protel课程设计_脉宽调制信号控制电路
Protel教学大纲
Protel教学大纲Protel教学大纲一、课程概述随着电子技术及计算机软件技术的进步，电子设计自动化（EDA: Electronic Design Automatic）得到快速的发展，已经成为人们进行电子设计不可缺少的工具。
利用EDA工具可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出印制板的整个过程在计算机上自动处理完成。
掌握EDA技术是电子信息类学生就业的一个基本条件。
在比较流行的EDA软件中，Protel是在国内知名度最高，应用最为广泛的软件之一，绝大多数学校的电子类专业都开设了此门课程。
Protel是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，现在已推出了包括Protel 99SE、Protel DXP、Altium Designer等多个版本。
Protel包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。
是高校学生进行电路及PCB设计的首选软件。
PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。
因此PCB在电子设备中占据了非常重要的作用。
运用Protel进行PCB设计是电子信息类学生的一项基本技能。
二、教学目标Prote是电子专业的主要技术基础课。
它建立在计算机应用基础、电路基础等课程的基础之上，本课程的任务是使学生学会使用Protel 软件绘制电路原理图以及印制板电路图，为以后的学习和专业工作打下坚实的基础。
具体教学目标是让学生掌握以下技能：●掌握Protel DXP软件的基本操作●能够利用Protel DXP绘制简单的电路原理图●能够编译项目并查错并生产报表●能够制作原理图元件库●掌握PCB的基础知识●能够制作单层及双层PCB板●能够对设计规则进行修改、检查及生成报表●能够制作PCB的元件封装库●能够对电路进行简单仿真三、课程的教学内容与安排本课程为8课时，每周2课时，分四周上完。
脉宽调制(PWM)控制电路
脉宽调制(PWM )控制电路在一些变频控制系统中，要求在调频的同时调节电压，如在变频调速系统中要求逆变器输出电压随频率的改变而改变，以防止电动机出现过励磁或欠励磁现象；在中频感应加热炉的频率控制时也要求相应改变电压。
控制输出电压变化最理想的方法是脉宽调制。
脉宽调制控制电路(PWM)是通过调节控 制电压脉冲的宽度和脉冲列的周期来控制输出电压和频率。
通过利用PWM 信号触发可关 断晶闸管(GT())或功率晶体管等开关器件的导通和关断，把直流电压变为电压脉冲列。
在逆 变器中采用PWM 控制，可以同时完成调频和调压的任务。
PWM 广泛应用于开关电源、不间断电源、直流电机调速、交流电机变频调速和中频炉电源控制等领域。
4．5．1 脉宽调制控制电路的基本原理脉宽调制控制电路的基本构成和工作原理等叙述如下一、PWM 的基本电路基本的脉宽调制控制电路由电压—脉宽转换器和开关功率放大器组成．其组成原理如图 4-5-1所示。
电压一脉宽转换器的核心是运算放大器(比较器)。
运算放大器A 输入信号有 调制信号T u (其频率为主电路所需的开关调制频率)、负偏置电压P u 、控制电压信号C u 。
由于运算放大器为开环，因此，该比较器的输出仅取决于输入方向的两个极限位(取决于)(P T c u u u +-的正负)，此输出经开关功率放大器输出到触发脉冲列逆变器。
如图4-5-1所示，调制电压T u 为锯齿波，当控制电压C u > P C u u +时，运算放大器的输出为低电平，如图(b)所示；反之，当C u < P C u u +时，运算放大器的输出为高电平，(如图(c)所示)。
图4-5-1 脉宽调制控制电路组成原理图 图4-5-4 脉冲调制波形图。
如何设计一个简单的脉冲宽度调制电路
如何设计一个简单的脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM) 是一种常用的调制技术，通过控制信号的脉冲宽度来实现对输出信号的调节。
它在电力电子、通信、自动化控制等领域中得到广泛应用。
本文将介绍如何设计一个简单的脉冲宽度调制电路，方便读者在实践中运用。
一、材料准备为设计一个简单的脉冲宽度调制电路，我们需要准备以下材料：1. 555定时器芯片：555是一种常用的集成电路，具有稳定的性能和易于使用的特点，非常适合用于脉冲宽度调制电路的设计。
2. 电容：根据需要选择适当的电容，一般建议选择10μF的电容。
3. 电阻：选择合适的电阻值来控制脉冲的宽度，建议选择1kΩ的电阻。
4. 开关：用于控制脉冲信号的开关。
二、电路设计以下是一个简单的脉冲宽度调制电路的设计示意图：```+5V||+--|------+----+| | || | |R | || | || C | 555|| | || | || | |+--|------|----+||开关```电路中，R代表电阻，C代表电容，555代表555定时器芯片，开关用于控制脉冲信号的开关。
在正常工作状态下，开关处于关闭状态。
三、电路工作原理该脉冲宽度调制电路的工作原理如下：1. 在初始状态下，555定时器的触发器(TRIG)和复位(RST)端都是高电平。
2. 当开关被打开时，电容开始充电。
由于555定时器的比较器(COMPARATOR)器件的正输入端(CONTH)连接到电容上，负输入端(CONTL)连接到内部基准电压的2/3处。
当电容电压达到2/3时，比较器的输出为低电平，触发器(TRIG)端被拉低，555定时器进入放电状态，输出端开始产生高电平的脉冲信号。
3. 当电容电压小于1/3时，比较器的输出变为高电平，复位(RST)端被拉低，555定时器重新开始充电，输出端停止产生脉冲信号。
这样就完成了一个脉冲的周期。
4. 通过调节电阻的阻值，可以改变电容充电和放电的速度，从而实现脉冲宽度的调制。
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4. 电路原理图设计
元件库管理
➢ 浏览元件库 执行Design→Browse Library命令， 系统将弹出元件库管理器。在元件库管理器中， 用户可以进行装载新的元件库、查找元件、放置 元件等操作。
➢ 装载元件库 直接执行Design→Add/Remove Library命令，或者单击元件库管理器中的Libraries 按钮，系统将弹出 “装载/卸载元件库”对话框， 通过此对话框就可以装载或卸载元件库。
最小为1.0
3.8
1.4
13–16 13
110–150 180
环氧树脂-芳族聚酰胺 (适用 于更小的走线间距离)
5 ×106
3.8
1.6
10
180
聚酰亚胺
3.4
3.8
20
300
聚酯
3.0
3.4
27
105
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3. PCB板的结构
一个普通的PCB板由镀铜的树脂玻璃材料或一层铜箔 与树脂材料（介电层）粘接在一起
3. Protel 2004的原理图编辑模块
原理图设计编辑模块是Protel 2004主要功能模块之一。 原理图是电路设计的开始，是一个用户设计目标的原 理实现，图形主要由电子组件和线路组成。
原理图是由Schematic模块生成的。Schematic模块具 有如下特点：
➢ 支持多通道设计 ➢ 丰富而又灵活的编辑功能 ➢ 强大的设计自动化功能 ➢ 在线库编辑及完善的库管理
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2. PCB制造材料
一些常用的PCB材料特性和选择规范
脉冲宽度调制电路
脉冲宽度调制电路
▪ 原理 ▪ 电路图 ▪ 工作过程及波形 ▪ 特点
脉冲宽度调制电路原理
脉冲宽度调制电路利用对传感器电容的充、放电，使电路输出脉 冲的宽度随电容式传感器的电容量变化而变化，并通过低频滤波器得到 对应于被测量变化的直流信号。
脉冲宽度调制电路图
脉冲宽度调制电路工作原理添Fra bibliotek幻灯片标题 - 5
脉冲宽度调制电路主要由比较器，双稳态触发器及电容充、放电回路组成。 当双稳态触发器输出Q为高电平时，通过电阻R1对电容C1充电。此时的输出Q’为低电 平，电容C2通过二极管D2迅速放电，从而使G点被钳制在低电位。直到F点的电位高于参 考电压Uc时，比较器产生一个脉冲信号，触发双稳态触发器翻转，使A点成为低电位，电 容C通过二极管D迅速放电从而使F点被钳制在低电位。同时B点高电位，经R2向C2充电。 当G点电位被充至Ur时，比较器A2就产生一个脉冲信号。双稳态触发器再翻转一次后使A点 成为高电位，B点成为低电压。如此周而复始，就可在双稳态触发器的两输出端各自产生一 宽度受C1、C2调制的脉冲波形。
脉冲宽度调制电路波形
脉冲宽度调制电路特点
①可以获得比较好的线性输出。 ②双稳态的输出信号一般为100Hz ~ 1 MHz的矩形波。因此只需要经滤波器简单处理后即 可获得直流输出，不需要专门的解调器，且效率比较高。 ③电路采用直流电源。虽然直流电源的电压稳定性要求较高，但与高稳定度的稳频、稳幅 交流电源相比，还是容易实现的。
脉宽调制控制电路
脉宽调制控制电路学生姓名：胡真 学号：20085042054工业现场控制当中，经常要用到一些可变的直流电压，而一般的直流电源其值是固定不变的，为了得到可变的直流电压，我们一般采用脉宽调制控制电路，也就是我们通常所说的PWM 控制电路。
该电路是利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的宽度或周期达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频的目的的一种变换电路，多用在开关稳压电源、不间断电源(UPS)以及交直流电机调速等控制电路中。
1. 脉宽调制控制电路的工作原理图1 PWM 控制电路原理基本的脉宽调制控制电路包括电压-脉宽变换器和开关式功率放大器两部分，如图1所示。
运算放大器N 工作在开环状态，实现把连续电压信号变成脉冲电压信号。
二极管VD 在V1关断时为感性负载RL 提供释放电感储能形成续流回路。
N 的反相端输入三个信号：一个是锯齿波或三角波调制信号up ，其频率是主电路所需的开关调制频率，一般为1~4kHz ；另一个是控制电压uk ，其极性与大U u 0 u cD小随时可变； 再一个是负偏置电压u0，其作用是在Uc ＝0时通过Rp 的调节使比较器的输出电压Ub 为宽度相等的正负方波。
当Uc>0时，锯齿波过零的时间提前，结果在输出端得到正半波比负半波窄的调制方波。
当Uc<0时，锯齿波过零的时间后移，结果在输出端得到正半波比负半波宽的调制方波。
图2 PWM 控制负载的波形图PWM 信号加到主控电路的开关管V 的基极时，负载RL 两端电压uL 的波形如图2所示。
显然，通过PWM 控制改变开关管在一个开关周期T 内的导通时间τ的长短，就可实现对RL 两端平均电压UL 大小的控制。
2. 典型脉宽调制电路2.1. 对脉宽调制器的基本要求（1）死区要小，调宽脉冲的前后沿的斜率要大，也就是比较器的灵敏度要足够高。
（2）在设计实际电路时，应使其简单、可靠，且不受外界干扰。
脉宽调制信号电路设计报告
脉宽调制信号电路设计报告一、设计题目：脉宽调制信号电路设计二、设计要求：脉宽调制信号的频率在1000Hz左右可调，周期为1ms 脉宽调制信号的脉宽Ton可连续调节（0—0.5ms）三、用到的器件：矩形波发生器、积分器、电压比较器、电阻、电容等四、设计原理： 1、矩形波产生电路（1）基本原理利用积分电路(RC电路的充放电时的电容器的电压)产生三角波，用电压比较器(滞回)(作为开关)将其转换为矩形波。
（2）工作原理电路如图充电放电（3）振荡周期的计算其中：代入上式得：同理求得：则周期为：从前面我们可知，矩形波的占空比为占空比可调电路如图所示：可求出占空比：占空比： 2、三角波产生电路（1）电路组成从矩形波产生电路中的电容器上的输出电压，可得到一个近似的三角波信号。
由于它不是恒流充电，随时间t的增加uc上升，而充电电流随时间而下降，因此uc输出的'三角波线性较差。
为了提高三角波的线性，只要保证电容器恒流充放电即可。
用集成运放组成的积分电路代替RC积分电路即可。
电路如上图。
集成运放A1组成滞回比较器，A2组成积电路。
（2）工作原理设合上电源开关时t=0，uo1=+Uz，电容器恒流充电，，uo=－uc线性下降，当下降到一定程度，使A1的U+≤U－=0时，uo1从+Uz跳变为－Uz后，电容器恒流放电，则输出电压线性上升。
uo1和uo波形如下图所示。
（3）三角波的幅值幅值从滞回比较器产生突变时刻求出，对应A1的时的值就为幅值。
从图中要看出当时当时（4）三角波的周期由积分电路可求出周期，其输出电压从－上升到+ 所需的时间为T/2，所以有：，， 3、电压比较器（1）将过零比较器的输入端从接地改接到一个固定电压值上，就得到电压比较器，电路如下路图所示： (a) 电路图 (b)电压传输特性（2）电压比较器的基本特点: 工作在开环或正反馈状态；因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态；因为是因是大幅度工作，输出和输入不成线性关系。
Protel课程设计
设计成果：成功实现 复杂的数字信号处理 功能，提高了电路板 的性能和稳定性。
设计目标：实现高频通信电路板的 设计
设计步骤：电路原理图设计、PCB 布局布线、仿真验证等
添加标题
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设计方法：采用Protel软件进行电 路板设计
设计成果：成功设计出一款高频通 信电路板，满足实际应用需求
设计步骤：电路原理图设计、 PCB设计、电路板制作
设计目标：设计一个简单的 51单片机电路板
设计工具：Protel DXP
设计成果：成功制作出51单片 机电路板，实现了预期的功能
设计目标：实现复 杂的数字信号处理 功能
设计难点：电路板 布局、信号完整性、 电源管理
设计过程：电路设 计、PCB设计、仿 真验证
得新功能
汇报人：
操作界面： Protel的操作界 面较为简洁， Altium Designer 的操作界面则更
为复杂
学习难度： Protel的学习 难度较低，
Altium Designer的学 习难度较高
应用领域：Protel 主要应用于电子电
路设计，Altium Designer则广泛应 用于电子、通信、
计算机等领域
设计目标：实现 嵌入式系统的电 路板
设计步骤：电路原 理图设计、PCB设 计、电路板制作
设计成果：成功 设计出嵌入式系 统的电路板
功能对比： Protel专注于电 路设计，Altium Designer则集成 了电路设计、 PCB设计和仿真
等功能
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特点：Protel是一款专业的电子设计自动化软件，广泛应用于电路设计、PCB设 计等领域
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课程设计Protel应用实践——脉宽调制信号控制电路初始条件：Protel99se 及以上版本如protel DXP要求完成的主要任务:1.绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch（自选）。
可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电路系统。
2.绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb3.对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）并说明是否达到设计意图。
时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日脉宽调制信号控制电路的绘制摘要随着计算机技术的发展,计算机软件在电路设计中的应用来越广泛。
本报告以Protel 为平台,叙述其在电路原理图和印刷电路图设计中的应用方法,并提出和解决该软件在设计过程中常遇到的问题及其解决办法。
本报告以脉冲宽度调制信号控制电路为例。
脉冲宽度调制器控制电路SG3525A应用广泛,常用于开关电源中。
关键词：Protel99 SE; 电路设计流程; 原理图设计; 印刷电路板设计AbstractAlong with the development of computer technology, the application of computer software in electrocircuit design is more and more popular. Or cad and Protel are commonly-used softwares. This report introduces the application of protel 99 SE in electrocircuit design, the design of the electrocircuit principle-map, the design of print circuit board and the solution for the problems arisen in the design process. The SG3525A series of pulse width modulator control integrated circuit is used widely. It is used often in the switch power.Keywords: Electrical Circuit Design; PROTEL99SE; Schematic Circuit Design; Printed Circuit Board Design目录脉宽调制信号控制电路的绘制 (I)摘要 (I)ABSTRACT (II)1 引言 (1)2 电路原理图的绘制及仿真 (3)2.1 电路原理图的绘制 (3)2.1.1 选取电路图说明及其分图 (3)2.1.2 具体设计步骤 (4)2.2 Protel 电路仿真 (9)2.2.1 绘制原理图 (9)2.2.2 电路仿真分析的设置 (10)2.2.3 运行电路仿真 (10)3 PROTEL PCB印制板电路的绘制 (12)3.1 创建PCB文件 (12)3.2 规划PCB版并导入网络表 (12)3.3 布局与布线 (14)4 心得和体会 (17)参考文献 (19)附录 (20)1 材料清单 (20)2 绘制的原理图 (22)3 PCB板最后完成图 (23)1引言PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，其基于Windows环境的99SE版本,不仅提供了功能完备的电路设计工具,而且具备强大的电路仿真能力。
《Protel应用实践》课程设计旨在让同学们对Protel软件的熟练操作，并对其各项强大功能的了解。
本次课程设计是以脉冲宽度调制信号控制电路为例，叙述原理图绘制、原理图库元件的创建、PCB设计等的具体步骤和出现问题及其解决方法。
早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL 已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。
图1 Protel99SE桌面图标Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。
一、Protel 99 SE的系统组成按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。
1、电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。
本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。
（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。
本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。
（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。
2、电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。
（2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。
本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。
利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。
（3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。
二、Protel 99 SE的功能特性1、开放式集成化的设计管理体系2、超强功能的、修改与编辑功能3、强大的设计自动化功能2 电路原理图的绘制及仿真2.1 电路原理图的绘制无论是可编程逻辑器件的设计、电路仿真，还是PCB 电路板的设计，原理图的设计都是这一切工作的基础，因此在进行电路原理图的绘制时一定要保证准确无误，尽量做到图面清晰、可读性好。
2.1.1选取电路图说明及其分图在逆变开关电源电路中，常采用脉冲宽度调制控制器SG3525A ，控制电路主要是由反馈与给定的误差处理电路、过流过压保护电路以及脉冲调整输出电路三部分组成。
在原理图绘制中，也利用到了插接件。
原理图绘制过程中要注意，由于控制电路中采用的运算放大器、比较器等电路较多，所以在放置双运放（LM353）、双电压比较器（LM393）等这一类具有多路功能单元的元件时，应以电气连接特性为指导思想，尽量将同一芯片内的功能单元的引脚靠近放在一起，以利于PCB 布线工作。
如图2，为总原理图。
1、稳压电路图2 脉冲宽度调制信号控制电路2、过压保护电路3、误差处理电路4、脉冲调整输出电路2.1.2 具体设计步骤1.建立工程文件、原理图文件，设置编辑环境(1)建立工程文件及原理图文件。
选择菜单【File 】/【New 】,建立名为“脉宽调制信号控制电路.ddb ”的工程文件，然后再悬着菜单【File 】/【New 】，弹出如图3所示的对话框。
单击“Schematic Document ”,建立名为“脉宽调制信号控制电路.sch ”的原理图文件。
(2)设置编辑环境。
选择菜单【Design 】/【Options …】，弹出“Document Options ”对话框，如图4。
注意根据原理图的大小，设置图纸尺寸，一般选择A4。
同时要选择捕捉栅格（SnapGrid ）和电气特性（Electrical Grid）复选框，注意电气栅格的尺寸一定要比捕图3 New Document 对话框图4 Design/Option 菜单显示的Sheet Options对话捉栅格小，而可视栅格可以根据个人的喜好显示或不显示。
画图方向一般都是横向。
2.制作库元件由于Protel库中没有电路图中要用的SG3525A元件和插接件。
所以需要自己绘制SG3525A库元件和插接件。
下面以画SG3525A元件为例，介绍如何制作库元件。
（1）选择菜单【File】/【New】，出现如上图3的新建文档对话框，选择“Schematic Library Document”，新建一个名为“IC.lib”的原理图库文件。
将此电路中要用到的，Protel 库中没有的元件全部放在这个库中，以方便使用。
（2）绘制库元件。
进入刚刚建立的“IC.lib”的原理图库文件，界面如图5所示（注意要将工作区的（0，0）点置于当前屏幕的可视范围之内）。
单击左边“Group”下的“Add”按钮，在弹出的对话框中，将元件名修改为“SG3525A”。
如图6。
图5 绘制库元件的界面，（0，0）点置于中央，边上是绘图工具栏图6 将元件名改为“SG3525A”（3）单击如图5中所示工具栏中的（放置矩形框）按钮，在编辑界面下绘制一个所需适宜大小的矩形框。
然后单击（放置引脚）按钮，在编辑界面中矩形框的添加16条线段（引脚放置位置，可以看个人需求，尤其是遵循原理图连接方便。
本次连接如图8）。
（注意引脚的有电气特性的一端是朝外的。