八人抢答器设计报告.doc

电子电路综合设计与装配 目录目录 1 protel 应用软件介绍1 1.1 protel软件介绍 .1 1.2 绘制简单电路图.1 1.3 protel的仿真.9 1.4 pcb 板的制作12 2 个人设计（电子琴）19 2.1 电子琴简介19 2.2 设计图20 2.3 pcb 22 2.4 3d 图.23 3 小组设计23 3.1 八人抢答器（原理图）23 3.3 元件数目见附录 a 25 3.4 各元件的识别及测量25 3.5 各元件的作用33 3.6 生成 pcb 板34 3.7 3d 图.34 3.8 手工焊接设备 .35 3.9 设计过程中的问题41 实训总结 .43 谢辞 .45 参考文献 .46 附录 a47 电子电路综合设计与装配 1 1 1 protelprotel 应用软件介绍应用软件介绍 protel99se 是 protel 公司近 10 年来致力于 windows 平台开发的最新结晶，能实 现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管 理。因而今天的 protel 最新产品已不是单纯的 pcb（印制电路板）设计工具，而是一 个系统工具，覆盖了以 pcb 为核心的整个物理设计。 最新版本的 protel 软件可以毫 无障碍地读 orcad、pads、accel(pcad)等知名 eda 公司设计文件，以便用户顺利过渡 到新的 eda 平台。 protel99 se 共分 5 个模块，分别是原理图设计、pcb 设计（包含信号完整性分析） 、自动布线器、原理图混合信号仿真、pld 设计。 1.11.1 protelprotel 软件介绍软件介绍 .1 电路原理图的设计电路原理图的设计 电路原理图的设计主要是 protel099 的原理图设计系统（advanced schematic） 来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用 protel99 所提供的各种原理图绘 图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。 .2 产生网络表产生网络表 网络表是电路原理图设计（sch）与印制电路板设计（pcb）之间的一座桥梁，它 是电路板自动的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出 来。 .3 印制电路板的设计印制电路板的设计 印制电路板的设计主要是针对 protel99 的另外一个重要的部分 pcb 而言的，在这 个过程中，我们借助 protel99 提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的 等工作。 1.21.2 绘制简单电路图绘制简单电路图 打开桌面 protel 的图标（） ，点击 file 中的 new，出现以下对话框如 图 1.1： 电子电路综合设计与装配 2 图 1.1 进入 protel 在 database file na 后可以改变新建的文件名，例如：要以人名命名可以更改为 xxx.ddb(xxx 为人名). 图中默认的保存地址是桌面，如果想改变保存地址可以点击 browes，然后可以选 择自己需要的保存地址，最后点击 ok 键。 打开新建文件，点击 file 中的 new，出现下图 1.2 ： 图 1.2 选择作图类型 选择对话框中的。 将新建文件重新命名例如：要以人名命名可以更改为 xxx.ddb(xxx 为人名)。 打开文件，出现图 1.3： 电子电路综合设计与装配 3 图 1.3 画图页面 可以用，对图按照自己的需求进行放大或缩小 选取画图所需的元件如图 1.4： 图 1.4 放大画图页面 在设计管理器中选择 browse sch 页面，对话框如图 1.5： 电子电路综合设计与装配 4 图 1.5 加库 双击 sim.ddb 将其加入 selected iles 中按 ok 键可以进行画图。 在 browse 中元件管理库中可以根据与自己需要选择在 sinalation symblos.lib 库中可以选择电阻，电容，电源等元件，可以在 opamp.lib 库，选择运算放大器，可 以在 bjt.lib 库中选择任意型号的三极管。 在图 1.6 工具栏中可以选择其它元件 图 1.6 工具栏 通过这些元件选择库，我们就可以完成所画的图 选择元件移至图中：在元件选择库中单击所需元件然后点击 place 就可以将所需 元件放置图中所需要放置的位置。 旋转元件：点击元件，然后点击空格键可以改变元件的方位。 删除元件 将元件选中，双击工具栏中的 cut 其符号是，就可以将元件删除。在 protel99se 中有如下仿真元器件库： 7segdisp.lib：七段数码管库。 74xx.lib：通用 74 系列数字集成电路库。 bjt.lib：双极型三极管。 电子电路综合设计与装配 5 buffer.lib：缓冲器库。 camp.lib：电流放大器库。 cmos.lib：cmos 数字集成电路库。 diode.lib：二极管库。 regolator.lib：稳压电源库。包括 7805，7812，lm317，tl431。 relay.lib：继电器库。 scr.lib：晶闸管库。 simulation symbols.lib：基本仿真元器件库。包括电阻，电容，电感，各 电源等。 timer.lib：时基电路库。 tube.lib：电子管库。 ujt.lib：单结晶体管库。 triac.lib：双向晶闸管库。 switch.lib：开关元器件库。 opamp.lib：运算放大器库。 jfet.lib：结型场效应晶体管。 选择 simulation symbols/.lib，查看基本仿真元器件。 cap：电容。 cap2：电解电容。 inductor：电感。 res：电阻。 vsrc：直流电压源。 vsin：正弦电压源。 vpulse：脉冲电压源。 原理图的画法 下面将以图 1.7 为例，叙述其画图过程。 电子电路综合设计与装配 6 图 1.7 原理图 先将我所需要的元件移至图中， 其中要将变成，需要双击符号，出现以 下对话框如图 1.8： 图 1.8 变换 gnd 与 vcc 页面 将 net 后的 gnd 变成 vcc,将 stvle 后的 power ground 变成 bar。 如需将变成，只需要将其改回来即可。 元件已经移好了，需要连线、先点击工具栏中的符号“” ，然后将鼠标指向欲连接端 点,使其出现小圆点,按住鼠标左键拖拽出一根导线并指向欲连接另一个端点,使其出现 小圆点,放开鼠标键,则完成连线。 通过这种方法，将需要的元件一个一个用线连接起来，图中需要有节点的地方只需要 用鼠标在需要节点的地方双击就可以形成节点了，节点的符号是最后可以形成结点。 电子电路综合设计与装配 7 接下来我们要设置元件，例如设置元件的大小，名称。 如图我们要设置上图左上角的电阻我们可以双击 r？出现以下对话框见图 1.9： 图 1.9 设置电阻对话框 将 text 后的 r?根据要求改成 r1，如果要改变其电阻的大小，可以双击 res.出现 下列对话框见图 1.10： 图 1.10 改变电阻大小对话框 将 tvbe 后的 res 根据原图要求变成其规定大小 18k。 通过上述方法可以随自己需要改变所需电阻的序号，也可以随自己需要改变其大 电子电路综合设计与装配 8 小，运算放大器的设置与此类似。 通过其方法将其它元件一一设置。然后通过工具栏中的将所需要的字母标在图 中，先点击移至图中，后按键盘上的 tab 键，会出现以下对话框见图 1.11： 图 1.11 添加标号 在 net 后输入自己所需要的字母，将其移到图中正确的位置，经过以上的程序， 就可以完成基本的电路原理图了。 当图画完时，需要检查图的对错需要点击 tools 中的 erc,出现下列对话框见图 1.12： 图 1.12 校正错误对话框 点击 ok 键，如果没有错误的话，可以出现图 1.13 表示无错误。 电子电路综合设计与装配 9 图 1.13 没有错误 出现图 1.15 后就可以进行仿真了。 1.31.3 protelprotel 的仿真的仿真 打开将要仿真的图，根据要求对元件进行标识、赋值（或选择模型）：双击元器 键打开其特性对话框见图 1.14： 图 1.14 选择电阻值外形对话框 选择 part fieldsm 根据题目要求改变其所需的值。 设置完成后，点击工具栏中的 simulatesetup。 会出现下列对话框如图 1.15： 电子电路综合设计与装配 10 图 1.15 仿真对话框 将上图对话框中的 show active sign 选定，将 available signals 中的 b c e in out vcc 通过移至 active signals。 设置完成后点击 run analyses 后，出现仿真后的图 1.16： 图 1.16 仿真 仿真分析 protel 中支持的电路分析类型有：静态工作点分析，交流小信号分析，瞬态分析， 傅立叶分析，噪声分析，直流分析，参数扫描分析，温度扫描分析和蒙特卡罗分析。 可用于仿真的电路，必须满足以下条件： 首先，必须用仿真库中的器件（或用户自己建的器件仿真模型和器件符号）搭成 电路，仿真库在design explorer 99 selibraryschsim.ddb 文件中。 其次,必须有激励源；对所关心的节点建立网络标号；如需要，设定初始条件。 仿真（simulation）菜单项 电子电路综合设计与装配 11 1、run 运行仿真命令，与工具条上的按钮，如想终止仿真过程， （）按钮。 2、sources 此子菜单罗列出了较常用的激励源。我们在搭电路时，可以从这里找到常用的直 流信号源、正弦信号源、脉冲信号源。除了这些常用的信号源外，protel99 se 还支持 指数源、分段线性源、单频率调频源、多项式源。下面将分别介绍： 正弦源（sin）双击正弦源，就可以看到它的属性选项。如图 1.17： 图 1.17 交流仿真 dc magnitude dc 幅度（忽略） ac magnitude ac 幅度（交流小信号分析时，通常为 1v） ac phase ac 相位 dc magnitude dc 幅度（忽略） ac magnitude ac 幅度（交流小信号分析时，通常为 1v） ac phase 交流相位 initial value 初始电压 pulsed value 脉冲电压值 time delay 延迟时间 rise time 上升时间 fall time 下降时间 phase 脉冲相位 period 脉冲周期 在 protel99 se 中，脉冲电压源为 vpulse，脉冲电流源为 ipulse。 3、create spice netlist 建立 spice 网表，protel99 se 在仿真之前要生成网络表文件，然后传递给 spice 去仿真。 4、setup 仿真设置。仿真设置是否合理，直接影响到仿真结果。下面我们将对仿真参数设 电子电路综合设计与装配 12 置加以说明。 1.41.4 pcbpcb 板的制作板的制作 标识、赋值、封装（或选择模型）元件：双击元件打开其特性对话框会出现对话 框见 1.18： 图 1.18 封装电阻对话框 在 footorint 后进行封装，不同元件封装形式也各不相同，下面是几个常用元件 的封装： 电阻：res1，res2，res3，res4；封装属性为 axial 系列 无极性电容：cap;封装属性为 rad-0.1 到 rad-0.4 电解电容：electroi;封装属性为 rb.2/.4 到 rb.5/1.0 二极管：封装属性为 diode-0.4(小功率)diode-0.7(大功率) 三极管：常见的封装属性为 to-18（普通三极管）to-22(大功率三极管)to-3(大功率达 林顿管) 电源稳压块有 78 和 79 系列；78 系列如 7805，7812，7820 等 79 系列有 7905，7912，7920 等常见的封装属性有 to126h 和 to126v 整流桥：bridge1,bridge2: 封装属性为 d 系列（d-44，d-37，d-46） 电阻：axial0.3-axial0.7 其中 0.4-0.7 指电阻的长度，一般用 axial0.4 瓷片电容：rad0.1-rad0.3。其中 0.1-0.3 指电容大小，一般用 rad0.1 电解电容：rb.1/.2-rb.4/.8 其中.1/.2-.4/.8 指电容大小。一般470uf 用 rb.3/.6 二极管：diode0.4-diode0.7 其中 0.4-0.7 指二极管长短，一般用 diode0.4 发光二极管：rb.1/.2 集成块：dip8-dip40, 其中 840 指有多少脚,8 脚的就是 dip8 电子电路综合设计与装配 13 贴片电阻 0603 表示的是封装尺寸与具体阻值没有关系，但封装尺寸与功率有关通 常来说如下： 0201 1/20w 0402 1/16w 0603 1/10w 0805 1/8w 1206 1/4w 电容电阻外形尺寸与封装的对应关系是： xial0.3 元件封装，而功率数大一点的话，可用 axial0.4。 0402=1.0mmx0.5mm 0603=1.6mmx0.8mm 0805=2.0mmx1.2mm 1206=3.2mmx1.6mm 1210=3.2mmx2.5mm 1812=4.5mmx3.2mm 2225=5.6mmx6.5mm 零件封装是指实际零件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。是纯粹的空 间概念因此不同的元件可共用同一零件封装，同种元件也可有不同的零件封装。像电 阻，有传统的针插式，这种元件体积较大，电路板必须钻孔才能安置元件，完成钻孔 后，插入元件，再过锡炉或喷锡（也可手焊），成本较高，较新的设计都是采用体积 小的表面贴片式元件（smd）这种元件不必钻孔，用钢膜将半熔状锡膏倒入电路板，再 把 smd 元件放上，即可焊接在电路板上了。关于零件封装我们在前面说过，除了 device。lib 库中的元件外，其它库的元件都已经有了固定的元件封装，这是因为这个 库中的元件都有多种形式： 以晶体管为例说明一下：晶体管是我们常用的的元件之一，在 device。lib 库中， 简简单单的只有 npn 与 pnp 之分，但实际上，如果它是 npn 的 2n3055 那它有可能是铁 壳子的 to3，如果它是 npn 的 2n3054，则有可能是铁壳的 to-66 或 to-5，而学用的 cs9013，有 to-92a，to-92b，还有 to-5，to-46，to-52 等等，千变万化。 还有一个就是电阻，在 device 库中，它也是简单地把它们称为 res1 和 res2，不 管它是 100 还是 470k 都一样，对电路板而言，它与欧姆数根本不相关，完全是按 该电阻的功率数来决定的我们选用的 1/4w 和甚至 1/2w 的电阻，都可以用 a 现将常用的元件封装整理如下： 电阻类及无极性双端元件 axial0.3-axial1.0;无极性电容 rad0.1-rad0.4 有极性 电容 rb.2/.4-rb.5/1.0/ 二极管 diode0.4 及 diode0.7/石英晶体振荡器 xtal1/晶体管、fet、ujt to- xxx(to-3,to-5)/ 电子电路综合设计与装配 14 可变电阻（pot1、pot2） vr1-vr5. 当然，我们也可以打开 c:client98pcb98libraryadvpcb.lib 库来查找所用零 件的对应封装.这些常用的元件封装，大家最好能把它背下来，这些元件封装，大家可 以把它拆分成两部分来记如电阻 axial0.3 可拆成 axial 和 0.3，axial 翻译成中文就 是轴状的，0.3 则是该电阻在印刷电路板上的焊盘间的距离也就是 300mil,因为在电机 领域里，是以英制单位为主的。 同样的，对于无极性的电容，rad0.1-rad0.4 也是一样；对有极性的电容如电解电 容，其封装为 rb.2/.4，rb.3/.6 等，其中“.2”为焊盘间距，“.4”为电容圆筒的外 径。对于晶体管，那就直接看它的外形及功率，大功率的晶体管，就用 to3，中功率 的晶体管，如果是扁平的，就用 to-220，如果是金属壳的，就用 to-66，小功率的晶 体管，就用 to-5，to-46，to-92a 等都可以，反正它的管脚也长，弯一下也可以。对 于常用的集成 ic 电路，有 dipxx，就是双列直插的元件封装，dip8 就是双排，每排有 4 个引脚，两排间距离是 300mil,焊盘间的距离是 100mil。sipxx 就是单排的封装。等 等。 我们注意的是晶体管与可变电阻，它们的包装才是最令人头痛的，同样的包装， 其管脚可不一定一样。例如，对于 to-92b 之类的包装，通常是 1 脚为 e（发射极）， 而 2 脚有可能是 b 极（基极），也可能是 c（集电极）；同样的，3 脚有可能是 c，也 有可能是 b，具体是那个，只有拿到了元件才能确定。因此，电路软件不敢硬性定义焊 盘名称（管脚名称），同样的，场效应管，mos 管也可以用跟晶体管一样的封装，它可 以通用于三个引脚的元件。q1-b，在 pcb 里，加载这种网络表的时候，就会找不到节 点（对不上）。在可变电阻上也同样会出现类似的问题；在原理图中，可变电阻的管 脚分别为 1、w、及 2，所产生的网络表，就是 1、2 和 w，在 pcb 电路板中，焊盘就是 1，2，3。当电路中有这两种元件时，就要修改 pcb 与 sch 之间的差异最快的方法是在 产生网络表后，直接在网络表中，将晶体管管脚改为 1，2，3；将可变电阻的改成与电 路板元件外形一样的 1，2，3 即可。封装的处理是个没有多大学问但是颇费功夫的 “琐事”，举个简单的例子:dip8 很简单吧，但是有的库用 dip-8,有的就是 dip8. 即 使对同一封装结构，在各公司的产品 datasheet 上描述差异就很大（不同的文件名体 系、不同的名字称谓等）；还有同一型号器件，而管脚排序不一样的情况，等等。对 老器件，例如你说的电感，是有不同规格（电感量、电流）和不同的设计要求（插装 /smd）。真个是谁也帮不了谁，想帮也帮不上，大多数情况下还是靠自己的积累。这 对，特别是刚开始使用这类软件的人都是感到很困惑的问题，往往很难有把握地找到 （或者说确认）资料中对应的 footprint 就一定正确- 心中没数！其实很正常。我觉 得现成“全能“的库不多；根据电路设计确定选型、找到产品资料，认真核对封装， 必要时自己建库（元件）。这些都是使用这类软件完成设计的必要的信息积累。这个 过程谁也多不开的。如果得以坚持，估计只需要一两个产品设计，就会熟练的。所谓 “老手”也大多是这么“熬“过来的，甚至是作为“看家”东西的。这个“熬”不是 电子电路综合设计与装配 15 很轻松的，但是必要。 电阻类及无极性双端元件 axial0.3-axial1.0 无极性电容 rad0.1-rad0.4 有极性电容 rb.2/.4-rb.5/1.0 二极管 diode0.4 及 diode0.7 石英晶体振荡器 xtal1 晶体管、fet、ujt to-xxx(to-3,to-5) 可变电阻（pot1、pot2） vr1-vr5 元件的封装可以在设计原理图时指定，也可以在引用网络表时指定。 封装完毕后，就开始制作 pcb 板 点击 file 中的 new，选择对话框中的，点击 ok，就形成了图 1.19： 图 1.19 pcb 主页面 在电路板设计窗口，使用菜单 view/toggle units 改公制为英制（快捷键 q） ； 点击 design 中的 options，出现对话框见图 1.20： 电子电路综合设计与装配 16 图 1.20 设置 pcb 对话框 将的也进行标记 设置第一组可视栅格为 1mm,第二组为 10mm，再点击子目录中的 options,出现对话框如 图 1.21： 图 1.21 pcb 栅格设置对话框 将 x,y 轴都设为 1mm，最后点击 ok。 点击 edit 中 origin 中的 set，在电路板图上放置原点。 工具栏的坐标按钮（）根据自己需要的大小放置坐标。用线将坐标连接起来， 形成图 1.22： 电子电路综合设计与装配 17 图 1.22 pcb 框图 在 design 中点击 load.nets 调出文件，若有错查明原因，返回原理图并修改。一 般遇到的问题是无元件的封装或元件引脚和封装焊盘不对应。常见错误：component not found 元件找不着，原因是封装名不正确；node not found 结点找不着，原因是 元件引脚和封装焊盘不对应。无错，执行元件和元件之间的连接关系调入电路板图。 然后手工把元件拉入所画板子范围中，将元件人工排列在电路板上，规则是电路输入 端在电路板左侧:输出端在电路板的右侧；元件和元件之间的连线最短；安装元件之间 不能互相干涉。设置布线层,铜膜走线宽度,若为单层板，在 design/rules 中的 routing layers 设走线层，若为双层板,不用设置，使用默认值就可以。一般走线宽度 为 10mil（0.25mm） ，电路源和地线应该宽一些。在 design/rules 中的 width constraint 增加规则。 元件 一切设置结束后，就可以启动 auto route/all 菜单，进行自动布线，在布线完成 对话框中观察布线的布通率，若为 100%，就说明全部完成。若不能 100%布通，则使用 菜单 tools/un-route/all 取消布线回到预拉线状态重新布置元件，调整线宽后在布线。 点击 view 中的 broad in 3d,出现图 1.23： 电子电路综合设计与装配 18 图 1.23 生成的 pcb 板 图 1.24 可以通过图 1.24 观看电路板不同方位的样子。 电子电路综合设计与装配 19 2 2 个人设计个人设计（电子琴）（电子琴） 2.12.1 电子琴简介电子琴简介 电子音调,是现代电子科技与音乐结合的产物,它在现代音乐中扮演着重要的角色。目前,由于电 子音乐的普及,电子音调合成器(合成器实际上是一台声音的频率合成仪,可以制作各种声音,改变各种 音色)可以解决相当一部分的歌唱及舞厅的伴奏问题。本文的主要内容是用 at89c51 单片机为核心 控制元件,设计一个能发出电子音调的简易电子琴。.1 设计目标设计目标 由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。 其次，在这次设计可行性上进行分析如下： 1、经济可行性： 所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于毕业设计是没有项 目资金，没有开发经费，因此在经济上必须能够承受，比较理想化的项目对于我们毕 业设计来说是不可行的。通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。 2、技术可行性： 技术可行性主要是分析技术条件上是否能够顺利开展并完成开发工作，硬件、软 件能否满足设计者的需要等。通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。 .2 设计方案设计方案 采用 at89c51 单片机进行控制。单片机工作于 12mhz 时钟频率，使用其定时/计 数器 t0，工作模式为 1，改变计数值 th0 和 tl0 可以产生不同频率的脉冲信号。该设 计具有 11 个音节的键盘，用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据用 户的弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键 盘输入弹奏乐曲的，所以节拍由用户掌握，不由程序控制。用单片机产生的音频脉冲 直接驱动扬声器并不能产生所要实现的音乐，因为它没有足够的驱动能力，这就需要 音频功率放大电路。本例使用国家半导体公司的低压音频功率放大器 lm386 来实现音 频功放电路。 .3 主要元件介绍主要元件介绍 1、at89c51: at89c51 是一种带 4k 字节 flash 存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低电压、高性能 cmos 8 位微处理器，俗称单片机。 at89c2051 是一种带 2k 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦 除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 atmel 高密度非易失存储器制造技 术制造，与工业标准的 mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 cpu 和 闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel 的 at89c51 是一种高效微控制器， at89c2051 是它的一种精简版本。at89c51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种 灵活性高且价廉的方案 at89c51 主要特性： 与 mcs-51 兼容 电子电路综合设计与装配 20 4k 字节可编程 flash 存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0hz-24mhz 三级程序存储器锁定 1288 位内部 ram 32 可编程 i/o 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路lm386 内部电路 2、lm386 lm386 美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产 品。lm386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围 大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机。 lm386 特性： 静态功耗低，约为 4ma，可用于电池供电； 工作电压范围宽，4v-12v 或 5v-18v； 外围元件少； 电压增益可调，20-200； 低失真度。gnd：接地。 2.22.2 设计图设计图 .1 原理图设计原理图设计 电子电路综合设计与装配 21 c1 c2 y2 r1 gain 1 -in 2 +in 3 gnd 4 vout 5 vcc 6 bypass 7 gain 8 u2 l m386 c5 c7c6 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 int1 13 int0 12 t1 15 t0 14 ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 32 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 rxd 10 txd 11 psen 29 alep 30 ucc 40 uss 20 u1 vcc vcc a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 ds2 s9s10s11s12 s13s14s15s16 s5s6s7s8 s4s3 1 1 2 2 s2s1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 j2 con9 vcc p0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 p0.1 p0.0 p2.3 p2.2 p2.1 p2.0 p2.7p2.6p2.5p2.4 p2.0 p2.1 p2.2 p2.3 p2.4 p2.5 p2.6 p2.7 p0.0 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 p0.5 p0.6 p0.7 1 2 3 4 5 6 7 8 j1 con8 s18 vcc p1.0 c4 1 2 3 4 5 6 7 8 j3 con8 1 2 3 6 5 4 s17 r3 1 2 3 j4 con3 vcc vcc p1.0 1 2 j5 con2 vcc c3 r2dl led 图 2.1 电子琴的原理图 .2 系统模块图系统模块图 键盘扫描 at89c51 2 led 灯光显示 扬声器播放音乐 电源部分 图 2.2 系统模块图 电子电路综合设计与装配 22 2.32.3 pcbpcb 图 2.3 主模块部分 图 2.4 按键部分 电子电路综合设计与装配 23 2.42.4 3d3d 图图 图 2.5 3d 图 电子电路综合设计与装配 24 3 3 小组设计小组设计 3.13.1 八人抢答器（原理图）八人抢答器（原理图） 绘制原理图时导线的连接尽量不要画斜线，所有的导线都要画成直角转弯，这样 可以使所画的电路图美观易懂。绘制出原理图之后，将其复制到另一张图中，再把喇 叭、发光二极管、电源和开关都换成二管脚的连接器。完成了电路原理图的绘制，接 下来就可以进行 pcb 绘制的准备工作了，首先要做的是生成网络表文件，该文件是原 理图向 pcb 转化的桥梁。 s8 sw-pb s7 sw-pb s6 sw-pb s5 sw-pb s4 sw-pb s3 sw-pb s1 sw-pb s2 sw-pb d11 diode d12 diode d10 diode d9 diode d8 diode d7 diode d6 diode d5 diode d4 diode d3 diode d2 diode d1 diode r1 10k in a 7 in b 1 in c 2 in d 6 le/stb 5 blk 4 lt 3 seg a 13 seg b 12 seg c 11 seg d 10 seg e 9 seg f 15 seg g 14 u1 res r2 10k r3 10k d13 1n39 d14 1n39 d15 1n39 d16 1n39 r4 10k s9 sw-pb r5 10k r6 10k d17 1n4150 d18 1n4150 trig 2 out 3 4 cvolt 5 thold 6 dischg 7 8 1 resetvcc gnd u2 555 c1 0.01uf c2 0.1uf r7 10k r8 10k ls1 speaker c3 100uf c4 cap2 r9 300 r10 300 r11 300 r12 300 r13 300 r14 300 r15 300 q1 2n930 r16 10k r17 1k 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 gnd a bf c g d e dp ds1 ambercc 1 2 j1 con2 vcc s10 sw-spst vcc +5v 图 3.1 八人抢答器原理图 3.23.2 电路原理电路原理 抢答器是一种竞赛活动中必备的装置，从原理上讲，它是一种典型的数字电路， 其中包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。从有利于学习与实践的角度考虑，这里主 要介绍用中、小型集成电路设计抢答器的方法发。 一般抢答器电路复杂，要通过仿真器、应用软件、计算机等辅助设备才能验证完 成，对于初学者来说，显得有些力不从心。笔者设计的该款电路非常简单，只要按图 一试，就能装成一台简单的八路抢答器。 电路原理如附图，它由 ic1 和一个编码开关以及控制器等组成。编码开关是由 ic1 电子电路综合设计与装配 25 中的输入端 a、b、c、d 与二极管和按键组成。验证编码开关是否正确，只要按住任意 一个按键。使它有一个正电平输入，数码管就会显示相应的数字来。a、b、c、d 这四 条编码线。分别是 1、2、4、8。 则是由 1+2 同时输入一个正电平获得，5 则由 1+4 获得，6 则由 2+4 获得，7 则由 1+2+4 获得，二极管是起反向截止作用的。2 控制器是由可控硅和 ic1 的控制端(ic1 的 、脚)构成。当任意按下一个按键时，可控硅都会被触发导通，使 ic1 的 控制端始终保持有一个高电平的输入.因此所按的数字得以锁存。这样，后按下的按键 就不能起作用，数码管就只显示先按下的键号。 这里的可控硅另一端与音乐片的正极相连。当可控硅导通时，使音乐片得以通电 发声。从而完成整个抢答功能。该音乐片上电即能触发，也能自动停止，因此无需设 暂停键。 当按下复位键时。可控硅被切断电源而截止，ic1 的控制端则由高电平转变为低电 平而清零。为下一次抢答做准备。 3.33.3 元件数目见附录元件数目见附录 a a 3.43.4 各元件的识别及测量各元件的识别及测量 .1 万用表测量直流电压的测量步骤是万用表测量直流电压的测量步骤是 1、选择量程。万用表直流电压档标有 “v”，有 2.5 伏、 10 伏、50 伏、250 伏和 500 伏五个量程。根据电路中电源 电压大小选择量程。由于电路中电源电压只有 3 伏，所以选 用 10 伏档。若不清楚电压大小，应先用最高电压档测量， 逐渐换用低电压档。 2、测量方法：万用表应与被测电路并联。红笔应接被测电 路和电源正极相接处，黑笔应接被测电路和电源负极相接处。 3、正确读数。仔细观查表盘，直流电压档刻度线是第二条 刻度线，用 10v 档时，可用刻度线下第三行数字直接读出被 测电压值。注意读数时，视线应正对指针。 .2 万用表测量直流电流的步骤是万用表测量直流电流的步骤是 1、选择量程：万用表直流电流档标有“ma”有 1ma、1oma、100ma 三档量程。选择量 程，应根据电路中的电流大小。如不知电流大小，应选用最大量程。 2、测量方法：万用表应与被测电路串联。应将电路相应部分断开后，将万用表表笔接 在断点的两端。红表笔应接在和电源正极相连的断点，黑表笔接在和电源负极相连的 断点。 3、正确读数：直流电流档刻度线仍为第二条，如选 100ma 档时，可用第三行数字，读 数后乘 10 即可。 电子电路综合设计与装配 26 3.4.3 用万用表测量电阻用万用表测量电阻 万用表欧姆档可以测量导体的电阻。欧姆档用“”表示，分为 r1、r10、r100 和 r1k 四档。有些万用表还有 r10k 档。使用万用表欧姆档 测电阻，除前面讲的使用前应做到的要求外，还应遵循以下步骤。 1、将选择开关置于 r100 档，将两表笔短接调整欧姆档零位调整旋钮，使表针指向 电阻刻度线右端的零位。若指针无法调到零点，说明表内电池电压不足，应更换电池。 2、用两表笔分别接触被测电阻两引脚进行测量。正确读出指针所指电阻的数值，再乘 以倍率（r100 档应乘 100，r1k 档应乘 1000）。就是被测电阻的阻值。 3、为使测量较为准确，测量时应使指针指在刻度线中心位置附近。若指针偏角较小， 应换用 r1k 档，若指针偏角较大，应换用 r1o 档或 r1 档。每次换档后，应再次 调整欧姆档零位调整旋钮，然后再测量。 4、测量结束后，应拔出表笔，将选择开关置于“off”档或交流电压最大档位。收好 万用表。 3.4.4 用万用表测试晶体三极管用万用表测试晶体三极管 1、测 ce 两极之间电阻。注意表笔接法（npn 型三极管：黑笔接 c，红笔接 e。pnp 型 三极管相反）此值应较大（大于几百千欧）。同时，用手握住管壳，使其升温，这时， 电阻值要变小、变化越大，三极管稳定性越差。 2、在上一步基础上，在 bc 两极间加接 100k 电阻（也可用手同时捏住 bc 两极），观 察表针右摆幅度，表针向右摆动幅度越大，三极管放大能力越大。 学会了万用表的使用方法以后，就要开始对实际使用中的元件的特性进行测试了。 1、用万用表测发光二极管 将万用表置于 r1k 挡，用来判别普通二极管正、负电极的方法进行检查，即交 换红、黑表笔两次测量管子两引脚间的电阻值，正常时，所得阻值应为一大一小。以 阻值较小的一次为准，红表笔所接的管脚为负极，黑表笔所接的管脚为正极。 2、用万用表测二极管 将万用表置于 r1k 挡，用红表笔接二极管的一端，再调换表笔后再测。测试完 成后以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为 负极。 3、用万用表测可变电阻 先用两表笔测试出非旋片的两引脚之间的电阻为 10k，再分别测试旋片与另外两个 引脚之间的阻值时，旋转旋片，会发现两次测试时指针都会转动，那么，说明这个滑 动变阻器是可用的，且阻值为 10k。 电子电路综合设计与装配 27 3.4.5 元器件的选择元器件的选择 1、r1-r12 选用 1/4 碳膜电阻器或金属膜电阻器 2、rp 可选用实心可变电阻器 3、c1 和 c3 均选用耐压值为 16v 的铝解电容器 4、c 和 c2 选用独石电容器或条论电容器 5、vl1-vl10 均选用直径为 5mm 或 8mm 的红色高亮度发光二级管 6、ic1 选用 ne555 型时基集成电路；ic2 选用 cd4017 型十进制计数分配集成电路。 3.4.6 电阻的识别与检测电阻的识别与检测 电阻器简称电阻，是所有电子制作中用的最多的元器件之一，常分为分压器分流 器及电路的负载，另外，电阻和电容相结合，还可以组成滤波器等。 电阻在电路中的代表字母为 r 基本单位是欧姆，简称欧，它的大小分为千欧，兆 欧作为单位 1m=1000k=1000000 欧姆。 3.4.7 电阻的种类电阻的种类 1、碳膜电阻（rt），利用沉积在磁棒或磁管上的碳膜作为导电层，通过改变碳膜的厚 度和长度，可以得到不同的阻值碳膜电阻误差较大，价格便宜。 2、金属膜电阻（rj）的电阻膜是用真空蒸发法或烧渗法生成的镍铬合金膜或金铂合金 膜。金属膜电阻的各种性能均优于碳膜电阻，但价格较贵。 3、绕线电阻（rx）是用电阻系数大的锰钢或镍铬合金等导线统制在绝缘骨架上，外皮 涂上耐热绝缘层而成。它的阻值一般不很大(10 千欧以下)，但精确度极高，承受的功 率较大，能在高温(300)下工作温度系数非常小，噪声也很小，稳定性很好不易老化， 多用在耗散功率较大的电路中，或者是对阻值要求很高的精密仪表及设备中。 4、氧化膜电阻（ry）将锑和锡等金属盐溶液喷雾的陶瓷骨架表面上沉积后制成，它与 金属膜电阻器相比，具有阻燃导电膜层均匀膜与骨架基本体结合牢固氧化能力强等优 点。 上述几种电阻的常见外形及代表符号如图 3.3： 图 3.3 电阻外形 3.4.8 电阻的主要参数电阻的主要参数 电阻器的某些性能定额称为它的参数。电阻的主要参数有三个：标称电阻误差和 额定功率。 标称电阻系列但和误差。所谓标称电阻值，是指电阻器表面上标注的电阻值。实 电子电路综合设计与装配 28 际电阻值与标称电阻值之间的偏差即为它的误差。电阻器的误差范围一般分为土 5(1 级)、土 10(2 级)、土 20(级)三级。 电阻的标称值实际上为一系列有限数值，如表图 3.4 所示。表列数值分别乘以 1、10、100、l000(1k)、10000(10k)、100000(100k)、1000000(1m)即为从 1 欧至 91 欧之间的所有电阻标称值。 图 3.4 电阻参数 3.4.9 电阻参数标注方法电阻参数标注方法 电阻的阻值和额定功率的标注方法有以下几种： 1、直标法，将阻值、额定功率及其他参数直接标注在电阻器的表面上，如图 3.5 所示。 直标法标志阻值的单位为欧姆、千欧姆、兆欧姆，对应的符号分别为 g、k、m 2、符号法，将阻值和额定功率用阿拉伯数字相符号标注在电阻器表面上。 标注阻值时，整数部分标注在单位代表符号的前面，小数部分标注在后面。例如， 59 欧姆标注为 5r9，59 欧姆标注为 590，59 千欧标注为 5k9，59gb 欧标注为 5m9，59000 兆欧标注为 5g9，如图 3.5 所示。 图 3.5 电阻参数 3、色标法，色标法是用不同颜色的色带或点在电阻器表面标出标称阻值和偏差值的方 法，色标法分为两种： 4、两位有效数字的色标法。普通电阻器用四条色带表示标称阻值和容许偏差，其中三 条表示阻值一条表示偏差电阻器上的色带依次是绿黑橙和无色则表示 50*1000=50 千欧， 其误差是+-20%；电阻的色标是红红黑金其阻值是 22*1=22 欧，误差是 5% 电子电路综合设计与装配 29 5、三位有效数字色标法，精密仪器用五条色带表示称值和允许偏差。 6、数码法。数码法是用三位阿拉伯数字表示，前两位表示阻值的有效数字，第三位表 示有效数后面零的个数当阻值小于 10 是*r*（*代表数字）将 r 看做小数点，8r2 为 8.2.欧 。如图 3.6 和图 3.7： 图 3.6 色环法读电阻阻值 图 3.7 色环法读电阻阻值 固定电阻器的检测，将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实 际电阻值，为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。由于欧姆 挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到 刻度的中段位置，即全刻度起始的 2080弧度范围内，以使测量更准确。根据电 电子电路综合设计与装配 30 阻误差等级不同。读数与标称阻值之间分别允许有 5、 10或 20的误差。如不 相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。 注意：测试时，特别是在测几十 k 以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下 来，至少要焊开一个头，以免电路中的其他元件对测试产生影响，造成测量误差；色 环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最好还是用万用表测试一下其实 际阻值。 2熔断电阻器的检测。在电路中，当熔断电阻器熔断开路后，可根据经验 作出判断：若发现熔断电阻器表面发黑或烧焦，可断定是其负荷过重，通过它的电流 超过额定值很多倍所致；如果其表面无任何痕迹而开路，则表明流过的电流刚好等于 或稍大于其额定熔断值。对于表面无任何痕迹的熔断电阻器好坏的判断，可借助万用 表 r 1 挡来测量，为保证测量准确，应将熔断电阻器一端从电路上焊下。若测得的阻 值为无穷大，则说明此熔断电阻器已失效开路，若测得的阻值与标称值相差甚远，表 明电阻变值，也不宜再使用。在维修实践中发现，也有少数熔断电阻器在电路中被击 穿短路的现象，检测时也应予以注意。 3.4.10 电位器电位器 简单点讲，电位器实际上就是一个可变电阻器，常用在调整电路中改变阻值的位 置如电视机中的亮度，