电路CAD实践报告(有电路图)

电路CAD实践课程报告题目基于NE555多谐振荡器设计制作一个LED双色警示灯电路起讫日期学生姓名学号专业班级所在学院指导教师所在单位2017年月日目录1．课程设计任务和要求 (1)1.1设计任务 (1)1.2 使用软硬件 (1)1.3设计要求 (1)2. 方案选择与论证 (2)2.1 方案选择 (2)2.2 方案论证 (2)3. 单元电路设计与计算 (4)3.1 (4)3.2 (4)4. 元器件选择和电路参数计算 (5)4.1 (5)4.2 (5)5. 电路原理图绘制 (6)5.1 (6)5.2 (6)6. 电路板图绘制 (7)6.1 (7)6.2 (7)7. 设计总结 (8)参考文献 (9)附录1 电路原理图 (10)附录2 电路板图 (11)1．课程设计任务和要求1.1设计任务任务要求一：设计制作一个LED双色警示灯电路（1）采用NE555多谐振荡器和CD4017进行设计；（2）电路采用相当封装（例如5050封装）4颗红色LED和4颗蓝色LED设计；（3）电路中红色和蓝色LED交替闪亮，模拟警灯的样子；（4）LED闪亮的频率可调；（5）使用+5V至+12V稳压直流电源供电，电路板上应留有电源接口；（6）建议采用贴片元件；（7）采用单层或双层板设计；（8）建议尺寸不超过10*10cm；（9）板上应体现设计者的相关信息（如姓名、学号、设计日期、logo等）；（10）完成电路板的制作、调试以及课程设计报告的撰写。

任务要求二：自拟题目，要求贴片设计，尽量不采用单片机，多采用模拟电路，双层板设计。

1.2 使用软硬件(1) 计算机 (2) 相应电子元器件 (3) 电路设计软件Altium Designer或Cadence1.3设计要求（1）电路原理图1份，正确绘画电路和合理布局；（2）电路PCB图1份，设计合理，电气设计正确，制版布局科学可用；（3）课程设计报告1份；主要内容有：1)课题名称；2)设计任务和要求；3)方案选择与论证；4)单元电路设计与计算说明；5)元器件选择和电路参数计算的说明；6)画出完整的电原理图，正确标出电路元器件的各项标注；7)画出完整的电路板图，符合布局、布线原则，符合工艺要求；8)总结设计收获、体会，提出存在的问题和改进意见等。

2. 方案选择与论证2.1 根据课程设计指导，设计制作一个基于NE555多谐振荡器的LED双色警示灯电路，用到核心元件NE555多谐振荡器和CD4017进行设计方案的选择。

凭借指导老师给出的3种设计方案给予设计方案基础（1）（2）（3）2.2 论证流水灯1具有8个发光LED灯管，比流水灯2的八个发光二极管的发光效果要好，光亮要强，而且相对节能。

流水灯3的电路制作起来比流水灯1要麻烦。

而且流水灯1的安全系数较高，所以，我们选择流水灯1制作原件功能1.NE555：555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。

该电路使用灵活，方便，只需要外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。

因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中得到了广泛的应用。

NE555引脚说明：1脚：GND接地端，2脚：TBI触发端3脚：OUT输出端4脚：RES复位端5脚：5 控制电压端6脚：TKR门限端7脚：DIS放电端8脚：VCC电源端CD4017 引脚说明 1脚：OUTPUT 5 2脚：OUTPUT 13脚：OUTPUT 0 4脚：OUTPUT 2 5脚：OUTPUT 6 6脚：OUTPUT 77脚：OUTPUT 3 8脚：VSS9脚：OUTPUT 8 10脚：OUTPUT 411脚：OUTPUT 9 12脚：CARRY OUT13脚：CLOCK ENABLE 14脚：CLOCK15脚：RESET 16脚：VDD3. 单元电路设计与计算3.1 NE555单元电路设计，置零端R即阈值端(TH)要求高电平，而置位端s即触发端(TR)则要求低电乎;(2)两个输入端的触发电平使输出发生翻转的阈值电压值也不同，当Vc端不接控制电压时，对TH(R)端来讲，>2/3VDD是高电平1,<2/3VDD是低电平0：而对TR(S)端来讲，>1/3VDD是高电平1，<1/3VDD是低电平0。

如果在控制端(Vc)上控制电压Vc时，这时上触发电平就变成Vc值，下触发电平就变成1/2Vc值，可见改变控制端的控制电压值就可以改变上下触发电平值。

3.2 CD4017单元电路设计CD4017单位设计原理图工作原理：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，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。

CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。

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（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～CPl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～CPl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。

4. 元器件选择和电路参数计算4.1元器件选择（1）计时器NE555 计数器CD4017 芯片1片（2）红、蓝LED灯各4只（3）电阻1K 8个22K 1个44K 1个50K滑动变阻器 1个（4）电容 1uf 2个（5）电源 5V 1个4.2 电路参数计算由CD4017输出的电压为5V，流水灯允许通过的最大电流为5mA，所以每个灯的电路上串联一个1KΩ的电阻T=T1+T2T1=0.693*(R2+R3+R4)*C1 T2=0.693*(R4+R3)*C1R2=2.2K R3=10KR4滑动变阻器最大值为50K C=1Uf带入参数计算取R4=0频率f=1/T=1.43/(R2+2R3+2R40)C=65Hz R4=50KF=1/F=1/0.96*(R2+2R3+2R4)*C=11.8Hz即0.08秒，小灯频闪一次（增大滑动变阻器的阻值可以增大频闪时间）5. 电路原理图绘制5.15.1电路原理图制作过程：（1）在桌面新建文件夹“CADjby”，打开桌面上的Altium Designer Winter 09，新建工程，工程名称为“PCBjby”，点击保存，选择保存在新建的文件夹内。

（2）在工程中新建原理图文件，并保存到刚才的文件夹内。

（3）打开原理图，添加元件库文件 a) 单击打开编辑界面右侧的Libraries b) 点击打开上图中左上角的libraries ，点击Add libraries 。

（4）选择、放置元件以及放置电源符号和地符号。

（5）点击Place选择line，根据实物图连接元件，注意导线与导线的结点5.2 电路分析：振荡电路由一块NE555芯片和C2，C1,R4，R2，R3等组成。

通电后，因电容C1两端的电压不能突变，6脚的电压为低电平，NE555芯片的内部触发器被置位，9脚输出高电平。

同时，由于电源经电阻R3和R4向C1充电，使6脚和10脚的电压不断提高，当电位上升到VCC的2/3时，NE555芯片的内部触发器被复位。

9脚的输出电压翻转为低电平。

同时NE555芯片内部的放电管导通，即11脚通过内部的放电管和1脚相通，C1上储存的电荷就通过R4和11脚放电，使6脚和10脚的电压不断下降，当电位降低到VCC 的1/3时，NE555芯片的内部触发器被置位。

同时NE555芯片内部的放电管截止，11脚被悬空，电源又通过R3,R4向C1充电，使6脚和10脚的电压不断提高….如此，周而复始，形成振荡。

输出端的高电平维持时间取决于电容C1的的充电时间常数，输出端的低电平维持时间取决于电容C1的放电时间常数。

由于R3≥R2，故可以认为f放≈f充，目的是减小彩灯熄亮交替的时间间隔的差异。

译码电路由一块CD4017芯片组成。

该芯片有三个输入端，有8个输出端Q0~Q7，还有一个进位端C0,其功能是：当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余7个输出端全为低电平。

时钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降沿计数。

Q0~Q7这八个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。

如从0开始计数，则输入到第一个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第二个时钟脉冲时，Q2变成高电平…..直到输入第八个脉冲，Q0变成高电平。

同时，进位端CO就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号。

Cr为复位端，也为清零端。

当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1~Q7为低电平。

如此反复，只要NE555芯片的9脚送来的二进制信号不消失，CD4017芯片将二进制信号准换成十进制信号的计码工作就会反复进行下去。

6. 电路板图绘制6.1 PCB 电路图PCB图制作过程:1、画原理图，目地是生成对应的网表用于建PCB，在图上标好元件值，元件位号用自动标注。

2、用原理图生成PCB，这时会有DRC检查，检查不过的你就去改好，检查通过后会真接切换到PCB界面，这时你的原理图就算是完成了。

3、PCB布局，一般按照先大后小的原则摆放，就是先放连接器再放芯片、阻容元件。

一般连接器放在PCB边上。

4、布线，按显示的网络飞线在电路上布线，注意线宽。

5、DRC检查，这个一定要做，防止你有没布的线。

6.2版图设计规则1、画模拟版图首先要注意的是线宽问题。

对于比较大电流的支路，线宽一定要满足电流，但也不能太宽，否则寄生电容肯定会大。

可以采用几条金属线上下重叠并联的方式，这样的话宽度小了电流又能满足2、关于电源线和地线问题整个版图的电源和地线呈网格状，这样压降小，稳定。

3、噪声问题的处理最常用方法是在器件周围加保护环。

Pmos管子做在NWELL里面，因此周围的在一个模块周围为了和其他模块隔离加的保护环，用一圈NWELL，里面加NDIFF，接高电位。

用C O N T A C T连M1。

4、版图对称性当电路需要对称的时候，需要从走线复杂度，面积等方面综合考虑7. 设计总结通过这次的课程设计，我第一次接触到了关于电路CAD设计的基础知识，完成了基于NE555制作的一个简易LED警示灯电路的电路设计，学习到了AD这个软件的基本使用方法，也进一步了解了NE555和CD4017的工作原理。

关于这次的实验设计，我发现，根据它的原理，它还适用于除警示灯以外还可以用做其他彩灯，或作为其他复杂电路具有可频闪功能的一部分。

这次课设行将到达尾声，我也深深意识到自己的不足，尤其是在电路基础上了解远远不够，在对于一些本测控专业的基础软件也不会使用，希望在接下来的学习中，能够改变这些不应有的毛病，多去学习一些必备的技能，熟悉那些应该学会的软件，并在其中锻炼自己独立思维和创造性思维的能力。