《Protel软件应用》课程设计声控灯电路

1、PAGE 江西理工大学应用科学学院信息工程系Protel软件应用课程设计报告设计题目： 声控灯电路设计 专 业： 电子信息工程 班 级： 学 号： 姓 名： 同组人员： 指导老师： 完成日期： 指导老师评语：得分： 指导教师签名： Protel软件应用课程设计说明书声控灯电路设计目录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc295725730 1 设计任务和性能指标 PAGEREF _Toc295725730 h 1 HYPERLINK l _Toc295725731 1.1 设计任务 PAGEREF _Toc295725731 h 1 HYPERLINK l _Toc

2、295725732 1.2 性能指标 PAGEREF _Toc295725732 h 1 HYPERLINK l _Toc295725733 2 设计方案与论证 PAGEREF _Toc295725733 h 2 HYPERLINK l _Toc295725734 3 系统硬件设计 PAGEREF _Toc295725734 h 2 HYPERLINK l _Toc295725735 3.1 放大电路的原理 PAGEREF _Toc295725735 h 2 HYPERLINK l _Toc295725736 3.2 单稳态电路的原理 PAGEREF _Toc295725736 h 2 HYP

3、ERLINK l _Toc295725737 3.3 继电器电路的原理 PAGEREF _Toc295725737 h 3 3.4 整机电路的原理 3 HYPERLINK l _Toc295725741 4绘制原理图和PCB PAGEREF _Toc295725741 h 5 HYPERLINK l _Toc295725742 5 PCB板制作、焊接与调试 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 系统的调试 PAGEREF _Toc295725745 h 6 HYPERLINK l _Toc295725746 6 总结 PAGEREF _Toc295725746 h 6 HYPERLINK l _Toc295725747 致谢 PAGEREF _Toc295725747 h 7 HYPERLINK l _Toc295725748 参考文献 PAGEREF _Toc295725748 h 7Protel软件应用课程设计说明书PAGE 151 设计任务和性能指标1.1

5、 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 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

6、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

7、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。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

8、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 系统硬件设计3.1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

9、.1 压电陶瓷片的符号和外形图3.2 放大电路部分图3.2所示为放大电路的组成，将信号放大由R1和R2比例控制放大的倍数。图中Vo输出了放大的信号。3.2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

10、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。这就是单稳态电路的暂稳态现象。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

11、,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47F,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,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。3.3继电器电路的原理电磁式继电器一般由铁芯、 HYPERLINK

12、 /view/344256.htm t _blank 线圈、 HYPERLINK /view/1115167.htm t _blank 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（ HYPERLINK /view/2098799.htm t _blank 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（ HYPERLINK /view/2098800.htm t _blank 常闭触点）释

13、放。这样吸合、 HYPERLINK /view/22211.htm t _blank 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。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。3.4 整机电路的原理如下图

14、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

15、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R3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。图3.6声控电路电原理图4 绘制原理图和PCB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：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。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

16、设计电路原理图原理图绘制完成后，对所绘制的原理图进行编译。选择“Project-Compile PCB 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。+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

17、器件清单表：选择“Reports-Bill of Materials”，生成元器件清单列表如图4-3所示。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：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。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 layer statcks” “Single layer”来实现。 在禁止布线层绘制电气边界，此PCB板采用的大小为60mm40

18、mm。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设置PCB的系统参数，电路参数等相关参数。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”，弹出的对话框中，列出

19、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。图4-7 布局后的效果图 7、自动布线： 设置规则，选择“De

20、sign-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.html文件，如图4-9所示。图4-9 PCB报表打印输出PC

21、B图：选择“Files Page setup”设置纸型、效果、打印内容等。点击上面对话框的 Advanced ，弹出打印层面设置对话框。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 PCB板制作、焊接与调试5.1 PCB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，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腐蚀。3、等待大约

22、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：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的离中间远点。 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。钻孔过程中，误将线路

23、钻断了。解决办法：焊接时将锡丝熔化后将断点连上。 5.2 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。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。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。抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处得锡冷却凝固后，才可以松开左手。5.3 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

24、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。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 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