《Protel軟件應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)報(bào)告).doc

江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院信息工程系Protel軟件應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 門(mén)鈴響應(yīng) 專(zhuān) 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 082班 姓名學(xué)號(hào)： 顧薇 03 姓名學(xué)號(hào)： 李慧明 21 姓名學(xué)號(hào)： 黃之慧 30 姓名學(xué)號(hào)： 翁玲瑜 33 指導(dǎo)老師： 劉蔚 完成日期： 2011-7-6 指導(dǎo)老師評(píng)語(yǔ)：得分： 指導(dǎo)教師簽名： Protel軟件應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)11.1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.2 性能指標(biāo)12 設(shè)計(jì)方案與論證13 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 器件介紹63.2 原理圖73.3 電路器件74 繪制原理圖和PCB95 PCB板制作、焊接與調(diào)試125.1 PCB板制作125.2 元器件的焊接125.3 系統(tǒng)的調(diào)試126 總結(jié)12致謝13參考文獻(xiàn)14Protel軟件應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)門(mén)鈴叮咚聲的聲音頻率和聲音持續(xù)時(shí)間可調(diào)，正常人的聽(tīng)力范圍在20HZ20000HZ，而1000HZ5000HZ則是人耳最敏感的聲音頻率范圍，因此，“叮咚”聲最好在這個(gè)范圍內(nèi)或者左右，“叮咚”聲頻率要求差距比較大，聲音持續(xù)時(shí)間要求合適，電路最好能功率低。1.2 性能指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)叮咚門(mén)鈴電路，有一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)門(mén)鈴可以發(fā)出較高頻率的“?！甭?，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，會(huì)發(fā)出較低頻率的“咚”聲。門(mén)鈴的聲音頻率和持續(xù)時(shí)間可以調(diào)節(jié)。2 設(shè)計(jì)方案與論證2.1 方案一2.1.1原理圖圖1方案一原理圖2.1.2電路說(shuō)明方案一中的電路是一個(gè)以集成芯片組NE555為主組成的多諧振蕩器，J1是控制叮咚門(mén)鈴的開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)C3通過(guò)R2、R3、R4充電，C3處電壓接近電源電壓。由于D1、D2的作用，C2不能充電，因此C2、R1處電壓為零，因此NE555的RESET端口一直處于低電平，使其保持復(fù)位。故而OUTPUT端口輸出為0，揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音。當(dāng)接通J1時(shí)，VCC開(kāi)始通過(guò)二極管對(duì)C2充電，RESET端口的電壓開(kāi)始逐漸升高。同時(shí)C3開(kāi)始對(duì)端口DISCHARGE進(jìn)行放電，電容的電壓下降，當(dāng)其由VCC下降到2/3VCC時(shí)，晶體管導(dǎo)通，OUTPUT端口輸出為低電平，但當(dāng)下降到1/3VCC時(shí)，晶體管截止，C3開(kāi)始充電，OUTPUT理應(yīng)輸出高電平，但是由于控制RESET的電容C2的電壓還未充滿(mǎn)，RESET仍舊輸出0故而強(qiáng)制輸出為0，揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音。當(dāng)C1充好電之后，RESET端口為高電平，然后OUTPUT輸出1，揚(yáng)聲器工作，發(fā)出較高頻率的“?！钡穆曇?。此時(shí)揚(yáng)聲器可發(fā)出較高頻率的“?！甭?。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)VCC經(jīng)過(guò)R2、R3、R4放電，由于電阻變大，頻率變低，發(fā)出較低頻率“咚”的聲音。同時(shí)，C2開(kāi)始放電，電壓不斷下降，最終RESET端口輸入為低電平，強(qiáng)制復(fù)位，揚(yáng)聲器不再工作。2.1.3相關(guān)數(shù)據(jù)R1=33k； R2=33k； R3=10k； R4=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R150（二極管導(dǎo)通后電阻）2.1.4頻率計(jì)算接通開(kāi)關(guān)：“?！钡念l率f=1.44/（R+R3+2R4）*C3=477.6HzC3充電時(shí)間t1C3*（R+R3+R4）=0.002sC3放電時(shí)間t2=C3*R4=0.001s“?！钡某浞烹姇r(shí)間間隔并不是很明顯，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果看似有一定的影響。但人耳并不能分辨如此短暫的間斷，故而聽(tīng)到的是持續(xù)的“?！甭?。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)：“咚”的頻率f=1.44/（R2+R3+2R4）*C3=228.6HzC3充電時(shí)間t3=C3*（R2+R3+R4）=0.0053sC3放電時(shí)間t4=C3*R4=0.001sC2放電時(shí)間t=C2*R1=1.551s故而“咚”的聲音持續(xù)時(shí)間為：1.551s2.1.5 相關(guān)要求實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時(shí)間可以調(diào)節(jié)的方法：叮的頻率影響因素有R、R3、R4、C3，當(dāng)增大R或者R3亦或R4時(shí)，頻率變小，反之則變大；減小C3，頻率變大，反之則變小咚的頻率影響因素有R2、R3、R4、C3，當(dāng)增大R2或R3亦或R4時(shí)，頻率變小，反之則變大：減小C3，頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時(shí)間：增大C2或R1，則持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)，反之則變短。2.2方案二2.2.1原理圖圖2 方案二原理圖2.2.2電路說(shuō)明當(dāng)閉合J1時(shí)，D2正向?qū)?，通過(guò)R1向C2充電，555的RESET端為高電平，無(wú)法復(fù)位，同時(shí)，C3則通過(guò)R3向555的DISCHARGE端口放電，它們以及555和C3構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器，此時(shí)發(fā)出較高頻率的“叮”聲。斷開(kāi)J1時(shí)，已經(jīng)充滿(mǎn)電的C2開(kāi)始放電，R2、R3、C3和555構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器。OUTPUT端發(fā)出較低頻率的“咚”的聲音。2.2.3相關(guān)數(shù)據(jù)R1=33k； R2=10k； R3=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R150（二極管導(dǎo)通后電阻）2.2.4頻率計(jì)算接通開(kāi)關(guān)：“?！钡念l率f=1.44/（2R+2R3）*C3=709.4HzC3充電時(shí)間t1C3*（2R+R3）=0.001sC3放電時(shí)間t2=C3*R3=0.001s “?！钡某浞烹姇r(shí)間間隔并不是很明顯，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果看似有一定的影響。但人耳并不能分辨如此短暫的間斷，故而聽(tīng)到的是持續(xù)的“?！甭?。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)：“咚”的頻率f=1.44/（R2+2R3）*C3=480HzC3充電時(shí)間t3=C3*（R2+R3）=0.002sC3放電時(shí)間t4=C3*R3=0.001sC2放電時(shí)間t=C2*R1=1.551s故而“咚”的聲音持續(xù)時(shí)間為：1.551s2.2.5 相關(guān)要求實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時(shí)間可以調(diào)節(jié)的方法：叮的頻率影響因素有R、R3、C3，當(dāng)增大R或者R3時(shí)，頻率變小，反之則變大；減小C3，頻率變大，反之則變小咚的頻率影響因素有R2、R3、C3，當(dāng)增大R2或R3時(shí)，頻率變小，反之則變大：減小C3，頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時(shí)間：增大C2或R1，則持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)，反之則變短。2.3方案三2.3.1原理圖 圖3 方案三原理圖2.3.2電路說(shuō)明方案三中的叮咚門(mén)鈴電路是由四個(gè)與非門(mén)為主體構(gòu)成的兩個(gè)音頻振蕩器組成。開(kāi)關(guān)J1斷開(kāi)時(shí)，兩個(gè)音頻振蕩器均不工作，揚(yáng)聲器沒(méi)有聲音。當(dāng)開(kāi)關(guān)J1閉合時(shí)，C1快速放電，兩個(gè)音頻振蕩器同時(shí)工作，產(chǎn)生的音頻信號(hào)經(jīng)D2, D3混合后，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出較高頻率的“叮”聲。當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，C1快速充電，U1及U2為主組成的音頻振蕩器不再工作，僅剩下U3和U4為主組成的音頻振蕩器工作，產(chǎn)生的音頻信號(hào)通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出較低頻率的“咚”聲。2.3.3相關(guān)數(shù)據(jù)R1=10k； R2=33k； R3=33K； R4=33K； Rp=10K； C1=100u； C2=0.01u； C3=0.1u； VCC=9V2.3.4頻率計(jì)算接通開(kāi)關(guān)：“?！钡念l率f=1/（2.2R3*C2）+1/（2.2Rp*C3）=1831.96Hz斷開(kāi)開(kāi)關(guān)：“咚”的頻率f=1/（2.2Rp*C3）=454.45HzC1放電時(shí)間t=C1*R2=3.3s故而“咚”的聲音持續(xù)時(shí)間為：3.3s2.3.5 相關(guān)要求實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時(shí)間可以調(diào)節(jié)的方法：叮的頻率影響因素有R3、Rp、C2、C3，當(dāng)增大R3或者Rp時(shí)，頻率變小，反之則變大；減小C2或者C3，頻率變大，反之則變小咚的頻率影響因素有Rp、C3，當(dāng)增大Rp時(shí)，頻率變小，反之則變大：減小C3，頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時(shí)間：增大C1或R2，則持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)，反之則變短。2.4方案比較表1 三種方案比較表方案一方案二方案三使用器件數(shù)目較少較少多布線(xiàn)復(fù)雜程度中等中等復(fù)雜鈴聲持續(xù)時(shí)間中等中等較長(zhǎng)所需材料造價(jià) 便宜較便宜 貴叮咚頻率差 較大較小 很大總結(jié)：綜上比較方案一從各方面比較都比較中規(guī)中矩，易于實(shí)現(xiàn)而且效果較好。因此將方案一定為實(shí)現(xiàn)方案。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 器件介紹3.1.1 NE555百科簡(jiǎn)介NE555 (Timer IC)大約在1971由Signetics Corporation發(fā)布，在當(dāng)時(shí)是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30非常普遍被使用。一般多應(yīng)用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器及無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。參數(shù)功能特性：1）供應(yīng)電壓4.5-18V 2）供應(yīng)電3-6 mA 圖4 NE5553）輸出電225mA (max) 4）上升/下時(shí)間100 ns3.1.2 IN4007簡(jiǎn)介鍺整流二極管，上面有白圈的是負(fù)極。反向耐壓1000V，最大正向電流1A。3.2原理圖圖5 實(shí)現(xiàn)方案原理圖3.3電路器件電阻4個(gè)、電容4個(gè)、直流電源、揚(yáng)聲器、二極管2個(gè)（開(kāi)關(guān)自己制作）3.4相關(guān)數(shù)據(jù)R1=33k； R2=33k； R3=10k； R4=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R150（二極管導(dǎo)通后電阻）3.5電路說(shuō)明方案一中的電路是一個(gè)以集成芯片組NE555為主組成的多諧振蕩器，J1是控制叮咚門(mén)鈴的開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)C3通過(guò)R2、R3、R4充電，C3處電壓接近電源電壓。由于D1、D2的作用，C2不能充電，因此C2、R1處電壓為零，因此NE555的RESET端口一直處于低電平，使其保持復(fù)位。故而OUTPUT端口輸出為0，揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音。當(dāng)接通J1時(shí)，VCC開(kāi)始通過(guò)二極管對(duì)C2充電，RESET端口的電壓開(kāi)始逐漸升高。同時(shí)C3開(kāi)始對(duì)端口DISCHARGE進(jìn)行放電，電容的電壓下降，當(dāng)其由VCC下降到2/3VCC時(shí)，晶體管導(dǎo)通，OUTPUT端口輸出為低電平，但當(dāng)下降到1/3VCC時(shí)，晶體管截止，C3開(kāi)始充電，OUTPUT理應(yīng)輸出高電平，但是由于控制RESET的電容C2的電壓還未充滿(mǎn)，RESET仍舊輸出0故而強(qiáng)制輸出為0，揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音。當(dāng)C1充好電之后，RESET端口為高電平，然后OUTPUT輸出1，揚(yáng)聲器工作，發(fā)出較高頻率的“?！钡穆曇?。此時(shí)揚(yáng)聲器可發(fā)出較高頻率的“?！甭?。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)VCC經(jīng)過(guò)R2、R3、R4放電，由于電阻變大，頻率變低，發(fā)出較低頻率“咚”的聲音。同時(shí)，C2開(kāi)始放電，電壓不斷下降，最終RESET端口輸入為低電平，強(qiáng)制復(fù)位，揚(yáng)聲器不再工作。3.6 相關(guān)要求實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時(shí)間可以調(diào)節(jié)的方法：叮的頻率影響因素有R、R3、R4、C3，當(dāng)增大R或者R3亦或R4時(shí)，頻率變小，反之則變大；減小C3，頻率變大，反之則變小咚的頻率影響因素有R2、R3、R4、C3，當(dāng)增大R2或R3亦或R4時(shí)，頻率變小，反之則變大：減小C3，頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時(shí)間：增大C2或R1，則持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)，反之則變短。3.7元器件功能R1：位于C2兩端，給C2充放電R2：J1斷開(kāi)后，給C3充電R3：給C3充電R4：給C3充放電C2：充放電控制NE555的RESET端口的，來(lái)控制揚(yáng)聲器的工作C3：通過(guò)充放電使NE555發(fā)出脈沖C1：接地，濾波，降低干擾C4：濾波，使揚(yáng)聲器接收到穩(wěn)定的脈沖，發(fā)出清晰的聲音D1、D2：防止閉合J1后，還有電流流過(guò)C1使其充電J1：開(kāi)關(guān)按鈕，控制“叮咚”聲的開(kāi)始和叮聲的結(jié)束揚(yáng)聲器：發(fā)出叮咚聲的輸出設(shè)備N(xiāo)E555：作為多諧振蕩器，發(fā)出脈沖波4 繪制原理圖和PCB啟動(dòng)protel DXP，在D盤(pán)上新建一個(gè)Student文件夾用于存放新建的原理圖文件。選擇“FileNew PCB Project”命令，新建一個(gè)項(xiàng)目文件。選擇“FileSave Project As”命令，將新建成的項(xiàng)目文件保存到D盤(pán)門(mén)鈴文件夾，并命名為“門(mén)鈴”，其擴(kuò)展名仍為“.PrjPCB”，單擊“保存” 執(zhí)行“FileNewSchematic”命令，打開(kāi)原理圖編輯器進(jìn)行編輯，原理圖如圖6所示：圖6 方案原理圖打開(kāi)原理圖文件，然后執(zhí)行“DesignNetlistProtel”命令，可生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，如圖7所示：圖7 網(wǎng)絡(luò)報(bào)表打開(kāi)原理圖文件，然后執(zhí)行“ReportsBill of Materials”命令，即可生成門(mén)鈴電路原理圖的元器件信息報(bào)表，如圖8所示：圖8 元器件列表打開(kāi)PCB，單擊PCB編輯窗口下方的“Keep-Out Layer”層面標(biāo)簽，將當(dāng)前工作層面設(shè)置為“Keep-Out Layer”，設(shè)置電路板得電氣邊界，以便將元器件限制在該邊界之內(nèi)，然后選擇“Bottom Layer”，在PCB編輯器中執(zhí)行“DesignImport Changes FromZ80(board).PrjPCB”命令，將原理圖導(dǎo)入到PCB中，然后執(zhí)行“toolsauto placement”進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)，然后再手動(dòng)布線(xiàn)。圖9 生成PCB版5 PCB板制作、焊接與調(diào)試5.1 PCB板制作先將符合尺寸要求的覆銅板表面用細(xì)砂紙擦光亮,再用復(fù)寫(xiě)紙將布線(xiàn)圖復(fù)制到覆銅板上，然后將覆銅板放入三氯化鐵作腐蝕液中腐蝕，腐蝕完成后，用自來(lái)水沖洗干凈，把印刷板抹干，最后用直徑1.0mm鉆頭鉆孔即可。如圖9所示：圖9 PCB電路板5.2 元器件的焊接首先將元器件按清單歸類(lèi)，然后進(jìn)行插件，接著用電烙鐵，錫絲進(jìn)行焊接，焊接完之后剪腳，最后檢查進(jìn)行修整。5.3 系統(tǒng)的調(diào)試整個(gè)電路連接并不是很復(fù)雜，連接電路時(shí)部分原件由于是原裝的，故而引腳比較長(zhǎng)，需要選擇合適的插孔，避免彼此引腳接觸。在全部連完后，調(diào)試時(shí)發(fā)生了揚(yáng)聲器沒(méi)有聲音，在用發(fā)光二極管接在揚(yáng)聲器兩端時(shí)，二極管不亮，說(shuō)明電路連接出現(xiàn)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)用萬(wàn)用表的直流檔測(cè)各節(jié)點(diǎn)的電流，發(fā)現(xiàn)位于Y處第八組靠邊插孔沒(méi)有電流通過(guò)。經(jīng)過(guò)查面包板的插孔得知，靠邊的XY插孔相互連接的規(guī)律是434，前四組（20個(gè)孔）相互連通，中間三組相連通，后四組連通。與記憶中的443不同，故而出現(xiàn)錯(cuò)誤，在添加一根導(dǎo)線(xiàn)后。調(diào)試電路，揚(yáng)聲器發(fā)出“?！薄斑恕钡穆曇?，實(shí)驗(yàn)電路正確。但發(fā)出的聲音比較低，不易分清。在借來(lái)的一個(gè)小功率喇叭后，聲音響度有了顯著提高。并且為了驗(yàn)證聲音的頻率和時(shí)間是可調(diào)的，改變各電阻和電容，辨別聲音是否不同，持續(xù)時(shí)候是否改變，記錄現(xiàn)象。最后調(diào)試結(jié)束。6 總結(jié)6.1結(jié)論叮咚門(mén)鈴電路有許多設(shè)計(jì)方法，但由于我們目前所學(xué)知識(shí)的限制，我們只會(huì)其中有限的幾個(gè)。設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)不同性，故而需要苦思冥想。而選擇電路卻更注重實(shí)用性，可操作性。通過(guò)各種比較來(lái)選取一個(gè)最佳的方案，并且動(dòng)手實(shí)現(xiàn)。在思考中能力得到提升。6.2心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們兩年來(lái)學(xué)習(xí)的綜合，也是對(duì)我們動(dòng)手能力的考驗(yàn)。開(kāi)始接觸課程設(shè)計(jì)時(shí)有些迷茫，因?yàn)橐郧岸紱](méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)這類(lèi)訓(xùn)練。后來(lái)看了看工作日程安排以及課題要求，報(bào)告的撰寫(xiě)。才感覺(jué)原來(lái)要想順利完成這項(xiàng)設(shè)計(jì)并不是那么簡(jiǎn)單的事情。我們?cè)诰W(wǎng)上收集了足夠的器件資料以后開(kāi)始設(shè)計(jì)電路，在借鑒已有電路的基礎(chǔ)上，加入自己的見(jiàn)解，并且搞明白了課題“叮咚門(mén)鈴電路”中“?！薄斑恕眱陕暤漠a(chǎn)生，是由于頻率的高低造成的。在收集過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些以前的電路圖中并不是很完善或者錯(cuò)誤的地方，自己分析并且告誡自己不能犯同樣的錯(cuò)誤。預(yù)答辯過(guò)程中，老師提出的問(wèn)題由于準(zhǔn)備充分，并且理解電路，很容易的通過(guò)了。在領(lǐng)到材料時(shí)很是興奮，自己終于要在課下動(dòng)手做一個(gè)設(shè)計(jì)了?；氐綄嬍?，把各個(gè)元器件全部挑出來(lái)，一個(gè)個(gè)分析其在電路中的功能，并且在網(wǎng)上課本上查閱了大量關(guān)于