《电子线路实践》课程设计

1、电子线路实践课程设计题目：“多功能应急灯”、“NE555单稳态电路”、“电压监控器”的设计学 院 专 业 学 号 学 生 姓 名 指导教师姓名 指导教师单位 2014年7月16号摘 要 运用Altium Designer电路板设计软件，绘制数字电路“场效应管音频混合器”、“交替闪光装置”、“定时蜂鸣器”的原理图以及PCB设计。对其电路各组成部分进行详细的原理分析，并用万用板链接元器件焊接完成电路板的制作，运用直流电压、示波器和信号发射器进行试验检测，结果与电路原理分析一致。最后对整个实验过程的收获和心得进行总结。关键字：Altium Designer；数字电路；PCB设计；原理分析目录1.设计

2、目的12.设计方案13.芯片简介23.1LM358：23.1.1工作方式：23.1.2电路特性：23.2NE555简介33.2.1工作方式33.2.2引脚功能说明33.2.3NE555集成电路的框图及工作原理43.3UA741简介43.3.1工作方式43.3.2芯片引脚和工作说明53.3.3UA741优点53.3.4UA741的使用54.电路板分析64.1多功能应急灯原理分析64.1.1原理图74.1.2方波的形成电路74.1.3功能84.1.4PCB板的设计与实物制作84.1.5检验过程94.2单稳态电路原理分析94.2.1原理图104.2.2方波信号输入104.2.3功能114.2.4PC

3、B设计与实物制作124.2.5检验过程134.3电压监控器134.3.1原理图144.3.2运算放大器144.3.3功能154.3.4PCB与实物制作154.3.5检验过程165.总结16参考文献18北京师范大学珠海分校1. 设计目的(1) 掌握LM358双运算放大器的设计与应用；(2) 掌握三极管的作用与接入；(3) 熟悉NE555单稳态电路的原理；(4) 熟悉波形信号的输入与输出；(5) 掌握高增益单运放uA741的设计与运用；(6) 熟悉二极管LED的接入于使用；(7) 熟练运用Altium Designer 9电路板设计软件；(8) 熟悉电路板的焊接过程；2. 设计方案(1) 多功能应

4、急灯：通过LM358双运算放大电路将输入电源处理为方波电压源，在三极管和开关的共同作用下，使灯泡接入不同电路，实现灯泡常亮模式与闪烁模式之间的转换，并用滑动变阻器调节闪烁频率。(2) NE555单稳态电路：利用一个NE555单稳态电路处理，在方波信号输入时，提供一个与电源电压匹配的方波信号输出。(3) 电压监控器：通过高增益单运放UA741的处理，当IN的电压逐渐升高时，通过LED 的电流逐渐减小，灯变暗，从而实现对输入IN的电压监控。3. 芯片简介3.1 LM358：3.1.1 工作方式：图3-1 LM358LM358是由两个独立的高增益运算放大器组成。可以是单电源工作，也可以是双电源工作，

5、电源的电流消耗与电源电压大小无关。应用范围包括变频放大器、DC增益部件和所有常规运算放大电路。采用DIP8或SOP8封装形式。3.1.2 电路特性：u 内部频率补偿  u 直流电压增益高(约100dB)  u 单位增益频带宽(约1MHz)  u 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(±1.5一±15V)  u 低功耗电流，适合于电池供电  u 低输入偏流  u 低输入失调电压和失调电流 u 共模输入电压范围宽，包括接地  

6、;u 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围  u 输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V3.2 NE555简介3.2.1 工作方式单稳态类电路双稳态类电路图3-2 NE555无稳态类电路3.2.2 引脚功能说明(1) 第1脚（接地；GND）：接电源负极。(2) 第2脚（触发；Trigger）：当第2脚电压低于1/3 Vcc时会令第3脚输出高电平，且第7脚对地开路。(3) 第3脚（输出；Output）：555的输出脚，输出电平是高是低，完全受第2、4、6脚控制。(4) 第4脚（重置；Reset）：第4脚电压小于0.4伏特时，第3脚输出低电平，同时令第7脚对地短路。(5) 第5脚

7、（控制电压；Control Voltage）：这一脚与比较器的参考电压点相通，允许由外界电路改变第5脚及第6脚的动作电压。平时大多接一个0.01F以上之电容器接地，以免555受到杂讯的干扰。(6) 第6脚（临界；Threshold）：当第6脚的电压高于2/3 Vcc时，第3脚输出低电平，同时第7脚对地短路。(7) 第7脚（放电；Discharge）：与第3脚同步动作。当第3脚输出高电平时，第7脚对地开路；在第3脚输出低电平时，第7脚对地短路。(8) 第8脚（±Vcc）：接电源正极。第8脚与第1脚之间电压可以是4.516伏特。3.2.3 NE555集成电路的框图及工作原理555集成电路

8、开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、图3-3 引脚功能图调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图  3.3 UA741简介3.3.1 工作方式图3-4 UA741uA741M，uA741I，uA741

9、C（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。3.3.2 芯片引脚和工作说明 1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚。3.3.3 UA741优点宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。（1）无频率补偿要求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4）大的共模、差模电压范围；（5）低功耗。3.3.

10、4 UA741的使用 使用时需在7、4脚加一对同等大小的正负电源电压+dcV与-dcV，一旦在2、3脚有电压差存在，压差就会被放大到输出端，其输出电压决不会大于正电源电压+dcV或小于负电源电压-dcV，输入电压差经放大后若大于外接电源电压+dcV与-dcV，其值会等于+dcV或-dcV。如图所示： 图3-5若在同相输入端输入电压，会在输出端得到被放大的同极性输出；若在反相输入端输入电压，会在输出端得到被放大的呈逆极性信号的输出；当两输入端同时输入电压时，则是以同相输入端电压值（1V）减去反相输入端电压值（2V），可与输出端得到（1V-2V）经过同样倍率放大后的输出。图3-6 放大器

11、基本输出入关系图4. 电路板分析4.1 多功能应急灯原理分析4.1.1 原理图图4-1 原理图4.1.2 方波的形成电路图4-2方波形成电路图接通电源，通过LM358芯片处理，形成方波电压。4.1.3 功能(1) 这是一个非常多才多艺的应急灯，可以工作在两种模式的电路图（闪光模式和常亮模 式）。(2) 接通电源，通过LM358芯片，从7号管脚输出方波电压提供给LED灯。(3) 常亮模式和闪光模式可以通过S2选择(4) 在常亮模式下U1B输出的脉冲宽度可以利用滑动变阻R9 来调整。(5) 在闪光模式下，U1B输出的变频脉冲可通过滑动变阻R9调整为1至25的闪烁灯。(6) 电路的开关可通过S1选择

12、。4.1.4 PCB板的设计与实物制作图4-3 PCB板图4-4 实物图4.1.5 检验过程在焊接过程中，发现图纸所需要的12V2A的灯泡无法买到，后通过给LED灯传入电阻代替实现预想目标。在焊接完成后，接入学生电源、示波器进行检验，发现灯泡没有亮起，而U1B输出处有检测到方波信号，通过细心检查，发现是PNP和NPN各个管脚接反了，再次接对并检查各个接口没有短路后，接通电源发现灯泡亮起，在调节S2开关后，LED实现常亮与闪烁的转换，调节滑阻R9后改变了LED闪烁模式时的闪烁频率；调节S1开关后，实现电路的开关。达到预想效果。4.2 单稳态电路原理分析4.2.1 原理图图4-5 单稳态电路原理图

13、4.2.2 方波信号输入图4-6方波输入通过NE555单稳态电路，输出与电源电压匹配的波形信号。图4-74.2.3 功能通过NE555单稳态电路，将输入的方波信号转换为与电源电压相匹配的方波信号。4.2.4 PCB设计与实物制作图4-8单稳态电路PCB板图4-9单稳态电路实物图4.2.5 检验过程这个电路板原件虽然少，焊接简单，可功能比较繁琐，不但用到了学生电源，还用到了信号发生器以及示波器。起初在电路焊接完毕后检验时，发现Vin的两个输入和接地的管脚过于靠近，检验时易短路，于是在左边多焊了一个排针，将输入的管脚接过去，使得输入与接地两个管脚分开。在接入学生电源、示波器以及信号发生器时，由于接

14、地管脚有限，只能将一些接地线接在电路板接地管脚的背面。在一切接好后，信号输出处检测到方波信号，虽然有些许失真，但影响这些失真的因素众多，不可避免，总体来说电路板制作成功。输入信号与输出信号方波波形图如图所示。图4-10输入信号与输出信号方波波形图4.3 电压监控器4.3.1 原理图图4-11电压监控器原理图4.3.2 运算放大器图4-12 运算放大器4.3.3 功能(1) 设置一个输入电源电压6-15V 当J2的2管脚输入0V电压时LED通电亮起；(2) J2的2脚管输入电压逐渐升高，当输入电压高于电源电压时LED熄灭；(3) 可通过调整滑动变阻器 R2的调节设置LED 熄灭电压；4.3.4

15、PCB与实物制作图4-13 电压监控器PCB板图4-14 电压监控器实物图4.3.5 检验过程这是一个很简单的电路设计，他的效果就是：首先设置一个电源电压输入，再在输入端输入一个0电压或比电源电压低的电压，此时LED正常发光，当逐渐升高输入电压或调节滑动变阻器，使得输入电压大与电源输入电压时，LED灭。可是在焊接完成后输入电源电压时，不小心接入过高电压，使得LED瞬间被烧坏，在从新换了LED并接入符合规定电压时，LED亮起，输入一个低与电源电压的电压，调节滑动变阻器，当调节到一定阻值时，LED灭，电路板制作成功。5. 总结从一开始，对于PCB的完全不了解，经过1个多月的学习与实践，终于不负努力

16、，成功做出了3块电路板，在这期间，遇到了各种各样的问题，而对于我们来说，这些问题都是我们所没接触过的，所没有认知到的，我们通过已掌握的知识，再从各方面学习，取经，一点点克服了种种问题，在最后我们的“作品”成功的展现出其所应有的效果的时候，我们都满心欣慰！1个月的努力与辛苦没有白费！在这一个月中，我们学习到了很多知识，学习到了很多课本意外的知识，也接触到了很多课本以外的东西。在这1个月中，我们也发现，纸上谈兵是不行的，实践才是检验真理的唯一标准，只有实践，我们才会发现我们的不足，才会遇到真正的问题！也只有亲自动手参与，才会对知识有更深入的了解！这1个月也让我知道了本专业的艰辛，但我依然喜欢这个专业，希望以后能