电子电路综合实践报告--人体反应力测试电路.doc

电子电路综合实践系（部） 电力工程系 学科专业 电气工程及其自动化 班 级 电气工程14-5班 姓 名 学 号 指导教师 二一六年六月三十日评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。实践评定意见实践题目 电子电路综合实践 系 部 电力工程系 专业班级 电气工程14-5 学生姓名 学生学号 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日 电力工程 系(部)实践任务书 2015-2016学年 第二学期2016年6月3日专业电气工程及其自动化班级电气工程14-5班实践名称电子电路综合实践实践题目人体反应力测试电路指导教师石老师起止时间2016.06.06-2016.07.01周数四周实践地点实验楼A209实践目的：1、贯彻理论联系实际的教学原则，巩固和扩大已学过的电子技术的基础知识，为技术基础课和专业课程的学习建立初步的感性认识并提高学生的工程实践能力。2、掌握印刷电路板的设计与制作的基本方法。3、了解电子产品的生产过程，包括生产工艺流程，电子元器件的识别、老化、筛选、测试、焊接、装配及调试，掌握电子线路的安装、焊接和调试的基本技能。4、了解一种电子设备主要零部件加工过程的技术要求、结构原理以及装配调试工艺。5、培养学生的劳动观念，加强组织性和纪律性，促进学生综合素质的全面提高。实践任务或主要技术指标：1、计算机软件应用能力及Protel99SE训练2、电子电路设计能力训练，熟悉所制作电路的工作原理，能画出原理图和安装图。3、电子电路制作能力训练，掌握印刷电路板（PCB）的设计方法与制作工艺。实践进度与要求：第一周：软件学习（即Protel99SE学习）要求：掌握Protel99 SE系统需求、安装及环境设置；Protel99 SE原理图绘制；Protel99 SE电路仿真设置及过程；Protel99 SE PCB电路板设计。第二周：电子设计要求：学生参考教纲的线路，自己设计电路。并能达到教学大纲的要求。掌握电子电路的设计方法；熟悉各种电子元件、集成电路的性能及使用方法。第三周、第四周：电子制作要求：掌握电子仪器设备的结构构成；电子元器件的识别和筛选；掌握万用表、示波器、晶体管图示仪、函数号发生器等有关常用电子仪器的使用方法。了解印刷电路板的设计、定稿及制板等生产制造过程。了解焊料与焊剂，熟悉焊接工艺；较好地掌握焊接技术，保证焊接质量。了解和掌握印刷板的装配工艺。主要参考书及参考资料： 1 王毓银.数字电路逻辑设计.高等教育出版社，2005. 2 彭介华.电子技术课程设计.高等教育出版社，2003. 3 谢自美.电子线路设计实验测试(第二版).华中科技大学出版社，2004. 4 杨兴瑶.实用电子电路500例.化学工业出版社，1996. 5 阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，1997. 教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 摘 要随着科学技术的发展和普及，各种电子趣味制作，成了我们生活中娱乐的一部分。人体反应力，在学校同学们之间，成了相互比赛的活动。人体反应力测试器电子制作，随之而生。实践作品主要由触发器、延时器、门电路等组成，来实现对不同的人，对于极限的反应速度。使用4块芯片，结果演示较为直接，也具有趣味性强等特点。实践报告中主要包括三个部分：第一部分主要对Protel 99 SE这一软件的学习过程作了详细的介绍，基于Protel 99 SE的功能对其绘图过程作了详尽的叙述，通过对其绘图过程的学习后，大量练习进行知识巩固与熟练；第二部分是在第一部分基础知识的学习完成后，进行了小组设计探究部分，这一部分内容主要包含了绘制原理图，做PCB板，元件选择等内容，详述了设计过程和设计中遇到的问题；第三部分是电子制作，通过书本知识，制作到实物产生的过程，也是在制作中趣味性较强的重要一步。关键词：Protel99SE软件 原理图绘制 PCB板 LED 焊接工艺 目 录1 Protel 99 SE软件学习11.1 Protel 99 SE概述11.2 原理图绘制学习31.3 常用基本设置操作61.4 练习绘制原理图101.5 原理图仿真131.6 PCB板绘制学习181.7 PCB的布线及相关设置292 电子设计312.1 电子设计题目312.2 COMS芯片引脚及功能322.3 电路说明332.4 电子设计中遇到的问题及解决方案343电子制作353.1电路原理图制板353.2 电路元件的清单和选择以及常用元件识别373.3元件检测、识别及万用表使用393.4面包板功能及使用433.5 面包板调试结果453.6 焊接工艺463.7 实物焊接483.8调试过程中问题及解决方法483.9实物展示51总 结52致 谢53参考文献54电子电路综合实践1 Protel 99 SE软件学习1.1 Protel 99 SE概述1.1.1 Protel 99 SE 的组成Protel 99 se 软件是电子线路设计与制板方面 的佼佼者，它的功能十分强大，集原理图设计、可编程逻辑器件的建立、电路混合信号仿真、印制电路板（PCB）设计与布线、信号完整性检查以及设计规则分析等功能于一身，利用鼠标和键盘就可以轻松进行设计工作，操作起来非常方便，极大的提高了设计工作的效率。在电子电路设计领域占有极其重要的地位，获得广大硬件设计人员的青睐，是目前众多电路板EDA设计软件中用户最多的产品。Protel 99 SE主要由两部分组成，每个部分各有几个模块：第一部分是电路设计部分（Advanced Schematic 99）：电路设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表；印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零封装；管理电路板组件；自动布线系统（Advanced Route 99）本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。第二部分是电路仿真和可编程逻辑器件设计部分：电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性；可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。1.1.2 Protel 的特点、发展及运行环境（1）Protel 的特点：Protel 99 SE的特点，包括如下几个方面： 灵活、方便的编辑功能，功能强大的自动化设计。 完善的库管理功能，原理元器件库和PCB封装库。 良好的兼容性和可扩展性，综合设计数据库，使用设计数据库，可以为用户提供一个良好的平台。 在设计管理器中工作，使用网络设计组，可以实现基于异地设计的全部设计方法。 原理图快速连线。 优越的混合信号电路仿真。 更容易进行PLD设计，可以惊醒适合用户需要的逻辑器件设计。 简便的同步设计，精确的信号完整性分析。 增强的手动推挤布线方式，新的布线倒角风格。 增强的元器件布局工具。可以实现对原建图自动布局。增强的PCB设计原则。快速生成元器件类。 创建计算机辅助制造文件CAM输出文件，包括NC钻孔报表文件及BOM文件。 强大的电路图层面管理功能，可以让用户创建各种多面板。 PCB可支持设计层数为32层、板图大小为(2540mm*2540mm)或(100in*100in)的多层线路板。（2） Protel 99 SE的发展：Protel 99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，仍然是大中专院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）。 CAD技术的应用，大推动了电子微电技术的进步，技术的进步和市场竞争，又导致CAD技术的不断完善， Protel 99 SE适应电子技术的发展，是目前电子CAD领域应用最为广泛的辅助设计软件之一。Protel99SE主要应用于电子电路原理图的设计、电路板的设计和绘制以及电子电路逻辑分析和仿真等，他具有丰富多样的编辑功能、强大便捷的自动化设计能力、完善有效的检测工具、灵活有序的设计管理手段，它为用户提供了极其丰富的原理图元器件苦、PCB元器件库以及出色的在线库编辑和库管理，良好的开放性还使他可以兼容多种格式的设计文件，使用户可以轻松地控制电子线路设计的全过程。（3）Protel 99 SE的运行环境： 建议硬件基本配置CPU： Pentium 400MHz以上PC机；内存：128MB；显卡：支持80060016位色以上显示；光驱：24倍速； 操作系统Microsoft Windows NT 4.0或以上版本（含中文版）。Microsoft Windows 95/98/2000或以上版本（含中文版）。注：由于系统在运行过程中要进行大量的运算的存储，所以对机器的性能要求也比较高，配置越高越能发挥它的性能。1.2 原理图绘制学习1.2.1 电路原理图的绘制步骤在Protel 99 SE中，设计电路板最基本过程有以下3个步骤：（1）电路原理图的设计电路原理图的设计主要是利用Protel 99 SE中的原理图设计系统Advance Schematic 99 来绘制一张电路原理图。在这一部中，可以充分利用其所提供的各种原理绘图工具、丰富的在线库、强大的全局编辑能力以及便利的电气规则检查,来达到设计目的。（2）产生网络表及其他报表网络表是电路板自动布线的灵魂,也是原理图设计与印制电路板设计的主要接口。网络表可以从电路原理图中获得,也可以从印制电路板中提取。其他报表则存放了原理图的各种信息。（3）印制电路电路板的设计印制电路板设计是电路设计的最终目标.利用Protel 99 SE的强大功能实现电路板的版面设计,完成高难度的布线以及输出报表等工作。概括地说,整个电路板的设计过程先是编辑电路原理图,并且生成网络表,然后进行布局,再人工布线或根据网络表进行自动布线.前面谈到的这些内容都是设计中最基本的步骤。在此补充一下,原理图设计完成后,我们可用电路信号仿真进行验证调整,电路信号仿真是原理图设计的扩展,为用户提供一个完整的从设计到验证的仿真设计环境。它与Protel 99 SE原理图设计服务器协同工作以提供一个完整的前端设计方案。除此以外,用户还可以用Protel 99 SE的其它服务器,如创建、编辑元器件和零件封装库等。1.2.2 进行电路原理图绘制的操作步骤（1） Protel 99 SE的界面介绍进入Protel 99 SE从桌面鼠标双击图标进入Protel99 SE主窗口。图1.1 protel初始界面如图1.1所示。（2）Protel 99 SE的菜单栏 File菜单主要用于文件的管理,包括文件的打开、新建等.选项及功能如下: New新建一个空白文件,文件的类型为综合型数据库,格式 “ddb”. Open打开并装入一个已经存在的文件,以便进行修改. Exit退出Protel 99 SE. View菜单用于切换设计管理器、状态栏、命令行的打开与关闭，每项均为开关量，鼠标单击一次，其状态改变一下。Help菜单用于打开帮助文件。（3）新建文件夹如图1.2在Protel99 SE主窗口中，单击菜单File-New,弹出“新建设计数据库”对话框 图1.2 新建文件54如图1.3所示。在该对话框中，Design Storage Type选项表示数据库形式，默认选择是MS Access Database（数据库形式）；Database File Name选项表示数据库文件名；点击Browse按钮，可选择文档放置路径，点击OK按钮确认，关闭该对话框，并弹出窗口，如图1.4所示： 图1.3 新建文件界面图1.4 protel主界面双击文件夹Documents，进入该文件夹，单击菜单File-New，在弹出的“新建文件类型选择”对话框中，如图1.5所示，选中Schematic Document图标，以建立一个原理图文件（.Sch）。点击OK按钮。 图1.5 新建工程小界面回到Proetl99SE窗口后，修改原理图文件名，然后双击该文件图标，进入原理图设计窗口，如图1.6所示。图1.6 划线图纸1.3 常用基本设置操作（1）图纸的设置Protel 99 SE默认的图纸尺寸是B型图纸，这里以A4为例。在如图1.7所示，在画图区下点击鼠标右键。图1.7 纸张大小改变之后会出现图1.8所示，单击Document Options后出现图1.9所示，在它上面可以改图纸大小。图1.9 图纸选项栏 图1.8 右键选项栏（2）元器件布局布局原则：布局原则应该是以核心器件为基准，合理分散，间距得当，便于连线。布局的基本操作：在布局过程中，将应用到元器件对等的选定、移动、旋转等操作。 选定操作选定一个对象。拖动鼠标，利用其画出的矩形框围住这个元器件对象，默认情况下，其四周会出现黄色的矩形框，表示该元器件被选定。选定区域内对象。利用其画出的矩形框围住这个区域，则区域内所有对象处于选定状态。 取消选定取消选定就是撤销元器件的选定状态。最直接的方法是单击主工具栏的图标，则会取消所有元器件的选定状态。 移动对象移动一个对象。单击该对象图形符号，并拖动鼠标，则可以实现该元器件的移动操作。移动多个对象。首先选定这几个对象，让后拖动其中任意一个对象，则被选定的对象，将一起移动。 旋转对象由于电路布局和连线的需要，旋转对象是必要的。单击对象并按住鼠标左键不放，按“X”键，实现水平翻转；按“Y”键，实现垂直翻转；按空格键，实现90的旋转。如图1.10所示。 图1.10 三极管的旋转（3） 删除对象在放错元器件时，单击放错元器件选中，点击键盘上的“DELETE”键就删除该放错的元件了。（4） 连线 进入画线状态选择菜单View-Toolbars-Wiring Tools打开画线工具栏，单击画线工具栏的图标进入画线状态，此时出现十字光标。 画线移动十字光标指导线起点（如某个元器件的引脚处），在十字光标的中心出现一个黑色的圆点，表明导线起点已经确定，点击鼠标，则画下起点。向导线终点位置移动鼠标，当移动鼠标至导线终点出，在十字光标中心再次出现黑色圆点后，单击鼠标，则画下了该断导线。如图1.11 画起点 画终点 画线完成图1.11元件的绘画（5）修改属性以修改电阻为例：双击电阻的图形符号，打开其属性对话框，如图1.12所示。在该属性框中，Lib Ref选项表示该对象在元器件库中的名称；Footprint选项表示该对象的封装形式；Desional选项表示该对象的标号；Part Type选项表示元器件的标称值或型号；Sheet Path选项表示对象所在的电路；Part选项表示对象功能单元的序号；Selection选项表示该对象是否被选定；Hidden Pins选项表示是否显示被隐藏的引脚。电阻，电解电容，直流电压源等元器件具有欧洲图形，可以在元器件属性设置窗口的图形（Graphical Attlrs）设置页面将图形模式（Mode）从（Normal）转换成DeMorgan。如图1.13所示。 图1.12 元件名称大小设置 图1.13 元件标准1.4 练习绘制原理图（1） 练习一：电工基础电路图1.14 电工基础电路注意事项：接地符号需要准确，注意名称，需要GND修改。电源规格为国际标准。连线时注意出现黑色点时再进行连接。（2） 练习二：数字电路图1.15 定时器电路注意事项：图中IC符号较为隐秘，需要耐心寻找。中间十字交叉部分不相连接，不能出现红点。注意关注定时器管脚名称，保证连接正确。（3） 练习三：数字模拟混合电路图1.16 数模混合电路注意事项:本电路具有4枚芯片，需要注意各芯片管脚连接。二极管为共阳极连接，需注意二极管连接方向。（4） 练习四：特殊电路图1.17 特殊电路注意事项：图中四个二极管为滤波电路，需注意连接方向，注意二极管方向。三极管的方向同样需要注意。（5）练习5：经典模拟电路图1.18 模拟电路注意事项：此电路为经典模拟电路图。两个三极管组成长尾差分放大电路。电源接地需要可靠，注意修改接地名称GND。（6） 练习6：差分放大电路图1.19 差分放大电路注意事项：在绘制时注意Q1、Q2两个三极管的方向，为镜面对称，接地符号、标志准确，避免出现有多地情况。1.5 原理图仿真1.5.1 添加仿真元器件库在设计电路原理图时，要先装入元器件库，然后才能在元器件库中取出元器件将其放入图纸中。步骤1：首先在设计管理器中选择Browse.Sch页面，如图1.18所示。在该页面的Browse区域中的下拉框中选择Libraries。步骤2：单击Add/Remove按钮，在弹出的窗口上部搜索下拉框中，选择Protel 99 SE所在的文件夹，再选择路径：Protel 99 SE文件夹/LibrariesSch,在元器件库显示窗口找到Sim，如图1.15所示，单击窗口下部的Add按钮，就可以看到在窗口中的Selected Files区域将显示仿真元器件库Sim的路径，最后单击OK按钮，添加完毕。 图1.20 元件添加库 图1.21 原件添加库2此时在Browse.Sch标签的元器件库列表中，发现My SchLib.lib，表示该库已经被加载，其中的元器件可以被使用了在Protel99SE中有如下仿真元器件库：7SEGDISP.Lib：七段数码管库。BJT.Lib：双极型三极管。DIODE.Lib：二极管库。Simulation Symbols.lib：基本仿真元器件库。包括电阻，电容，电感，各种电源等。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。Protel99 SE可以对模拟和数字信号混合电路仿真。其仿真引擎使用的是伯克利分校的SPICE /XSPICE。它可以让我们精确地仿真由各种器件，比如TTL、CMOS、BJT等构成的电路。Protel99SE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：（1）在仿真电路图中放置的元器件必须是可以进行仿真的元件模型。这些元件模型可以从Protel99SE提供的仿真库中选取，对于库中没有的元件，也可以自定义仿真元件。（2）在仿真电路图中的电源，必须是真正的仿真电源，而不像在电路原理图的设计中只是一个符号。在仿真电路中，要使电路形成真正的回路，才能进行仿真。（3）若仿真电路的输入端需要有输入信号时，必须放置从仿真库中取出的相应信号源，激励和驱动电路工作。（4）在有些情况下，需要对仿真电路的初始条件进行设置，以保证有正确的仿真结果。（5）为了仿真能顺利、正确进行元件规则检查。启动“ERC”一般情况下，ERC检查采用默认选项及其设置。这里采用默认设置。单击菜单Tools-ERC.,打开“ERC”设置对话框，如图1.20、1.21所示。单击OK按钮自动进行ERC检查，并生成检查报告，扩展名为.Erc。 图1.22 ERC默认检查如对图1.21进行检查： 图1.23 检查图单击菜单Tools-ERC,点击OK按钮，开始电气规则检查，并生成检查报告如图1.22所示。图1.24 检查结果该报告内容显示，原理图无错误存在。若检查有错误，则回到原理图中，会发现发生错误的地方有红色的标记。将错误处修改然后重新进行ERC，报告显示没有错误，如图1.22所示。1.5.2 电路仿真的步骤进行电路仿真的步骤如下：（1）在原理图编辑其中加载仿真元器件库“Sim.ddb”。（2）在电路图上放置仿真元器件。并设置元器件的元器件的仿真参数。（3）连线绘制仿真原理图。（4）在仿真原理图中添加电源及激励源。（5）设置仿真节点及电路初始状态。（6）仿真前,先对电路原理图进行ERC检查。（7）设置仿真分析的参数。（8）对电路仿真进行运行并获得结果。1.5.3 仿真设置说明在进行仿真前，设计者必须选择电路分析的方法，收集的变量数据，以及仿真完成后自动显示的变量波形等。完成了对电路编辑后，设计者此时可以对电路进行分析工作。 单击菜单SimulateSetup命令，进入仿真器的设置，再单击Setup选项，将启动”仿真器设置”对话框。在General选项中，设计者可以选择分析类别。（1）在仿真电路图中放置的元器件必须是可以进行仿真的元件模型。这些元件模型可以从Protel99提供的仿真库中选取，对于库中没有的元件，也可以自定义仿真元件。（2）在仿真电路图中的电源，必须是真正的仿真电源，而不像在电路原理图的设计中只是一个符号。在仿真电路中，要使电路形成真正的回路，才能进行仿真。（3）若仿真电路的输入端需要有输入信号时，必须放置从仿真库中取出的相应信号源，激励和驱动电路工作。（4）在有些情况下，需要对仿真电路的初始条件进行设置，以保证有正确的仿真结果。1.5.4 简述各种分析（1）静态工作点分析静态工作点是在分析放大电路中提出来的，它是放大电路正常工作的重要条件。当把放大器的输入信号短路，则放大器处于无信号输入状态，称为静态。如果静态工作点选择不合适，则输出波形会失真，因此设置合适的静态工作点是放大电路正常工作的前提。（2） 直流扫描分析直流扫描分析就是直流转移特性，当某输入在一定范围内步进变化时，计算电路直流输出变量的相应变化曲线。例如某个电压源从1V到50V变化，步长可由用户设定，在每一个相应的电压将计算出一套电路参数，并显示。（3）交流小信号分析交流分析是在一定的频率范围内计算电路和响应。如果电路中包含非线性器件或元件，在计算频率响应之前就应该得到此元器件的交流小信号参数。在进行交流分析之前，必须保证电路中至少有一个交流电源，也即在激励源中的AC 属性域中设置一个大于零的值（一般在电路中，设为1V）。（4） 瞬态分析瞬态响应分析是对时域中的输入信号确定时域中的输出。瞬态分析产生的波形像示波器，所有的输出量都是时间的函数，在进行瞬态分析之前会自动进行工作点分析。1.5.5 电路仿真演示如图1.9所示General为静态工作点分析、DC Sweep为直流扫描分析、Temperature Sweep 温度扫描分析、Transient/Fourier 为瞬态分析和傅立叶分析、Transfer Function为传递函数分析、AC Small Signal 为交流小信号分析、Noise为噪声分析、Parameter Sweep为参数扫描分析。进行分析时按键“”出现图1.20，进行如图设置完成后按键“”进行分析。 图1.25 噪声分析图1.26 噪声分析21.6 PCB板绘制学习1.6.1 常见元件的封装要进行PCB的制作，先要进行原理图的修改和元器件的封装。修改是将电源和输出用连接器代替。下面介绍一下常见元器件的封装。电阻：RES1，RES2，RES3，RES4；封装属性为AXIAL系列:AXIAL0.3-AXIAL0.7 其中0.4-0.7指电阻的长度，一般用AXIAL0.4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)整流桥：BRIDGE1,BRIDGE2: 封装属性为D系列（D-44，D-37，D-46）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100uF用 RB.1/.2, 100uF-470uF用RB.2/.4, 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集成块：DIP8-DIP40, 其中指有多少脚，脚的就是DIP8零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AXIAL0.3元件封装，而功率数大一点的话，可用XIAL0.4,AXIAL0.5等等。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、UJTTO-xxx(TO-3,TO-5)/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.这些元件封装，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。常用的电阻的封装如图1.25所示：图1.27 电阻常用的二极管类元件的封装晶体管类常用的二极管类元件的封装如图2.26所示：图1.28 二极管类常见的晶体管的封装如图2.27所示， Miscellaneous Devices PCB PcbLib 集成库中提供的有 BCY W3 H.7 等。 图1.29 晶体管 电容类电容类分为极性电容和无极性电容两种不同的封装，如图1.28和图1.29所示。图1.30 极性电容 图1.31 无极性电容Miscellaneous Devices PCB.PcbLib集成库中提供的极性电容封装有 RB7.615等，提供的无极性电容的封装有RAD0.1等。1.6.2 网络表的导出经过了各个元件的依次封装，就可以进行网络表的导出。点击Gesign之后再点击Create netlist.即可导出网络表如图1.30所示图1.32 网络表导出网络表作为PCB出图，元件之间连接的重要依据。固在导入PCB画图之前，应当准确检查元件之间的连接线路。1.6.3 新建PCB文件以及PCB基本设定在上一步，我们绘制好SCH原理图后，现在我们介绍，如何新建PCB文件。第一步：在Documents目录下，新建一个PCB文件，PCB文件即是我们存放PCB电路的文件图1.33 新建PCB文件第二步：绘制PCB图的外形图1.34 新建文件规则设置图1.35 参数设置a 图1.36 参数设置b当网格参数设置好后就会出现如图示例二界面图1.37 示例二绘制PCB的外形图，我们需要在PCB的外形层Keep-Out Layer中画线，画出的紫色线，则是PCB的外形了，如图1.23示例三图1.38 示例三第三步：将网络表导入PCB中 图1.39 导入网络表图1.40 网络表检错1.6.4 protel99se的自动布线第四步:在protel99se中调整元件位置在protel99se中,拖动元件,就可以移动元件了,需要旋转元件,我们则需要对准元件用MOUSE按中,然后按空格键,我们上PCB图中的所有元件,调整到合适位置第五步:使用protel99se的自动布线功能在protel99se当中,我们使用菜单Auto Route -ALL,这将会进入自动布线工作界面图1.41 PCB自动布线第六步:自动布线选项图1.42 布线选项工具栏在此处进行相关设置后就可进入下一步，相关设置后续章节中详细指出第七步:protel99se自动布线完成图1.43 布线完后的PCB到这里,使用protel99se自动布线已经完成。1.6.5 创建PCB元件封装第一步:进入protel99se封装制作界面在PCB设计界面当中,我们可以在导航样的封装选择器中如下图操作,进入protel99se封装制作界面图1.44 PCB封装库第二步:选择编辑的单位可以有英制和公制.也不一定是一定是公制的,因为有很多元件的单位定义都是英制的,如PIN的引脚距离是10mil,也就是2.54CM,大家可以根据实际情况,选择合适的单位制,在操作当中,我们可以用protel99se快捷键Q切换图1.45 封装工具栏第三步:新建一个元件封装第四步:元件封装向导由于我们是制作自己的元件,所以我们所有东西都是制作,也不需要向导,在这里,我们选择取消,直接进入编辑器图1.46 元件封装向导第五步:确认操作界面中心确认这一步,是为了使我们制作的元件封装,在绝对中心,那么,我们在以后调用元件封装的时候,就可以在元件的中心中拖动了第六步:更改元件的名字修改元件的封装名,以后我们在原理图中,编辑元件,填入封装名的时候,就是填入这个名字就完成了图1.47 添加入自己的封装1.7 PCB的布线及相关设置布线的区域自动布线时必须划定一个区域，让系统在限定的区域内进行布线操作。如果没有明确规定布线区域，Protel98、99的PCB编辑器将有可能（根据电路的复杂程度）使用全部图纸空间来布线，这肯定是不允许的。设定自动布线的区域，需要使用“Keep Out Layer（禁止布线层）”。因为Protel98、99在信号层自动布线的同时，将不停地检索与布线位置对应的禁止布线层，如果禁止布线层的对应位置为空，表示给位置可以布线，否则表示该位置禁止布线，这时系统将改变布线的方向，向其他方向搜索可布线的位置。根据这个原理，可以任意规定布线的区域。例如：通常把印制电路板边界的边框线画在“Keep Out Layer（禁止布线层）”上，这样被限定在印制电路板的边界内。因此，可以把绘制在“Keep Out Layer”上的图形称为“电气边界”。图1.48 各种布线层1.7.1布线的其他规则 图1.49 布线相关设置Protel为自动布线规定了很多默认的规则，设计者通常不需要重新设置，但是应该了解这些规则的内容和意义。（1）Clearance Constraint（安全距离）两个导体之间的最小距离，默认值=10mil。（2）Routing Corners(布线拐角模式）默认值=45度。（3）Routing Priority（布线优先级别）范围0-100，数值越大，级别越高。自动布线时，级别高的先走线。（4）Routing Topology(自动布线方式）默认值设置为“Shortest（最短布线长度）”。（5）Routing Via Style（过孔类型） 有3个参数：“Style（类型）”默认值为“Through（通孔）”，孔径默认值为“Hole Size=28mil”,外径默认值为“Width=50mil”。（6）Width Constraint(布线宽度） 默认值为10mil。2 电子设计2.1 电子设计题目人体反应速度测试器2.1.1 系统设计（1）人体反应速度测试器硬件框图如下图2.1所示：图2.1 硬件逻辑框（2） 总设计图如图2.2所示：图2.2 设计总图大约40个元件组成了这样的电路。十支发光二极管电阻电容若干2.2 COMS芯片引脚及功能2.2.1 CD4069BE芯片图2.3 CD4069BE芯片如图所示，CD4069BE为14管脚芯片，内部为互不干扰的6路反向器，每个反向器由两个CMOS三极管锁构成。在本次设计中，图中共出现了两个词芯片，他具有较大的驱动电流能力，可以直接驱动发光二极管。2.2.2 CD4015BE芯片图2.4 CD4015BE芯片CC4015是由两个相同的、相互独立的4位并行输出/串行输入寄存器组成,每个寄存器分别有时钟和复位输入及一单串行输入,且有各自的“Q”输出。所有寄存器位均为D型主从触发器。加在数据输入端的逻辑电平传送至第一寄存器位,在每一分钟上升沿传送到下一位。复位线上的高电平完成所有位的复位。用一片CC4015封装可将寄存器扩展至8位,或使用多片CC4015可获得8位以上的寄存器。 CC4015提供了16引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4种封装形式。2.2.3 HEF4001BP芯片图2.5 HEF4001BP芯片如图2.5所示，HEF4001BP为二输入与非门，此芯片集成2个门电路在其中。在本次设计中，会将两个与非门搭成一个基本RS触发器使用。2.3 电路说明2.3.1电路简介本电路介绍的人体反应速度测试器由4只数字电路芯片和10只LED发光二极管等组成，可以测出你对信号的反应能力，并将反应能力分为8段，段数越高，反应速度越快，经常进行反应测试训练，可以逐步提高你的反应速度。反应测试器有开机延时、测试信号灯、时钟脉冲、减法计数、启动显示停止控制的，部分组成。他主要有3种共4只CMOS数字集成电路构成，其中IC1是方双4位静态移位寄存器4015，其内部含有两组独立的4位串入并出移位寄存器，在本电路中，将两组级联使用。IC2是四2输入端或非门电路4001，IC3、IC4是反向器4069，每个芯片内含有6个独立的反相器，具有较大的驱动电流能力，可以直接驱动发光二极管。2.3.2电路工作过程电源开关闭合后，LED是电源指示灯发光管点亮，之后延迟数秒，测试信号灯LED1点亮，减法计数器电路在时钟脉冲的作用下，开始递减，有LED2到LED9组成的测试显示发光管依次熄灭。在这过程中，当被测试人按下停止按钮K2时，则时钟脉冲停振，减法计数器处于保持状态，LED2到LED9的熄灭灯的个数，将记录被测试者的反应速度。2.3.3电路原理由IC4E、IC4F、R16、R17、C4等组成的多谐振荡器，作为时钟脉冲，其振荡周期约为2.2R17C4，按照图中参数周期约为44毫秒，还是IC2（4015），组成8位右移寄存器。IC1B、R1、C1等组成开机延迟电路，当闭合电源开关K1时，IC1B的输出端为“1”，在时钟脉冲的作用下，IC2的8位寄存单元，迅速全为“1”，几秒后，IC1B的输出端变为“0”，经过IC3A、IC3B两级反向后，驱动测试信号灯LED1点亮，同时IC2的8位寄存单元，将在时钟脉冲的作用下，从左到右依次变为“0”，当被测试者按下停止按钮K2时，有IC1C、IC1D组成的RS触发器置“0”，使IC2处于保持状态，结果通过IC3C到IC4D驱动发光二极管显示。这里的IC1A的作用是只有当测试信号灯LED1点亮后按下，停止按钮K2才能有效，提前按下K2无效。2.4 电子设计中遇到的问题及解决方案虽然Protel 99 SE功能强大，人机界面友好，但在设计过程中还是会遇到一些问题，具体归纳如下：（1）生成的印刷电路板图与电路原理图不相符，有一些元件没有连上。这种情况时有发生，问题出在原理图上，原理图看上去是连上了，但画图不符合规范，导致未连接上。不规范的连线有：连线超过元器件的断点；连线的两部分有重复。解决方法：是在画原理图连线时，应尽量做到：在元件端点处连线；元器件连线尽量一线连通。（2）在印刷电路板设计中装入网络表时元器件不能完全调入。原因有：印刷电路板封装的名称不存在，致使在封装库中找不到；封装可以找到，但元件的管脚名称与印刷电路板库中封装的管脚名称不一致。原理图中未定义元件的封装形式。解决方法：到网络表文档中查找