《高频电子线路》课程设计

1、辽宁师范大学高频电子线路课程设计2009 级本科）题目：学院：专业：定时器 4光控路灯物理与电子技术学院电子信息工程班级：班级学号：姓名：指导教师：完成日期： 2011 年 11 月 1 日目录一内容摘要 2二关键词 22.1 PCB 22.274LS161 62.3 NE555 112.474LS04 132.574LS00 16三主体部分 163.1设计内容及要求 163.1.1设计内容 163.1.2要求 163.2原理图及工作原理 163.2.1流程图 163.2.2原理图 163.2.3 PCB 图 173.2.4工作原理 173.3元器件的识别 183.4组装调试 193.5总结与

2、展望 19四参考文献 21五收获与体会 22数字电子技术课程设计：光控路灯一 内容摘要光控定时控制路灯电路，当天黑时，路灯自动点亮，模拟成动态7 秒后路灯自动关闭，夏天 5 秒后路灯自动关闭，第二天重复此过程。二 关键词1.PCB一般 PCB基本设计流程如下：前期准备-PCB 结构设计 -PCB 布局 - 布线 - 布线优化和丝印- 网络和 DRC检查和结构检查- 制版。第一：前期准备。这包括准备元件库和原理图。“工欲善其事，必先利其器”，要做出一块好的板子，除了要设计好原理之外，还要画得好。在进行PCB设计之前，首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。元件库可以用peotel自带的

3、库，但一般情况下很难找到合适的，最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。 PCB的元件库要求较高，它直接影响板子的安装；SCH的元件库要求相对比较松，只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行。PS：注意标准库中的隐藏管脚。之后就是原理图的设计，做好后就准备开始做PCB设计了。第二： PCB结构设计。这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB设计环境下绘制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按键/ 开关、螺丝孔、装配孔等等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域（如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域）。第三： PCB

4、布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好的话，就可以在原理图上生成网络表（ Design-CreateNetlist），之后在 PCB图上导入网络表Design-LoadNets ）。就看见器件哗啦啦的全堆上去了，各管脚之间还有飞线提示连接。然后就可以对器件布局了。一般布局按如下原则进行：按电气性能合理分区，一般分为：数字电路区( 即怕干扰、又产生干扰) 、模拟电路区( 怕干扰 ) 、功率驱动区（干扰源）；完成同一功能的电路，应尽量靠近放置， 并调整各元器件以保证连线最为简洁；同时，调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁；对于质量大的元器件应考虑安装位置和安

5、装强度；发热元件应与温度敏感元件分开放置，必要时还应考虑热对流措施； I/O 驱动器件尽量靠近印刷板的边、靠近引出接插件；时钟产生器（如：晶振或钟振）要尽量靠近用到该时钟的器件；在每个集成电路的电源输入脚和地之间，需加一个去耦电容（一般采用高频性能好的独石电容）；电路板空间较密时，也可在几个集成电路周围加一个钽电容。继电器线圈处要加放电二极管（1N4148 即可）；布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉需要特别注意，在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时，应该在保证上面原则能够体现的前

6、提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致” 。这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度，所以一点要花大力气去考虑。布局时，对不太肯定的地方可以先作初步布线，充分考虑。第四：布线。布线是整个PCB设计中最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏。在 PCB的设计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：首先是布通，这时PCB设计时的最基本的要求。 如果线路都没布通， 搞得到处是飞线， 那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。其次是电器性能的满足。 这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后，认真调整布线，使其能达到最佳的电器性

7、能。接着是美观。假如你的布线布通了，也没有什么影响电器性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花花绿绿的，那就算你的电器性能怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试和维修带来极大的不便。布线要整齐划一，不能纵横交错毫无章法。 这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现，否则就是舍本逐末了。布线时主要按以下原则进行：一般情况下，首先应对电源线和地线进行布线，以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线， 通常信号线宽为：0.2 0.3mm，最细宽度可达0.05 0.07mm，电源线一般为1.2 2

8、.5mm。对数字电路的 PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用 （模拟电路的地则不能这样使用）预先对要求比较严格的线（如高频线）进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积，而不应该走其它信号线，以使周围电场趋近于零；尽可能采用45o 的折线布线，不可使用90o 折线，以减小高频信号的辐射；（要求高的线还要用双弧线）任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少

9、；关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时，要用“地线 - 信号 - 地线” 的方式引出。关键信号应预留测试点，以方便生产和维修检测用原理图布线完成后，应对布线进行优化；同时，经初步网络检查和DRC检查无误后，对未布线区域进行地线填充，用大面积铜层作地线用, 在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。 PCB布线工艺要求线一般情况下，信号线宽为 0.3mm(12mil) ，电源线宽为 0.77mm(30mil) 或 1.27mm(50mil) ；线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm(13mil)

10、 ，实际应用中，条件允许时应考虑加大距离；布线密度较高时，可考虑（但不建议）采用IC 脚间走两根线，线的宽度为0.254mm(10mil) ，线间距不小于0.254mm(10mil) 。特殊情况下，当器件管脚较密，宽度较窄时，可按适当减小线宽和线间距。焊盘（ PAD）焊盘（ PAD）与过渡孔（VIA）的基本要求是：盘的直径比孔的直径要大于0.6mm；例如，通用插脚式电阻、电容和集成电路等，采用盘/ 孔尺寸1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插针和二极管1N4007 等，采用1.8mm/1.0mm（ 71mil/39mil）。实际应用中，应根据实际元件的尺寸来定，有条件时，可

11、适当加大焊盘尺寸；PCB板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大0.2 0.4mm左右。过孔（ VIA）一般为 1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。焊盘、线、过孔的间距要求PADandVIA： 0.3mm（ 12mil ）PADandPAD： 0.3mm（ 12mil ）PADandTRACK： 0.3mm（ 12mil ）TRACKandTRACK： 0.3mm（ 12mil ）密度较高时：PADandVIA： 0.254mm（ 10mil ）PADandPAD

12、： 0.254mm（ 10mil ）PADandTRACK： 0.254mm（ 10mil ）TRACKandTRACK： 0.254mm（ 10mil ）第五：布线优化和丝印。 “没有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去设计，等你画完之后，再去看一看，还是会觉得很多地方可以修改的。一般设计的经验是：优化布线的时间是初次布线的时间的两倍。感觉没什么地方需要修改之后，就可以铺铜了（Place-polygonPlane）。铺铜一般铺地线（注意模拟地和数字地的分离），多层板时还可能需要铺电源。时对于丝印，要注意不能被器件挡住或被过孔和焊盘去掉。同时，设计时正视元件面，底层的字做镜像处理，以免

13、混淆层面。第六：网络和DRC检查和结构检查。首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的 PCB网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查（NETCHECK），并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证布线连接关系的正确性；网络检查正确通过后，对PCB设计进行DRC检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。第七：制版。在此之前，最好还要有一个审核的过程。PCB设计是一个考心思的工作，谁的心思密，经验高，设计出来的板子就好。所以设计时要极其细心，充分考虑各方面的因数（比如说便于维修和检查这一项很多人就

14、不去考虑），精益求精，就一定能设计出一个好板子。2 74LS161位二进制同步计数器（异步清除）简要说明：161为可预置的 4 位二进制同步计数器， 共有 54/74161 和 54/74LS161 两种线路结 构型式，其主要电特性的典型值如下：型号FMAXPDCT54161/CT7416132MHz305mWCT54LS161/CT74LS16132MHz93mW161的清除端是异步的。 当清除端 CLEAR为低电平时， 不管时钟端CLOCK状态如何，即可完成清除功能。161的预置是同步的。当置入控制器 LOAD为低电平时，在 CLOCK 上升沿作用下，输出端 QA QD 与数据输入端 A

15、D 相一致。对于 54/74161 ，当 CLOCK由低至高跳变或跳变前， 如果计数控制端 ENP、 ENT 为高电平， 则 LOAD应避免由低至高电平的跳变， 而 54/74LS161 无此种限制。161的计数是同步的，靠 CLOCK同时加在四个触发器上而实现的。当ENP、ENT均为高电平时，在CLOCK上升沿作用下 QA QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74161 ，只 有当CLOCk为高电平时， ENP、ENT才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS161 的 ENP、 ENT跳变与 CLOCK无关。161 有超前进位功能。 当计数溢出时， 进位输出端 （

16、 RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为QA的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。对于 54/74LS161 ，在 CLOCk出现前，即使 ENP、ENT、CLEAR发 生变化，电路的功能也不受影响。管脚图：引出端符号：PCO进位输出端CLOCKCLEARENPENTABCDLOADQAQD时钟输入端（上升沿有效）异步清除输入端（低电平有效）计数控制端计数控制端并行数据输入端同步并行置入控制端（低电平有效）输出端功能表：说明： H 高电平低电平任意低到高电平跳变极限值电源电压 -7V输入电压54/74161 -5.5V54/74LS161 -7VENP 与ENT 间电压5

17、4/74161 -5.5V工作环境温度54 -55 12574 -0 70贮存温度 -65 150推荐工作条件：CT54161/CT74161CT54LS161/CT74LS161单位最小额定最大最小额定最大54455555.5电源电压 VccV744 7555254.7555.25输入高电平电压 VIH22V540807输入低电平电压 VVIL740808输出高电平电流 I OH-800-400 A54164输出低电平电流 I OLmA74168时钟频率 f CP025025MHzCLOCK2525脉冲宽度 tWnsCLEAR2020A-D、ENP2020建立时间 t setnsLOAD25

18、20保持时间 t H00ns时序图：逻辑图静态特性（ T A 为工作环境温度范围）参数VIK输入钳位电压V OH输出高电平电压V OL输出低电平电压测试条件【 1】161最小最大IIK = 12mA-1.5Vcc 最小IIK = 18mAVcc= 最小， V IH =2V ， VIL =最大，542.4IOH = 最大742.4VCC=最小 ,V IH =2V,V IL =最大 ,IOL= 最540.4大740.4LS161单位最小最大V-1.52.5V2.70.4V0.5II 最大输入电压时输入电流IIH输入高 电平电流VIL输入低电平 电流IOSA D,ENP,CLEARLOAD,CLOC

19、k,ENTA D,ENP,CLEARLOADCLOCK,ENTA D,ENP,CLEARLOADCLOCK,ENT输出短路电流1Vcc= 最大V I=5.5V （LS161 为7V）1Vcc= 最大V IH =2.4V （LS161为402.7V ）4080-1.6Vcc= 最大V IL =0.4V-1.6-3.2Vcc= 最大54-20-5774-18-57Vcc= 最大 ,LOAD先接高电平，再接低54850.1mA0.22040A40-0.4-0.8mA-0.8-20-100mA-20-10031IccH 输出高电平时电源电流IccL 输出低电平时电源电流电平，其余输入接高电平7494V

20、cc= 最大 ,CLOCK 先接高电平，再接低5491电平，其余输入接低电平74101mA3132mA32【1：】测试条件中的“最大”和“最小”用推荐工作条件中的相应值。动态特性（ T A 25）参数【 2】测试条件 161 LS161单位最小最大最小最大fmax2525MHzt PLHCLOCk RCO3535nst PHLVcc=5V3535tPLHCLOCk Q2024nsCL =15pFt PHL(LOAD=H)RL=4002327t PLHCLOCk Q( LS161为 2K )2524nst PHL(LOAD=L)2927t PLHCLOCk RCO1614nst PHL1614t

21、 PHLCLEAR Q3828ns【 2：】 fmax最大时钟频率t PLH 输出由低到高电平传输延迟时间t PHL 输出由高到低电平传输延迟时间3.NE555ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。 ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。ne555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插 8脚封装，另一种是sop-8 小型（ smd）封装形式。其他ha17555、 lm555、 ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。ne555的内部结构可等效成 23个晶体三极管 .17 个

22、电阻 . 两个二极管 . 组成了比较器.RS 触发器 . 等多组单元电路. 特别是由三只精度较高5k 电阻构成了一个电阻分压器. 为上 . 下比较器提供基准电压. 所以称之为555.ne555 属于 cmos 工艺制造 .NE555引脚图介绍如下1地 GND2触发3输出4复位5控制电压6门限 ( 阈值）7放电8电源电压Vcc. NE555 的特点有：只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。它的操作电源电压范围极大，可与 TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。其输出端的供给电流大，

23、可直接推动多种自动控制的负载。它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。5. 静态电流最大值VCC = 5 V, RL = =6mA VCC =15 V, RL = =15mANE555引脚图功能配置说明下：图1-2 NE555 各脚功能 - 管脚图Pin 1 (接地 ) - 地线 ( 或共同接地 )，通常被连接到电路共同接地。Pin 2 ( 触发点 ) - 这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC 。Pin 3 (输出 ) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7 伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左

24、右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。Pin 4 (重置 ) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin 5 (控制 ) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下 , 这输入能用来改变或调整输出频率。Pin 6 (重置锁定 ) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC 电压以下移至2/3 VCC 以上时启动这个动作。Pin 7 (放电 ) - 这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为 LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为

25、HIGH，对地为高阻抗。Pin 8 (V +) -这是 555个计时器IC 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏特 ( 最小值 ) 至 +16伏特(最大值)。4.74LS04六反向器简要说明04 为六组反向器，共有 54/7404、54/74H04、54/74S04、54/74LS04 四种线路结构形式，其主要电特性的典型值如下：tP型号tPLHPHLD5404/740412ns8ns60mW54H04/74H046ns6.5ns140mW54S04/74S043ns3ns113mW54LS04/74LS049ns10ns12mW引出端符号1A 6A输入端1Y 6Y输出端逻辑图双列直插

26、封装极限值电源电压 .7V输入电压54/7404、54/74H04、 54/74S04 .5.5V54/74LS04 7V工作环境温度54XXX . -55125 74XXX . 070存储温度. -65150功能表推荐工作条件5404/740454H04/74H0454S04/74S0454LS04/74LS04单最小额定最大最小额定最大最小额定最大最小额定最大位电 源 电544.555.54.555.54.555.54.555.5V压744.7555.254.7555.254.7555.254.7555.25VVcciH2222输入高电平电压 V输入低电平540.80.80.80.7V电V

27、 iL740.80.80.80.8输出高电平电流 IOH-400-500-1000-400A输出低电平541620204mA电流 IOL741620208静态特性（ TA 为工作环境温度范围）参数测试条件【1】最小V IK 输入嵌位电压Vcc= 最小I ik=-8mAI ik=-12mAI ik=-18mA 04 H04 S04 LS04单位最大最小最大最小最大最小最大-1.5-1.5 1.2V-1.5V OH输出高电平电压V OL输出低电平电压I I最大输入电压时输入电流输入高电平电流输入低电平电流输出短路电流Vcc 最小 V IL 最542.4大 IOH最大742.4Vcc= 最小， V

28、IL 最54大，V IH =2V,IOL =最大74Vcc 最大V I=5.5VVI=7VVcc 最大V IH =2.4VV IH =2.7VVcc 最大V IL=0.4VV IL=0.5VVcc最大54-2074-182.42.52.5V2.42.72.70.40.40.50.4V0.40.40.50.5111mA0.14050uA5020-1.6-2-0.4mA-2-55-40-100-40-100-20-100mA-55-40-100-40-100-20-100I CCH输出高电平时电源电流Vcc 最大I CCL 输出低电平时电源电流Vcc 最大1226242.4mA3358546.6m

29、A1:测试条件中的“最小”和“最大”用推荐工作条件中的相应值。动态特性 (TA)=25参数测试条件04H04S04LS04单位最大最大最大最大tPLH 输出由低到高传输延迟时间Vcc =5V ,CL =50Pf( H04为25Pf)22104.515nstPHL 输出由高到低传输延迟时间RL=400 ( H04和 S04为 280，1510515nsLS04 为 2K )5.74LS00三主体部分设计内容及要求1.1设计内容 根据原理图制出PCB图 将电脑绘制的 PCB图转印到铜板上 腐蚀铜板打孔涂松香 晾干焊接调试原理图及工作原理2.2 PCB 图243 工作原理光控定时控制路灯电路，当天黑

30、时， 路灯自动点亮， 模拟成动态7 秒后路灯自动关闭，夏天 5 秒后路灯自动关闭，第二天重复此过程。3元器件的识别3.1二极管正负极的判定二极管的主要特点是单向导电作用。可以用于交流电的整流和无线电波的检波。判断二极管极性用万能表 R*1 R*10 R*100 档均可。 红、黑表笔分别搭在被测二极管两端，如果表针动作幅度较大（满度的一半以上），则接红笔端为负极。如果表针不动或微动， 则红笔端为正极。 一只管子要反复测几次，好的管子在正向导通时阻值较小（表针摆动较大），反向电阻极大表针几乎不动。3.2电解电容正负极的判定电容极性极性电容正负极判断。只有电解电容的正极接电源正（电阻挡时的黑表笔），

31、负端接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大）。4组装调试4.1使用的主要仪器和仪表制板机、打孔机、示波器、稳压电源、交流毫伏表、信号发生器、万用表、电焊等。4.2 注意事项1、若电路板上元件焊错了的解决办法， 用网状细铜丝 （可从废的多股铜线或屏蔽线上拆下来用），将一些铜丝放在要焊下来的地方，用电烙铁加热，就可以将线路板上的焊锡吸到铜丝上，元件就可以拿下来了。2、PCB 浸焊时 ,焊点的焊锡太少：助焊剂的活性不够，影响了焊接时焊锡的”爬锡 ”能力，这样你的焊点的焊锡就会少。有几种可能：1）、 PCB 上没有助焊剂； 2）、焊盘太小； 3）、浸焊时间太短； 4）、温度太高

32、； 5）、锡的熔点不对。3、虚焊解决方法：是 40 瓦烙铁（头尖的）烙铁头上不要带残锡，放沾一下松香、才不会使各脚粘连、要点是掌握好焊接速度和方法（由块脚上向下一压、再向外一拖、）切忌：水平没到家的在好不要横着集成块脚上拉焊不然俩脚连在一起就很难分开了。一次可以焊接一至两个脚、焊接时小心谨慎。看焊锡有点溶解就差不多了。如是换集成块取下集成块焊平电路板上多余的焊锡，对准方向与脚位焊上好焊的一只脚，再焊相对另一脚，检查集成块的脚位是否都相应对齐后。就可以放心的按照以上方法焊接了。简单实用的方法就是 40 瓦烙铁（头尖的）烙铁头上不要带残锡，放沾一下松香、才不会使各脚粘连、要点是掌握好焊接速度和方法（由块脚上向下一压、再向外一拖）。4.3调试中出现的故障、原因及排除方法焊板过程中注意，既不能放在锡丝太久也不能太短的时间了，因为太久了可能会影响电路板上的镀铜脱落，太短了的话又可能会导致虚焊。当电子器件焊接错误或者是需要再次焊接时们应该很小心的拔出原来的器件，以防止弄坏电路板上的镀铜。在调试过程中注意轻拿轻放，不要把元器件及导线弄掉。调试中最多的是没有现象出现，或是现象不明显。很有可能是焊短路或是断