觸摸延時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)報(bào)告

....20/20觸摸延時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)報(bào)告一設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一樓道觸摸延時(shí)開關(guān)，其功能是當(dāng)人用手觸摸開關(guān)時(shí)，照明燈點(diǎn)亮，并延續(xù)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。2.開關(guān)的延時(shí)時(shí)間約1分鐘左右。二設(shè)計(jì)的作用、目的掌握橋式整流電路原理.單相橋式整流電路的組成單相橋式整流電路由四只二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓u2正、負(fù)半周正確引導(dǎo)流向負(fù)載的電流，使其方向不變。設(shè)變壓器副邊兩段分別為a和b，則a為“＋”、b為“－”時(shí)應(yīng)有電流留出a點(diǎn)，a為“-”、b為“＋”時(shí)應(yīng)有電流流入a點(diǎn)；相反，a為“＋”、ｂ為“－”時(shí)應(yīng)有電流流入ｂ點(diǎn)，ａ為“－”、ｂ為“＋”時(shí)應(yīng)有電流流出ｂ點(diǎn)；因而ａ和ｂ點(diǎn)均應(yīng)分別接兩只二極管，以引導(dǎo)電流；如圖2-3所示。工作原理設(shè)變壓器副邊電壓，U2為其有效值。當(dāng)ｕ2為正半周時(shí)，電流由a點(diǎn)流出，經(jīng)過V1、RL、D3流入b點(diǎn)，因而負(fù)載電阻RL上的電壓等于變壓器副邊電壓，即，V2和V4管承受的反響電壓為－u2。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，電流由b點(diǎn)流出，經(jīng)V2、RL、V4流入a點(diǎn)，負(fù)載電阻RL上的電壓等于－u2，即，V1、V3承受的反向電壓為u2。這樣，由于V1、V3和V2、V4兩對(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載電阻RL上在u2的整個(gè)周期都有電流通過，而且方向不變，輸出電壓。如圖2-4所示為單相橋式整流電路各部分的電壓和電流的波形。圖2-4橋式整流電路電流、電壓波形.輸出電壓平均值UO(AV)和輸出電流平均值IO(AV)根據(jù)圖2-4中所示uo的波形可知，輸出電壓的平均值解得由于橋式整流電路實(shí)現(xiàn)了全波整流電路，它將u2的負(fù)半周也利用起來，所以在變壓器副邊電壓有效值一樣的情況下，輸出電流的平均值（即負(fù)載電阻中的電流平均值）在變壓器副邊電壓一樣、且負(fù)載也一樣的情況下，輸出電流的平均值也是半波整流電路的兩倍。根據(jù)諧波分析，橋式整流電路的基波UOIM的角頻率是u2的2倍，即100HZ，。故脈動(dòng)系數(shù)與半波整流電路相比，輸出電壓的脈動(dòng)減小很多。掌握555定時(shí)器的工作原理和應(yīng)用（1）555定時(shí)器的工作原理555定時(shí)器的電路如圖所示。它由三個(gè)阻值為5k?的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。555定時(shí)器的電路如圖所示。它由三個(gè)阻值為5k?的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。分壓器為兩個(gè)電壓比較器C1、C2提供參考電壓。如5端懸空，則比較器C1的參考電壓為，加在同相端；C2的參考電壓為，加在反相端。是復(fù)位輸入端。當(dāng)=0時(shí)，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。正常工作時(shí)，=1。u11和u12分別為6端和2端的輸入電壓。當(dāng)u11>，u12>時(shí)，C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，即=0，=1，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。當(dāng)u11<2/3Vcc，u12<1/3Vcc時(shí)，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平，=1，=0，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端u0為高電平。當(dāng)u11<2/3Vcc，u12>1/3Vcc時(shí)，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。（2）555定時(shí)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)電路前面介紹的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的輸出狀態(tài)和，且兩個(gè)狀態(tài)始終相反。而單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號(hào)之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時(shí)間后，又會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時(shí)和脈沖整形電路。3掌握繼電器的工作原理和特性繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。（1）電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)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(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。掌握穩(wěn)壓管的作用穩(wěn)壓二極管是一個(gè)特殊的面接觸型的半導(dǎo)體硅二極管，其V-A特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線比較陡。穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，由于它在電路中與適當(dāng)電陰配合后能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管反向電壓在一定圍變化時(shí)，反向電流很小。當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時(shí)，反向電流突然增大，穩(wěn)壓管從而反向擊穿，電流雖然在很大圍變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓的變化卻相當(dāng)小，利用這一特性，因此穩(wěn)壓管在電路到起到了穩(wěn)壓的作用。圖2-5穩(wěn)壓管特性曲線穩(wěn)壓管與其普通二極管不同之處在于反向擊穿是可逆性的。當(dāng)去掉反向電壓穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常，但如果反向電流超過允許圍，二極管將會(huì)發(fā)熱擊穿，所以，與其配合的電阻往往起到限流的作用。5掌握三極管的作用三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)(發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都是正偏置)時(shí)，其c-e極間電壓很小，比PN結(jié)的導(dǎo)通電壓還要低(硅管在0.5V以下)，c-e極間相當(dāng)于“短路”，即呈“開”的狀態(tài)。三極管在截止?fàn)顟B(tài)(發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都是反偏置)時(shí)，其c-e極間的電流極小(硅管基本上量不到)，相當(dāng)于“斷開(‘關(guān)’)”的狀態(tài)。三極管開關(guān)電路的特點(diǎn)是開關(guān)速度極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比機(jī)械開關(guān)快，沒有機(jī)械接點(diǎn)，不產(chǎn)生電火花。開關(guān)的控制靈敏，對(duì)控制信號(hào)的要求低，導(dǎo)通時(shí)開關(guān)的電壓降比機(jī)械開關(guān)大，關(guān)斷時(shí)開關(guān)的漏電流比機(jī)械開關(guān)大。不宜直接用于高電壓、強(qiáng)電流的控制。六限流電阻的計(jì)算限流電阻和穩(wěn)壓管串聯(lián)起到限流和分壓的作用。穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，當(dāng)外加在穩(wěn)壓管和限流電阻上的電壓發(fā)生變化時(shí)，穩(wěn)壓管上電壓不變，變化的電壓全部加到限流電阻上去了，同時(shí)限流電阻限制電流過大防止穩(wěn)壓管燒壞。如果沒有限流電阻，穩(wěn)壓電路正常不能工作。因?yàn)橥饧与妷鹤兓瘯r(shí)還是加在穩(wěn)壓管上。兩個(gè)極端情況：VS=VS(Min)，IL=IL(Max)當(dāng)VS=VS(Max)，IL=IL(Min)時(shí)，RS=RS(最小值)，IZ(Max)=最大工作電流三設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)樓道觸摸延時(shí)開關(guān)工作原理（1）系統(tǒng)原理綜述從應(yīng)用的安全因素考慮，用隔離變壓器對(duì)220V交流電進(jìn)行降壓，得一個(gè)較小的交流電壓，經(jīng)整流，濾波得到一個(gè)直流電壓，在經(jīng)過穩(wěn)壓電路得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓為555定時(shí)器提供工作電壓。當(dāng)需要開燈時(shí)，用手觸摸一下開關(guān)，觸發(fā)信號(hào)電壓加到555的觸發(fā)端，使555的輸出由低電平變成高電平，繼電器KS吸合，220V交流電形成回路，點(diǎn)燈點(diǎn)亮。同時(shí)，電源通過定時(shí)電阻給定時(shí)電容充電，這就是定時(shí)的開始，延時(shí)一段時(shí)間后555的觸發(fā)端由高電平回到低電平，繼電器釋放，220V交流電形成的回路斷開，電燈熄滅。這就是觸摸延時(shí)開關(guān)的原理。單元電路設(shè)計(jì)照明燈電路：照明電路采用220V交流輸出，將功率小于100W的燈泡與通過整流，變壓，濾波，穩(wěn)壓電路部分得直流電壓，再與之串聯(lián)。電源變壓：將交流電壓變換成符合需要的交流電壓，此交流電壓經(jīng)過整流后可獲得電子設(shè)備所需的直流電壓。因?yàn)榇蠖鄶?shù)電子電路使用的電壓都不高，這個(gè)變壓器是降壓變壓器。整流電路：電路中采用四個(gè)IN4007二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓U的正半周，二極管VD2、VD5導(dǎo)通，VD3、VD4截止，在負(fù)載RL上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周，正好相反，VD2、VD5截止，VD3、VD4導(dǎo)通，流過負(fù)載RL的電流方向與正半周一致。因此，利用四個(gè)二極管，使得在交流電源的正、負(fù)半周，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直流電壓和電流。濾波電路：利用儲(chǔ)能元件電容器C兩端的電壓不能突變的性質(zhì)，把電容C與整流電路的負(fù)載R并聯(lián)或串聯(lián)，就可以將整流電路輸出中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電。穩(wěn)壓電路：當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓的幅值也將變化。因此，穩(wěn)壓電路的作用是將使整流濾波后的直流電壓基本上不隨交流電網(wǎng)電壓或負(fù)載的變化而變化。延時(shí)電路：555計(jì)時(shí)器與電阻R1與電容C1組成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路。當(dāng)觸摸開關(guān)無人按壓式，555計(jì)時(shí)器處于復(fù)位狀態(tài)，即輸出端3管腳為低電平，使繼電器吸引開關(guān)，電燈不亮。當(dāng)按壓開關(guān)時(shí)，晶體管Q1導(dǎo)通，使的555計(jì)時(shí)器的2管腳處于低電平，管腳3輸出高電平，繼電器不工作，開關(guān)復(fù)位，電燈點(diǎn)亮。3．仿真測(cè)試(1).系統(tǒng)電路仿真觸摸延時(shí)開關(guān)電路的仿真測(cè)試，是基于Multisim環(huán)境下進(jìn)行仿真（元件選取如附錄所示），對(duì)系統(tǒng)做軟件仿真可以進(jìn)一步加深對(duì)系統(tǒng)功能的認(rèn)識(shí)。以下主要對(duì)系統(tǒng)電路，以與輸入信號(hào)、變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路仿真。(2).各功能電路仿真測(cè)試圖3-2.1為輸入信號(hào)仿真波形，輸入信號(hào)為完整的正弦波。經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后，波形依次如圖3-2.1、3-2.2、3-2.3、3-2.4、3-2.5所示圖3-2.1輸入電壓仿真波形圖3-2.2變壓電路仿真波形圖3-2.3整流電路仿真波形圖3-2.4濾波電路仿真波形圖3-2.5穩(wěn)壓電路仿真波形PCB版電路制作在已經(jīng)完成的原理圖里，進(jìn)行ERC電器規(guī)則檢查，然后從PCB封裝庫(kù)里找出所用原件的封裝名稱，填寫在每個(gè)元件屬性的Footprint選項(xiàng)里，如果沒有具體封裝，可以自己新建一個(gè)PCB元件進(jìn)行編輯。新建PCB原理圖后，在Design里，導(dǎo)入Netlist網(wǎng)絡(luò)表，在保證所有封裝正確的情況下，生成如圖PCB初始圖。第二步是對(duì)元件的布局進(jìn)行調(diào)整，可以利用軟件本身自帶的自動(dòng)布局進(jìn)行排布，也可以手動(dòng)進(jìn)行排版。這一步完成后便得到如圖所示元件布局。第三步是布局完成后，接下來是對(duì)元件的連線，連線前可對(duì)PCB板層進(jìn)行設(shè)置，在界面中右擊“規(guī)則”選項(xiàng)，單擊RoutingLayers項(xiàng)，選擇單層布線、雙層布線或者更多，Protel中最多可設(shè)置為32層布線，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，禁止了頂層布線，只留出了底層供布線使用。最后利用軟件本身的自動(dòng)布線對(duì)已布局好的元件進(jìn)行PCB布線，得到如圖單層布線結(jié)果。PCB初始圖PCB布局PCB單層布線四.心得體會(huì)與建議觸摸延時(shí)開關(guān)已經(jīng)在早些年就服務(wù)于大眾了，如樓道觸摸延時(shí)開關(guān)，但是自己對(duì)于相關(guān)知識(shí)了解不多，只知道開關(guān)斷開時(shí)，燈泡停了一會(huì)才滅，但卻不懂其中的工作原理。在本次的“觸摸延時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)”中，充分運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)字電路的相關(guān)的知識(shí)，以與查找了大量相關(guān)資料。明白了樓道觸摸延時(shí)開關(guān)的基本原理，并且用所學(xué)知識(shí)和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下對(duì)一些電路圖進(jìn)行了改進(jìn)，使得延時(shí)開關(guān)正常工作。在對(duì)觸摸延時(shí)開關(guān)分析、畫原理圖，以與對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行仿真的過程中，自己有對(duì)學(xué)到的模擬電子相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了深入的理解。重新學(xué)習(xí)了整流電路的相關(guān)容，對(duì)全波整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路有了更深刻的認(rèn)識(shí)，熟練的運(yùn)用計(jì)算公式，計(jì)算限流電阻的圍，以與對(duì)穩(wěn)壓管的選取圍。而且通過軟件仿真技術(shù)觀察各階段電路的變化，對(duì)各階段電路的波形有更形象的體會(huì)。此電路用到了555定時(shí)器的工作原理，自己雖然沒學(xué)這部分容，但通過收集資料，自學(xué)理解了555定時(shí)器怎樣工作，以與它的基本結(jié)構(gòu)還有各個(gè)管腳所接電路哪些部分。提高了自己的自學(xué)能力。做這個(gè)設(shè)計(jì)還讓我學(xué)到了兩個(gè)應(yīng)用軟件，一個(gè)是Multisim，一個(gè)是Protel，雖然在學(xué)習(xí)中有些困難，但學(xué)會(huì)之后感覺這些天的工夫沒白費(fèi)，很是充實(shí)。為了使觸摸延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì)更為直觀，在設(shè)計(jì)過程中用到了很多次計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。雖然在仿真過程中遇到些困難，但在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，從對(duì)系統(tǒng)整體電路的仿真，到各單元電路的仿真，都做了詳細(xì)的數(shù)據(jù)、波形、效果記錄。經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真對(duì)電路功能的實(shí)現(xiàn)，做出了觸摸開關(guān)的實(shí)際產(chǎn)品，對(duì)動(dòng)手實(shí)踐方面有了很大的提高。通過這次課程設(shè)計(jì)讓我們更加了解到專業(yè)知識(shí)的實(shí)際價(jià)值，對(duì)于課本之外的理論知識(shí)和動(dòng)手能力都有一定的提高，可以為以后的數(shù)字技術(shù)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，便于我們對(duì)于本專業(yè)的知識(shí)更容易理解，激發(fā)每個(gè)人的不同潛能，做出更好的電路和設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)讓我們覺得自己所學(xué)知識(shí)還很少，能力和水平很有限。了解到自己眼高手低的缺點(diǎn)，在本次的設(shè)計(jì)與仿真過程中可能存在很多疏漏、欠妥和錯(cuò)誤之處，希望能夠多加指正，以便以后做的更好。五附錄序號(hào)名稱參考標(biāo)識(shí)封裝型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1變壓器T1DIP4NLT＿VIRTUAL12二極管D2-D5DIODE0.41N400743電解電容C3RB.3/.6200uF14電阻R315穩(wěn)壓管D6TO220H1N5922B16電阻R417單擲開關(guān)J1XTAL1SPST18電阻R2AXIAL0.319電阻R1AXIAL0.3110三極管Q1TO-92A2N2218A111電解電容C3RB.3