《Protel軟件應用》課程設計聲控燈電路

1、PAGE 江西理工大學應用科學學院信息工程系Protel軟件應用課程設計報告設計題目： 聲控燈電路設計 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 學 號： 姓 名： 同組人員： 指導老師： 完成日期： 指導老師評語：得分： 指導教師簽名： Protel軟件應用課程設計說明書聲控燈電路設計目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc295725730 1 設計任務和性能指標 PAGEREF _Toc295725730 h 1 HYPERLINK l _Toc295725731 1.1 設計任務 PAGEREF _Toc295725731 h 1 HYPERLINK l _Toc

2、295725732 1.2 性能指標 PAGEREF _Toc295725732 h 1 HYPERLINK l _Toc295725733 2 設計方案與論證 PAGEREF _Toc295725733 h 2 HYPERLINK l _Toc295725734 3 系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc295725734 h 2 HYPERLINK l _Toc295725735 3.1 放大電路的原理 PAGEREF _Toc295725735 h 2 HYPERLINK l _Toc295725736 3.2 單穩(wěn)態(tài)電路的原理 PAGEREF _Toc295725736 h 2 HYP

3、ERLINK l _Toc295725737 3.3 繼電器電路的原理 PAGEREF _Toc295725737 h 3 3.4 整機電路的原理 3 HYPERLINK l _Toc295725741 4繪制原理圖和PCB PAGEREF _Toc295725741 h 5 HYPERLINK l _Toc295725742 5 PCB板制作、焊接與調試 PAGEREF _Toc295725742 h 5 HYPERLINK l _Toc295725743 5.1 PCB板制作 PAGEREF _Toc295725743 h 5 HYPERLINK l _Toc295725744 5.2 元

4、器件的焊接 PAGEREF _Toc295725744 h 6 HYPERLINK l _Toc295725745 5.3 系統(tǒng)的調試 PAGEREF _Toc295725745 h 6 HYPERLINK l _Toc295725746 6 總結 PAGEREF _Toc295725746 h 6 HYPERLINK l _Toc295725747 致謝 PAGEREF _Toc295725747 h 7 HYPERLINK l _Toc295725748 參考文獻 PAGEREF _Toc295725748 h 7Protel軟件應用課程設計說明書PAGE 151 設計任務和性能指標1.1

5、 設計任務根據已知條件，完成通過基于晶體管的聲控燈的設計、連接與仿真。須符合以下要求：1.采用晶體管設計電路完成一個簡易聲控燈的設計；2.通過聲音震動使燈發(fā)光，并且延遲10秒左右后熄滅；3.利用仿真軟件Pspice或Multisim仿真電路，并學習PROTEL軟件，并用其繪制電路的原理圖和PCB圖，要求圖紙繪制清晰，布線合理，符合繪圖規(guī)范；4.完成課程設計報告（應包含電路圖，清單、調試及設計總結）。2 設計方案與論證方案1主要包含四部分電路，分別為：電源電路，光控電路，聲控延時電路，晶體管開關電路，下面對其功能進行逐一分析并確定電路結構。電源電路主要巍控制電路提供工作電壓，本設計采用傳統(tǒng)的電源

6、電路設計方法，即降壓，整流，濾波，穩(wěn)壓，使電路輸出電壓6V直流電壓供給控制電路。光控制電路是根據光線強弱來優(yōu)先決定電燈的亮滅，該電路可以對聲控延時電路進行控制，在白天光線將強時，光控制電路輸出低電平將聲控電路封鎖；在晚上光線較強時，光控制電路輸出高電平，則聲控功能打開。本設計采用光敏電阻和其他電阻組成的分壓電路來控制555定時器的觸發(fā)器輸入端2腳，并且將555定時器的2腳和6腳連接在一起，通過電容接地，555定時器的輸出去控制電路中的定時器的復位端。聲控延時電路，該電路主要在光線較弱時起作用。這主要是通過光控電路的輸出來控制的。在白天，該電路在光控電路的控制作用下，處于關閉狀態(tài)，對任何聲音信號

7、都不響應；在晚上，光控電路將該電路的功能打開，使用該電路能根據外界聲音信號做出相應的響應。經放大處理后的聲音信號控制處于單穩(wěn)工作模式的555定時器來實現(xiàn)聲控及延時功能。 晶閘管開關電路 該電路受聲控電路555定時器輸出端的控制。當其輸出高點平時。晶閘管導通，照明燈點亮。 方案2 電路由交流供電電路、放大電路、單穩(wěn)態(tài)電路三部分組成。 交流供電電路由繼電器和三極管9015,電阻等元器件組成。 放大電路由電阻、壓電陶瓷片、三極管9014、等元器件組成。由R1和R2的大小比例控制放大倍數，從而得出輸出信號V0。單穩(wěn)態(tài)電路由有電容和電阻R,三極管9014等元器件組成，Q2和Q3直接耦合，R3和R4，R5

8、分別控制Q2和Q3的集電極和基極電壓使此電路形成一個正反饋回路。（二極管保護的作用）2 方案選擇 由于方案一電路設計過于復雜，需要兩個555計時器，并且需要變壓器實現(xiàn)低電壓來執(zhí)行各個電路，所需要的元器件多，不易實現(xiàn)，可行性較差。而方案二設計簡單，易實現(xiàn)，所用元器件少，可行性好。故而選擇二號方案。3 系統(tǒng)硬件設計3.1放大電路的原理如下圖所示，在本次設計電路中使用了一只20的壓電陶瓷片，它的符號和外形見圖3.1所示，壓電陶瓷片所轉換的電信號很微弱，只有通過由三極管Q1組成的放大器把微弱的信號進行放大后，才能去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。所以要設置一個簡單的放大電路，將微弱的信號放大，才能觸發(fā)后邊的電路。圖3

9、.1 壓電陶瓷片的符號和外形圖3.2 放大電路部分圖3.2所示為放大電路的組成，將信號放大由R1和R2比例控制放大的倍數。圖中Vo輸出了放大的信號。3.2單穩(wěn)態(tài)電路的原理圖3.3中三極管Q2、Q3及其電阻器、電容器組成了單穩(wěn)態(tài)電路。電阻器R3為三極Q2提供了基極電流；而三極管Q3的基極電流則是從三極管Q2的集電極電阻R4上得到的。三極管Q2集電極與三極管Q3基極之間是直接耦合的；而三極管Q3集電極與三極管Q2基極之間的耦合則是由電容器C2來完成的。電阻器R4是三極管Q2的集電極負載，三極管Q3的集電極負載是電阻器R5。圖3.3 單穩(wěn)態(tài)電路部分單穩(wěn)態(tài)電路的特點是它只有一個穩(wěn)定狀態(tài)。電路在沒有信號

10、輸入時，選擇合理的R3使三極管Q2穩(wěn)定在飽和狀態(tài)，此時它的集電極電壓約為0.3V以下。這樣使三極管Q3穩(wěn)定在截止狀態(tài)。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)定狀態(tài)。當一個負脈沖通過C1到達三極管Q2的基極時，三極管Q2開始趨向截止，它的集電極電流減小，集電極電壓升高；經過直接耦合，使三極管Q3的基極電壓升高，三極管Q3開始導通，它的集電極電壓下降；經電容C2的藕合又使三極管Q2的基極電壓進一步下降(雖然這時負脈沖已經不再存在)，形成一個正反饋，很快達到一個新的狀態(tài)。此時三極管Q2截止，三極管Q3飽和導通。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)是不能持久的。在暫穩(wěn)態(tài)期間，電容器C2通過電阻器R3進行放電

11、,隨著放電的進行,三極管Q2的基極電壓逐漸升高，當它達到0.5V以上時，三極管Q2開始導通,正反饋現(xiàn)象再次發(fā)生,整個電路很快又回到Q2飽和導通，Q3截止的穩(wěn)定狀態(tài)。電容C2通過電阻R3的放電過程決定了電路暫穩(wěn)態(tài)的維持時間。根據計算，這個時間t =0.7R3C2。在本電路中電阻R3為330K，電容C2為47F,所以t=0.73301034710-6=1ls.根據這個公式改變電阻R3或電容C2的參數,可以延長或縮短電路的延遲時間。電路復原后,電容器C2通過電阻器R5和三極管Q2的發(fā)射結進行充電。充電完成后電路才可以接收下一次的觸發(fā)。3.3繼電器電路的原理電磁式繼電器一般由鐵芯、 HYPERLINK

12、 /view/344256.htm t _blank 線圈、 HYPERLINK /view/1115167.htm t _blank 銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（ HYPERLINK /view/2098799.htm t _blank 常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（ HYPERLINK /view/2098800.htm t _blank 常閉觸點）釋

13、放。這樣吸合、 HYPERLINK /view/22211.htm t _blank 釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。如圖3.4為繼電器電路原理圖。圖3.4 繼電器電路原理圖在本實驗中，觸點那端應該連接外部的電路控制燈。如圖3.5所示。圖3.5 電路中的繼電器部分控制的電路當有電流經過線圈時，開關閉合使右邊的二極管發(fā)光；當電流逐漸消失時，發(fā)光二極管熄滅，實現(xiàn)控制功能。電路圖中，二極管接到K的線圈兩端起到保護作用。3.4 整機電路的原理如下圖

14、3.6所示，電路中的B是一只壓電陶瓷片,它能將聲音信號轉變?yōu)殡娦盘?。壓電陶瓷片所轉換的電信號很微弱,只有通過由三極管Q1組成的放大器把微弱的信號進行放大后，才能去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。放大后信號中的負脈沖作用在三極管Q2的基極上時，可以使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉。電路中的電容器C3是電源退耦濾波電容器。在電路的穩(wěn)態(tài)過程下，單穩(wěn)態(tài)電路中三極管Q2導通,三極管Q3截止。三極管Q3的集電極為高電平，接在它上面的三極管Q4是PNP型三極管，所以三極管Q4沒有導通,繼電器不工作。一旦有外界的聲音來觸發(fā)電路，單穩(wěn)態(tài)電路中三極管Q2的基極受到負脈沖的作用而截止，單穩(wěn)態(tài)電路處在了暫態(tài)的過程中。這時三極管Q3導通，它的集電極電

15、壓下降，導致與它連接的三極管Q4也導通,繼電器吸合。由于單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)時間是由電阻器R3與電容器C2的參數決定的,所以十秒鐘后單穩(wěn)態(tài)電路會自動恢復到穩(wěn)態(tài)過程下，繼電器停止工作。圖3.6聲控電路電原理圖4 繪制原理圖和PCB確定課題后，用Protel DXP軟件將電路原理圖繪制出來。繪制電路原理圖過程如下：打開Protel DXP軟件，新建一個“聲控燈電路設計.PRJPCB”工程，在此工程下新建一個“聲控燈電路設計.SCHDOC”原理圖文件。根據要求，畫出電路原理圖。畫圖的時候，注意選擇合適的元器件及對應的封裝，阻值大小，元器件的極性等。所繪制的電路原理圖如下圖4-1所示。圖4-1 聲控燈電路

16、設計電路原理圖原理圖繪制完成后，對所繪制的原理圖進行編譯。選擇“Project-Compile PCB Project聲控燈電路設計.PRJPCB”，點擊Messages查看編譯結果，對于出現(xiàn)的Error項，一定要查找其出現(xiàn)錯誤的原因，并進行改正，直至編譯不出現(xiàn)Error項。生成網絡報表：選擇“Design-Netlist For Project-Protel”,生成聲控燈電路設計SCHDOC.NET網絡報表，部分網絡表截圖如下圖4-2所示。+6VBatteryBBCY-W2/D3.1XTALC1Cap Pol1C2Cap Pol1C3Cap Pol1圖4-2 聲控燈電路設計部分網絡報表生成元

17、器件清單表：選擇“Reports-Bill of Materials”，生成元器件清單列表如圖4-3所示。圖4-3聲控燈電路設計元器件清單報表原理圖繪制完成后，接下來就是生成PCB。生成PCB過程如下：在“聲控燈電路設計.PRJPCB”工程下新建一個“聲控燈電路設計.PCBDOC”文件，然后保存到相應的路徑。根據要求，設置單面板，選擇“Design Layer Stack Manager”，彈出管理版面，點擊面板左下的“Menu”，在彈出的菜單中選擇“Example layer statcks” “Single layer”來實現(xiàn)。 在禁止布線層繪制電氣邊界，此PCB板采用的大小為60mm40

18、mm。繪制出的電氣邊界如圖4-4所示。圖4-4 聲控燈電路設計電氣邊界設置PCB的系統(tǒng)參數，電路參數等相關參數。導入網絡表： （1）檢查原理圖更新情況。執(zhí)行 “Design Update Schematic in聲控燈電路設計.PrjPCB”命令，系統(tǒng)將比較當前PCB板上信息與原理圖的不同，得出需更新的報表。彈出對話框，點 yes ，出現(xiàn)不同比較對話框?？梢灾鹨粰z查錯誤，點“Explore Difference”，在彈出的對話框中雙擊某項，即可跳到對應的原理圖位置上。 （2）完成檢查后導入網絡表。 執(zhí)行“ Import change from聲控燈電路設計.PrjPCB”，彈出的對話框中，列出

19、了所有的改變。 點擊 Validate change，系統(tǒng)掃描所有的改變，看能否在PCB上執(zhí)行所有的改變。若正確，“Check”欄為綠色的“”標記；否則返回原理圖修改。 若都正確，點擊 Execute Change，執(zhí)行所有的改變。如果都正確，“Done”欄為綠色的“”標記。如圖4-5所示。圖4-5 元器件全部正確的工程網絡變化對話框 此時，所有元器件封裝及其電氣連接都導入了PCB中。元器件之間有綠色的線（飛線）連著。如圖4-6所示。 圖4-6 加載網絡表和元器件封裝后的電路板圖 6、對元器件進行布局，。布局后的效果如圖4-7所示。圖4-7 布局后的效果圖 7、自動布線： 設置規(guī)則，選擇“De

20、sign-Rules”,在彈出的對話框中的Routing選項中，在“Width”選項中增加一項電源網絡和一項地網絡。寬度分別設置為1mm和1mm。 在“Routing Layers”選項中“Component Side”選擇“No use”，“Solder Side”選擇“Any”。其他規(guī)則選擇默認。然后選擇“Auto Route-ALL”。自動布線后的效果如圖4-8所示。圖4-8 自動布線后的效果圖PCB制作完成后，生成PCB報表文件，選擇“Reports-Netlist Status”，彈出Net Status-聲控燈電路設計.html文件，如圖4-9所示。圖4-9 PCB報表打印輸出PC

21、B圖：選擇“Files Page setup”設置紙型、效果、打印內容等。點擊上面對話框的 Advanced ，彈出打印層面設置對話框。雙擊任一層，出現(xiàn) Layer properties對話框。選擇“Files print preview” 來預覽打印的內容：缺省打印方式為“Composite”型。5 PCB板制作、焊接與調試5.1 PCB板制作1、將生成的PCB打印到轉印紙上后，選擇合適大小的覆銅板，將轉印紙有電路圖的一面緊貼覆銅板有銅的一那面，轉印紙緊緊包住覆銅板，然后將裹有轉印紙的覆銅板放到轉印機中轉印。2、轉印完成后等待覆銅板冷卻，然后撕開轉印紙，將覆銅板放到腐蝕液中腐蝕。3、等待大約

22、20-30分鐘，知道覆銅板上多余的銅全部被腐蝕掉，覆銅板變成帶有線路的透明的黃色塑料板。4、將塑料板切割成合適的大小，注意電路板線路的完整性，用砂紙或者銼刀將板子邊緣打磨光滑。5、用合適鉆頭的鉆孔機給板子上的焊盤打孔，注意將鉆頭對準焊盤中心。6、用砂紙將電路板上線路的一層碳膜輕輕擦掉，會出現(xiàn)銅黃色的線路。PCB板基本制作完成。PCB板制作過程中遇到的問題及解決辦法：在鉆三極管時會將兩個孔鉆到一起導致短接。解決辦法：鉆孔時將兩邊的孔鉆的離中間遠點。 敷銅板轉印完成后，有些線路會出現(xiàn)斷裂或者沒有印到敷銅板上。解決辦法：用轉印筆在出現(xiàn)斷裂的線路上輕輕地描，注意不要連到其他線路上。鉆孔過程中，誤將線路

23、鉆斷了。解決辦法：焊接時將錫絲熔化后將斷點連上。 5.2 元器件的焊接焊接順序先測量，做好記錄；在清潔，掛錫焊接；最后檢查質量。右手持電路鐵。左手壓住元件或導線。焊接前，電烙鐵要充分預熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，及帶上一定量焊接。將烙鐵頭刃面緊貼在焊點處。電路鐵與水平面大約成60度角。以便融化的錫可以從烙鐵頭上流到到焊點上。將烙鐵在焊點處停留的時間控制2-3秒鐘。抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動。待焊點處得錫冷卻凝固后，才可以松開左手。5.3 系統(tǒng)的調試調試準備檢查電路在通電調試之前，必須認真檢查電路連線是否正確，對照電路圖按照一定順序一一檢查，特別要注意電源是否接錯，電源與地是否有短接，二極管是否接

24、反，三極管三個引腳是否接錯，繼電器的常通和常開腳，開關的兩個腳，輕輕撥一撥元器件，觀察焊點是否牢固。調試；根據本設計中的電路原理圖進行實物的連接，焊接連接各元件即可。連接完成后，引出兩根根導線，一根導線接+6V電源的正極，另一根導線接地，接好線后，剛開始第一次閉合開關，繼電器會自動吸合一次，然后自動松開，接著拍手來觸發(fā)聲控電路，每拍一下手，繼電器就應吸合，燈就會發(fā)亮，然后延遲10秒后燈自動熄滅。與設計的內容基本相符合。同樣設計中仍然存在誤差，這是由于元器件參數的精度不夠、實物連接時引入附加阻值、性能不夠高以及環(huán)境溫度等多方面的影響所致。在實際生活中可以通過多種措施來提高輸出音頻信號的的穩(wěn)定度，如可以選擇電容的并聯(lián)使電容的值更精確；同時外界溫度也會影響實驗的精確性。6 總結本次課設是完成一個簡易聲控燈電路設計，首先通過查找書籍資料，首先進行電路