機器狗指導書

電子工藝實習實訓產品之三EDA實踐參考書機器貓(插件式北京德清永業(yè)科技有限公司2011年1機器貓●實習目的本產品具有機、電、聲、光、磁結合的特點,通過制作本產品完成EDA實踐的全程訓練過程,由學生完成從電路原理仿真驗證、印制電路板設計制造直到元器件檢測、焊接、安裝、調試的產品設計制造全過程,達到培養(yǎng)同學們工程實踐能力的目的。1、產品簡介圖1、機器貓電路原理圖1.1、工作條件圖1所示為機器貓的電路圖,它是聲控、光控、磁控機電一體化電動玩具。主要工作原理:利用555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,在三種不同的控制方法下,均給以低電平觸發(fā),促使電機轉動,從而達到了機器貓停走的目的。即:拍手即走、光照即走、磁鐵靠近即走,但都只是持續(xù)一段時間后就停會下,再滿足其中一條件時將繼續(xù)行走。1.2、555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作原理555定時器的功能主要由兩個比較器C1和C2決定,比較器的參考電壓由分壓器提供,在電源和地之間加VCC電壓,并讓VM懸空時,上比較器C1的參考電壓為2/3VCC,2下比較器C2為1/3VCC。圖2為555定時器結構框圖:圖2、555定時器結構框圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路平時(即觸發(fā)信號未到來時,總是處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。在外來觸發(fā)信號的作用下,它能翻轉成新的狀態(tài)。但這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的,只能維持一定時間,因而稱之為暫穩(wěn)態(tài)(簡稱暫態(tài)。暫態(tài)時間結束,電路能自動回到原來狀態(tài),從而輸出一個矩形脈沖,由于這種電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài),因而稱之為“單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器”,簡稱“單穩(wěn)電路”或“單穩(wěn)”。單穩(wěn)t,與外界觸發(fā)脈沖無關,僅由電路本身的耦合元件RC決定,電路的暫態(tài)時間的長短Wt=RCln3≈1.1RC。圖3為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路及其因此稱RC為單穩(wěn)電路的定時元件。W工作波形。本電路工作波形可在軟件仿真時觀察。a單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路b工作波形圖3342、原理圖設計與仿真(Multisim圖4、EDA仿真電路圖圖4為機器貓的仿真電路圖,仿真過程中分別用開關K1、K2、光耦合器模擬仿真聲控、磁控和光控;燈泡代替電動機。每當按下其中一個開關時,燈泡即發(fā)光,一段時間后自動熄滅,相當于機器貓的“走—?！边^程?？赏ㄟ^調整C5、R6各自數(shù)值的大小改變電動機工作時間的長短。本電路元件清單:由于multisim元件庫里沒有9014及8050型號的三極管,故用性能參數(shù)相近的2SC945和2N2222A代替做仿真。QuantityDescription庫Reference_IDPackage==============================================================================2DCCurrentSourceV,V11CAPacitor,10nFC2cap35CAP_Electrolit同上C1,C3,C4,C5,C6ELKO5R512Resistor同上R1——R12RES0.54Connectors同上J,J1,J2,J3,J4HDR1X2(X41Diode,1N4001(4148D1,D2DO-355BJT_NPNQ1——Q5TO-921Timer,555IC1M08A1LampX1LAMP3SwitchesK1,K2,K31Optocoupler,4N25U1虛擬元件注:光電耦合器4N25只用于仿真。用示波器觀察555芯片的6腳和3腳的波形,得到如圖5所示的波形圖。(注:此圖是C5=1μF時得到的波形圖。驗證了單穩(wěn)態(tài)的工作原理即:電源接通,若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號2腳電壓≤1/3VCC,觸發(fā)器發(fā)生翻轉,電路進入暫穩(wěn)態(tài),3腳輸出為高電平,且圖2中T1截止。此后電源通過電阻R6向電容C5充電,當VC5上升到2/3VCC時,觸發(fā)器復位,3腳輸出為低電平,T1導通,電容C放電,電路恢復至穩(wěn)定狀態(tài)。圖5、機器貓電路仿真波形3、印制板設計(Ultiboard在此我們只提供Ultiboard2001軟件的具體操作步驟,如果同學有興趣也可嘗試其A1=2/3VB15他印制板設計軟件,如:Protel、Orcad等?？筛鶕?jù)具體情況給予輔導。為了向Ultiboard2001印制板設計軟件傳送數(shù)據(jù),在繪制仿真原理圖時應該注意:所有元件均應采用真實元件否則無法傳送;電源/信號源類元件均為虛擬元件實際需外接,均應取用連接器作為印制板上的輸入輸出端子;Multisim向Ultiboard傳送后應注意檢查是否缺少元件;Multisim7的msm文件名請采用英文;設計印制板之前電路圖需做些修改,將不在印制板上的元件替除,如圖6所示。Multisim電路圖中有些真實元件的封裝在Ultiboard中沒有或者不正確,需要預先在Multisim中修改元件的引腳順序。首先要將Q5的封裝改為TO-92,然后再如圖6中所示修改原理圖的五個三極管,正確的引腳對應關系如下圖7所示。圖7具體操作步驟:雙擊三極管,點擊(編輯元件封裝按鈕,參照圖7將E、B、C的FootprintPins改為E→3,B→2,C→1的引腳順序,然后選擇OK即可。電解電容的封裝也采用同樣的方法修改為:1→1,2→2。利用Multisim7完成電路原理圖的設計、繪制和仿真后利用傳輸功能將數(shù)據(jù)傳到Ultiboard2001會自動建立一個項目。注意傳送目錄應使用Ultiboard2001的工作目錄,一般為UB2001。請選擇線寬不小于40mil,避讓距離10mil。利用Place菜單中的命令(如Shape/Rectangle在BoardOutline層定義印制板的形狀(封閉曲線,要求印制板不大于82*55mm。根據(jù)需要設定設計規(guī)則,示例中主要考慮使用Tools菜單的“PCBProperties”選BoardSettings頁,選擇成對板層對數(shù)量為1,分別選擇上面和底面單個板層數(shù)量為0,顯示內電層數(shù)量為0;均選中允許兩個基本布線層,即可布雙面板;若要布單面板須去掉其中一層(常去頂層,這是一種方法,下面一頁介紹了另外一種方法布單面板。選中IC1(555芯片,執(zhí)行Tools/ChangeFootprint/IC/DIP命令,將其封裝改為DIP8。設置單位制和格點,使用Tools菜單的“PCBProperties”選Grid&units頁。在Units區(qū)域的設置圖紙的單位為英制單位mil。在Grids區(qū)域,設置可視格點距離為25mil;設置元件擺放格點距離為50mil,設置光標格點距離,即光標移動一步距離為25mil。印制板具體要求:①三極管和555芯片焊盤外徑:80mil(三極管可修改焊盤的橫縱坐標調整焊盤間距,注:555焊盤間距不可調;其余元件焊盤外徑:100mil;焊盤內徑:20mil;②元件正極和芯片1腳用方焊盤標注。③在印制板的空白處添加自己的學號(要求鏡像!。參照原理圖中的連接關系移動元件形成布局圖,使用Autoroute/place菜單的InternalRip-upandRetry命令進入內置拆線-重試自動布線器窗口,直接選命令開始布線,程序會自動打開布線策略選擇窗口,按OK鈕開始自動布線,可以觀察到雙面自動布線效果。關掉拆線-重試自動布線器并選NO,不傳輸數(shù)據(jù),再重新進入拆線-重試自動布線器窗口,使用Parameters菜單的CostingParameters命令,選中代價參數(shù)設定窗口左上角的一個板層名Top再按右側的Editlayers按鈕,就會顯示窗口,不選中Routable,禁止上面板層自動布線。選命令開始布線,程序會自動打開布線策略選擇窗口,按OK鈕開始自動布線,可以觀察到單面自動布線效果。注意,使用Tools/CopperDelete/AllCopper命令可以刪除所有布線和導通孔,使用File/IMPORT/Netlist命令可以重新調入網絡表進行DRC檢查。完成自動布線后可做手工調整,雙擊焊盤或連線即可做如下修改:加粗線寬、加大焊盤、改變引線走向等,使印制板具有工藝性。圖8機器貓印制板4、制作工藝4.1、印制板制作參照下面的工作流程圖,完成印制板的設計與制作。4.2、印制板的安裝(1元器件檢測全部元器件安裝前必須進行測試(見下表1。(2印制板焊接按圖8所示位置,將元器件全部臥式焊接(參見圖10注意二極管、三極管及電解電容的極性。<8mm(a三極管(b電解電容(c二極管、電阻圖10判斷極性及類型:8050負正麥克風5、整機裝配與調試在連線之前,應將機殼拆開,避免燙傷及其他損害,并保存好機殼和螺釘。注意:電機不可拆!參考下列步驟進行連線：（J1～J6的長度參考材料單）名稱電動機電源1.代表字符MV名稱麥克風（聲控）干簧管（磁控）－電動機＋代表字符SR名稱紅外接收（光控）代表字符I電動機：打開機殼，電動機（黑色）已固定在機殼底部。電動機負極與電池負極有一根連線，改裝電路，將連在電池負極的一端焊下來，改接至印制板的“電動機－”（M－），由印制板上的“電動機＋”（M＋）引一根線J1到電動機正端。音樂芯片連接在電池負極的那一端改接至電動機的負極，使其在貓行走的時候才發(fā)出叫聲。2.電源：由印制板上的“電源－”（V－）引一根線J2到電池負極?！半娫矗保╒＋）與“電機＋”（M＋）相連，不用單獨再接。3.磁控：由印制板上的“磁控＋、－”（R＋、R－）引兩根線J3、J4，分別搭焊在干簧管（磁敏傳感器）兩腿，放在貓后部，應貼緊機殼，便于控制。干簧管沒有極性。4.紅外接收管（白色）：由印制板上的“光控＋、－”（I＋、I－）引兩根線J5、J6搭焊到紅外接收管的兩個管腿上，其中一條管腿套上熱縮管，以免短路，導致打開開關后貓一直走個不停。應注意的是：紅外接收管的長腿應接在“I－”上。在貓機殼前面的小擋板上打個Φ5的孔，將紅外接收管固定住。5.聲控部分：屏蔽線兩頭脫線，一端分正負（中間為正，外圍為負）焊到印制板上的S＋、S－；另一端分別貼焊在麥克風（聲敏傳感器）的兩個焊點上，但要注意極性，且麥克易損壞，焊接時間不要過長。焊接完后麥克安在貓前胸。6.通電前檢查元器件焊接及連線是否有誤，以免造成短路，燒毀電機發(fā)生危險。尤其注意在裝入電池前測量“電源－”（V－）。“電源＋”間是否短路，并注意電池極性。7.靜態(tài)工作