电子工艺课程设计报告

电子元器件认识与系统设计报告

班 级 自动控制093班 学 号 ********* 姓 名 许文华 指导教师 张雁鹏 设计时间 2011.7.11~2011.7.15

指导教师评语：

成 绩

1 设计目的及要求

1.1设计目的：

⑴通过对控制电路的设计、焊接、调试，学会电子技术在生活中的应用。 ⑵进一步熟悉掌握电子元器件的工作原理及其使用方法。 ⑶锻炼动手能力，将所学知识与实际生产、生活联系起来。

1.2设计要求：

⑴绘出原理草图。

⑵根据设计要求和技术指标选好元器件及其参数，并绘制总电路图。 ⑶到元器件市场购买所需元器件，并在万能板上焊接元器件。 ⑷拟定测试方案并进行测试。

⑸按要求写好设计报告、调试过程及其结果，并附有附录和参考文献。

2 设计题

本设计题目名称为：汽车尾灯控制电路的设计与制作。

随着时代的发展，生活节奏加快，汽车已经成为我们生活中必不可缺少的一部分。但是与此同时因交通拥挤而导致的交通事故也频繁发生，而其中汽车追尾现象在交通事故中占得比例比较大。而汽车尾灯控制电路的产生恰好能大大缓解这一状况，因此我们有必要设计汽车尾灯控制电路。我们用6个发光二极管模拟汽车6个尾灯，用两个开关作为汽车拐弯控制信号来模拟汽车尾灯控制电路。用这一方案来体现汽车在公路上四种行驶的状态，即：正常行驶时汽车尾灯指示灯全部熄灭；右转弯时，右侧3个尾灯指示灯循环点亮；左转弯时，左侧3个尾灯指示灯循环点亮；临时刹车时，所有尾灯指示灯同时闪烁。通过汽车尾灯的闪烁变化来提示并告知后方的车辆前方汽车的行驶状况，以告知后面司机该如何合理的采取有效行车措施来确保行车安全，这样就可以非常有效地减少汽车追尾事件的发生，从而缓解交通压力，使我们的生活更加安全便捷，为乘客提供一种比较安全可靠的旅行环境。通过这个课题的研究，不仅可以巩固我们所学知识，增强安全意识，而且很大程度的提高了我们对电子技术的综合应用能力、动手能力、实践能力以及自主创新能力，为以后的学习、工作做了良好的铺垫。

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2.1 电路

vccD1LEDD2LEDD3LEDD4LEDD5LEDD6LED3U4A3U5A3U6A3U8A3U7A3U9A74LS0874LS0874LS0874LS0874LS0874LS081212121212123U4A74LS32G1G2AG2HABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097 U374LS13812123456321U2vcc921103456vccR500KU1LDCLKCDRDETED1D2D3D4U11A74LS00U12A74LS00COL521U10A74LS3674LS161AQ1Q2Q3Q4L4L3L2L13 U9A74LS0012121231RESETTRJGVCCDBCHGTHOLD765R3vcc10KR410KS0S1SW-SPSTSW-SPSTvccR2470KC2OUTCVOLTGND0.01UFC11UF1555

图1 汽车尾灯控制电路图

2.2 电路组成

⑴ CP脉冲电路设计

电路接成的多谐振荡器，所采用的周期为T=1S,f=1Hz,其占空比q=0.33,电路设计采用由555定时如图2，运用公式如下：

高电平时间：tph=0.7(R1+R2)C1 低电平时间：tpl=0.7R2C1 周期: T= tph+tpl

占空比: q=tph/( tph+tpl)=R2/(R1+2 R2)

由555定时器构成的多谐振荡器时输出频率为：

2

T1(R1R2)ClnVCCVTVCCVT

(R1R2)Cln2

T2R2Cln0VT0VT

 R2Cln2

故电路的震荡周期为

TT1T2(R12R2)Cln2

震荡频率为

f1

ln2C(R12R2)经过计算，这里选择R1=500K欧姆，R2= 470K欧姆，C1=1uF，C2=0.1 uF，则输出信号为1兹（周期为1秒）。

vccR500KU1RESETTRJGVCCDBCHGTHOLD765R2470KC2OUTCVOLTGND0.01UFC11UF1555

图2 555定时器构成的CP脉冲电路

⑵循环计数电路的设计

74LS161计数器构成能产生01、10、11三种状态循环的信号，然后再通过逻转换成所需的001、010、100三种左转或右转的信号。如图3所示。

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U2921103456LDCLKCDRDETED1D2D3D4CO74LS161AL521Q1Q2Q3Q4L4L3L2L137

图3 循环计数电路

⑶译码电路的设计

如图4所示，为3位二进制138译码器，输入的三位二进制代码共有8总状态，译码器将每个输入代码对应的一根输出线上的高、低电平信号。

vccD1LEDD2LEDD3LEDD4LEDD5LEDD6LED3U4A3U5A3U6A3U8A3U7A3U9A74LS0874LS0874LS0874LS0874LS0874LS08121212121212123456G1G2AG2HABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097 U374LS138

图4 译码电路

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⑷开关控制电路的设计

开关控制电路如图5所示，74LS138和显示电路的使能信号分别为G和A，根据总体逻辑功能分析及组合得G、A与给定条件(S1S0CP)的真值表，如表1所示。由表1经过整理的逻辑表达式为

G=S1○+S0

A=S1S0 + S1S0 CP=S1S0S1S0 CP

表1 开关的逻辑功能表

开关控制 S1 0 0 1 1 S2 0 1 0 1 × × × CP CP G 0 1 1 0 使能信号 A 1 1 1 CP

123U11A74LS0021U12A74LS00U10A74LS3611221231R410KS0S1SW-SPSTSW-SPSTvcc图5 开关控制电路

2.3 工作原理

三进制计数器可由74LS161和74LS00与非门组成。汽车尾灯电路如图1所示，其显示电路有6个发光二极管构成；译码电路由3-8线译码器74LS138和6个与非门构成。

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74LS138的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S1=0、使能信号A=G=1,计数器的状态为00、01、10时，74LS138对应的输出地

依次为0，故指示灯D4D5D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。当G=0，A=1时，74LS138的输出端全为1，指示灯全灭灯；当G=0,A=CP时，指示灯随CP的频率闪烁。

2.4 汽车尾灯控制电路元器件选择

表2 汽车尾灯控制电路元器件列表 名称 四 位 二进制 计数器 3-8译码器 555定时器 逻 辑 门 电 路 发光二极管 电 容 电阻 开关 电源 焊锡 导线 电烙铁 总计 型号 74LS161 74LS138 NE555 74LS00 74LS08 74LS32 74LS11 74LS86 LED 1uF 0.1uF 470K 500K 10K 单刀单掷开关 5V 规格 数量(个) 1 1 1 2 6 1 1 1 6 1 1 1 1 2 2 4 3 2 1 37 单价(元) 2.50 2.50 1.50 2.00 2.50 2.50 2.50 2.50 0.10 0.20 0.20 0.10 0.10 0.10 1.50 2 2 0.5 11 73.4 2.5 安装与调试 进行检验、修改和完善的过程，任何一个新产品往往都是在安装、调试并反复改多电子电路的组装与调试在电子设计技术中占有重要位置。它是对理论设计次方能最终完成。 （1）电子电路的组装

组装电路通常采用焊接和在电路板上插接两种方法，无论采用哪种方法均应注意以下

几方面：

① 所有元器件在组装前应尽可能全部测试一遍，以保证所用元器件均合格。

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② 所有集成电路的组装方向要保持一致，以便于正确布线和查线。

③ 组装分立元件时应使其标志朝上或朝向易于观察的方向，以便于查找和更换。对于有极性的元件，例如电解电容器、晶体二极管等，组装时一定要特别注意，切匆搞错。

④ 为了便于查线，可根据连接线的不同作用选择不同颜色的导线。一般习惯是正电源用红色线、负电源用蓝色线、地线用黑色线、信号线用黄色线等。

⑤ 连线尽量做到横平竖直。连线不允许跨接在集成电路上，必须从其周围通过。同时应尽可能做到连线不互相重叠、不从元器件上方通过。 （2）电子电路的调试

调试是指系统的调整、改进与测试。测试是在电路组装后对电路的参数与工作状态进行测量，调整则是在测试的基础上对电路的某些参数进行修正，使满足设计要求。在进行调试前应拟订出测试项目、测试步骤、调试方法和所用仪器等，做到心中有数，保证调试工作完成。

①调试方法

调试方法原则有两种。第一种是边安装边调试的方法。它是把复杂的电路按原理框图上的功能分成单元进行安装和调试，在单元调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。这种方法一般适用于新设计的电路。

第二种方法是在整个电路全部焊接完毕后，实行一次性调试。这种方法一般适用定型产品和需要相互配合才能运行的产品。

②调试步骤 ●通电前检查

电路安装完毕后, 不要急于通电，首先要根据原理电路认真检查电路接线是否正确，包括错线（连线一端正确、另一端错误），少线（安装时漏掉的线），多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）和短路（特别是间距很小的引脚及焊点间），并且还要检查每个元件引脚的使用端数是否与图纸相符。查线时最好用指针式万用表“Ω×1”档, 或用数字万用表“Ω”档的蜂鸣器来测量，而且要尽可能直接测量元器件引脚，这样同时可以发现接触不良的地方。

●通电观察

在电路安装没有错误的情况下接通电源（先关断电源开关，待接通电源连线之后再打开电路的电源开关）。但接通电源后不要急于测量，首先要充分调动眼、耳、鼻、手观察整个电路有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，是否有异声，手摸器件是否发

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烫，电源是否有短路和开路现象等。如果出现异常，应该立即关掉电源，故障排除后方可重新通电。然后再按要求测量各元器件引脚电源的电压，而不只是测量各路总电源电压，以保证元器件正常工作。

●单元电路调试

在调试单元电路时应明确本部分的调试要求。调试顺序按信号流向进行，这样可以把前面调试好的输出信号作为后一级的输入信号。单元调试包括静态和动态调试。静态调试一般是指在没有外加信号的条件下测试电路各点的电位，特别是有源器件的静态工作点。通过它可以及时发现已经损坏和处于临界状态的元器件。动态调试是用前级的输出信号或自身的信号测试单元的各种指标是否符合设计要求，包括信号幅值、波形形状、相位关系、放大倍数和频率等。对于信号产生电路一般只看动态指标。把静态和动态测试的结果与设计的指标加以比较，经深入分析后对电路与参数提出合理的修正。在调试过程中应有详尽记录。

●整机联调

各单元电路调试好以后，并不见得由它们组成的整机性能一定会好，因此还要进行整机调试。整机调试主要是观察和测量动态性能，把测量的结果与设计指标逐一对比，找出问题及解决办法，然后对电路及其参数进行修正，直到全机的性能完全符合设计要求为止。

⑶故障诊断方法

整机出现故障后，首先应仔细观察有无元器件出现过热痕迹或损伤情况，有无脱焊、短路、断脚和断线情况。然后采用静态查找和动态查找法。

静态查找法就是用万用表测量元器件引脚电压、测量电阻值、电容漏电以及电路是否有断路或短路情况等。大多数故障通过静态查找均可诊断出结果。当静态查找仍不能发现故障原因时，可采用动态查找法。

动态查找法是通过相应的仪器、仪表在电路加上适当信号的情况下测量电路的性能指标、元器件的工作状态。由获得的读数和观察到的波形准确、迅速地查找到故障发生的部位及产生的原因。

为加快查找故障点的速度，提高故障诊断效率，除了前面提到的静态查找和动态查找法，其它常用的方法有：

①直观判断法

用它可找出断线、虚焊、元器件烧焦、器件温升过高和高压打火等故障； ②断路法

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即把可疑部分从电路中断开，使之不影响其它部分的工作，若此时故障消失，往往故障发生在被断开的电路中；

③短路法

适用与多级电路，用短路方法消除故障电路对下一级的影响（当短路两点直流电位不同时应通过电容隔直）；

④替代法

将已调好的单元组件，替代疑为故障的单元组件，可判定可疑单元是否确定有故障。此法在集成片组成的电路中常用，用好的集成片替代疑有故障的集成片，若此时故障现象消除，则说明该集成片确有故障。

3心得体会

3.1小组成员:

孙建鹏（学号：200908810）、许文华（学号：200908830）。

3.2分工：

我们一起查阅的资料在图书馆和网上，组内讨论筛选材料，利用网上资料结合自己所学形成了我们基本的设计思路，共同完成了电路图的设计，最后孙建鹏负责画电路图，我负责文档，最后形成并修改了我们的设计报告。在文本完成后我们去南关买了电子元器件。回来后孙建鹏主要负责焊接电路板，我焊了板子中的左半部分元器件，并检查线路，同时也提醒了我好多在焊接中所遇到的问题为考虑全面的东西。例如板子元器件的布局，因为焊接时我们没完全按电路图上的布局焊接，我们根据板子做了一定的调整。

3.3体会：

刚拿到电子工艺课程设计这个题目时，心里感觉有点不知所措。于是就到图书馆借了很多有关电子设计方面的书本带宿舍，大体翻了一遍，感觉更是茫然了。所学的有关电子技术方面的知识那么多，不知从何入手。就决定第二天借助网络搜索一些相关资料，最后就决定了时钟电路这个题目。然而，不幸的是我们的设计方案跟其他组的很多内容重复了，于是我们又找了第二个设计题目，即这次课程设计题目：汽车尾灯控制电路的设计与制作。

虽然汽车尾灯在我们的日常生活中随处可见，但是我们对它的电路原理并不是很了解。在资料书和网络的帮助下我们才做出了初步方案，将整个电路大致分为四部分，即CP脉冲控制电路、循环计数电路、译码电路和开关控制电路。在众多可取方案中，最终我们

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通过计算筛选决定用555定时器来实现CP脉冲控制电路，用74LS161来实现循环计数电路，用74LS138芯片来实现译码电路，用2个单刀单掷开关来实现开关控制电路。其中最大的困难在于循环计数电路的选择，孙建鹏提出可以用74LS160或74LS161来实现，而我觉得用D触发器、T触发器或双J-K触发器都可以实现。但是考虑到由触发器构成的计数器的竞争冒险的存在，使得尾灯在闪烁时总会出现不自然的中间过程，所以放弃了这种方案。相对的孙建鹏提出的那种方案，设计的复杂程度适中，效果比较好，而且理论上可以达到预期的设计目的。于是就决定用74LS161来实现循环计数电路。

我们先画出了分步电路图，最后将这四部分组合起来，构成了这次课程设计的总电路图。当画出总电路图时，感觉压力一下子减少了，我们面临的下一个问题就是买元器件并焊电路板了。

原想着焊接电路就像电子工艺实习时那样，都是把元器件接到印刷电路板上，那样将会是很简单的。但是没想到要用万能板去接，这样就要多接很多导线，明显增加了我们的工作量。

在购买元器件时，由于没有经验，本来该电路的实现需要6个74LS00芯片，这样就可以在两块74LS00芯片上实现。但是我们在列元器件列表时没有反应过来，就多买了4片74LS00芯片，而且没有买芯片底座。在焊接的过程中，由于粗心把2块74LS00芯片焊坏了，就用多余的芯片替代了。

由于要接的导线、元器件很多，线路也相当复杂，在焊接的过程中出现了很多虚焊和短路现象，导致在调试的时候没有达到预期的实验结果。但是在这个过程中我有以下三点体会：

（1）凡是都必须认真去做。就像在焊电路板的时候，有很多线需要我们焊上去，我们必须特别认真的接好每一个元器件和导线。一不小心就会焊错，在纠正起来就显得特别麻烦，甚至毁坏元器件和电路板。

（2）在做之前必须严格考虑步骤，合理布图。刚开始由于看到工作量比较大就先把线比较少的几个元器件接上，最后才接了比较复杂的元器件。这样特别凌乱的接线会导致最后的接线很难进行。

（3）然后面对困难要有信心。从刚开始的不知从何下手到查阅了资料最后理清思路，需要我们耐心的去面对。对于74LS11芯片，我们在课本上并没有学过，开始并不知道它的功能和引脚，通过网上资料找到了解决方案，并自学达到应用。先是看懂一些简单的范例，然后是设计自己的电路。

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通过这次课程设计能帮助我把所学电子技术知识尤其数字电子技术的知识系统的复习一遍，学会了利用visio软件来绘制基本的电路图，进一步掌握了焊接机巧，增强了综合用Word的能力，尤其是取反函数的运用，对我们的以后学习、生活提供了方便，培养了我们的综合创新能力。

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附录

1. 555定时器的管脚图及功能说明

GND18VCCTL2555定时器37CT6THRD45VC

图6 555定时器管脚图

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它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是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。 ⑤静态电流最大值VCC=5V,IRL=6Ma。

2. 74LS161的管脚图及功能表

R01CPA0A1234567874LS16116VCC15CO14Q0A0A1A2A3Q0Q1Q2Q3CO13Q174LS16112Q211A2A3EPGNDQ3EPETCPLDRD10ET9LD

图7 74LS161管脚图及功能表

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表3 74LS161功能表 输入 CR 0 1 1 1 1 CP φ ↑ ↑ ↑ ↑ LD φ 0 1 1 1 EP φ φ 0 φ 1 ET φ φ φ 0 1 D3 φ d φ φ φ D2 φ c φ φ φ D1 φ b φ φ φ

D0 φ a φ φ φ Q3 0 d Q3 Q3 0 c Q2 Q2 输出 Q2 Q1 0 b Q1 Q1 Q0 0 a Qn Qn 状态码加1 3. 74LS138的管脚图及真值表

图8 74LS138管脚图

表4 74LS138真值表

输入 S1 0 X 1 1 1 1 1 1 1 1 输出 A1 X X 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 X X 0 1 0 1 0 1 0 1

S2S3 X 1 0 0 0 0 0 0 0 0 A2 X X 0 0 0 0 1 1 1 1 Y0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Y1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 Y2 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Y3 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 Y4 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 Y5 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 Y6 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 Y7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

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参考文献

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[5] 阎石 数字电子技术基础，清华大学出版社(第四版)，1998 [6] 江思敏、陈明 电路设计教程，清华大学出版社 (第二版)，2006 [7] 余孟尝 数字电子技术基础简明教程，北京：高等教育出版社，2006

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