数电课程设计方案机器猫

1、EDA机器猫EDA技术（电子设计自动化-Electronic Design Automation）是电子信息技术 发展的杰出成果，它的发展与应用引发了一场工业设计和制造领域的革命。给企 业带来了巨大经济效益。EDA技术是以计算硬件和系统软件为基本工作平台, 继承和借鉴了前人在电路、图论与拓扑逻辑和优化理论等多学科的最新科技的成 果，它旨在助电子设计工程师开发新的电子系统与电路、IC以及PCB产品时,利用计算机进行设计、分析、仿真、制造等工作，最大限度地降低成本、节省时 间以及提高可靠性。因此EDA技术已成为理工科专业学生必备技能之一。一. 机器猫电路原理人人34机器猫电路kS P4>47

2、kC11 uF二220 uFR2150k责克风9014DQ3a 4100D14001RSIC155580500niDnFRS47 k红外发射接籾图1 机器猫电路D2149C5V 4图1所示为机器猫的电路图，它是声控、光控、磁控机电一体化的电动玩具。 主要工作原理：利用555构成的单稳态触发器，在三种不同的控制方法下，均给 以低电平触发，促使电机转动，从而达到了机器猫停走的目的。即：拍手即走、 光照即走、磁铁靠近即走，但都只是持续一段时间后就会停下， 再满足其中一条 件时将继续行走。1.555构成的单稳态触发电路的工作原理555定时器的功能主要由两个比较器 G和C2决定，比较器的参考电压由分压器

3、提供，在电源和地之间加vcc电压，并让vM悬空时，上比较器q的参考电压为2/3Vcc，下比较器C2为1/3vcc。图2为555定时器结构框图：OUTDISCM图2555定时器结构框图THTRRoutDXX00通>2/3V>1/3V10通<2/3v>1/3V1不变不变X<1/3V11断图3 555定时器各端真值表单稳态触发器电路平时，即触发信号未到来时，总是处于一种稳定状态。在 外来触发信号的作用下，它能翻转成新的状态。但这种状态是不稳定的，只能维 持一段时间，因而称之为暂稳态（简称暂态）。暂态时间结束，电路能自动回到 原来状态，从而输出一个矩形脉冲，由于这种电路只

4、有一种稳定状态，因而称之 为“单稳态触发器”，简称“单稳电路”或“单稳”。555定时器各端真值表如图3所示,当TR端电平低于电源电压1/3时，放电开关D断开,OUT输出高电平。当TH端电平大于电源电压2/3和TR端电平大 于电源电压1/3时，放电开关D对地接通，OUT输出低电平。单稳态触发器电路 如图4所示,D和TH外接充放电电阻R和电容C,由TR输入触发脉冲。当负脉 冲未到达时,TR高电平,TH也是高电平，放电开关D对地接通,OUT输出低电平, 单稳态触发器处于稳态。负脉冲到达时,TR端电平低于电源电压1/3,放电开关 D断开,OUT输出高电平，单稳态触发器进入暂稳态，这时电源通过电阻R对电

5、容 C充电，当TH端充电电压达到电源电压2/3时，负脉冲巳过去,TR恢复高电平, 放电开关D对地接通，OUT输出低电平，单稳态触发器返回稳态。单稳态触发器 受触发后，输出脉冲的宽度既暂稳态时间由R和C的充电时间决定,tw二RCIn3 1.1RC,与外界触发脉冲无关。RDCRTHOUTTRGND0. Olu图4单稳态触发电路3. 声控、光控和磁控电路声控电路由麦克风作为传惑器将声音转化为电压 ,经Q1和Q2放大后送到 单稳态触发器输入端；使它输出一个矩形脉冲，脉冲持续时间，D2导通，输出高 电平经D2和R9加在Q3基极上，使Q3饱和，输出的低电平使Q2截止，拦截了 后续声波进入单稳态触发器输入端

6、，确保单稳态触发器每次受触发只输出一个 矩形脉冲。红外光敏三极管是光控传惑器，干簧管是磁控传惑器，当接收到红外和磁信号 时，传惑器由高阻变为低阻，使单稳态触发器输入端从高由平跳到低电平 ，触发 单稳态触发器使它输出一个矩形脉冲。4. 电动机驱动电路Q4和Q5是复合三极管，其基极接单稳态触发器输出端，当单稳态触发器输 出矩形脉冲时导通，向电动机提供驱动电流，使机器猫行走，当单稳态触发器输出 低电平时,Q4和Q5复合三极管截止,使机器猫停止行走，二极管D1并连在电动机二 端，用来短路电动机产生的感应电压，防止Q4和Q5复合三极管击穿。 1<<<二. 印制电路板布局设计一般原则?布

7、局应能满足整机的机械（外形尺寸等）和电气性能要求。?元器件分布均匀、排列整齐美观，尽量使元器件的质量重心位于板的中心；?印制线路板上的元器件放置的通常顺序：放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类；放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等；放置小器件。?布局采用分区摆放和核心外围的基本原则，同一电路单元的元器件应相对集中排列，以便于调试和维修；有相互连线的元器件应相对靠近排列，以利于提高布线密度和走线距离最短。?对热敏感的元器件，应远离发热量大的元器件布置；?相互可能有电磁干扰的元器件，应采取屏蔽或隔离措施；?质量过重的器件（大功率变压器

8、、继电器等），不应布设在板上；?印制导线的布设应尽可能的短，在高频回路中更应如此；印制导线的拐弯应成圆角；当两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线。?在满足使用要求的前提下，选择布线的顺序为：单层、双层和多层布线。?印制导线的宽度：导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它的最小值以承受的电流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取0.3mm ;导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升。?在DIP封装的IC脚间走线，可应用10 10与12 12原则，即当两脚间通过 2根线时， 焊盘直径可设为 50mil、线宽与线距都为 10mi

9、l，当两脚间只通过 1根线时，焊盘直径可设 为64mil、线宽与线距都为 12mil。?印制导线的间距：相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。 最小间距至少要能适合承受的电压。 这个电压一般包括工作电压、 附加波 动电压以及其它原因引起的峰值电压。 在布线密度较低时， 信号线的间距可适当地加大， 对 高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距。?双面板上的公共电源线和接地线，尽量布设在靠近板的边缘，并且分布在板的两面。多层板可在内层设置电源层和地线层，通过金属化孔与各层的电源线和接地线连接。?大面积敷铜：印制线路板上的大面积敷铜常用于两种作用，一种是散

10、热，一种用于屏蔽来 减小干扰，初学者设计印制线路板时常犯的一个错误是大面积敷铜上没有开窗口，而由于印制线路板板材的基板与铜箔间的粘合剂在浸焊或长时间受热时，会产生挥发性气体无法排 除，热量不易散发，以致产生铜箔膨胀，脱落现象。因此在使用大面积敷铜时，应将其开窗 口设计成网状。?焊盘的直径和内孔尺寸：焊盘的内孔一般不小于 0.6mm，通常情况下以金属引脚直径值加上0.2mm作为焊盘内孔直径，如电阻的金属引脚直径为0.5mm时，其焊盘内孔直径对应为0.7mm，焊盘直径取决于内孔直径，直径小于0.4mm的孔：D/ d = 0.53 ;直径大于2mm的孔：D/d = 1.52 ;式中：（D 焊盘直径，

11、d 内孔直径） 。?跨接线的使用：在单面的印制线路板设计中，有些线路无法连接时，常会用到跨接线，在 初学者中，跨接线常是随意的，有长有短，这会给生产上带来不便。放置跨接线时，其种类 越少越好，通常情况下只设 6mm , 8mm , 10mm三种。机器猫印制板参考图2 ejcLC(L11三、整机装配与调试（一）工艺制作流程1检测电子元件2.在电路板上焊接和按装电子元件3调试电路，试验声光电控制作用4.按装机械传动部件，进行声光电控制行走试验（二 ）整机装配在连线之前，应将机壳拆开，避免烫伤及其他损害，并保存好机壳和螺钉。 注意：电机不可拆！参考下列步骤进行连线：（J1J6的长度参考材料单）名称代

12、表字符电动机M电源V麦克风S干簧管R红外接收（光控）I1. 电动机：打开机壳，电动机（黑色）已固定在机壳底部。电动机负极与电池 负极有一根连线，改装电路，将连在电池负极的一端焊下来，改接至线路板 的“电动机一”（M ）,由电动机正端引一根线J1到印制板上的“电动机+”（M+ ）。音乐芯片连接在电池负极的那一端改接至电动机的负极，使其在猫 行走的时候才发出叫声。2. 电源：由电池负极引一根线J2到印制板上的“电源一”（V ）。“电源+”（V+） 与“电机+” （ M+）相连，不用单独再接。3. 磁控：由印制板上的“磁控+、一”（R+、R ）引两根线J3、J4,分别搭焊在 干簧管（磁敏传感器）两腿

13、，放在猫后部，应贴紧机壳，便于控制。干簧管 没有极性。4. 红外接收管（白色）：由印制板上的“光控+、一”（1+、丨一）弓I两根线J5、 J6搭焊到红外接收管的两个管腿上，其中一条管腿套上热缩管，以免短路， 导致打开开关后猫一直走个不停。红外接收管放在猫眼睛的一侧并固定住。 应注意的是：红外接收管的长腿应接在“ I”上。5. 声控部分：屏蔽线两头脱线，一端分正负（中间为正，外围为负）焊到印制 板上的S+、S;另一端分别贴焊在麦克风（声敏传感器）的两个焊点上， 但要注意极性，且麦克易损坏，焊接时间不要过长，焊接完后麦克安在猫前 胸。6. 通电前检查元器件焊接及连线是否有误， 以免造成短路，烧毁电

14、机发生危险。尤其注意在装入电池前测量“电源一”（V）。“电源+”间是否短路，并注意电池极性。7.静态工作点参考值:代号型号静态参考电压EBCQ190140V0.5V4VQ29014D0V0.6V3.6VQ390140V0.4V0.5VQ4 亍90140VP0V4.5VQ58050D0V0V4.5VIC15551: 0V2:3.8V3: 0V4: 4.5VP 5:3V6: 0V7: 0V8:4.5V8.组装：简单测试完成后再组装机壳，注意螺钉不宜拧得过紧，以免塑料外壳 损坏。装好后，分别进行声控、光控、磁控测试，均有“走一一停”过程即 算合格。四. 检修流程(一)检测方法1检测电路板上电源电压是

15、否达到 4伏，如没有电压，应检查电源接线和电源开 关是否接通。如果电源电压太低，小于3伏,应检查电池是否太旧，如电池没问 题，可用电流表测量电路总电流，在电动机不转情况下，总电流超过10MA,则 电路中有短路故障，应检查排除。2. 检测电动机驱动电路,将Q4基极置高电平(用导线将555集成电路输出端3与 电源正极接通)电动机转表示驱动电路正常，否则要检查Q4和Q5是否接错或损 坏。3. 检测单稳态触发器电路，检测555集成电路各脚静态工作电压是否正常，正常 值为:1、3、6、7脚均为0伏,4和8脚为4.5伏,5脚3伏,2脚为4伏,如果偏差太 大为不正常。(1)如果1、4、8脚电压不正常应检查脚

16、是否有虚焊。 如果5脚电压不正常则555集成电路可能损坏。(3) 如果2脚电电压不是高电平,应检测Q2、C3和红外光敏三极管是否击穿 否则就是555集成电路可能损坏。(4) 如果3脚一直高电平，先要检查2脚电压是否高电平，如2脚电压是高电 平,555集成电路可能损坏。如2脚电压是低电平,应先按 排除故障(5) 如果6、7脚均不为0伏,先要检查2脚电压是否高电平,如2脚电压是 高电平,555集成电路可能损坏。如2脚电压是低电平，应先按 排除故 障。4. 声控和声控放大检测Q1和Q2三极管正常静态工作电压，Ve=0,Vb=0.5伏,Vc=4伏。(1)如果Ve不正常，检查e脚是否有虚焊。如果Vc不正常应先检查Vb是否正常，如果Vb正