【導(dǎo)讀】邏輯功能，選擇合適的器件，設(shè)計出了符合設(shè)計要求的系統(tǒng)電路。動報警電路，以上兩部分組成主體電路。沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。該搶答器功能全面，具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相。搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持。完成電路設(shè)計后，再經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成

　　

【正文】 制編輯、拓撲自動布線、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)完美融合，為用戶提供了全方位的設(shè)計解決方案，使用戶可以輕松進行各種復(fù)雜的電子電路設(shè)計。 Protel 2021 已經(jīng)具備了當(dāng)今所有先進的電路輔助設(shè)計軟件的優(yōu)點，能進行任何從概念到成形的板卡設(shè)計，而不受設(shè)計規(guī)格和復(fù)雜程度的束縛。作為單一的板卡設(shè)計應(yīng)用程序，能提供前所未有的、最高程度的工具集成功能。 Protel 2021 從功能上可分為以下幾部分：電子電路原理圖（ SCH）設(shè)計，電子電路原理圖（ SCH）仿真、印刷電路板（ PCB）設(shè)計、電子電路實現(xiàn)前后的信號完整性分析和可編程邏輯器件（ FPGA）設(shè)計等。 Protel 2021 將原理圖編輯、 PCB 圖繪制及打印等功能有機結(jié)合在一起，形成了一個集成開發(fā)環(huán)境。在這個環(huán)境中， 所謂的原理圖編輯，就是電子電路的原理圖設(shè)計，使通過原理圖編輯器來實現(xiàn)的，原理圖編輯器為用戶提供高速、智能的原理圖編輯手段，由它生成的原理圖文件為印刷電路板的制作做準備工作。所謂 PCB 繪制，就是印制電路板的設(shè)計，它是通過 PCB 編輯器來實現(xiàn)的，其生成的 PCB 文件將直接應(yīng)用到印制電路板的生產(chǎn)中 。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19 印制電路板的設(shè)計 借助計算機對印刷電路板進行輔助設(shè)計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的手工工藝，它不僅可以使底圖更整潔、標準，而且可徹底解決手工布線印刷導(dǎo)線不能過細和較窄的間隙不易布線等問題，同時可徹底解決多層焊盤嚴格的一一對應(yīng) 問題。 印制電路板 簡介 在絕緣基材的敷銅板上，按規(guī)定設(shè)計用印刷的方法制成印制線路、印制元件或兩者組合而成的電路，稱為印制電路板（ PCB）。不斷發(fā)展的PCB 技術(shù)使電子產(chǎn)品設(shè)計和裝配走向標準化、規(guī)模化、機械化和自動化，還使電子產(chǎn)品體積減小，成本降低，可靠性、穩(wěn)定性提高，裝配，維修變得簡單等。 PCB 是電子設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)，是電子工業(yè)重要的電子部件之一 。它在電子設(shè)備中有如下功能： 1． 提供集成電路等各種元器件固定、裝配的機械支撐。 2． 實現(xiàn)集成電路等各種元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣，提供所要求的 電氣特性、特性阻抗、電磁屏蔽及電磁兼容性等。 3． 為自動錫焊提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。 由于 PCB 不斷地向提高精度、布線密度和可靠性方向發(fā)展，并相應(yīng)縮小體積、減小質(zhì)量，因此它在未來電子設(shè)備向大規(guī)模集成化和微小型化的發(fā)展中，仍保持強大的生命力。 PCB 的設(shè)計是整機工藝設(shè)計中的重要一環(huán)。設(shè)計質(zhì)量不僅關(guān)系到元件在焊接裝配、調(diào)試中是否方便，而且直接影響整機技術(shù)性能。一般， PCB 的設(shè)計不像電路原理設(shè)計那樣需要嚴謹?shù)睦碚摵途_的計算，而只有一些基本設(shè)計原則和技巧，因此，在設(shè)計中具有很大的靈 活性和離散性。同一張復(fù)雜的電路原理圖，不同的設(shè)計人員會設(shè)計出不同的方案，但是一個好的設(shè)計必須在保證電氣性能指標的前提下，使布局更合理，由布線引入的電容、電感、電阻最小，更利于散熱，并且使布線面積更小。 原理圖的設(shè)計規(guī)則 在繪制原理圖時應(yīng)遵守的規(guī)則如下： 1． 要注意布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于看圖以及有利于對圖的理解和閱讀 。 有時一個總體電路圖由幾部分組成，繪圖時應(yīng)盡量把總體電路圖畫在一張紙上。如果電路比較復(fù)雜，需繪制幾張圖，則應(yīng)把主電路圖畫在同一張圖紙上，而把一些比較獨立或次要的部分畫在另外 的圖紙哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 上，并在圖的斷口兩端做上標記，標出信號從一張圖到另一張圖的引出點和引入點，以說明各圖紙在電路連線間的關(guān)系。 有時為了強調(diào)并便于看清各單元電路的功能關(guān)系，每一個功能單元電路的元件應(yīng)集中布置在一起，并盡可能按工作順序排列。 2． 注意信號的流向 。 一般從輸入端或信號源畫起，從左至右或由上至下按信號的流向依次畫出各單元電路，而反饋通路的信號流向則與此相反。 3． 圖形符號要標準，圖中應(yīng)加適當(dāng)?shù)臉俗?。 電路圖中的中、大規(guī)模集成電路器件一般用方框表示，在方框中標出它的型號，在方框的邊線兩側(cè)標出每根管腳的功能名稱和管腳號 。除中、大規(guī)模期間外，其余元器件符號應(yīng)當(dāng)標準化。 4． 連接線應(yīng)為直線，并且交叉和拐彎應(yīng)最少 。 通常連接線可以水平布置或垂直布置，一般不畫斜線?；ハ嗦?lián)通的交叉線，應(yīng)在交叉處用圓點表示。根據(jù)需要，可以在連接線上加注信號名或其他標記，表示其功能或去向。例如器件的電源一般標電源電壓的數(shù)值，地線用符號“⊥”表示。 印制電路板設(shè)計的基本原則 印制電路板上元器件的布局、走線的質(zhì)量對電路板的抗干擾能力影響很大，所以在設(shè)計印制電路板時必須遵守一般的規(guī)則。 元件布局 在進行元件布局時，應(yīng)注意以下幾點： ◆應(yīng)按照關(guān)鍵元器件來布局，先布關(guān)鍵器件如單片機、 DSP、存儲器、FPGA 等，然后按照地址線和數(shù)據(jù)線的走向布置其他元器件。 ◆模擬電路通道應(yīng)該與數(shù)字電路分開布設(shè)，不能混亂的放置在一起。 ◆高頻元器件引腳上的銅箔導(dǎo)線應(yīng)盡量短。 ◆帶強電的元器件與其他元器件的距離應(yīng)盡量遠，并布置在調(diào)試時手不易碰到的地方。 ◆重量大的原器件應(yīng)該加支架用以固定。熱敏元器件要考慮安裝散熱片。 ◆電位器、可變電容等元器件應(yīng)布置在便于調(diào)試的地方。 ◆各元器件之間應(yīng)盡量平行擺放，以減小元器件之間的分布參數(shù)，且顯得美觀大方。 布線 在進行布線時，應(yīng)注意以下幾點： ◆微處理器芯片的數(shù)據(jù)線和地址線盡量都平行布置。 ◆輸入、輸出端導(dǎo)線都應(yīng)該盡量避免平行布置，以免發(fā)生反饋耦合。 ◆銅箔導(dǎo)線在條件許可得范圍內(nèi)，最好取 15mil 以上，最小不能小于哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 10mil，導(dǎo)線間的最小間距是由線間絕緣電阻和擊穿電壓決定的，一般不能小于 12mil。 ◆銅箔導(dǎo)線拐彎時，一般取 45 度走向或圓弧形。特別是在高頻電路下，不能取直角，更不能取銳角，以放置高頻信號在導(dǎo)線拐彎發(fā)生信號反射現(xiàn)象。 ◆只要條件許可，應(yīng)盡量加粗電源線，同時使電源線、地址與其他導(dǎo)線的走向一致，這 樣有助于增強抗噪聲能力。 ◆如果電路板上既有數(shù)字電路，又有模擬電路，則應(yīng)使數(shù)字地與模擬地分開，或在二者之間串入一個無極性小電容，最后到電源模塊上數(shù)字地和模擬地才匯合。 ◆在高頻元器件周圍盡量采用包地技術(shù)，用柵格狀的銅箔網(wǎng)，以起到屏蔽作用。 ◆對于數(shù)字電路構(gòu)成的印制電路板，把接地電路布成環(huán)狀往往能提高整個電路板的抗干擾能力。 去耦電容的配置 在安放去耦電容時，應(yīng)注意以下幾點： ◆在印制電路板的電源輸入端跨接 47uF 左右的電解電容，如果體積允許的話，電容量大一些則更好。 ◆原則上每個集成電路芯片 的旁邊都要放置一個 的無極性電容，如果電路板的空隙太小而放置不下，則可以在每幾個芯片旁邊放置一個 1uF～ 10uF 普通獨石電容。 ◆ 對于抗干擾能力弱、關(guān)斷時電流變化大的原件和 RAM、 ROM 等存儲元件，應(yīng)該在電源線和地線之間直接接入去耦電容。 ◆電容的引線不要太長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。 PCB 板圖的設(shè)計 該 PCB 板的設(shè)計我用的是 Protel DXP 這個工具軟件，根據(jù)以上設(shè)計規(guī)則設(shè)計出了原理圖的 PCB 板，其元器件擺放及頂層、底層布線見附錄C、附錄 D、附錄 E 所示。 本章小結(jié) 印制電路板的設(shè)計是 所有設(shè)計步驟的最終環(huán)節(jié)， 是電子設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)，也是電子工業(yè)重要的電子部件之一。 本章首先介紹了印制電路板設(shè)計的相關(guān)知識，之后根據(jù)設(shè)計的基本規(guī)則繪制出了 PCB 板圖。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 第 6章 系統(tǒng) 的組裝與 調(diào)試 元器件的焊接 裝配、焊接是電子設(shè)備制造中極為重要的一個環(huán)節(jié)，任何一個設(shè)計精良的電子裝置沒有相應(yīng)的焊接工藝包裝是難以達到技術(shù)指標的。這里的焊接就是按電路工作原理，用一定的工藝方法連接成電子裝置。雖然連接方法有多種，但是使用最廣泛的方法錫焊。目前廣泛應(yīng)用的是手工裝配焊接方法。 手工錫焊基本操作 準備施焊 準備好焊錫絲和烙鐵頭 ，此時特別強調(diào)的是烙鐵頭部要保持干凈，即能夠沾上焊錫（俗稱吃錫）。 加熱焊件 將烙鐵頭接觸焊接點，首先要注意保持烙鐵頭加熱焊件各部分，例如印制板上引線和焊盤都使之受熱，其次要注意讓烙鐵頭的扁平部分（較大部分）接觸熱容量較大的焊件，烙鐵頭的側(cè)面或邊緣部分接觸熱熔量較小的焊件，以保持焊件均勻受熱。 熔化焊料 當(dāng)焊件加熱到能熔化焊錫的溫度后將焊絲置于焊點，焊料開始熔化并浸潤焊點。 移開焊錫 當(dāng)熔化一定量的焊錫后將焊錫絲移開。 移開烙鐵 當(dāng)焊錫完全浸潤焊點后移開電烙鐵，注意移開電烙鐵的方向應(yīng)該是大致 45176。的 方法。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 23 手工錫焊技術(shù)要點 手工錫焊的基本條件 （ 1）焊件可焊性。 （ 2）焊料合格。 （ 3）助焊劑合適。 手工錫焊的操作要點 （ 1）掌握好加熱時間 加熱時間過長可能會影響焊點結(jié)合層的厚度、印刷版外形、元器件性能、助焊劑的正常發(fā)揮等。所以，在保證焊料浸潤焊劑的前提下焊接時間越短越好。 （ 2）保持合適的溫度 如果為了縮短加熱時間而采用高溫電烙鐵焊小焊點，則會帶來另一方面的問題：焊錫絲中的助焊劑沒有足夠的時間在被焊面上漫流而過早揮發(fā)失效；焊料溶化速度過快影響助焊劑作用 的發(fā)揮；由于溫度過高雖加熱時間短也會造成過熱現(xiàn)象。一般經(jīng)驗是烙鐵頭溫度比焊料溶化溫度高 50℃ 較為適宜。理想狀態(tài)是較低的溫度下縮短加熱時間，盡管這是矛盾的，但在實際操作中可以通過操作手法獲得令人滿意的解決方法。 （ 3）不要用烙鐵頭對焊點施力 烙鐵頭把熱量傳給焊點主要靠增加接觸面積，用電烙鐵對焊點加力對加熱是徒勞的，而且很可能造成被焊件的損傷，例如電位器、開關(guān)、接插件的焊接點往往都是固定在塑料構(gòu)件上，加力的結(jié)果容易造成元件失效。 系統(tǒng)的組裝與調(diào)試及測試方法 電路圖設(shè)計結(jié)束之后的任務(wù)就是要進行整個系統(tǒng)的組裝 及調(diào)試，這是設(shè)計成功與否的檢驗，因此這部分也至關(guān)重要。布好線的 PCB 板圖經(jīng)過工廠加工出電路板， 根據(jù) 焊接技術(shù)及 工程上的可操作性布置芯片、元件、導(dǎo)線等。 完成定時搶答器的聯(lián)調(diào)，注意各部分電路之間的時序配合關(guān)系。 焊接好電路板后進行測試。測試方法是： 檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計要求 。當(dāng)按下主持人控制的按鈕后，如有人搶答則數(shù)碼管顯示選手號碼； 當(dāng)輸人 1Hz 的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行減計時 ； 當(dāng)減計時到零時，能輸出低電平有效的定時時間到信號 ，同時報警電路發(fā)聲警報。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 組裝與調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法 在 系統(tǒng)的組裝與調(diào)試過程中，遇到了很多問題： 1． 在設(shè)計過程中，首先遇到的問題是如何把選手的編號鎖存起來。后來經(jīng)過查閱資料，利用 4RS 觸發(fā)器 74LS279 的鎖存功能，用 74LS279 的輸出來控制 CP 脈沖的通斷，從而完成瑣存功能。 2． 設(shè)計題目所要求的在主持人，選手，倒計時到零時揚聲器的響聲是最棘手的問題，通過多次對電路的改進，上機仿真以及接線調(diào)試，我利用 74LS121 來驅(qū)動揚聲器，從而實現(xiàn)此要求。 3． 制作的 電路板 一開始測試時不能工作，又由于沒有穩(wěn)壓電源而不能檢驗。把 3 節(jié)干電池制成 伏電壓源，又用萬用表逐點 排查，原來有虛焊的點。 虛焊是 焊接過程中經(jīng)常遇到的問題，如果不加以糾正將使電路無法工作，而且這個問題很難檢查出來，也只能利用萬用表檢查，接上電路后我發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管是一直點亮的，后來查出是由于一個焊點虛焊導(dǎo)致與門的一端輸入為接空引起的。 本章小結(jié) 系統(tǒng)的組裝與調(diào)試是設(shè)計的最后階段。本章首先介紹了焊接的一些知識，如：手工錫焊基本操作和手工錫焊技術(shù)要點等。介紹了系統(tǒng)的調(diào)試方法及在調(diào)試時遇到的問題及解決辦法。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 結(jié)論 本 文 根據(jù)數(shù)字邏輯電路的一般設(shè)計步驟，設(shè)計出了數(shù)字式競賽搶答器的總體框圖、各單元電路圖及 PCB 板圖，根據(jù)各單元的邏輯功能，選擇了合適的器件；又 根據(jù) 焊接技術(shù)及 工程上的可操作性布置芯片、元件、導(dǎo)線等 。 在此過程中雖然遇到了很多問題，如在實現(xiàn)第一信號鑒別時選擇何種器件，用 Protel Dxp 繪制原理圖時找不到相應(yīng)的元件庫等，但是在老師的指導(dǎo)下這些問題都得到了解決。我認為本設(shè)計具 有 很多 優(yōu)勢 ，例如： 具有清零裝置和搶答控制 功能； 具有定時功能 ；定時時間到無人搶答，系統(tǒng)報警表示搶答時間耗盡并禁止搶答 等功能 。 最后經(jīng)過系統(tǒng)的組裝與調(diào)試，驗證出實物基本符合設(shè)計方案的要求。 哈爾濱理工大學(xué)遠東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 致謝 我是電信專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必需的技能，這次畢業(yè)設(shè)計給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計、對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進行了檢 驗 這 三個多月的畢業(yè)設(shè)計，留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的