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1、文档从互联网中收集，已重新修正排版，word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。江西理工大学应用科学学院信息工程系江西理工大学应用科学学院信息工程系ProtelProtel软件应用课程设计报告软件应用课程设计报告设计题目：设计题目：声控灯电路设计声控灯电路设计专专业：业：电子信息工程电子信息工程班班级：级：学学号：号：姓姓名：名：同组人员：同组人员：指导老师：指导老师：完成日期：完成日期：1word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。文档从互联网中收集，已重新修正排版，word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。指导老师评语：指导老师评语：得分：得分：指导教师签名：指导教师签名：2wor
2、d 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。目录目录1 设计任务和性能指标.错误错误!未定义书签。未定义书签。1.1 设计任务.错误错误!未定义书签。未定义书签。1.2 性能指标.错误错误!未定义书签。未定义书签。2 设计方案与论证.错误错误!未定义书签。未定义书签。3 系统硬件设计.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.1 放大电路的原理.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2 单稳态电路的原理.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.3 继电器电路的原理.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.4整机电路的原理34 绘制原理图和 PCB.错误错误!未定义书签。未定义书签。5 PCB 板制作、焊接
3、与调试.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.1 PCB 板制作.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.2 元器件的焊接.错误错误!未定义书签。未定义书签。5.3 系统的调试.错误错误!未定义书签。未定义书签。6 总结.错误错误!未定义书签。未定义书签。致谢.错误错误!未定义书签。未定义书签。参考文献.错误错误!未定义书签。未定义书签。31 1 设计任务和性能指标设计任务和性能指标1.11.1 设计任务设计任务根据已知条件，完成通过基于晶体管的声控灯的设计、连接与仿真。须符合以下要求：1.采用晶体管设计电路完成一个简易声控灯的设计；2.通过声音震动使灯发光，并且延迟 10 秒左右后熄灭；3.利
4、用仿真软件 Pspice 或 Multisim 仿真电路，并学习 PROTEL 软件，并用其绘制电路的原理图和 PCB 图，要求图纸绘制清晰，布线合理，符合绘图规范；4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。2 2 设计方案与论证设计方案与论证方案 1主要包含四部分电路，分别为：电源电路，光控电路，声控延时电路，晶体管开关电路，下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构。电源电路主要巍控制电路提供工作电压，本设计采用传统的电源电路设计方法，即降压，整流，滤波，稳压，使电路输出电压 6V 直流电压供给控制电路。光控制电路是根据光线强弱来优先决定电灯的亮灭，该电路可以对声控延时电路进
5、行控制，在白天光线将强时，光控制电路输出低电平将声控电路封锁；在晚上光线较强时，光控制电路输出高电平，则声控功能打开。本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制 555 定时器的触发器输入端 2 脚，并且将555 定时器的 2 脚和 6 脚连接在一起，通过电容接地，555 定时器的输出去控制电路中的定时器的复位端。声控延时电路，该电路主要在光线较弱时起作用。这主要是通过光控电路的输出来控制的。在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，光控电路将该电路的功能打开，使用该电路能根据外界声音信号做出相应的响应。经放大处理后的声音信号控制处于单稳工作模式
6、的 555 定时器来实现声控及延时功能。晶闸管开关电路 该电路受声控电路 555 定时器输出端的控制。当其输出高点平时。晶闸管导通，照明灯点亮。方案 2电路由交流供电电路、放大电路、单稳态电路三部分组成。交流供电电路由继电器和三极管 9015,电阻等元器件组成。放大电路由电阻、压电陶瓷片、三极管 9014、等元器件组成。由 R1 和R2 的大小比例控制放大倍数，从而得出输出信号 V0。1单稳态电路由有电容和电阻 R,三极管 9014 等元器件组成，Q2 和 Q3 直接耦合，R3 和 R4，R5 分别控制 Q2 和 Q3 的集电极和基极电压使此电路形成一个正反馈回路。（二极管保护的作用）2方案选
7、择由于方案一电路设计过于复杂，需要两个 555 计时器，并且需要变压器实现低电压来执行各个电路，所需要的元器件多，不易实现，可行性较差。而方案二设计简单，易实现，所用元器件少，可行性好。故而选择二号方案。3 3 系统硬件设计系统硬件设计3.13.1放大电路的原理放大电路的原理如下图所示，在本次设计电路中使用了一只 20 的压电陶瓷片，它的符号和外形见图 3.1 所示，压电陶瓷片所转换的电信号很微弱，只有通过由三极管Q1 组成的放大器把微弱的信号进行放大后，才能去触发单稳态电路。所以要设置一个简单的放大电路，将微弱的信号放大，才能触发后边的电路。图 3.1 压电陶瓷片的符号和外形图 3.2 放大
8、电路部分图 3.2 所示为放大电路的组成，将信号放大2由 R1 和 R2 比例控制放大的倍数。图中 Vo输出了放大的信号。3.23.2单稳态电路的原理单稳态电路的原理图 3.3 中三极管 Q2、Q3 及其电阻器、电容器组成了单稳态电路。电阻器 R3 为三极 Q2 提供了基极电流；而三极管 Q3 的基极电流则是从三极管 Q2 的集电极电阻 R4 上得到的。三极管 Q2 集电极与三极管 Q3 基极之间是直接耦合的；而三极管 Q3 集电极与三极管 Q2 基极之间的耦合则是由电容器 C2 来完成的。电阻器 R4 是三极管 Q2 的集电极负载，三极管 Q3 的集电极负载是电阻器 R5。图 3.3 单稳态
9、电路部分单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态。电路在没有信号输入时，选择合理的 R3 使三极管 Q2 稳定在饱和状态，此时它的集电极电压约为 0.3V 以下。这样使三极管 Q3 稳定在截止状态。这就是单稳态电路的稳定状态。当一个负脉冲通过 C1 到达三极管 Q2 的基极时，三极管 Q2 开始趋向截止，它的集电极电流减小，集电极电压升高；经过直接耦合，使三极管Q3 的基极电压升高，三极管 Q3 开始导通，它的集电极电压下降；经电容 C2 的藕合又使三极管 Q2 的基极电压进一步下降(虽然这时负脉冲已经不再存在)，形成一个正反馈，很快达到一个新的状态。此时三极管 Q2 截止，三极管 Q3 饱和导通
10、。这就是单稳态电路的暂稳态现象。3单稳态电路的暂稳态是不能持久的。在暂稳态期间，电容器C2 通过电阻器R3 进行放电,随着放电的进行,三极管 Q2 的基极电压逐渐升高，当它达到 0.5V以上时，三极管 Q2 开始导通,正反馈现象再次发生,整个电路很快又回到 Q2 饱和导通，Q3 截止的稳定状态。电容C2 通过电阻 R3 的放电过程决定了电路暂稳态的维持时间。根据计算，这个时间 t=0.7R3C2。在本电路中电阻 R3 为 330K，电容 C2 为 47 F,所以t=0.73301034710-6=1ls.根据这个公式改变电阻 R3 或电容 C2 的参数,可以延长或缩短电路的延迟时间。电路复原后
11、,电容器 C2 通过电阻器 R5 和三极管 Q2 的发射结进行充电。充电完成后电路才可以接收下一次的触发。3.33.3继电器电路的原理继电器电路的原理电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继
12、电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。如图 3.4 为继电器电路原理图。4图 3.4 继电器电路原理图在本实验中，触点那端应该连接外部的电路控制灯。如图 3.5 所示。图 3.5 电路中的继电器部分控制的电路当有电流经过线圈时，开关闭合使右边的二极管发光；当电流逐渐消失时，发光二极管熄灭，实现控制功能。电路图中，二极管接到 K 的线圈两端起到保护作用。3.43.4 整机电路的原理整机电路的原理如下图 3.6 所示，电路中的 B 是一只压电陶瓷片,它能将声音信号转变为电信号。压电陶瓷片所转换的电信号很微弱,只有通过由三极管 Q1 组成的放大
13、器把微弱的信号进行放大后，才能去触发单稳态电路。放大后信号中的负脉冲作用在三极管 Q2 的基极上时，可以使单稳态电路翻转。电路中的电容器 C3 是电源退耦滤波电容器。在电路的稳态过程下，单稳态电路中三极管 Q2 导通,三极管 Q3 截止。三极管 Q3 的集电极为高电平，接在它上面的三极管Q4 是 PNP 型三极管，所以三极管 Q4 没有导通,继电器不工作。一旦有外界的声音来触发电路，单稳态电路中三极管 Q2 的基极受到负脉冲的作用而截止，单稳态电路处在了暂态的过程中。这时三极管 Q3 导通，它的集电极电压下降，导致与它连接的三极管Q4 也导通,继电器吸合。由于单稳态电路的暂态时间是由电阻器 R
14、3 与电容器 C2 的参数决定的,所以十秒钟后单稳态电路会自动恢复到稳态过程下，继电器停止工作。5图 3.6 声控电路电原理图4 4 绘制原理图和绘制原理图和 PCBPCB确定课题后，用 Protel DXP 软件将电路原理图绘制出来。绘制电路原理图过程如下：1、打开 Protel DXP 软件，新建一个“声控灯电路设计.PRJPCB”工程，在此工程下新建一个“声控灯电路设计.SCHDOC”原理图文件。2、根据要求，画出电路原理图。画图的时候，注意选择合适的元器件及对应的封装，阻值大小，元器件的极性等。所绘制的电路原理图如下图 4-1 所示。图 4-1 声控灯电路设计电路原理图原理图绘制完成后
15、，对所绘制的原理图进行编译。选择“Project-CompilePCB Project声控灯电路设计.PRJPCB”，点击 Messages 查看编译结果，对于出现的 Error 项，一定要查找其出现错误的原因，并进行改正，直至编译不出现Error项。生成网络报表：选择“Design-Netlist For Project-Protel”,生成声控灯电路设计SCHDOC.NET 网络报表，部分网络表截图如下图 4-2 所示。6+6VBatteryBBCY-W2/D3.1XTALC1Cap Pol1C2Cap Pol1C3Cap Pol1图 4-2 声控灯电路设计部分网络报表生成元器件清单表：选
16、择“Reports-Bill ofMaterials”，生成元器件清单列表如图 4-3 所示。7图 4-3 声控灯电路设计元器件清单报表原理图绘制完成后，接下来就是生成 PCB。生成 PCB 过程如下：1、在“声控灯电路设计.PRJPCB”工程下新建一个“声控灯电路设计.PCBDOC”文件，然后保存到相应的路径。2、根据要求，设置单面板，选择“Design Layer Stack Manager”，弹出管理版面，点击面板左下的“Menu”，在弹出的菜单中选择“Example layerstatcks”“Single layer”来实现。3、在禁止布线层绘制电气边界，此 PCB 板采用的大小为
17、60mm40mm。绘制出的电气边界如图 4-4 所示。图 4-4 声控灯电路设计电气边界4、设置 PCB 的系统参数，电路参数等相关参数。5、导入网络表：（1）检查原理图更新情况。执行“Design Update Schematic in声控灯电路设计.PrjPCB”命8令，系统将比较当前 PCB 板上信息与原理图的不同，得出需更新的报表。弹出对话框，点 yes，出现不同比较对话框。可以逐一检查错误，点“Explore Difference”，在弹出的对话框中双击某项，即可跳到对应的原理图位置上。（2）完成检查后导入网络表。执行“Import change from声控灯电路设计.PrjPCB
18、”，弹出的对话框中，列出了所有的改变。点击 Validate change，系统扫描所有的改变，看能否在PCB 上执行所有的改变。若正确，“Check”栏为绿色的“”标记；否则返回原理图修改。若都正确，点击 Execute Change，执行所有的改变。如果都正确，“Done”栏为绿色的“”标记。如图 4-5 所示。图 4-5 元器件全部正确的工程网络变化对话框此时，所有元器件封装及其电气连接都导入了 PCB 中。元器件之间有绿色的线（飞线）连着。如图 4-6 所示。图 4-6 加载网络表和元器件封装后的电路板图 6、对元器件进行布局，。布局后的效果如图 4-7 所示。9图 4-7 布局后的效
19、果图 7、自动布线：设置规则，选择“Design-Rules”,在弹出的对话框中的 Routing 选项中，在“Width”选项中增加一项电源网络和一项地网络。宽度分别设置为 1mm 和 1mm。在“Routing Layers”选项中“Component Side”选择“No use”，“Solder Side”选择“Any”。其他规则选择默认。然后选择“Auto Route-ALL”。自动布线后的效果如图 4-8 所示。图 4-8 自动布线后的效果图PCB 制作完成后，生成 PCB 报表文件，选择“Reports-Netlist Status”，弹出 Net Status-声控灯电路设计.
20、html 文件，如图 4-9 所示。10图 4-9 PCB 报表打印输出 PCB 图：（1）选择“FilesPage setup”设置纸型、效果、打印内容等。（2）点击上面对话框的 Advanced，弹出打印层面设置对话框。（3）双击任一层，出现 Layer properties 对话框。选择“Files print preview”来预览打印的内容：缺省打印方式为“Composite”型。5 PCB5 PCB 板制作、焊接与调试板制作、焊接与调试5.1 PCB5.1 PCB 板制作板制作1、将生成的PCB 打印到转印纸上后，选择合适大小的覆铜板，将转印纸有电路图的一面紧贴覆铜板有铜的一那面，
21、转印纸紧紧包住覆铜板，然后将裹有转印纸的覆铜板放到转印机中转印。2、转印完成后等待覆铜板冷却，然后撕开转印纸，将覆铜板放到腐蚀液中11腐蚀。3、等待大约 20-30 分钟，知道覆铜板上多余的铜全部被腐蚀掉，覆铜板变成带有线路的透明的黄色塑料板。4、将塑料板切割成合适的大小，注意电路板线路的完整性，用砂纸或者锉刀将板子边缘打磨光滑。5、用合适钻头的钻孔机给板子上的焊盘打孔，注意将钻头对准焊盘中心。6、用砂纸将电路板上线路的一层碳膜轻轻擦掉，会出现铜黄色的线路。PCB 板基本制作完成。PCB 板制作过程中遇到的问题及解决办法：1、在钻三极管时会将两个孔钻到一起导致短接。解决办法：钻孔时将两边的孔钻
22、的离中间远点。2、敷铜板转印完成后，有些线路会出现断裂或者没有印到敷铜板上。解决办法：用转印笔在出现断裂的线路上轻轻地描，注意不要连到其他线路上。3、钻孔过程中，误将线路钻断了。解决办法：焊接时将锡丝熔化后将断点连上。5.25.2 元器件的焊接元器件的焊接焊接顺序先测量，做好记录；在清洁，挂锡焊接；最后检查质量。1.右手持电路铁。左手压住元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，及带上一定量焊接。2.将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电路铁与水平面大约成60 度角。以便融化的锡可以从烙铁头上流到到焊点上。将烙铁在焊点处停留的时间控制2-3秒钟。3.抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处
23、得锡冷却凝固后，才可以松开左手。5.35.3 系统的调试系统的调试调试准备检查电路在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序一一检查，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，三极管三个引脚是否接错，继电器的常通和常开脚，开关的两个脚，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。调试；根据本设计中的电路原理图进行实物的连接，焊接连接各元件即可。12连接完成后，引出两根根导线，一根导线接+6V 电源的正极，另一根导线接地，接好线后，刚开始第一次闭合开关，继电器会自动吸合一次，然后自动松开，接着拍手来触发声控电路，每拍一下手，继电器就应吸合，灯就会发亮，然后延迟
24、10 秒后灯自动熄灭。与设计的内容基本相符合。同样设计中仍然存在误差，这是由于元器件参数的精度不够、实物连接时引入附加阻值、性能不够高以及环境温度等多方面的影响所致。在实际生活中可以通过多种措施来提高输出音频信号的的稳定度，如可以选择电容的并联使电容的值更精确；同时外界温度也会影响实验的精确性。6 6 总结总结本次课设是完成一个简易声控灯电路设计，首先通过查找书籍资料，首先进行电路原理图的设计、绘制以及PCB 版图制作，然后对电路中的各个部分进行调整修改，按照设计的电路原理图完成实物的连接，连接后在实验室不断地调试、修改，最后得到设计要求的输出波形。此次晶体管课程设计对我们的总体电路的设计的要
25、求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，13在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高；再次，通过此次课程设计，我对设计所用到的软件Multisim10 和 Protel 99SE 有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。当然，经过了课程设计，我也发现了自己的很多不足。但是通过自己的动手动脑，既增加了知识，又给了我专业知识以及专业技能上的提升，我也会更加努力，认真学习，争取在以后的课程中做得更好！在这次课设中，我首先要感谢学校给我们提供的机会，其次我要
26、感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把设计做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。最后，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中帮助过我的老师和同学。参考文献参考文献1 康华光，陈大钦，张林.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社，2006.12 周南生.晶体管电路设计与制作.北京：科学出版社，2006.83 铃木雅臣著，彭军译.晶体管电路设计.北京：科学出版社，20044 尹勇.Multisim 电路仿真入门与进阶.北京：科学出版社，20055 清源科技.Protel 99 SE 电路原理图与 PCB 设计及仿真.北京：机械工业出版社，2007.114