電路CAD實踐報告(有電路圖)

電路CAD實踐課程報告題目基于NE555多諧振蕩器設計制作一個LED雙色警示燈電路起訖日期學生姓名學號專業(yè)班級所在學院指導教師所在單位2017年月日目錄HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532598"1．課程設計任務和要求 1HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532599"1.1設計任務 1HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532600"1.2使用軟硬件 1HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532601"1.3設計要求 1HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532602"2.方案選擇與論證 2HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532603"2.1方案選擇 2HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532604"2.2方案論證 2HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532605"3.單元電路設計與計算 4HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532606"3.1 4HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532607"3.2 4HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532608"4.元器件選擇和電路參數(shù)計算 5HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532609"4.1 5HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532610"4.2 5HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532611"5.電路原理圖繪制 6HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532612"5.1 6HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532613"5.2 6HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532614"6.電路板圖繪制 7HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532615"6.1 7HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532616"6.2 7HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532617"7.設計總結(jié) 8HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532618"參考文獻 9HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532619"附錄1電路原理圖 10HYPERLINK\l"__RefHeading___Toc449532620"附錄2電路板圖 111．課程設計任務和要求1.1設計任務 任務要求一：設計制作一個LED雙色警示燈電路（1）采用NE555多諧振蕩器和CD4017進行設計；（2）電路采用相當封裝（例如5050封裝）4顆紅色LED和4顆藍色LED設計；（3）電路中紅色和藍色LED交替閃亮，模擬警燈的樣子；（4）LED閃亮的頻率可調(diào)；（5）使用+5V至+12V穩(wěn)壓直流電源供電，電路板上應留有電源接口；（6）建議采用貼片元件；（7）采用單層或雙層板設計；（8）建議尺寸不超過10*10cm；（9）板上應體現(xiàn)設計者的相關信息（如姓名、學號、設計日期、logo等）；（10）完成電路板的制作、調(diào)試以及課程設計報告的撰寫。任務要求二：自擬題目，要求貼片設計，盡量不采用單片機，多采用模擬電路，雙層板設計。1.2使用軟硬件(1)計算機(2)相應電子元器件(3)電路設計軟件AltiumDesigner或Cadence1.3設計要求（1）電路原理圖1份，正確繪畫電路和合理布局；（2）電路PCB圖1份，設計合理，電氣設計正確，制版布局科學可用；（3）課程設計報告1份；主要內(nèi)容有：課題名稱；設計任務和要求；方案選擇與論證；單元電路設計與計算說明；元器件選擇和電路參數(shù)計算的說明；畫出完整的電原理圖，正確標出電路元器件的各項標注；畫出完整的電路板圖，符合布局、布線原則，符合工藝要求；總結(jié)設計收獲、體會，提出存在的問題和改進意見等。2.方案選擇與論證2.1根據(jù)課程設計指導，設計制作一個基于NE555多諧振蕩器的LED雙色警示燈電路，用到核心元件NE555多諧振蕩器和CD4017進行設計方案的選擇。憑借指導老師給出的3種設計方案給予設計方案基礎（1）（2）（3）2.2論證流水燈1具有8個發(fā)光LED燈管，比流水燈2的八個發(fā)光二極管的發(fā)光效果要好，光亮要強，而且相對節(jié)能。流水燈3的電路制作起來比流水燈1要麻煩。而且流水燈1的安全系數(shù)較高，所以，我們選擇流水燈1制作原件功能1.NE555：555定時器是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活，方便，只需要外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器和電子玩具等許多領域中得到了廣泛的應用。NE555引腳說明：1腳：GND接地端，2腳：TBI觸發(fā)端3腳：OUT輸出端4腳：RES復位端5腳：5控制電壓端6腳：TKR門限端7腳：DIS放電端8腳：VCC電源端CD4017引腳說明1腳：OUTPUT52腳：OUTPUT13腳：OUTPUT04腳：OUTPUT25腳：OUTPUT66腳：OUTPUT77腳：OUTPUT38腳：VSS9腳：OUTPUT810腳：OUTPUT411腳：OUTPUT912腳：CARRYOUT13腳：CLOCKENABLE14腳：CLOCK15腳：RESET16腳：VDD3.單元電路設計與計算3.1NE555單元電路設計3.1.1工作原理：(1)兩個輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低，置零端R即閾值端(TH)要求高電平，而置位端s即觸發(fā)端(TR)則要求低電乎;(2)兩個輸入端的觸發(fā)電平使輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)的閾值電壓值也不同，當Vc端不接控制電壓時，對TH(R)端來講，>2/3VDD是高電平1,<2/3VDD是低電平0：而對TR(S)端來講，>1/3VDD是高電平1，<1/3VDD是低電平0。如果在控制端(Vc)上控制電壓Vc時，這時上觸發(fā)電平就變成Vc值，下觸發(fā)電平就變成1/2Vc值，可見改變控制端的控制電壓值就可以改變上下觸發(fā)電平值。3.2CD4017單元電路設計CD4017單位設計原理圖工作原理：其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是O0、O1、O2、…、O9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。CD4017有10個輸出端（O0～O9）和1個進位輸出端～O5-9。每輸入10個計數(shù)脈沖，～O5-9就可得到1個進位正脈沖，該進位輸出信號可作為下一級的時鐘信號CD4017有3個輸（MR、CP0和~CP1），MR為清零端，當在MR端上加高電平或正脈沖時其輸出O0為高電平，其余輸出端（O1～O9）均為低電平。CP0和～CPl是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由CP0端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則信號由～CPl端輸入。設置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。4.元器件選擇和電路參數(shù)計算4.1元器件選擇（1）計時器NE555計數(shù)器CD4017芯片1片（2）紅、藍LED燈各4只（3）電阻1K8個22K1個44K1個50K滑動變阻器1個（4）電容1uf2個（5）電源5V1個4.2電路參數(shù)計算由CD4017輸出的電壓為5V，流水燈允許通過的最大電流為5mA，所以每個燈的電路上串聯(lián)一個1KΩ的電阻T=T1+T2T1=0.693*(R2+R3+R4)*C1T2=0.693*(R4+R3)*C1R2=2.2KR3=10KR4滑動變阻器最大值為50KC=1Uf帶入?yún)?shù)計算取R4=0頻率f=1/T=1.43/(R2+2R3+2R40)C=65HzR4=50KF=1/F=1/0.96*(R2+2R3+2R4)*C=11.8Hz即0.08秒，小燈頻閃一次（增大滑動變阻器的阻值可以增大頻閃時間）5.電路原理圖繪制5.15.1電路原理圖制作過程：（1）在桌面新建文件夾“CADjby”，打開桌面上的AltiumDesignerWinter09，新建工程，工程名稱為“PCBjby”，點擊保存，選擇保存在新建的文件夾內(nèi)。（2）在工程中新建原理圖文件，并保存到剛才的文件夾內(nèi)。（3）打開原理圖，添加元件庫文件a)單擊打開編輯界面右側(cè)的Librariesb)點擊打開上圖中左上角的libraries，點擊Addlibraries。（4）選擇、放置元件以及放置電源符號和地符號。（5）點擊Place選擇line，根據(jù)實物圖連接元件，注意導線與導線的結(jié)點5.2電路分析：振蕩電路由一塊NE555芯片和C2，C1,R4，R2，R3等組成。通電后，因電容C1兩端的電壓不能突變，6腳的電壓為低電平，NE555芯片的內(nèi)部觸發(fā)器被置位，9腳輸出高電平。同時，由于電源經(jīng)電阻R3和R4向C1充電，使6腳和10腳的電壓不斷提高，當電位上升到VCC的2/3時，NE555芯片的內(nèi)部觸發(fā)器被復位。9腳的輸出電壓翻轉(zhuǎn)為低電平。同時NE555芯片內(nèi)部的放電管導通，即11腳通過內(nèi)部的放電管和1腳相通，C1上儲存的電荷就通過R4和11腳放電，使6腳和10腳的電壓不斷下降，當電位降低到VCC的1/3時，NE555芯片的內(nèi)部觸發(fā)器被置位。同時NE555芯片內(nèi)部的放電管截止，11腳被懸空，電源又通過R3,R4向C1充電，使6腳和10腳的電壓不斷提高….如此，周而復始，形成振蕩。輸出端的高電平維持時間取決于電容C1的的充電時間常數(shù)，輸出端的低電平維持時間取決于電容C1的放電時間常數(shù)。由于R3≥R2，故可以認為f放≈f充，目的是減小彩燈熄亮交替的時間間隔的差異。譯碼電路由一塊CD4017芯片組成。該芯片有三個輸入端，有8個輸出端Q0~Q7，還有一個進位端C0,其功能是：當復位端Cr加上高電平和正脈沖時，輸出端Q0為高電平，其余7個輸出端全為低電平。時鐘輸出端CP對輸入時鐘脈沖的上升沿計數(shù)，EN則對時鐘脈沖的下降沿計數(shù)。 Q0~Q7這八個輸出端的輸出狀態(tài)分別與輸入的時鐘個數(shù)相對應。如從0開始計數(shù)，則輸入到第一個時鐘脈沖時，Q1就變成高電平，輸入第二個時鐘脈沖時，Q2變成高電平…..直到輸入第八個脈沖，Q0變成高電平。同時，進位端CO就輸出一個進位脈沖，作為下一級計數(shù)的時鐘信號。Cr為復位端，也為清零端。當Cr輸入高電平時，電路復位，即輸出端Q0為高電平，Q1~Q7為低電平。如此反復，只要NE555芯片的9腳送來的二進制信號不消失，CD4017芯片將二進制信號準換成十進制信號的計碼工作就會反復進行下去。6.電路板圖繪制6.1PCB電路圖PCB圖制作過程:1、畫原理圖，目地是生成對應的網(wǎng)表用于建PCB，在圖上標好元件值，元件位號用自動標注。

2、用原理圖生成PCB，這時會有DRC檢查，檢查不過的你就去改好，檢查通過后會真接切換到PCB界面，這時你的原理圖就算是完成了。

3、PCB布局，一般按照先大后小的原則擺放，就是先放連接器再放芯片、阻容元件。一般連接器放在PCB邊上。

4、布線，按顯示的網(wǎng)絡飛線在電路上布線，注意線寬。

5、DRC檢查，這個一定要做，防止你有沒布的線。6.2版圖設計規(guī)則1、畫模擬版圖首先要注意的是線寬問題。對于比較大電流的支路，線寬一定要滿足電流，但也不能太寬，否則寄生電容肯定會大?？梢圆捎脦讞l金屬線上下重疊并聯(lián)的方式，這樣的話寬度小了電流又能滿足2、關于電源線和地線問題

整個版圖的電源和地線呈網(wǎng)格狀，這樣壓降小，穩(wěn)定。

3、噪聲問題的處理

最常用方法是在器件周圍加保護環(huán)。PmosNWELL

圍的在一個模塊周圍為了和