电子技术应用实验(原理图,PCB的绘制).doc

实验一 PROTEL软件应用原理图编辑与绘制（4H）一、 实验目的1 掌握Protel99的启动和退出方法2 熟悉、掌握常用菜单的使用3 掌握原理图编辑的基本操作4 掌握绘制原理图的技巧5 观察了解绘制原理图过程中的各种错误和修正方法二、 实验内容1 新建一个文件，mydesign.ddb,用学号更名（如10607030201），存于D：盘。2 新建Sheet1.Sch，更名为SY1.Sch，并打开它开始编辑。3 添加Miscellaneous Devices以及IntelDatabooks库，用以调用元件。4 全局设置。（1）图纸尺寸为A4（提示：Design/Options）；节点尺寸为samll(提示：Tools/Preferences/Default Primitives/Junction)；（2）连线类型根据需要设置为samll(提示：Tools/Preferences/Default Primitives/Wire)；5 绘制图1所示的原理图，各元件的属性设置如表1所示。图1 原理图的编辑与绘制表1元件型号、编号及封装表元件值序号元件封装说明元件库元件名10uC1RAD0.1CapacitorMiscellaneous Device.lib CAP10uC2RAD0.1CapacitorMiscellaneous Device.libCAP15KR6AXIAL0.3Miscellaneous Device.libRES220KR4AXIAL0.3Miscellaneous Device.libRES220KR5AXIAL0.3Miscellaneous Device.libRES220uC3RAD0.1CapacitorMiscellaneous Device.libCAP30kR3AXIAL0.3Miscellaneous Device.libRES23kR7AXIAL0.3Miscellaneous Device.libRES24kR2AXIAL0.3Miscellaneous Device.libRES24kR1AXIAL0.3Miscellaneous Device.libRES29013Q1TO92CNPN TransistorMiscellaneous Device.libNPN9013Q2TO92CNPN TransistorMiscellaneous Device.libNPNCON4J1SIP4ConnectorMiscellaneous Device.libCON41N4148D1DIODE0.7Miscellaneous Device.libDIODE6 在绘制过程中熟悉以下操作：（1） 元件的基本操作：元器件放置（Placepart）、移动（Edit Movemove）、删除（Edit Delete）、恢复（Editundo）练习（2） 学会用SPACE、X、Y对元件进行90度、X轴对称、Y轴对称旋转。（3）熟悉以下热键的使用：放置实体剪贴板及图纸操作放置实体状态下的操作P/P：放置元件;P/W：放置导线;P/N：放置网络标号;P/J：放置节点;P/O：放置电源;P/T：放置注释;Ctrl+C:复制; Ctrl+X:剪切; Ctrl+V:粘贴; PgUp:放大图纸;PgDn:缩小图纸;End:刷新；ESC:结束当前操作Space：放置实体状态下逆时针旋转90度;X：放置实体状态下左右翻转;Y：放置实体状态下上下翻转；Tab：放置实体状态下设置属性。7生成网络表（net文件）：DesignCreate Netlist，使用默认设置，生成net文件后，仔细查看网络表，检查有无各元件的管脚间连接关系是否正确。8生成元件列表（xls文件）：ReportsBills of Material。使用默认格式生成文件，仔细查看列表中的元件封装、说明等内容9.熟练掌握File、Edit、View、Place、Design菜单中的命令和选项。三、 实验报告要求1、实验电路图： 要求紧凑2、数据分析：材料清单+库标识，常用快捷键列表3、实验结论：总结原理图操作时的界面布局，主要菜单的功能，实验中用到的Place菜单中主要实体的特性、放置方法等。4、思考题：1、line和wire，wire和bus、bus Entry的区别。2、元件如何旋转？划线时按“空格键”的作用？ 5、原始记录：1、使用的各类元件元件、图、个数；2、网络标号。学习要点：1了解protel，ewb,multisim，quartus等几个电子设计软件的特点。2几种文件类型：数据库文件，原理图文件，印制板图文件，原理图库文件，印制板图库文件。3.操作界面；菜单，工具箱，设计管理器，工作区，状态栏，命令栏。4.环境设置：图纸设置（如图纸大小，可视栅格，捕捉栅格）；实体默认设置（如线宽，节点大小颜色等）5.元件库的添加与删除。6.实体操作：导线，总线（包括总线和总线入口），元件，网络标号，电源和地线，节点。7.常用热键，常用元件样本名。8.报表：元件清单，网络表。9几个区别：导线wire和line;导线wire和总线bus;注释Anotation和文本框Text Frame。参考资料：:8080教学资源电子线路CAD课件(古良玲) 第二章，第三章36实验二 PROTEL软件应用电路板编辑与绘制（4H）一、实验目的1熟悉、掌握印制板电路设计中常用菜单的使用2掌握印制板电路编辑的基本操作3掌握用和手工布线两种绘制电路板的技巧4观察了解绘制电路板过程中的各种错误和修正方法二、实验内容1在实验一所创建的文件里新建一个pcb文件，取名SY2.pcb。2添加Generic Footprints Advpcb.ddb、Miscellaneous.ddb库, 用以调用元件。3设计环境的设置(DesignOptions):(1) 单位制（Grid）：英制imperial。(2)当前层设为TopLayer(元件层)。(3)进行栅格尺寸设置（Grid）：a. 捕获栅格尺寸（Snap Grid）：20milb. 可视栅格尺寸（Visible Grid）：1000mil 4自动布线按图1所示的电路原理图。建立网络表，将网络表调入电路板图中，并进行人工布局，最后完成自动布线。具体要求： 各元件封装如表1所示。 电路板尺寸：小于1260mil2240mil，且尽量小。 使用双面板，电源在顶层布线，地线在底层布线。 线宽设置：VCC为40mil，GND为50mil，其他为10mil。 布线优先权设置为VCC具有最高优先权，GND其次。 不同网络间的最小间距为10mil。（1） 在图1所示的原理图编辑环境下，执行Tools/ERC，进行电气规则检查。（2） 执行Design/Create Netlist，创建网络表。（3） 打开SY2.PCB文件，打开并编辑它；（4） 调入封装库：使用菜单命令“Design/Add/Remove Library”，向电路板图窗口调入封装库：General IC、PCB Footprint、Miscellaneous、International Rectifiers和Transistor。（5） 执行Design Load Netlist，装入实验一所生成的网络表文件。（6） 对调入的元件进行人工布局。在禁止层画禁止布线范围（比板框稍小）；人工布置元件；设置布线规则，包括设置最小间距，设置线宽，设置布线层，设置优先权。（7） 执行Auto Route/All，自动布线。（8） 检查连线，查看有无遗漏。2手工布线（1）新建一个SY2-1.PCB文件，打开并编辑它，在禁止布线层Keepout Layer画出一个1260mil2240mil的禁止布线范围（比板框稍小），以定义电路板大小，基本连线宽度10mil,VCC为40mil，GND为50mil。（2）调入封装库：使用菜单命令“Design/Add/Remove Library”，向电路板图窗口调入封装库：General IC、PCB Footprint、Miscellaneous、International Rectifiers和Transistor。（3）照实验一所画原理图，切换到Toplayer，调入相应的元件（即元件封装），并将元件全部移动到板框内；（4）规划元件摆放位置，切换到Bottomlayer并开始连线，遇到连线交叉而未真正相连的时候，切换到Toplayer，再连线；遇到连线交叉而未真正相连的时候，方法同上；注意过孔的使用；（5）检查连线，查看有无遗漏。三、实验报告要求1实验电路图：PCB电路图。2数据分析：材料清单（各类元件个数），分析错误。3原始记录：使用各类元件个数，单图个数表示。学习要点：1 印制电路板的几个基本概念：封装、铜膜导线、助焊膜和阻焊膜、层、焊盘和过孔、丝印层2 环境设置。3 基本流程。4 掌握英制与公制单位之间的换算。5 掌握几个基本封装库。参考资料：:8080教学资源电子线路CAD课件(古良玲) 第五章，第六章实验三 智力竞赛抢答器一、实验目的1 学习数字电路中D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源、计数器等单元电路的综合运用。2 熟悉智力竞赛抢答器的工作原理。3 了解简单数字系统实验、调试及故障排除方法。二、实验设备及器件1.数电实验箱、数字万用表、双踪示波器、函数信号发生器 各1台2.计算机（带EWB或MULTISIM电路仿真软件）3.元件若干三、知识点及预习要求本实验的知识点为任意进制数加减计数器，D触发器，555定时电路的工作原理，控制逻辑电路的设计等单元电路的设计方法和参数计算、检测、调试。1.复习数字电路中D触发器、时钟发生器及计数器、译码显示器等部分内容。2.分析抢答器电路的组成、各部分功能及工作原理。3.列出抢答器电路的测试表格和调试步骤。标出所用芯片引脚号。4.用EWB或MULTISIM设计电路并进行仿真。四、设计任务1. 设计一个供四人用的智力竞赛抢答器电路，用以判断抢答优先权，用发光二极管代表相应的选手。2.有抢答计时功能，要求计时电路显示时间精确到秒，最多限制为60秒，一旦超出限时，则取消抢答权。五、实验原理图1为智力抢答器电路的逻辑图。按功能分成4个单元电路进行分析。振荡电路译码显示主控制电路1Hz时钟1KHz时钟置数复位计数清零计数器电路图1 智力抢答器电路的逻辑图 设计提示：1、振荡电路应能输出频率分别为为1KHz和1Hz、幅度为5V的时钟脉冲，秒信号要求误差不超过0.1S。可用555设计一个输出频率为1KHz的多谐振荡器，再通过1000分频（1000进制计数器）而得到1Hz的秒脉冲。 2、计数器电路应具有60秒倒计时（计数范围为600减计数器）的计时功能，计数到0时停止计数。可用2片十进制计数器组成，通过检0信号控制秒脉冲输入。 3、译码显示电路，需2片BCD译码器和2个数码管。 4、主控制电路用各种门电路和D触发器组成，当信号灯某一个输出为1时，封锁D触发器的CP脉冲输入、并通过单稳态触发器实现计数器的置数功能。另外计数器的检0通过单稳态触发器使D触发器复位，信号灯全部熄灭，表示抢答失效。主持人复位按钮按下去，同时清除信号灯并使数码管显示清除为0。5、用EWB5.0C或MULTISIM 8设计电路，并实现单元电路的调试。其参考电路如图2、图3、图4、图5所示。图2为1KHZ脉冲源部分，图3为1000分频电路，图4为主控制电路部分，图5为计数译码显示部分。图2 1KHZ脉冲源图3 1000分频电路图4 主控制电路图5 计数译码显示电路六、实验报告1、分析每个单元的设计要求并用所给的元器件设计出各单元电路和整体电路，并在计算机上进行仿真。2、对单元电路进行调试，直到满足设计要求，记录各电路的逻辑功能、波形图等参数。3、待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来，并进行测试。七、思考题1、有一组抢答后，怎样实现1KHZ脉冲信号的封锁？抢答后，怎样实现置数？2、从60倒计时到0后，怎样实现1HZ脉冲信号的封锁，致使数码管数据保持0不变？怎样清除选手信号指示灯？3、主持人手动复位实现两个功能，一个是清除选手信号指示灯，一个是清除数码管数据，这两个功能是怎样实现的？附1：74LS123 双可重触发单稳态触发器74LS123是一个可重触发单稳态触发器，有清零功能和互补输出端，其芯片管脚图及功能表如图所示。本实验两个部分都是用的第四组功能。 74LS123芯片管脚图及功能表其单稳态时间由外围电阻电容决定，其电路连接如图所示，如果Cx是有极性电解电容，则正极接在REXT/CEXT端。暂态时间Tw=K*Rx*Cx。Rx的单位是k，Cx的单位是pF，Tw的单位是ns。K值与电容有关，如图所示，当Cx1000pF时，K0.37。 74LS123外围元件的连接 K值与电容的关系图当Cx1000pF时，其暂态时间tw与参数Cx及Rx的关系如图所示。暂态时间tw与参数Cx及Rx的关系图74LS175 四D触发器，具有公共清零端和公共CP输入端 74LS175的芯片管脚图 74LS175的逻辑符号74LS175的内部框图附二：智力抢答器（模块化）各文件说明1、1KHZ1HZ频率发生器理论计算：0.7（R1+2R2）C=1ms,R1=10k,C=0.1uF;算得：R2=4.3K;仿真调节：R2=5K*(1-59%)=2.05K。2、1KHZ1HZ频率发生器13、计数译码显示电路现象：按R，清零；再按L，置数60，然后倒计时，倒计时到0时，数码管不再变化，同时复位端RST为1，灯亮4、计数译码显示电路15、主控制电路现象：1、选手抢答：按A,B,C,D中一个 ，选手抢答，此时对应地选手指示灯亮，同时置数指示灯LOAD出现一个负脉冲，短暂地灭一下; 2、手动清零：按SPACE键清零，此时，选手信号指示灯全灭，同时清零指示灯出现一个正脉冲，指示灯短暂地亮一下； 3、自动清零：把自动复位信号置于1，自动复位，选手指示灯全灭，同时清零指示灯出现一个正脉冲，指示灯短暂地亮一下.6、主控制电路17、智力抢答器模块化电路8、智力抢答器总电路图附三：智力竞赛抢答器制作电路图1智力竞赛抢答器元件清单1元件名称型号数量备注智力竞赛抢答器（焊接，只做振荡和抢答部分，译码部分不做）芯片74LS00114P74LS20114P74LS175116P55518P电阻10K11K551042K1代替5K电位器电容0.1uf(104)10.01uf(103)1按钮5发光二极管绿色4芯片座子8P114P216P1智力竞赛抢答器制作电路图2（7专业选做）智力竞赛抢答器元件清单2（7专业选做）元件名称型号功能数量备注智力竞赛抢答器芯片74LS00四2输入与非门114P74LS20二4输入与非门114P74LS08四2输入与门114P74LS123双可重触发单稳态触发器116P74LS175四D触发器116P74LS192十进制计数器516P555定时器18PCD40788输入或/或非门114PCD4511七段式数码显示译码器216P电阻10K11K751018电阻2K12K电阻代替5K电位器电容0.1uf(104)30.01uf(103)1按钮4P复位式5发光二极管绿色4共阴极数码管2插在24P宽行座子上芯片座子8P114P416P924P(宽)1实验四 交通灯控制电路的设计一、实验目的1.学习触发器、时钟发生器及计数、译码显示、控制电路等单元电路的综合应用。2.进一步熟悉进行大中型电路的设计方法，掌握基本的原理及设计过程。二、实验设备及器件1.数电实验箱、数字万用表、双踪示波器、函数信号发生器 各1台2.计算机（带EWB或MULTISIM电路仿真软件）3.元件若干 三、知识点及预习要求本实验的知识点为任意进制数加减计数器，D触发器，555定时电路的工作原理，控制逻辑电路的设计等单元电路的设计方法和参数计算、检测、调试。1.复习数字电路中D触发器、时钟发生器及计数器、译码显示器等部分内容。2.分析交通灯控制电路的组成、各部分功能及工作原理。3.列出交通灯控制电路的测试表格和调试步骤。标出所用芯片引脚号。4.用EWB或MULTISIM设计电路并进行仿真。四、设计任务1.设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60秒。支干道通行时，主干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。 2.每次绿灯变红时，要求黄灯先闪烁3秒（频率为5Hz）。此时另一路口红灯也不变。3.在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。 五、实验原理图1为交通灯控制电路的逻辑图。按功能分成5个单元电路进行分析。振荡电路信号灯译码驱动器译码显示计数器电路主控制电路5Hz时钟1Hz时钟图1 交通灯控制电路逻辑图 设计提示：1、秒振荡电路应能输出频率分别为为1Hz和5Hz、幅度为5V的时钟脉冲，要求误差不超过0.1S。为提高精度，可用555设计一个输出频率为100Hz的多谐振荡器，再通过100分频（100进制计数器）而得到1Hz的时钟脉冲，通过20分频得到5Hz的时钟脉冲。 2、计数器电路应具有60秒倒计时（计数范围为601减计数器）、30秒倒计时（计数范围为301减计数器）以及3秒计时功能。此三种计数功能可用2片十进制计数器组成，再通过主控制电路实现转换。 3、各个方向的倒计时显示可共用一套译码显示电路，需2片BCD译码器和2个数码管。 4、主控制电路和信号灯译码驱动用各种门电路和D触发器组成，应能实现计时电路的转换、各方向信号灯的控制。5、用Mulisim设计的整体电路如图2所示，其中部分单元子电路如图3、4、5所示。图2 整体电路图3 100Hz时钟产生电路图4 100分频和20分频电路图5计数器电路图6主控制电路六、实验报告1、分析每个单元的设计要求并用所给的元器件设计出各单元电路和整体电路，并在计算机上进行仿真。2、对单元电路进行调试，直到满足设计要求，记录各电路等逻辑功能、波形图等参数。3、待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来，并进行测试。七、思考题1、本设计怎样实现数据0的检测而实现数据的重载的？2、重载数据30、60是怎样实现切换的？2、本设计怎样实现后三秒的检测，并在后三秒怎样实现黄灯的闪烁？附录：制作电路图及清单交通灯控制电路元件清单1元件名称型号功能数量备注交通灯控制电路的设计(译码显示部分不做)芯片74LS192十进制加/减计数器416P74LS74D触发器114P40788输入或/或非门214P74LS08四2输入与门214P74LS04六反相器114P555定时器18P发光二极管红10黄2绿2电阻5101410K1100K1代替100K电位器电容0.01uf(103)10.1uf(104)1芯片座子16P414P68P1交通灯控制电路元件清单2（