频率可调闪烁灯（Protel） .doc

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1、前 言在科学技术高速发展的今天，电工、电子技术已经渗透到社会活动的各个领域，给我们的生活带来日新月异的变化。生活的各个环节，甚至你身边的每个角落，各类电子设备、电子装置无处不在，也正是有了它们才使得我们的社会活动变的丰富多彩。为了培养我们的动手能力和自我实践的能力，使我们以后在社会上能够更好的立足，学校为我们开设了这次电子电路设计与装配实训。在做设计的同时可以提高我们的自我发挥，联系实际,自我动手能力。在我们掌握模拟电子和数字电子知识后,将所学的知识运用于实践当中。计算机辅助电路板设计制作电路板已是必然趋势。电工电子实训是电子类专业重要的实训教学环节而其目的是贯彻理论联系实际的教学原则，巩固和

2、扩大已学过的电子技术的基础知识，使我们初步获得电子产品生产工艺的基本知识和基本操作技能，为技术基础课和专业课程的学习建立初步的感性认识，同时也提高我们的实践能力我们只有将理论知识和技能训练有机的结合在一起，使能力培养贯穿于整个设计过程。只有这样我们才可以很好完成这次设计的任务。摘 要本设计报告以突出重点、以点及面，逐步深入的方法，介绍本人学习、掌握和使用该软件的过程。本报告更分为三个部分：第一部分；介绍Protel 99 SE的界面、基本组成、使用环境等，着重介绍了电路原理图和印刷电路板的设计方法，以及详细的操作过程讲解在Protel 99 SE环境下电路仿真的设置方法、具体应用和实例分析。主

3、要目的是掌握Protel99SE来做电路图及仿真和PCB板；第二部分电子设计，主要是进行较复杂电路原理图的分析，包括电路原理设计分析和工作原理分析两个步骤。第三部分是电子实训设计，它是电子类专业重要的实训教学环节。在进行这部分内容的设计中，主要完成的是电路原理图的设计，PCB的设计，电路元件的选择电路原理图的调试和实际操作中的焊接。三部分理论与实践相结合，使自己在学习理论的过程中，并且紧密的联系实际，加强了自身的动手能力，为将来踏上工作岗位奠定了基础。目 录第一章 Protel应用软件介绍 1 1.1 proetel 软件的介绍 21.1.1电路板设计步骤 21.2 绘制简单电路图 21.2.

4、1 绘制电路图举例21.2.2 添加元件 61.2.3常见元件的识别 61.3.PCB板的制作8第二章 Protel 99se 上机练 102.1：基础电路练习102.2： 模拟电路练习132.3： 数字电路练习222.4 ：protel里面的封装知识 252.5：个人设计 防汛报警器. 302.5.1 设计目的302.5.2 设计内容312 .5. 3 设计要求312.54实际设计 31 第三章 小组实训设计 频率可调闪烁灯343.1 工作原理及电路图343.2 元件选择简介343. 3 PCB板的形成及制作353.4电路板的焊接363.5制作体会36结束语37参考文献39第一章 Prote

5、l应用软件介绍Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。 最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。 以下介绍

6、一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多种格式的电气连接网络表；强大的全局编辑功能； 在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中； 同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络 既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性； 满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）； * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）； 支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件； * PCB可设计32个信号层，16个电源

7、-地层和16个机加工层； 强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查； 智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺； 提供大量的工业化标准电路板做为设计模版； 放置汉字功能； 可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换； 智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）； 方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果； 独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果； 强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等； 经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；

8、 反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合； 专家导航帮您解决信号完整性问题。1.1 protel应用软件介绍1.1.1 电路板设计步骤一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤。1. 电路原理图的设计电路原理图的设计主要是PROTEL099的原理图设计系统（Advanced Schematic）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用PROTEL99所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。2. 产生网络表网络表是电路原理图设计（SCH）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。网络表可以从电路原

9、理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。3. 印制电路板的设计印制电路板的设计主要是针对PROTEL99的另外一个重要的部分PCB而言的，在这个过程中，我们借助PROTEL99提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的等工作。 1.2 绘制简单电路图 1.2.1绘制如图所示的电路图. 1新建一个设计库 图1-1（1）启动Protel 99，出现以下启动界面，如图12所示。 图12启动界面 启动后出现的窗口如下图1-3所示。图13启动后的窗口 （2）选取菜单File/New来新建一个设计库，出现如下图14对话框。Database File Name处可输入设计库存盘文件名，点击Browse

10、.改变存盘目录。 图14新建设计库对话框 如果您想用口令保护您的设计文件，可点击Password选项卡，再选Yes并输入口令，点击OK按钮后，出现如图15主设计窗口。图15主设计窗口 （3）选取File/New.打开New Document对话框，如图16，选取Schematic Document建立一个新的原理图文档。图16新建文档对话框 （4）在原理图设计过程中，充分利用potel99se所提供的各种工具和管理器将会使操作更加简便。因此有必要了解这些工具栏和管理器的打开与关闭。全部打开后如图所示：2 添加元件库在放置元件之前，必须先将该元件所在的元件库载入内存才行。如果一次载入过多的元件库

11、，将会占用较多的系统资源，同时也会降低应用程序的执行效率。所以，通常只载入必要而常用的元件库，其它特殊的元件库当需要时再载入。添加元件库的步骤如下：（1）双击设计管理器中的Sheet1.Sch原理图文档图标，打开原理图编辑器。（2）点击设计管理器中的Browse Sch选项卡，然后点击Add/Remove按钮，屏幕将出现如图1-2所示的“元件库添加、删除”对话框。图17“元件库添加/删除”对话框 （3）在Design Explorer 99LibrarySch文件夹下选取元件库文件，然后双击鼠标或点击Add按钮，此元件库就会出现在Selected Files框中，如上图17所示。（4）然后点击

12、OK按钮，完成该元件库的添加。 1.2.2 添加元件由于电路是由元件（含属性）及元件间的边线所组成的，所以现在要将所有可能使用到的元件都放到空白的绘图页上。1.首先调出一个电阻，输入RES2按回车键即可。如图1-8 图18电阻的调出 双击res2就可以调出一个电阻元件，按照这样可依次调出另外三个电阻元件。然后按照图中的顺序放好。 2.然后输入NPN调出一个三极管。 3.把 view/toolbars中的元件库调出放在住页面上，双击 ， 图标把它们调出。 4.各元件的位置都放好后开始连线。点鼠标右键，选place wire进行连接，连接是注意出现一个黑2.3.5.元件的检测. 1.2.3常见元件

13、的识别 1.电阻 1.按电阻上的色标读出电阻的阻值. 2.用万用表测量电阻的阻值,并与读数加以比较. 2.电位器 1.看标称值. 2.用万用表测量电位器的阻值,要求阻值必须连续变化. 3.电容 : 1.用三用表测量电容电阻.其中,磁片电容的电阻必须为无穷大. 电解电容的电阻要求在兆欧以上. 2.电容管脚较短的一端是负极. 4.二极管: 1.用万用表测量单向导通电压(硅管:0.7V,锗管:0.2V). 2.看二极管是光标有彩色圆圈(蓝/白/黑)的一端是负极. 5.三级管: 1.用万用表HFE档测量电压放大系数. 2.管脚顺时针方向依次为:EBC/BCE. 6.LED发光二极管: 用万用表测量到同

14、电压(1.6V),而且二极管亮灯. 7.集成电路IC. 用专门的仪器进行测量. 8.耳机插座. 1.未插入耳机时,1.2/3.4管脚分组相互导通. 2.插入耳机时,1.2.3.4.管脚互不导通. 点后再停止。1.3 pcb版的制作（1）选择图1-6中的pcb printer双击打开，选择来定位，选确定PCB板的边框大小。（2）在原来的电路图上双击所要封装的元件，如图1-9 ：在FOOTDRINT中输入应该填的数据。例如：电阻的封装是AXIAL0.1-0.5。图1-9 （3）所有的元件都封装完毕后，在页面上点击右键选择ERC检验是否有误，检查无误后再点右键选择create netlist调元件。

15、 （4）打开PCB页面，在design/load net/browse/图5net选中后在无误的情况下点击于1-10中的execute，这样就把元件调入图中。 图1-10（5）选中所有的元件放入画好的边框里，然后根据需要排放好它们的位置。放好后点击auto route/all,可在设置线宽，然后点击route all键这样即可自动布线。待布线完毕后看是否100%。还可以手动调动。这样就可得到如图1-11所示的图 图1-11 （6）用3D立体图观察电路板（采单view/board in 3D）若对元件布置不满意，返回上一步进行调整。第二章 Protel 99se 上机练 习2.1基础电路练习图2

16、-1图2-2图2-3图2-42.2模拟电路练习2.2.1试用工作点分析和瞬态分析法研究图2-5所示的功率放大器。电源V1为正玄电源VSIN，电压幅值（AC Amlitude）为2V，频率为（Frequnency）为1KHZ 图2-5PCB图如图2-6所示图2-6用工作点分析方法研究后的到 的仿真图如图2-7： 图2-7用瞬态分析方法研究后的到 的仿真图如图2-8图2-82.2.2试用交流信号分析瞬态分析法研究图2-9所示的运算放大电路。电压源VIN为正弦电源VSIN，电压的幅值（AMPLITUDE）为0.1V，频率（FREQUENCY）为10KHZ。2-9PCB图如图2-10所示2-10 用交

17、流信分析后的仿真图如图2-11所示 图2-11用瞬态分析分析法分析后的仿真图如图2-12所示 图2-122.2.3试用瞬态分析法研究图2-13所示的稳压电源电路。电压源VIN为正弦电源VSIN电压的电压的幅值（AMPLITUDE）为100V，频率（FREQUENCY）为50KHZ。变压器边比为10；1。 图2-13 PCB图如2-14所示 图2-14 2.3数字电路练习2.3.1试用瞬态分析方法研究图15所示的数字模拟混合电路。图中信号源Vin是脉冲电源(VPULSE)。需要设置初始值(Initial Value=0)、脉冲电压(Pulsed Value=5)、时间延迟(Time Delay=

18、0)、上升沿(Rise Time=1u)下降沿(Fall Time=1u)、脉冲宽度(Pulse Width=0.5m)和周期(Perio d=1m)。图2-15用瞬态分析方法研究上图所示的数字模拟混合电路结果如下： 图2-16 2.3.2试用瞬态分析方法研究下图所示的数字模拟混合电路。图中信号源V3是脉冲电源(VPULSE)。需要设置初始值(Initial Value=0)、脉冲电压(Pulsed Value=5)、时间延迟(Time Delay=0)、上升沿(Rise Time=1u)下降沿(Fall Time=1u)、脉冲宽度(Pulse Width=0.5m)和周期(Period=1m

19、)。图2-17用瞬态分析方法研究图16所示的数字模拟混合电路为： 图2-18 2.4 Protel里面的封装知识常用封装形式：电阻类无援元件：AXIAL0.3-AXIAL1.0。识字表示焊盘间距，单位是英寸。无极性电容元件；RAD0.1-RAD0.4。有极性电容元件：RB.2/.4-RB.5/.1.0。斜杠前的识字表示焊盘间距，斜杠后的数字表示电容外直径。二极管元件；DIODE0.4，DIODE0.7，DO-41。三极管；FET，UJT；TO-XXX。XXX为数字，表示不不同的封装。双排包装的连接头（牛脚连接器）：IDCXX。XX表示管脚数。石英晶体；XTAL1，可边电阻：VR1-VR5。按键

20、开关；指拨开关：SIP2，RAD0.3，DIPX。电源连接头；POWER4，POWER6，SIPX。双列直插；DIP4-DIP6。单排包装的元件或连接头：FLY4，SIP2-SIP2。D型连接头：DB9X，DB15X，DB25X，DB37X。 无极性电容 RAD 电阻：RES1,RES2,RES3,RES4;封装属性为axial系列 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 电位器：pot1,pot2;封装属性为vr-1到vr-5 二极管：封装属性为diode-0.4(小功率）diode-0.7(大功率

21、） 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(大功率电源稳压块有78和79系列;78系列如7805,7812,7820等 79系列有7905,7912,7920等 常见的封装属性有to126h和to126v 整流桥：BRIDGE1,BRIDGE2: 封装属性为D系列（D-44,D-37,D-46） 电阻：AXIAL0.3-AXIAL0.7其中0.4-0.7指电阻的长度,一般用AXIAL0.4 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

22、大小。一般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 发光二极管：RB.1/.2 集成块：DIP8-DIP40, 其中指有多少脚,脚的就是DIP8 贴片电阻但封装尺寸与功率有关 通常来说 0402 1/16W 0805 1/8W 1206 1/4W 电容电阻外形尺寸与封装的对应关系是: 0402=1.0x0.5 0603=1.6x0.8 0805=2.0x1.2 1206=3.2x1.6 1210=3.2x2.5 1812=4.5x3.2 2225=5.6x6.5 关于零件封装我们在前面说过,除了DEVICE。

23、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-5 2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

24、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AXIAL0.4,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、UJT TO-xxx(TO-3,TO-5) 可变电阻（POT1、POT2） VR1-VR5 当然,我们也可以打开C:Client98PCB98libra

25、ryadvpcb.lib库来查找所用零件的对应封 装。 这些常用的元件封装,大家最好能把它背下来,这些元件封装,大家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R B.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

26、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。 值得我们注意的是晶体管与可变电阻,它们的包装才是最令人头痛的,同样的包装,其管脚 可不一定一样。例如,对于TO-92B之类的包装,通常是1脚为E（发射极）,而2脚有可能是 B极（基极）,也可能是C（集电极）;同样的,3脚有可能是C,也有可能是B,具体是那

27、个 ,只有拿到了元件才能确定。因此,电路软件不敢硬性定义焊盘名称（管脚名称）,同样的 ,场效应管,MOS管也可以用跟晶体管一样的封装,它可以通用于三个引脚的元件。 注：（1）1英寸+1000mil 100mil=2.54毫米。（2）miscellaneus库中的封装，在数字的前面都有“-“，如：AXIAL0.3。 2.5 个人设计 防汛报警器2.51 设计目的：1、 通过实训对自己设计的电路进行电路板设计与绘制，掌握印刷电路板的设计与制作的基本方法。2、 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、装配与调试、掌握电子线路的安装、焊接和调试的基本技能。3、

28、 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。4、 了解生产管理在电子产品生产过程中的作用及运行机制。5、 培养学生的集体主义精神、严肃认真的工作态度；热爱劳动、团结协作、爱护仪器、遵守纪律的优良品德。6、 培养学生分析、解决实际问题的能力和勇于创新的科学精神。7、一种门控开关的电路，制作简单，家庭卫生间安装此门控开关后，开门卫生间灯亮进去后关上门灯仍然亮；开门出卫生间灯灭，再关门灯仍然灭。2.52 设计内容：要求学生独立制作一个实用的电子电路。2.53 设计要求：1、 计算机软件应用能力Protel99SE训练。2、 电子电路制作能力训练，掌握印刷电路板（PCB）

29、的设计方法与制作工艺。3、 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。4、 实训期间，遵守实验室纪律，不得无故缺勤或迟到早退。254 实际设计一， 工作原理图二， 工作原理：当没有发生汛情的时间，电路中BL（扬声器）不工作。一旦发生汛情时，水位上升到一定的水位线时，就会使BL不断的发出声音了，如果有人断开电源，扬声器就会不发出声音。Q1，Q2构成了模拟晶闸管电路，Q3，Q4构成为互补型低频振荡电路，平时Q3，Q4停止工作，BL不工作。当水位达到汛情时间，Q2的基极经过放大后有集电极输出反馈到Q1的基极，再经过Q1的放大后的信号有集电极输入到Q2的基极，再经过放大周而

30、复始，如此强烈的正反馈使Q1，Q2迅速导通饱和电路一旦工作，电路就失去控制作用，除非切断电源。三， 元气件的选择：三极管：Q1 S9012； Q2 S9011；Q3 S9013； Q4 S9012； 电阻：R1 82K； R2 1K； 电容：C1 47uF; C2 0.033uf； C3 10uf; 扬声器：8欧 ，0.5-0.8W； 电源：6V直流电源； 四PCB图 五3D图 第三章 小组实训设计 频率可调闪烁灯3、1工作原理及电路图 闪烁灯在现实生活中有很大的作用，运用很广泛。频率可调的闪烁灯的优点更多，作用更大。其电路简单，元件便宜，既经济又实惠。频率可调闪烁灯的电路主要由一个555芯片

31、构成一个多谐振荡器，由多谐振荡器发出脉冲，是三极管在通与截止两种状态之间转换。开始，当开关闭合时，小灯泡亮；但由于555芯片构成的多谐振荡器输出的高电平比发射极的电平高，三极管截止，使得小灯泡熄灭。过一会儿，当555输出的是低电平时，小灯泡又亮。在整个电路中，滑动变阻器可调节多谐振荡器的振荡频率，实现频率可调的功能。在电路中，二极管D3、D4都是起保护电路的作用的。防止高电平损坏元件。图3-1 频率可调闪烁灯原理图3.2元件选择简介：D1-D4可选用一般二极管，如IN4148等；小灯泡L选用额定电压为9伏的；滑动变阻器用普通的；555芯片也是普通的；三极管用PNP型的。 元件清单表编号名称型号

32、数量R1 电阻3.3K1R2电阻15K1R3电阻2701RP1滑动变阻器33K1L小电灯泡2001D1-D4二极管 1N41484U555芯片1C1有极性电容1VT1三极管90121K1开关1C2无极性电容 1 33 PCB板的形成及制作PCB板如图3-2。步骤如下：一 利用原理图设计工具绘制原理图，并且生产对应的网络表。二 手工更改网络表。三 画出自己定义的非标准器件的封装库。四 调人网络表文件和修改零件封装。五 零件布局。六 自动布线和手工调整。 图3-2 频率可调闪烁灯PCB板 34电路板的焊接调试好以后，开始进行电路板的焊接。在焊接的过程中应注意：电路中芯片及电容容易烧坏。为了防止芯片

33、的烧坏，可以买一个芯片底座。焊接电容等元件时，烙铁与元件管脚接触在13秒，时间不要太短，太短会造成虚焊，也不要太长，太长了容易烧坏元件。为了使元件焊接牢固又不虚焊，应先用松香侵蚀，然后再用焊锡焊接。电路的调试制作中遇到的困难1：在买元件时把三极管PNP9012误当作三极管PNP9013，因为二者有实质的差别，导致调试失败。2：选择灯泡时，由于市场上没有7V的，只好用9V的来代替。3：在制作PCB板时，为了容易布线，将芯片反转，导致制成的板子不能插如芯片。4：PCB板太小不易焊接。参考文献顾永杰主编，电工电子技术实训教程，上海交通大学出版社，2005。范会灵主编，电子产品工艺，机械工业出版社，2005。郭勇主编， Protel99SE印刷电路板设计教程机械工业出版社，2005。电路原理图与电路板设计教程 PROTEL 99SE 夏路易 石宗义 北京希望电子出版社 2002年6月模拟电子技术 胡宴如、耿苏燕 高等教育出版社 2000年8月第一版数字电子技术 阎石 中央广播电视大学出版社 2003年7月