 、 果 器 件 需 要 重 新 标 注 可 点 击 菜 单 命 令 Tools/Re-Annotate 并 选 择 如 好 方 向 后 ， 按 OK 钮 。 并回原理图中选 Tools-Back Annotate 并选择好新生成的那个*.WAS 文件后， 按 OK 钮。原理图中有些标号应重新拖放以求美观，全部调完并 DRC 通过后，拖 放所有丝印层的字符到合适位置。- 28 -电子信息工程系毕业论文注意字符尽量不要放在元件下面或过孔焊盘上面。对于过大的字符可适当缩小， DrillDrawing 层 可 按 需 放 上 一 些 坐 标 （ Place-Coordinate ） 和 尺 寸 （ （Place-Dimension） 。 最后再放上印板名称、 设计版本号、 公司名称、 文件首次加工日期、 印板文件名、 文件加工编号等信息（请参见第五步图中所示） 。并可用第三方提供的程序来加 上图形和中文注释如 BMP2PCB.EXE 和宏势公司 ROTEL99 和 PROTEL99SE 专用 PCB 汉字输入程序包中的 FONT.EXE 等。 十一、对所有过孔和焊盘补泪滴 补泪滴可增加它们的牢度，但会使板上的线变得较难看。顺序按下键盘的 S 和A 键 （全选） 再选择 Tools-Teardrops， ， 选中 General 栏的前三个， 并选 Add 和 Track 模式，如果你不需要把最终文件转为 PROTEL 的 DOS 版格式文件的话 也可用其它模式， 后按 OK 钮。 完成后顺序按下键盘的 X 和 A 键 （全部不选中） 。 对于贴片和单面板一定要加。 十二、放置覆铜区 将 设 计 规 则 里 的 安 全 间 距 暂 时 改 为 0.5-1mm 并 清 除 错 误 标 记 ， 选 Place-Polygon Plane 在各布线层放置地线网络的覆铜（尽量用八角形，而不是 用圆弧来包裹焊盘。最终要转成 DOS 格式文件的话，一定要选择用八角形） 。下 图即为一个在顶层放置覆铜的设置举例： 设置完成后，再按 OK 扭，画出需覆铜区域的边框，最后一条边可不画， 直接按鼠标右键就可开始覆铜。 它缺省认为你的起点和终点之间始终用一条直线 相连，电路频率较高时可选 Grid Size 比 Track Width 大，覆出网格线。 相应放置其余几个布线层的覆铜，观察某一层上较大面积没有覆铜的地方，在其 它层有覆铜处放一个过孔，双击覆铜区域内任一点并选择一个覆铜后，直接点 OK，再点 Yes 便可更新这个覆铜。几个覆铜多次反复几次直到每个覆铜层都较 满为止。将设计规则里的安全间距改回原值。 十 三 、 最 后 再 做 一 次 DRC 选择其中 Clearance Constraints Max/Min Width Constraints Short Circuit Constraints 和 Un-Routed Nets Constraints 这几项， Run DRC 钮， 按 有错则改正。全部正确后存盘。 十 四 、 对 于 支 持 PROTEL99SE 格 式 （ PCB4.0） 加 工 的 厂 家 可 在 观 看 文 档 目 录 情 况 下，将这个文件导出为一个*.PCB 文件；对于支持 PROTEL99 格 式（PCB3.0）加工的厂家，可将文件另存为 PCB 3.0 二进制文件，做 DRC。通过 后不存盘退出。在观看文档目录情况下，将这个文件导出为一个*.PCB 文件。由 于目前很大一部分厂家只能做 DOS 下的 PROTEL AUTOTRAX 画的板子，所以以下 这几步是产生一个 DOS 版 PCB 文件必不可少的：- 29 -电子信息工程系毕业论文1、将所有机械层内容改到机械层 1，在观看文档目录情况下，将网络表导 出为*.NET 文件，在打开本 PCB 文件观看的情况下，将 PCB 导出为 PROTEL PCB 2.8 ASCII FILE 格式的*.PCB 文件。 2 、用 PROTEL FOR WINDOWS PCB 2.8 打开 PCB 文件，选择文件菜单中的 另存为，并选择 Autotrax 格式存成一个 DOS 下可打开的文件。 3、用 DOS 下的 PROTEL AUTOTRAX 打开这个文件。个别字符串可能要重新 拖放或调整大小。 上下放的全部两脚贴片元件可能会产生焊盘 X-Y 大小互换的情 况，一个一个调整它们。大的四列贴片 IC 也会全部焊盘 X-Y 互换，只能自动调 整一半后，手工一个一个改，请随时存盘，这个过程中很容易产生人为错误。 PROTEL DOS 版可是没有 UNDO 功能的。假如你先前布了覆铜并选择了用圆弧来 包裹焊盘，那么现在所有的网络基本上都已相连了，手工一个一个删除和修改这 些圆弧是非常累的，所以前面推荐大家一定要用八角形来包裹焊盘。这些都完成 后，用前面导出的网络表作 DRC Route 中的 Separation Setup ，各项值应比 WINDOWS 版下小一些，有错则改正，直到 DRC 全部通过为止。 也可直接生成 GERBER 和钻孔文件交给厂家选 File-CAM Manager 按 Next&钮出 来六个选项，Bom 为元器件清单表，DRC 为设计规则检查报告，Gerber 为光绘 文件，NC Drill 为钻孔文件，Pick Place 为自动拾放文件，Test Points 为测 试点报告。选择 Gerber 后按提示一步步往下做。其中有些与生产工艺能力有关 的参数需印板生产厂家提供。直到按下 Finish 为止。在生成的 Gerber Output 1 上按鼠标右键， Insert NC Drill 加入钻孔文件， 选 再按鼠标右键选 Generate CAM Files 生成真正的输出文件，光绘文件可导出后用 CAM350 打开并校验。注意电 源层是负片输出的。 十 五 、 发 Email 或 拷 盘 给 加 工 厂 家 ， 注 明 板 材 料 和 厚 度 （ 做 一 般 板 子 时 ，厚 度 为 1.6mm，特大型板可用 2mm，射频用微带板等一般在 0.8-1mm 左右， 并应该给出板子的介电常数等指标） 、数量、加工时需特别注意之处等。Email 发出后两小时内打电话给厂家确认收到与否。 十 六 、 产 生 BOM 文 件 并 导 出 后 编 辑 成 符 合 公 司 内 部 规 定 的 格 式 。十 七 、 将 边 框 螺 丝 孔 接 插 件 等 与 机 箱 机 械 加 工 有 关 的 部 分 （即先把其它 不相关的部分选中后删除） ，导出为公制尺寸的 AutoCAD R14 的 DWG 格式文件给 机械设计人员。 十 八 、整 理 和 打 印 各 种 文 档 。如 元 器 件 清 单 、器 件 装 配 图（ 并 应 注 上 打 印比例）、安装和接线说明等。- 30 -电子信息工程系毕业论文结论通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问在设计过程中，经常会 遇到这样那样的情况， 就是心里想老着这样的接法可以行得通， 但实际接上电路， 总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强， 由于课本上的知识太 多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有 限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电 路中的使用有了更多的认识。题的能力。平时看课本时，有时问题老是弄不懂， 做完设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的- 31 -电子信息工程系毕业论文功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印 象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯 一标准。所以这次的设计对我们的作用是非常大的。 通过这次设计，在理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以， 而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配 合默契，多少人间欢乐在这里洒下，同时我认为我们的工作是一个团队的工作， 团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。实习中只有一个 人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能 导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实 习也正好锻炼我们这一点， 这也是非常宝贵的。 对我们而言， 知识上的收获重要， 精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次设计必将成为 我人生旅途上一个非常美好的回忆！ 通过这次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不 够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正 为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中 遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的 问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得 不够深刻，掌握得不够牢固。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在 老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的 知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次 表示忠心的感谢！致谢老师们多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心 点拨、热忱鼓励。老师 他们严谨细致、一丝不苟的工作作风，严谨求实的态度， 踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益 无穷之道。对老师的感激之情是无法用言语表达的。 感谢带过我的老师对我 的教育培养。他们细心指导我的学习与研究， 从课题的选择到项目的最终完成， 老师们都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此，我要向诸位老师深深地鞠 上一躬并致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过 3 年生活的各位同学，正是由于你们的帮助 和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即- 32 -电子信息工程系毕业论文将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可 敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我 还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!参考资料1、康华光， 邹寿彬，电子技术基础数字部分(第四版)北京：高等教育出版社 1999 2、杜肤生， 数字集成电路应用精粹 北京：人民邮电出版社 2001 3、陈大钦，电子技术基础实验(第二版) 北京：高等教育出版社 2000 4、童诗白，模拟电子技术［M］ 北京：高等教育出版社 1999 5、全国大学生电子设计竞赛组委会 第五界全国大学生电子设计竞赛获奖作品 选编.2001．北京理工大学出版社， 2003- 33 -电子信息工程系毕业论文6、 中国计量出版社组编， 新编电子电路大全 北京： 中国计量出版社， 、葛汝明，主编， 《电子技术实验与课程设计》 山东：山东大学出版社 2004 8、周永金，主编， 《 模拟电子技术及应用 》 西安：陕西国防学院电子教 研室 2005 9、吴玮玮，主编 PROTEL 99 简明应用教程 西安：陕西国防学院电子教研 室 2006 10、任元，吴勇，主编， 常用电子元器件简明手册 》 《 北京：工业出版社 2000 11、程路，郑毅，向先波，编著， PROTEL 99SE 电路板设计与制作 人民邮电 出版社 2007附录 原理图- 34 -电子信息工程系毕业论文实物图PCB 板- 35 -电子信息工程系毕业论文- 36 -
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