声控灯.docx
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声控灯.docx
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声控灯
声控灯
大型作业任务书
大型作业任务书
一、设计题目:
楼梯灯声光控制电路
二、设计要求:
1.按照PCB板设计的方法步骤(需求分析、元件设计、原理图设计、PCB图设计、打印输出)设计给定题目对应的PCB板,并编写相应文档。
2.在AltiumDesigner中完成原理图及PCB板的创建,并编写要完成所需功能(元件的设计、封装和放置以及PCB板的布线等),要求设计的PCB板和所给的实物在外观上类似,功能上一样。
3.把以上两步整理编写出《大型作业设计说明书》,《大型作业设计说明书》的格式为:
封面、大型作业任务书、摘要、前言、目录、正文、总结、参考资料。
字数不少于10000字,页数不少于15页。
班级:
姓名:
指导教师:
2011年11月30日
摘要
随着电子科技的蓬勃发展,新型元件层出不穷,电子线路变得越来越复杂,电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成,电子线路计算机辅助设计已经成为必然趋势,越来越多的设计人员使用快捷、高效的计算机辅助设计(CAD)软件来进行辅助电路原理图、印制电路板图的设计,打印各种报表,控制电路板的生产。
在众多的电子线路CAD(ComputerAidedDesign——计算机辅助设计)软件,其中Protel以其界面友好、功能完善、操作简单、易学易用等优点,在EDA(ElectronicDesignAutomation——电子设计自动化)领域得到广泛使用,深受广大电子爱好者欢迎并作为首选的软件。
AltiumDesigner6是原Protel软件开发商Altium(澳大利亚)公司于2006年推出的一体化的电子产品开发系统,主要运行在WindowsXP、Win7操作系统上。
1988年,ProtelTechnology公司设计的DOS版电路设计软件以其“易学、实用”的特点受到广大电路设计人员的欢迎
进入20世纪90年代,ProtelTechnology公司及时推出了基于Windows的Protel软件——ProtelforWindows1.0版
1994年和1997年分别推出了ProtelforWindows2.0版和ProtelforWindows3.0版
1998年Protel公司推出了Protel98,特别是出色的自动布线功能得到了用户的支持
1999年和2000年分别推出了Protel99和Protel99SE
2002年8月推出了令人期待的最新产品ProtelDXP(2000年的8月ProtelTechnology成功地整合了多家EDA软件公司,并更名为Altium公司)
2004年和2005年Alitum公司分别推出了ProtelDXP2004和ProtelDXP2004SP2(可以选择中文操作界面)
2005年年底,Altium公司推出了Protel系列电子设计软件的最新高端产品——AltiumDesigner6.0。
本次大型作业也主要是使用AltiumDesigner6.0来设计楼道声光控制电路图,以及完成PCB板的设计。
前言
电路设计自动化(ElectronicDesignAutomtion,EDA)技术,是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成,是在电子计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,CAD)技术基础上发展起来的计算机设计技术。
它集计算机、电子、信息和计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing,CAM)、计算机辅助测试(ComputerAidedTest,CAT)等技术于一体,不仅具有强大的设计能力,而且具有测试、分析及管理的功能。
它改变了以往采用定量计算和电路实验为基础的传统设计方式,使电路的分析与设计方法发生了重大的变革、
Protel系列软件已拥有大量的用户群,已经成为电路设计者必备的基础工具之一。
AltiumDesigner6.x是Altium公司最新一代的板级电路设计程序,除了全面继承包括Protel99SE、ProtelDXP在内的先前一系列版本的功能和优点外,还增加了许多改进和很多高端功能。
它将原理图绘制、电路仿真、集成化印制电路板(PrintedCircuitBoard,PCB)设计、涉及规则检出、文档报表输出、可编程序器件及逻辑器件设计等完美融合,为用户提供了全面的设计解决方案,是电子线路设计者首选的EDA设计软件。
楼道声光控制电路就是在AltiumDesigner6软件下经过原理图设计、PCB设计和PCB3D设计等完成电路的设计。
目录
楼道声光控制电路需求分析
电路组成
电路如图所示.由声控电路、光控电路、触发及延时电路、控制电路供电电路、受控电路等几部分组成。
实际上这一个由声、光双重控制的电路,其作用是在夜晚或光线较暗的时间段.当外部环境中有任何声音发出时(如有人走过),灯泡将自动点亮,约1分钟后又自动熄灭:
而在白天或光线强烈的时候,无论外部环境中是否有声音发出,灯泡都不会被点亮,达到节能的目的。
1.可控硅控制电路
该电路中,灯泡的点亮与熄灭由可控硅(VT)控制。
当可控硅导通时(可控硅的A、K极相当于开关接通),220V电源将通过桥式整流电路、可控硅为灯泡供电,灯泡发光;而当可控硅截断时,灯泡供电回路被阻断,不能发光。
可控硅是否导通,取决于其控制级(G)是否有触发电压.该触发电压来自于声音和光线检测电路。
当“光线暗、有声音”这两个条件同时满足时,声光检测电路将产生一个触发电压送给可控硅G级,并且该电压每次只能维持约1分钟左右;当“光线暗、有声音”这两个条件有一个不满足时(即白天、晚上但无声),声光检测电路均不会使触发电路产生触发电压,可控硅也就不会导通。
2.声控部分
声音检测由MIC(驻极体话筒)完成,当外部环境中有声音发出时,话筒+端(TP3)将输出交流音频信号,该交流信号经Q1放大后,从R5、C3端耦合输出,然后经R6、R7送至Q2和Q3,若声音信号能正常到达Q2的基极,则信号中的正半周部分将使Q2导通,Q2导通后,Q3也将跟着导通,此时,+12V电源将通过Q3和D6快速给电容C4充电,只要瞬间发出的声音即可以使C4上充足电压(6V~8V),该电压经R12送到可控硅的控制级G,使可控硅导通,灯泡发光。
随着电容C4上电压经可控硅放电,C4(TP6)电压将慢慢降低,当降到一定程度时(实测约O.9V以下),该电压不足以维持可控硅继续导通,可控硅将截断,灯泡熄灭。
直到下一次有声音时C4被重新充电才能再次导通。
按图中参数,C4的容量所充电压大约能维持可控硅导通1分钟左右.增大或减小C4的容量。
可以延长或缩短烁泡发光的时间。
3.光控部分
光线检测电路主要由光敏电阻RG完成,该电阻的特点是.当照射到该电阻受光面上的光线弱时(比如晚上时),该电阻将呈现很大的阻值(MΩ以上);而当照射到其受光面上的光线较强时(白天时),其阻值将急剧减小,相当于一个很小的电阻。
正是由于白天时RG呈现出较小的阻值,故即使话筒接收到声音信号,当声音信号经过R6和RG组成的分压电路时,只会在RG上产生很小的压降,即相当于被RG旁路到地,不能到达Q2的基极,从而使Q2和Q3都处于截止状态,C4无法得到充电,可控硅得不到触发电压处于截断状态,灯泡不发光。
4.控制电路供电部分
声光控制电路要正常工作,需要约+12v的电源电压,其供电过程如下:
在灯泡不亮时,220V经灯泡和桥式整流电路后.在TP1点得到约100V的直流电压(电压大小视灯泡瓦数而定),经R1降压,D5隔离、DW稳压后,在C1(TP2点)端得到约12v的直流电压,为后面的声光检测电路供电。
需要注意的是,当可控硅导通,灯泡发光时,由于可控硅的A、K极近似短路,TP1点电压接近0V,故+12v电压也将消失,直到灯泡熄灭才能恢复。
5.指示灯电路
由R11和发光二极管LED组成,在灯泡不亮时,因为+12v电压的存在,LED将发光,可以在黑暗中作为该声控开关的位置指示。
灯泡点亮期间,因+12V电压消失,LED也不发光。
1.元件清单
楼道灯声光控制开关电路元器件清单
序号
元件在图中的标号
原件图形样本名
其所在元件库
标识值
原件封装
01
R1
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
100KΩ
02
R2
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
10KΩ
03
R3
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
3M9Ω
04
R4
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
51KΩ
05
R5
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
51KΩ
06
R6
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
100KΩ
07
R7
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
4K7Ω
08
R8
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
51KΩ
09
R9
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
10KΩ
10
R11
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
5K1Ω
11
R12
res2
MiscellaneousDevices.IntLib
100KΩ
12
RG
res
RG.SchLib
*Ω
13
C1
cappol2
MiscellaneousDevices.IntLib
330uF
14
C2
cap
MiscellaneousDevices.IntLib
0.01uF
15
C3
cappol2
MiscellaneousDevices.IntLib
1uF
16
C4
cappol2
MiscellaneousDevices.IntLib
330uF
17
D1~D4
1N4007
MiscellaneousDevices.IntLib
18
D5
1N4007
MiscellaneousDevices.IntLib
19
D6
1N4148
MiscellaneousDevices.IntLib
20
DW
DW.CchLib
12V
21
MIC
mic2
MiscellaneousDevices.IntLib
22
LED
led1
MiscellaneousDevices.IntLib
23
灯泡
LED
灯泡.SchLib
25W~40W
24
VT
mcr100-6
MiscellaneousDevices.IntLib
25
Q1
9014
MiscellaneousDevices.IntLib
26
Q2
9013
MiscellaneousDevices.IntLib
27
Q3
9012
MiscellaneousDevices.IntLib
参考原理图
1认识软件及创建新项目
1.1启用AltiumDesigner6.0软件
软件主界面
1.2新建项目文件
(1)执行菜单命令File/New/Project/PCBPeoject。
(2)执行菜单命令File/ProjectSaveAS,弹出保存路径菜单,确定保存路径和输入项目名为“楼道声光控制电路”保存。
如下图
1.3新建原理图文件
执行菜单File/New/Schematic,启动原理图编辑器,在Project工作面板的项目文件下新建一个原理图文件,保存为“贺春灯电路原理图.SchDoc”。
1.4装载原理图元件库
贺春灯电路中所包含的元件类型有:
电阻、电容、三极管、稳压管、发光二极管。
这些常用的元件在集成库MiscellaneousDevices.IntLib中都可以找到。
默认情况下,创建原理图文件时,该库会自动加载,若在库列表中无此元件库,可通过下面方法加载。
(1)在Libraries工作面板上单击
弹出如下左图所示对话框。
2)单击选项下方
按钮,选择添加MiscellaneousDevices.IntLib,单击打开添加库完成,如下右图所示。
1.5绘制元器件
创建元器件库命名为“元器件库.Schlib”并保存在“楼道声光控制电路.Pripcb”工程下
对原有元器件编辑修改
打开“元器件库.schlib”原理图元件库文件。
执行菜单命令“file\open”,先在选择文件打开对话框中找到“MiscellanceousDeive.Schlib”文件所在目录(默认的安装目录为“C:
\programfiles\AltiumDesigner6\library”);然后选择“MiscellanceousDeive.Schlib”文件,双击该文件名或单击对话框下面的“打开”按钮,显示如图对话框,单击“ExtractSources”(释放集成库)按钮,即可调出该库中的原理图库文件
(1)找到与所需元件相似的元件并对其修改以获得所需元件
修改其属性得到元件DW.以同样的方法创建所需元器件
加载元器件
1.6连接导线
(1)单击菜单Place/Wire,或者在图纸内单击鼠标右键,选择Place/Wire。
此时原理图编辑器处于连线状态。
鼠标变为十字形。
(2)移动鼠标指针至连线起点,单击鼠标左键,确定导线起点。
(3)拖动鼠标到连线终点时,单击鼠标左键确定。
结束本次连线。
此时仍处于连线状态,如需退出,单击右键方可退出
(4)在导线十字交叉处放置节点。
执行菜单命令Place/ManualJunction。
1.7放置网络标号
单击工具菜单
,或者单击菜单Place/NetLable,放置网络标号。
放置前按“Tab”键修改属性。
1.8保存完成后如图所示
保存后进行编译
创建网络报表
创建网络报表的操作方法如下:
打开要创建网络报表的原理图文档。
指行菜单命令“Designer\netlistfromdocument\protel”,立即产生网络报表。
网络报表(*.net)与源文档同名,单击“project”面板标签,可以看到所创建的网络报表文档图标。
单击文档图标,可在文本编辑窗口内打开网络报表文档。
2.导入元件封装与网络
2.1在原理图编辑环境下,执行菜单命令“designer\updatepcbdocument楼道声光控制电路pcb.pcbdoc”,
在弹出的“engineeringchangeorder”对话框中,依次单击“alidatechanges”,“excutechanges”按钮。
完成载入网络报表和元件封装。
注:
载入时发现有些元件的飞线没有加载到pcb板经检查发现在自己绘制的元件封装中出现问题元件原理图中引脚与封装的引脚不对应,编辑原理图引脚使之与封装图相对应并对其重新封装。
并重新将原件加载到原理图中,对原理图进行编译,创建网络报表并重新载入pcb板,重新加载后的效果图,如图所示
2.2对元器件布局进行手工调整
虽然Altiumdesigner自动布局的速度和效率都很高,但自动布局后的元件通常都很凌乱,并不能完全符合设计需要,因此,不能完全依赖程序的自动布局,在自动布局结束后往往还要对元件布局进行手工调整。
同时,还要考虑到电路是否能正常工作和电路的抗干扰行等问题,可能对某些元件的布局有特殊的要求,这是系统自动布局无法完成的。
因此,对元件布局进行手工调整是十分必要的。
对元件布局进行手工调整主要是对元件进行移动、旋转操作。
手工调整元件位置:
该操作主要是对元件进行移动、旋转操作,操作方法同原理图中移动、旋转元件相同。
自动对齐排列:
选中被排列的元件,执行菜单“Edit\Align”下各子菜单命令,以整齐美观为标准选择实际需要的排列方式即可完成。
2.3手动布线
2.4补泪滴
执行菜单命令Tools/Teardrops...打开“TeardropOptions”对话框,如图所示。
对在该对话框中对补泪滴选项进行设置。
2.5放置多边形覆铜
执行菜单命令Place/PolygonPour...,鼠标变成十字光标,在需要覆铜区圈出封闭图形。
2.6放置安装孔
在电路板四个角放置焊盘设置属性为X-Size为100mil,HoleSize为80mil,圆形,Multi-Layer,所属网络分别为无网络。
2.7保存。
保存后如图显示
3.PCB的3D显示
执行菜单命令View\legacy3D,AltiumDesigne6就会生成一个3D效果图,同时弹出PCB3D效果导航栏面板。
视角切换栏用于实现对电路板进行各个角度的观察。
只需要将指针移动到在此栏中单击鼠标左键或指针上下左右拖动,就可以看到视觉变化后的图。
如下图所示
翻转3D图,如下图所示
4小结
4.1原理图的设计流程
启动原理图编辑器
↓
设置图纸大小以及版面
↓
放置元件
↓
布局布线
↓
对布局布线后的元件进行调整
↓
电气检查
↓
保存文档和报表输出
4.2PCB板的设计流程
PCB文件的创建→导入元件封装与网络→手动布局→自动布线
↓
保存←放置安装孔←放置多边形覆铜←补泪滴
5总结
通过这次大型作业设计,让我对这学期所学的电子CAD知识有了更加全面系统的认识,也发现了CAD学习的乐趣。
与此同时,这一周的实训也考验了我对所学知识的掌握程度,以及分析问题的全面性和解决问题的能力,使我在理论学习的基础上,也大大提高了实践能力。
这次大型作业设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的,只有理论知识永远也不能真正掌握这门课程的真谛,只有把所学的理论知识与实践相结合,从理论中得到结论,才能真正运用到实践当中去,从而提高自己的实际操作能力和独立思考的能力。
在这次大型作业设计中,我遇到了很多困难,最后通过向同学请教和问老师,还有自己坚持不懈的努力,所有的困难都迎刃而解,终于完成了作业设计。
当时心中真的很高兴,很有成就感!
不过,也不得不承认,自己对所学知识掌握的不够牢固,还需要继续努力。
其实我在做大型作业时候,也是我回顾复习我的课本知识的时候,让我对课本的知识印象更深刻,以前学习的知识很琐碎很杂一下子消化不了,但是在这次大型作业中我运用到了很多书上琐碎的技巧,以及了解到了很多元件的功能等等。
而且还记住了很多有用的东西。
所以说,这为期一周的电子CAD实训对我们的帮助是很大的!
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