电子线路CAD课程设计

电子线路CAD课程设计题目班级学号姓名时间电子线路CAD课程任务书姓名_________ 班级____________ 指导老师设计课题：设计任务与要求查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件50个以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、对电路的每个部分进行分别单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、用Protel软件或其他EDA软件绘出整体电路图，进行实验分析和绘制PCB，并在图中的标题栏中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、对整体电路原理进行完整功能描述；5、列出标准的元件清单；6、其他。

设计步骤1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；3、总体电路的绘制，实验分析和绘制PCB及总体电路原理相关说明；其他4、列出标准的元件清单；5、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。

设计说明书字数不得少于2500字参考文献总体方案与原理说明要显示一个中文汉字至少的组成点素为16×16点，因此一帧显示4个汉字最少需要点阵的点数为16×64点。

可以由8块8×8点阵拼构而成。

点阵屏越大，数据的传送就越多，仅仅依靠单片机I/O并口输出已不能达到要求，需要采用串口输出再转成并口输入到点阵屏。

对于时钟的显示，如果采用单片机软件方式，误差较大，一旦断电，就需要重新设置走时，不适用。

因此采用专门的时钟芯片提供时间日历等信息。

温度传感器也是各式各样，而进行室内温度测量的温度精度要求并不是很高，温度变化范围小，最好采用电路结构简单的集成芯片。

对切换显示内容的无线遥控功能，可以使用无线模块，但增加了电路的复杂程度，与无线红外遥控比较，价格也偏贵，因此选择红外发射管与红外一体化接收头更加简洁廉价。

为了能够调节校正时间，需要接上按键。

至少应该应该有“模式”、“加数”、“减数”三个按钮。

根据上述要求，所需的单片机I/O口为20个左右，存储广告内容需要更大的Flash程序存储器，经过比较后，新型的STC系列单片机较为适用。

感应人体的传感器通常使用人体热释电红外传感器。

通过该传感器控制系统电源的输出与否。

但人体热释电红外传感器的供电需要另外一电源供电，因此整个系统需要两个电源。

按照这个思路，设计出系统整体框图如下：如图1.1所示，整个系统包括单片机核心模块、16×64点阵显示屏模块、数码管显示模块、串口程序下载模块、日历时钟模块、温度测量模块、键盘模块、红外接收头模块、红外遥控模块，电源模块（两个）、人体热释电红外感应模块。

通过电脑串口，可以将程序下载到单片机内部。

时钟芯片在备用电池的供电情况下，实时记录和保持着走时。

温度传感器检测着室内温度变化，将温度转换成单片机可以识别的数据。

单片机将时钟和温度数据通过串口发送到点阵屏上显示，并且可以显示保存在单片机内部的广告内容，当前显示的第几条内容通过数码管显示，如果想改变现实内容，可以按下按键切换，或者通过无线红外遥控切换。

当时钟走时不正确时，可以通过按键调整日历，退出后修改了的日历就已经保存在时钟芯片内部。

该系统还有一优点是无人关断总电源功能，虚线框内使用总电源（电源2）供电，而热释电红外检测部分使用电源1供电，当人体热释电红外传感器检测到活动人体时电源2开始有电流输出，单片机工作，LED 点阵屏显示，延时一段时间。

当没有检测到移动的人物时，电源2进入低功耗待机模式，没有电流输出，单片机以及其它芯片断电，系统处于实时监测节省电源状态。

STC 单 片 机人体热释 电红外电源1时钟芯片16×64点阵屏显示 串口通信程序下载温度传感器电源2键盘 红外接收头 红外遥控7～40V 交流电数码管显示 图1.1 总体方案框图16×64点阵屏电路设计发光LED点阵模块的选择通常市场上的LED点阵模块分类有单色、双色、三色；点数5×7、8×8、及16×16；接法共阴、共阳极（共阳是指对每一行LED来讲是共阳）；还分为室内、室外点阵等。

这里选用16块Φ5mm红色8×8 LED共阳点阵模块SZ412388K 组成16×64点阵屏。

SZ412388K点阵模块的内部结构与引脚图1.3 LED点阵模块与内部示意图通常LED点阵的管脚并没有按照行列顺序规律的排列，使用前必须查找相关资料和测试管脚。

LED点阵屏的送显方案选择要点亮点阵屏，例如共阳LED点阵只要在行上加上高电平，列上加上低电平。

但从LED点阵内部结构了解到要显示字符就必须扫描点亮，因此显示方式可以分为两种：1.逐列扫描方式。

即列依次轮流被点亮，行发送对应字码，使得能亮的一列点从左到右或从右到左扫描。

2.逐行扫描方式。

即行依次轮流被点亮，列发送对应字码，使得能亮的一行点从上到下或从下到上扫描。

由于点阵屏行为16，列为64，如果要达到同样的显示效果，采用逐列扫描的速度要比逐行扫描速度加快4倍。

如果频率不够高显示的文字就会闪烁，因此采用了逐行扫描的方式连接电路。

LED 点阵屏行扫描电路设计16行如果直接采用单片机的I/O 口扫描，占用太多的端口，因此采用4线-16线译码器74HC154作为扩展端口辅助芯片可以节省I/O 口。

74HC154引脚配置图如图1.4所示， 引脚说明：VCC:电源端（4.5V ～5.5V ） GND:地端A 、B 、C 、D ：译码地址输入端（低电平有效）1G 、2G ：选通端（低电平有效） 015Y Y ：输出端（低电平有效）74HC154的逻辑真值表如表1.1所示。

表1.1 74HC154的逻辑真值表 输 入选择的输出端（L ）1G2GD C B A L L L L L L L L L L L L L L L L L L H H L H L H 0123Y Y Y YL L L L L L L L L L L L H H H H L L H H L H L H 4567Y Y Y YL L L L L L L L H H H H L L L L L L H H L H L H 891011Y Y Y YL L L L L L L L H H H H H H H H L L H H L H L H 12131415Y Y Y Y× H H ×× × × × × × × ×无有效输出 无有效输出说明 H ：高电平 L ：低电平 ×：任意电平图1.4 74HC154管脚图当选通端（1G、2G）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。

将A、B、C、D端口接到单片机的I/O口，给予二进制0000～1111便能依次扫描16个行点阵。

74HC154的输入输出电流大小为25mA，假设一行64个LED全部点亮，所需的电流大约为10mA×64=640mA，因此74HC154的输出端必须加达林顿管驱动。

PNP型达林顿管TIP127完全符合了这个电流要求，并且将74HC154的低电平输出有效转成高电平有效点亮共阳LED点阵。

LED点阵屏列送字码电路设计64个列字码，必须得用串行转并行发送字码数据。

8位移位寄存器74HC164可以将串行数据转换成并行输出，数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。

74HC595也是8位移位寄存器，但驱动电流(35mA)比74HC164(25mA)的要大, 74HC595的优点还具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变，这在串行速度慢的场合很有用处，使得LED点阵屏没有闪烁感。

同时输出端有使能禁止控制端，可以使输出为高阻态。

74HC595引脚配置与功能逻辑符号如图1.5。

图1.5 74HC595引脚配置与内部逻辑图表1.2列出了74HC595的引脚控制端功能，芯片时序功能描述见表1.3所示。

表1.2 74HC595的引脚控制端说明：符号引脚描述VCC、GND16、8电源、地DS14串行数据输入端Q0～Q715、1～7并行数据输出端Q7’9串行数据输出M R10主复位（低电平有效）SH_CP11移位寄存器时钟输入ST_CP12存储寄存器时钟输入O E13输出有效控制端（低电平有效）表1.3 74HC595功能表输入输出功能SH_CP ST_CP O E M R DS Q7’Q n××L ↓×L NC M R为低电平时仅仅影响移位寄存器×↑L L ×L L 空移位寄存器到输出寄存器××H L ×L Z 清空移位寄存器，并行输出为高阻状态↑×L H H Q6’NC 移位寄存器的数据移位，下降沿移位寄存器数据不变。

×↑L H ×NC Qn’移位寄存器的内容到达存储寄存器并从并口输出。

下降沿时存储寄存器数据不变↑↑L H ×Q6’Qn’移位寄存器内容移位，先前的移位寄存器的内容到达存储寄存器并输出。

H＝高电平状态L＝低电平状态↑＝上升沿↓＝下降沿Z＝高阻NC＝无变化×＝无效LED点阵屏模块电路设计LED点阵屏显示模块电路图如图1.6所示。

行总共为16个TIP127驱动，列为8个74HC595送字码。

A0～A3接到单片机输出端，用四位二进制控制16行扫描输出，OE控制74HC154的使能输出，为高电平时行无有效输出，屏幕黑屏。

DS为字码串行发送端。

图1.6 LED点阵屏显示模块原理图时钟日历电路设计时钟芯片的选择目前市场上的时钟芯片种类繁多，各具特色。

DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。

在12小时制模式中，用AM 和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。