电子技术课程设计(简版)

湖南财政经济学院课程设计课程数字电子技术题目电子幸运转盘专业电子信息工程班级XXX姓名XXX指导教师XXXX2015 年 4 月26 日目录1. 设计目的 (1)2. 设计任务 (1)3. 设计思路 (1)4. 设计过程 (1)4.1 设计方案 (1)4.2 电路设计原理 (1)4.3 元器件清单 (5)5. 系统调试与结果 (5)5.1 主要元器件与设备介绍 (5)5.2 元器件安装要求与原则 (8)5.3 元器件焊接的基本事项 (9)5.4 系统调试与分析 (9)6. PCB板的制作流程 (10)7. 课程设计体会与建议 (10)1. 设计目的（1）掌握数字电子技术的一般设计方法，提高设计能力和动手能力。

（2）掌握PCB电路板的制作流程，学习常用的设计与仿真软件，如Protel 99 SE等。

（3）通过理论和实际相结合，学会灵活运用所学知识自主解决实践中遇到的问题。

2. 设计任务（1）利用10个发光二极管模拟幸运物。

（2）接通电源，10个发光二极管均被点亮。

（3）按下按键，发光二极管高速循环点亮。

（4）发光二极管循环点亮速度越来越慢，并最终随机停在某个发光二极管上。

3. 设计思路根据电子幸运转盘的功能要求，将电路划分为四个单元功能模块，即时钟信号发生模块、译码驱动LED显示模块、十进制计数模块和开关等逻辑控制模块。

4. 设计过程4.1 设计方案本电路由脉冲发生器和CD4017十进制计数器／脉冲分配器组成，脉冲发生器则由NE555及外围元件构成的多谐振荡器组成。

10个发光二极管模拟幸运物，当按下按键1秒以上，发光二极管高速循环点亮，几秒钟后旋转速度越来越慢，并最终随机停止在某个发光二极管上。

由47μF电解电容C1的数值决定延迟时间，1μF电解电容C2的数值决定循环速度。

电源供电电压为直流5V，也可以采用3节1.5V电池供电。

电子幸运转盘设计方框图如下图4.1所示。

4.2 电路设计原理4.2.1 电路工作原理当按下按键S1时Q1导通，NE555的3脚输出脉冲，则CD4017的10个输出端轮流输出高电平驱动，10只LED轮流发光。

松开按键后，由于有电容C1的存在，Q1不会立即截止。

随着C1两端电压的下降，Q1的导通程度逐渐减弱，3脚输出脉冲的频率变慢，LED移动频率也随之变慢。

当C1放电结束后，Q1截止，NE555的3脚不再输出脉冲，LED随即停止移动。

一次“开奖”过程就这样完成了。

4.2.2 利用设计软件画原理图（1）打开软件Altium Disiginer Release 10，单击菜单栏的File --> New --> Project --> PCB Project，即新建一个PCB工程。

（2）建立原理图文件，另存并重命名；建立PCB图文件，另存并重命名；建立原理图库文件，另存并重命名；建立PCB封装库文件，另存并重命名。

（3）建立原理图库文件，利用tool--> new component建立新元件，利用tool--> rename component 保存新元件名。

在左侧SCH Library窗口中单击Edit命令。

（4）建立原理图文件，绘制原理图。

原理图如图4.2(a)、4.2(b)所示。

图4.2(a) 电路原理图图4.2(b) 电路原理图放大图（5）建立PCB封装库文件，利用tool-->new blank component建立新元件，在左侧PCB Library 窗口中双击原件的名字，进行重命名。

（6）进行原理图封装设置。

（7）进行ERC检测电路检测。

（8）生成网络报表。

（9）装载网络表。

（10）开始手动布线或自动布线。

布线前需要设置布线参数。

（11）手动布完线后进行布线规则检测，检测并修改所有违反布线规则的错误。

最后检测无误的PCB封装图及3D效果图如图4.2(c)、4.2(d)所示。

图4.2(c) PCB封装图图4.2(d) 3D效果图4.3 元器件清单制作电子幸运转盘所需元器件清单如下表4-3所示。

表4-3 电子幸运转盘元器件清单器件型号数量电阻R1 470K 1电阻R2 10K 1电阻R3 470K 1电阻R4 100K 1电解电容C1 47uF 1电解电容C2 1uF 1IC1集成电路NE555 1IC2集成电路CD4017 1三极管Q1 9031 1集成电路插座8P 1集成电路插座16P 1发光二极管LED1~LED10 5mm 10轻触按键S1 6x6x10 1接线座X1 2P 1PCB制作板65X65mm 15. 系统调试与结果5.1 主要元器件与设备介绍5.1.1 NE555集成电路芯片555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，拥有以下特点：（1）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。

（2）操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合。

即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。

（3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

（4）它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

因此，它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：低触发端，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 。

3脚：输出端Vo。

4脚：是直接清零端。

当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：高触发端，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。

7脚：放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC，供应电压的范围是+4.5V～+16V。

其引脚图如图5.1所示。

图5.1 NE555芯片引脚图5.1.2 CD4017集成电路芯片CD4017 是5位Johnson计数器，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，具有10个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。

时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。

INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。

CR 为高电平时，计数器清零。

Johnson计数器，提供了快速操作，2输入译码选通和无毛刺译码输出。

防锁选通，保证了正确的计数顺序。

译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。

在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。

整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。

CD4017有3个输入端（MR、CP0和CP1），MR为清零端。

当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。

CP0和～CPI是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPI端输入。

设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。

由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

其引脚图如图5.2所示。

图5.2CD4017芯片引脚图5.1.3 发光二极管LED发光二极管（light emitting diode，简称LED）由镓与砷、磷的化合物制成的二极管。

当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

其构造图如图5.3所示。

图5.3 LED构造图5.1.4 三极管9014三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

三极管9014是一种NPN型小功率三极管，常应用于收音机、电动玩具等电子产品。

其引脚图如图5.4所示。

图5.4 三极管9014引脚图5.2 元器件安装要求与原则5.2.1 元器件安装的要求（1）安装所有电子元器件时，其文字、数值标记应布置在容易目视的方向上（标记向上、向外），以易于检查和维修。

（2）注意安装的先后程序、位置方向和电极的极性。

（3）安装重量超过50g的元器件时，必须采用支承件、弯角件、固定架、夹具或其他机械形式固定；重量不足50g的元器件（如小型的电阻、电感元器件，晶体管器件等），应用元器件的引出线直接绕固在焊片、支架片、接线架、印制板上进行固定。

（4）元器件引出线应弯曲成圆弧形，并与根部保持一定的距离，不可紧贴根部弯曲。

这样可防止元器件在安装中引出线断裂。

（5）安装时，相邻元器件之间要有一定的空隙。

（6）对于调试中需要更换的元器件可先采用搭焊方法固定。

5.2.2 元器件安装的一般原则（1）按不同类型元器件的高度，从低到高分批次安装、焊接。

（2）保持整齐，同类元器件高度一致。

（3）元器件一般要贴紧PCB电路板。

（4）元器件的管脚长度要适中。

管脚太短，元器件固定后没有弹性，易折；太长则安装不牢固、不美观。

5.3 元器件焊接的基本事项5.3.1 焊接前的准备（1）焊接前要准备好松香、松香油或无酸性焊剂。

（2）焊接前，把需要焊接的地方先用小刀刮净或者用比较细的砂纸擦干净使它显出金属光泽，涂上焊剂。

5.3.2 焊接时的注意事项（1）焊接时电烙铁应有足够的热量，但不能过于高温。

才能保证焊接质量，要注意不要虚焊和脱焊。

（2）焊接时间不宜过长。

（3）烙铁离开焊点后，零件不能马上移动，否则因焊锡尚未凝固，零件容易脱焊。

（4）对接的元件接线最好先绞和后再上锡。

（5）在焊接晶体管等非耐高温器件时，最好用小钳或镊子夹住晶体管的引出脚帮助散热，焊接时还要注意时间。

5.4 系统调试与分析5.4.1 软件仿真利用软件Multisim对原理图文件进行仿真，仿真结果与设计任务一致。