[]电冰箱保护电路.doc

引 言在日常生活中，在日常生活中，由于外部环境的变化、各个用户的用电情况的改变而起电压较大的波动或电力系统的突然中断与连接，但是对于电冰箱它要求工作在比较稳定的情况下，长时间的过压、欠压，突然断电、上电都会对电冰箱的性能造成不同程度的损害影响它的使用寿命，情况严重一点甚至导致电冰箱烧坏。还有我们在使用电冰箱是会发现电冰箱用久了，当去开冰箱是手会麻一下，如果这样的话你就要注意了，可能用久了某些元件老化，出现了漏电情况，存在安全隐患。鉴于这一系列问题，我们就要为其设计一个保护器、报警器来进行保护我们的电冰箱、保证我们的安全。本次我们探讨的课题就是与之相关的电冰箱保护器、报警器设计通过本课题的设计，培养学生掌握电子技术的科学实验规律，熟悉实验技术，测量技术等实验研究方法，学会运用Protelse99、EWB、ptoteus等软件进行辅助设计，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。在设计产品时，为了使电器设备工作性能更加稳定，设计电器设备时须增加对产品的安全与稳定等指标的重视的理念。加深对电路理论知识的理解和掌握，更主要的是学习和掌握科学实验研究方法。学会运用理论和实验两种研究方法，解决实际问题。 目 录引 言2设计任务书4第一章 方案论证51.1数电法设计方案51.2单片机设计方案51.3数模结合法设计方案6第二章单元电路设计62.1 电源电路设计62.2采样比较电路设计72.2.1芯片介绍72.2.2 LM339芯片的基本运用。82.2.3设计电路102.3定时及开关电路设计112.3.1 555芯片介绍112.3.2用555定时器单稳态触发器122.3.3继电器介绍132.4漏电报警电路设计142.4.1电器设备漏电的种类及原因分析142.4.2漏报警电电路15第三章 总电路及原理分析153.1电冰箱保护电路总电路及其说明153.1.1电冰箱保护电路工作原理163.2元器件的参数设定163.3电路仿真173.3.1仿真软件介绍173.3.2电路仿真17第四章原理图的生成及PCB板的制作204.1 原理图的生成及其原理图204.2 PCB板的制作20第五章 元件的安装和电路的测试215.1元件的安装215.2 电路的测试和调试215.2.1测试注意215.1.2测试结果21设计心得22附录23元件清单23参考文献24设计任务书一 课程设计的目的和任务 使学生通过动脑动手解决一两个实际问题，巩固和运用在电子线路设计课程中所学到的理论知识和实验技能；基本掌握用模拟电子电路一般设计方法；提高设计能力和动手能力。为以后从事电子电路设计，研制电子产品打下基础。二 课程设计的基本要求1 掌握电子电路分析和设计的基本方法。2 培养一定的自学能力，独立分析问题的能力和解决问题的能力。3 掌握普通电子电路的生产流程及安装，布线，焊线的基本技能。4 巩固常用电子仪器的正确使用方法以及电子器件的测试方法。5 通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真，一丝不苟，实是求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观，经济观，和全局观。三 课题基本要求 1.设计并制作电冰箱保护器，此保护器具有过、欠压切断，上电延迟等功能； 2.电压在180250V范围内，正常供电时绿灯亮。正常供电范围可根据需要进行调整。 3.欠压保护：当电压低于设定允许最低电压时，自动切断电源，且红指示。 4.过压保护：当电压高于设定允许最高电压时，自动切断叫源，且红灯指示。 5.延迟保护：在上电、欠压过压保护切断电源、瞬间断电时，延迟35min才允许接通电源。欠压、过压保护后接通电源应同时满足已延迟35min且电压已恢复正常才允许接通电源。 6.漏电保护：冰箱漏电，能发出蜂鸣报警。 7.负荷功率 200W四 课题提高部分1. 安装自己设计的电路（1）检查元器件（2）对电路进行组装：按照自己设计的电路，在PCB板上插接元器件并焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。2. 通电调式（1）通电测试：对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。（2）通电调试：经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。 第一章 方案论证为了解决实际生活中的突然断电、上电、电压不稳定等因素对电冰箱的使用寿命的影响，以及电冰箱机身漏电对使用者的安全保障这一系列的问题，设计一套简单、经济、实用的电路是十分有必要的。电路的设计方案各种各样，有纯模电设计方案、有纯数电设计方案、有数模结合的设计方案、也有用单片机来实现、还可以用EDA技术来实现等。当然不同的设计方案其满足的性能指标、电路的复杂程度也就不同1.1数电法设计方案用纯数电法设计的框图如图1-1 所示 ，此电路是先对电源进行采样，然后经过A/D转化为数字信号，当转化得到的信号经过比较电路处于最低门限电压与最高门限电压之间时（正常电压范围）输出高电平，定时一段时间，开关闭合，继电器通电吸合，电冰箱通电；当转化得到的信号经过比较电路低于最低门限电压时（欠压）输出低电平，开关断开，继电器不通电断开，电冰箱断电；当转化得到的信号经过比较电路高于最高门限电压时（过压）输出低电平，开关断开，继电器不通电断开，电冰箱断电。实现断电、欠压、过压的保护。此电路可靠性高、工作稳定，但使用芯片多电路相对复杂、且不经济，一般不用。对于纯模电设计方案具有对元件要求高，不稳定、可靠性不高等缺点，所以也被舍弃。 图1-1 数电法设计的框图1.2单片机设计方案用单片机来实现的电路框图如图1-2 所示，此电路是先对电源进行采样，然后经过A/D转化为数字信号，然后经过传感器送给单片机，单片机对数据进行处理产生相应的控制信号，经过传感器送给继电器，对继电器的断开与闭合经行控制，从而控制电冰箱。实现断电、欠压、过压的保护。此电路其可靠性和稳定性就不用说了，肯定好。但对于本次的设计电路相对简单，无需用单片机技术，且从经济的角度上我们不采用这种方案。 图1-2 单片机来实现的电路框图1.3数模结合法设计方案数模结合法设计的电路框图如图1-3所示 此电路是对电源电压与参考电压进行比较，当电源电压处于最低门限电压与最高门限电压之间时（正常电压范围）输出高电平，定时一段时间，开关闭合，继电器通电吸合，电冰箱通电；当电源电压低于最低门限电压时（欠压）输出低电平，开关断开，继电器不通电断开，电冰箱断电；当电源电压高于最高门限电压时（过压）输出低电平，开关断开，继电器不通电断开，电冰箱断电。实现断电、欠压、过压的保护。此电路简单，相对稳定、经济，此设计采用此方案。 图1-3 数模结合法设计的电路框图第二章单元电路设计2.1 电源电路设计 为了给本电路设计中的的集成芯片提供电源，所以我们不得不在在电路设计中加入一个+12V直流稳压电源。直流稳压电源的工作流程如图211所示：图211直流稳压电源的方框图我们得出直流稳压电源的工作原理：电路接入幅值为220V、频率为50Hz的市电ui，通过变压器TRIAD，将市电220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值u2。通过电源变压器TRIAD输送过来的交流电，再通过图211中的桥式整流电路BRIDGE，得到单方向全波脉动的直流电压。整流电路BRIDGE将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。本设计采用单相桥式整流电路，它的四臂是由四只二极管构成，当变压器B次级的1端为正、2端为负时，二极管D2和D4因承受正向电压而导通，D1和D3因承受反向电压而截止。此时，电流由变压器1端通过D4，再经D2返回2端。当1端为正时，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，电流则由2端通过D3，再经D1返回1端。因此，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过负载，而且始终是同一方向。由于单方向全波脉动的直流电压中含有丰富的交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，滤波电容C的容量比较大，本身就存在着较大的等效电感，因此对于市电引入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问题， 在电容C旁并联一只小容量电容器C3、C5，就可有效地抑制高频干扰。 另外，稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，C3、C5则兼有抑制高频振荡的作用。输出端接入电容器C4、C6，是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。图211中的电容C就起到这个作用；但是输出的电压仍旧有较大幅度的波动对于电路中的芯片直接供电可能对芯片有所损害，使芯片不能正常的工作。为了避免这种不利的可能的发生。我们在滤波电路的后面再接一个稳压电路，使输出的直流电压更加平滑，如图212中的集成稳压器78L12。电源电路设计图如下图212所示。 图212 电源电路设计图2.2采样比较电路设计2.2.1芯片介绍对于电冰箱只有工作在它的额定电压上下一个比较小的电压的范围电冰箱才会工作正常。发挥电冰箱的最佳性能，以及保证电冰箱的正常使用寿命。基于此为我们就必须使电冰箱在它规定的电压范围内工作，当市电相对语电冰箱的工作电压欠压或者过压的时候电冰箱处于断电状态，电冰箱不工作，也就是我们常说的电冰箱过压与欠压保护。于是我们就必须对市电进行实时采样并且对市电与电冰箱的正常工作电压进行比较。当市电的电压在电冰箱的正常工作电压范围就使电冰箱正常通电，否则，是电冰箱断电不工作。采样比较电路是对电源电压与参考电压进行比较，当电源电压处于最低门限电压与最高门限电压之间时（正常电压范围）输出高电平。对于比较电路我们才用LM339芯片。下面是LM339的运用简介。LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图221为外型及管脚排列图。LM339使用灵活，应用广泛图221LM339外型及管脚排列图LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。2.2.2 LM339芯片的基本运用。1）单限比较器电路 图222a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压UinUr时，输出为高电平UOH。图222b为其传输特性。 图222单相比较电路2）迟滞比较器 迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。图223a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图223b为迟滞比较器的传输特性。图 223加正反馈的单限比较器当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过U之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于U的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现要求。图224为其原理图。图 224图225为电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4LM339的U42.8V，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为2.7V，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。由于制造了一定的回差（迟滞），在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4U3，电磁炉才又开始工作。这正是我们所期望的。图 225电网过电压检测电路3）双限比较器 图226电路由两个LM339组成一个窗口比较器。当被比较的信号电压Uin位于门限电压之间时（UR1UinUR2或UinUR1）输出为低电位（UO=UOL），窗口电压U=UR2-UR1。它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。图226双限比较器2.2.3采样比较设计电路 在我们设计中我们是对电冰箱的过压和欠压都要进行保护，则我们采用LM339运用简介中的图 225电网过电压检测电路和图226双限比较器组合电路。构成一个对电网的欠压和过压的检测电路。其原理图如下图227所示。当检测到电网的电压在电冰箱正常工作的允许范围内，则该电路输出高电平，当检测到电网电压大于或小于电冰箱的正常工作允许电压范围，则该电路输出低电平。 图227电网采样比较电路2.3定时及开关电路设计2.3.1 555芯片介绍我们通过555定时器完成上电延迟的定时。通过继电器来控制电冰箱的电源的接通和断开。555定时电路的应用十分广泛,它由TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,这二者功能完全相同,不同之处是:TTL集成定时电路的驱动能力比CMOS集成定时电路大。555定时电路的组成 555定时电路是由三个5千欧电阻组成分压器、两个高精度电压比较器、一个基本R-S触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成。它的逻辑电路图为：如图2-3-1所示。图2-3-1 555定时器逻辑电路图及555定时器逻辑符号功能描述：功能表如表2-3-1表所示。当输入端R为低电平时，不管别的输入端为何种情况，输出为低电平,CMOS管工作。当引脚6的输入电平大于2/3UDD并且引脚2的输入电平大于1/3UDD,输出为低电平,CMOS管工作当引脚6的电平小于2/3UDD并且引脚2的输入电平大于1/3UDD,输出为原状态.当引脚2的电平小于1/3UDD,电路输出为高电平,NMOS管关断.表2-3-1 555功能表 2.3.2用555定时器单稳态触发器单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。1. 电路组成及工作原理（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态当电路无触发信号时，vI保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端vO保持低电平，555内放电三极管T饱和导通，管脚7“接地”，电容电压vC为0V。（2）vI下降沿触发当vI下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，vO由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，555内放电三极管T截止，VCC经R向C充电。其充电回路为VCCRC地，时间常数1=RC，电容电压vC由0V开始增大，在电容电压vC上升到阈值电压之前，电路将保持暂稳态不变。图2-3-2用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形（4）自动返回（暂稳态结束）时间当vC上升至阈值电压 时，输出电压vO由高电平跳变为低电平，555内放电三极管T由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C经放电三极管对地迅速放电，电压vC由 迅速降至0V（放电三极管的饱和压降），电路由暂稳态重新转入稳态。（5）恢复过程当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管 T放电，时间常数2=RCESC，式中RCES是T的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此2之值亦非常小。经过（35）2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。恢复过程结束后，电路返回到稳定状态，单稳态触发器又可以接收新的触发信号。继电器工作原理2.3.3继电器介绍继电器的作用就是对电冰箱的电源的接通和断开。基于设计原理，我们采用的是电磁式继电器。电磁继电器的工作原理和特性：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）吸合。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。电磁式继电器符号图如图2-3-3所示。 图2-3-3电磁式继电器符号图由555定时器组成的定时电路加上起驱动作用的三极管和继电器就构成了电冰箱保护电路的定时、开关电路。其原理图如图2-3-4图所示。图2-3-4定时、开关电路2.4漏电报警电路设计2.4.1电器设备漏电的种类及原因分析在使用家电的过程中，有时用手触摸外壳会有一中麻电的感觉，用电笔测试氖灯会发光。这就是人们经常遇到的漏电现象。漏电通常是市电相线（也称火线）与家电外壳（包括某些外露的零部件）之间存在一条或数条泄露通路。根据电流泄露路径不同，主要分为一下四种情况。(1)静电性漏电：电器中不同材料的转动件之间的相互摩擦、气体流动以及某些射线的辐射，都可能产生静电。在空气干燥的情况下，空气对静电荷的中和作用和带电体本身的泄漏放电能力较差，会使带电体静电荷越积月多。当静电电压达到一定值时。就会发生放电现象，产生火花和嘶嘶声，这时若人体接触到带电体，就会有刺痛触电感。将电器接地后，静电就会消失。(2) 电容性漏电：电器的带电体与金属外壳之间存在着分布电容。由于电容在交流电压变化期间会进行充、放电，而起到导电的作用，因而产生电容性漏电。但因分布电容的容量一般都很小，对工频交流电而言其容抗很大，漏电较弱，对人体没有危害。不过，若在严重潮湿条件下，空气的介电常数增大，容抗减小，则电容性漏电将会增大，人体接触家用电器就会发生漏电事故。(3)短路性漏电：电器的带电部分因绝缘老化或破损，式带电体直接与电器的金属外壳相通，在电器通电运行时，就会使外壳带电其电压值接近于电器设备的工作电压值。这种漏电属于短路性漏电，危险性很大，会威胁或危及人的生命安全。电冰箱漏电报警电路2.4.2漏报警电电路电冰箱的电源线插头采用三角插，其中间一脚连接家用电器的外壳，以策安全，但早年兴建的民用住宅没有设置专用地线，三孔插座的接低端悬空不用而存在安全隐患。针对这种情况，设计了一种保安插座，只要家用电器外壳带电，即可声、光报警，提醒用户防范于未然。该插座的电路如图2-4-1所示。当外壳带电的家用电器接入三孔插座时，漏电电流便会通过火线孔、电器外壳、接地壳、报警电路和零线构成回路。漏电电流通过稳压二极管LED发光；同时，漏电电流通过稳压二极管VD2，再经过C滤波后，输入3V直流电压，使微型直流音频器B得电工作，发出报警声，提醒用户及时断电检查原因，以防止发生事故。 图2-4-1电冰箱报警电路第三章 总电路及原理分析3.1电冰箱保护电路总电路及其说明电冰箱保护电路总电路如下图3-1-1所示： 图3-1-1 电冰箱保护电路总电路3.1.1电冰箱保护电路工作原理接通电源后，220V交流电经过变压器的降压、整流桥的整流、稳压78L12的稳压后，在RP2和RP3两端可获得约12V直流工作电压。根据变压器的变压系数，调整电位器RP2和RP3，使市电在正常范围内，上、下比较器都输出高电平，此时VT1导通，电压指示灯LED保持发亮。因为C1两端初始电压为0，555时基电路的阈值端6脚为高电平，555时基电路复位，三极管VT2截止，继电器K1的常闭触点保持吸合，电冰箱电源被切断。然后电源向C1充电，使2、6两脚电位不断下降，约经过5min ，可使电位降至12V电压的13 ，555时基电压才置位，3脚输出高电平，VT2导通，继电器K1通电吸合，其常闭触点K-1断开，电冰箱通电工作。当交流电网意外断电时，C1储存电荷通过R2、D5迅速泄放，当电网恢复供电时，电路又延迟5min左右才向电冰箱供电，从而确保电冰箱压缩机不受损坏。当市电电压升高到280V以上，上比较器输出低电平：市电电压下降到180V以下，下比较器输出低电平。只要两者其一输出低电平，VT1截止，LED熄灭。此时6脚为高电平，555时基电路复位，输出端3脚为低电平，电冰箱电源被切断，从而使电冰箱在电压过高或电压过低的情况下自动停止工作，保证了电冰箱能够安全的工作在规定的范围内。当电压恢复正常时，电路要延迟5min左右才向电冰箱供电。当发生漏电时，报警电路中警示灯发亮，蜂鸣器发出嘀嘀的声音。在设计中对于电源的通断我们采用两个LED发光二极管进行模拟。3.2元器件的参数设定变压器的变压系数是18.3：1（12V），整流后的输出电压u31.2u2，当u1分别为220V、180V、250V时，u2、u3、Va的计算如下：U1=220V u2=22018.3=12.02V u3=1.212.02=14.42V Va=7.21VU1=250V u2=25018.3=13.66V u3=1.213.66=16.39V Va=8.19VU1=180V u2=18018.3=9.84V u3=1.29.84=11.8V Va=5.9V所以，比较器的上限电压为10.5V，下限电压为6.75V。调节电位器RP2和RP3,使LM339的5脚电压为10.5V，8脚电压为6.75V。从而设置好比较器的上限和下限电压值，使电路在280Vu1180V 能正常工作。电网由断电到恢复后，电冰箱要延迟一段时间才能正常工作，此段延时时间Tp由NE555的外围电路C1和R3决定： Tp1.1R3C1因为电路要求延时5分钟（300秒），设C1=220uF，则R3的阻值计算如下： R3=300(1.1220) 1.2对于三端稳压二极管采用78L12，对于市电引入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问题， 在电容C旁并联一只小容量电容器C3、C5。C3和C5取值为100nf。为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗，输出端接入电容器C4、C6，其取值均为220uF。D3、D4、D6均采用IN4001型号的二极管。R1、R2为LED发光二极管的的限流电阻。在本次设计中我们选用470。D1、D2、D5、D7为LED发光二极管，作为指示作用。Q1是作为继电器的驱动，Q2是作为555定时器的输入驱动，均采用9013型号的三极管。R7阻值68K作为D7的限流电阻。C8为47uF作为报警电路的滤波电容。C2、C7为滤除高频干扰的滤波电容选值0.01uF。RV4、RV6、RV7均选择型号为50K的可变电阻。3.3电路仿真3.3.1仿真软件介绍对于本次课程设计我们一改前例，使用了一款新的、功能更为强大的仿真软件Proteus。它组合了高级原理布图、混合模式 SPICE 仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。 Proteus 产品系列也包含了我们革命性的 VSM 技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如 LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。ISIS 提供给用户图形外观包括线宽、填充类型、字符等的全部控制，使用户能够生成如杂志上看到一样精美的原理图，远胜过 CAD 软件绘制出的稀薄的线条。画完图可以以图形文件输出，或者拷贝到剪切板以便其他文件使用。这就使得 ISIS 成为制作技术文件，学术论文，项目报告的理想工具，也是 PCB 设计的一个出色的前端。 画图的外形由风格模板定义。此外此方案允许用户定制元件库提供的库部件的外观。生成出版质量的原理图； 风格模板允许提供库部件的用户化； 鼠标驱动和内容关联的用户界面；自动走线， 以及接点的布置和切除参数表示子电路元件值的层次设计 包括子电路端口以及总线引脚的总线支持 挑选元件或建立新库元件可预览PCB封装 完全体现多元器件的同性和异性包括相应对话框用户化的元件特性的精细管理 超过 8000 元件的大型元件库。完全适用于仿真模型 网表格式： Labcenter SDF，SPICETangoBoardmaker，EEDeginer，Futurenet，Racal &Valid 电器标准检以及元件报告清单可彩色或单色输出到 Windows 打印装置 图形输出格式： WMF， BNP， DXF，EPS以及 HPGL。 3.3.2电路仿真在这里为等待时间短一些将RC定时电路的定是时间减短，（将R7=0.1M）在protues画出如图3-3-1所示仿真总电路 图3-3-1仿真总电路 （1） 电源电路的仿真，电路图如图3-3-2所示，波形图如图3-3-3所示 图3-3-2电源仿真图 图3-3-3 电源仿真波形图（2）比较电路的仿真仿真电路及结果如图3-3-4 (a)、(b)、(c)、所示(a) 过压 (b)欠压 （c）正常工作图3-3-4 比较器仿真电路（3）定时、开关电路仿真电压在工作范围内，当刚上电时，结果如图3-3-5（a）所示，定时电路开始定时，过大约25秒定时时间到（RC电路电容充电完成）555定时器5、6脚出现低电平，3脚输出高电平使Q1导通，开关打开，结果如图3-3-5（b）图所示，当过压、欠压时，555定时器5、6脚为高电平，3脚输出低电平（0），使Q1截止，开关断开，结果如图3-3-5（a）所示 图3-3-5（a） 图3-3-5（b） （4）总电路仿真仿真图如前面图3-3-1所示，当才上电时，继电器处于常断状态，红色发光二极管（D2）点亮。绿色发光二极管（D1）亮，红色发光二极管（D5）不亮，大约25秒后，继电器闭合，绿色发光二极管（D1）熄灭，红色发光二极管（D5）点亮。调节VR7使LM339 5、6脚的电压增大，当调到大于8.19V，继电器断开，可观察到：红色发光二极管（D2）熄灭，绿色发光二极管（D1）亮，红色发光二极管（D5）熄灭，再调节VR7使LM339 5、6脚的电压减小，使继电器闭合，然后调节VR7使LM339 5、6脚的电压减小，当调到小于5.9V，继电器断开，可观察到：红色发光二极管（D2）熄灭，绿色发光二极管（D1）亮，红色发光二极管（D5）熄灭，仿真结果与设计要求一致。第四章原理图的生成及PCB板的制作4.1 原理图的生成及其原理图 首先打开Protel99se软件，新建一个原理图文件并命名为电冰箱保护电路设计，选定保存的地方。然后，在工具栏中选元件，连线，对各元件进行正确的引脚封装。设置好在Proteus中仿真确定的元件参数。在protel99se中生成的原理图如下图4-1-1所示。图4-1-1 protel99se软件中生成的原理图4.2 PCB板的制作在上图4-1-1图的基础上，在工具栏中产生网络表。检查网络表无误后新建一个PCB文件，在PCB中导入网络表。然后进行自动布局，再自动布局后进行人工调整，在进行人工布线制作出PCB文件。PCB最终的布线效果图如图4-2-1所示。 图4-2-1 PCB图 第五章 元件的安装和电路的测试5.1元件的安装在安装前，先用纱布将电路板上的碳粉打磨掉，然后用万用表检查是否有短线，短路的情况，在焊接时注意焊点的大小，焊锡量要合适过，热要靠焊锡桥，使焊件很快被加热到焊接温度。元件要固定在焊锡凝固之前不要使焊件移动或震动，特别是用镊子夹住焊件时一定要等焊锡凝固再移去镊子。另外，安装时对照PCB图、原理图经行焊接，要特别注意电容，芯片等器件的引脚和极性，不能接反，否则会把这些器件烧坏。如果不小心接错了，在拔出的时候要小心，用工具慢慢把焊锡去掉，再将元件拔出。而且拔的方向要正确，如果万一有线路腐蚀过火，且线路少时，可用导线连接，连接线路要尽可能短，否则影响美观和检查。5.2 电路的测试和调试5.2.1测试注意整个电路连接完之后，就可以对该电路进行调试与测试，来发现和纠正设计方案的不足。在进行调试和测试之前，首先要对电路进行检查。对照原理图按顺序一一检查，以免出现遗漏。以元件为中心进行查线，把每个器件的引脚依次检查，看是否有接错线或少接线，为了防止出差错，最好对已检查的线路在原理图上做上标记，如果线路没有问题，就可以接着对电路进行调试和测试了。用万用表适当的档位对元器件进行测试，看线路是否接通。如果有错误就对其进行修改，修改后再调试。将输入端接通电源，用示波器测输出电压，看是否输出为各个输出端的输出的波形和幅度大小，并测量个项性能指标是否满足题目要求。如果有输入电压，而没有输出电压，就要重新对电路进行检查，直到有输出电压为止。输不出电压的原因：（1）焊接电路是有虚焊 （2）线路接触不良对没有错误的电路而言。用万用表的欧姆档对印制电路板连接在一起的节点进行测试，如果万用表有数值显示。则证明此节点已经连通的。如果没有显示，则证明此节点中间断路。5.1.2测试结果接通电源用万用表测LM339 7脚的电压，调节电位器VR4使其电压调到8.19V, 万用表测LM339 5、6脚的电压，调节电位器VR6使其电压调到5.9V, VR7调到正中间，当才上电时，继电器处于常断状态，可观察到：红色发光二极管（D2）亮，绿色发光二极管（D1）亮，黄色发光二极管（D5）不亮，大约5分钟后，继电器闭合，可观察到：绿色发光二极管（D1）熄灭，黄色发光二极管（D5）点亮。调节VR7使LM339 5、6脚的电压增大，当调到大于8.19V，继电器断开，可观察到：红色发光二极管（D2）熄灭，绿色发光二极管（D1）亮，黄色发光二极管（D5）熄灭，再调节VR7使LM339 5、6脚的电压减小，使继电器闭合，然后调节VR7使LM339 5、6脚的电压减小，当调到小于5.9V，继电器断开，可观察到：红色发光二极管（D2）熄灭，绿色发光二极管（D1）亮，黄色发光二极管（D5）熄灭，测试结果与设计要求一致。设计心得1 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。2 我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。对于以前那些没弄懂的地方，在做完课程设计，那些问题弄懂了，一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。3 在制作PCB时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。4 在画好原理图后的做PCB版时，由于我们组成员对protel99se软件的操作不熟悉，导致布线后元件出现在另一边，增加了布线难度，也产生很多不曾注意的问题，今后要牢记这个教训，使以后布线更加顺利。5 经过两个星期课程设计制作，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过本次课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践