声控和光控开关设计.doc

题目：声控和光控开关设计

一、设计电路原理图及工作原理

图1设计电路原理图

一、工作原理：
当麦克风作用时，其电阻变小，A点电压下降，相当于A点产生一个负脉冲，经三极管Q1和Q2放大，并给以555构成的单稳态触发器提供负脉冲，触发器翻转，进入暂稳态，输出端第3脚输出高电平，三极管Q4和Q5导通，开关闭合，在暂稳态期间，电源通过电阻R8对电容C5充点，充电电压uC当升高到uC=2/3Vcc，触发器复位，暂稳态结束，触发器第3脚输出为低电平，555芯片内部三极管T1导通，电容C5通过T1放大，电路回复至稳定状态，开关断开。
当光照接收管时，其电阻变小，触发器输入端第2脚电压≤1/3Vcc，触发器翻转，进入暂稳态，其它工作原理同上。
其中，D1,C4,R9,Q3构成暂稳态自锁电路，工作过程：在暂稳态期间，输出端第3脚输出高电平，D1导通，三极管Q3饱和导通，其CE间导通电压很小，即B点电压很小，Q2保存截止，以防再次触发干扰暂稳态。
二极管D2作用是：当开关外接其它带有感性电路时，由于电感断电时产生反向电动势，此电动势通过二极管D2放电，其保护作用。

二、电路仿真及结果
1、 仿真软件Multisim简要介绍
Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
Multisim对电路进行仿真分析的基本过程，只是在绘电路图时还需要接入所需要的仪器仪表，构成完整的实验电路。在进行数字电路仿真或模拟电路瞬态分析时，不需要设置仿真类型和参数，只需要打开虚拟的电源开关即可进行仿真，显示仿真结果。Multisim为用户提供了数量众多的元器件，被分门别类地存放在多个器件库中。在绘制电路图时只需打开器件库，再用鼠标左键选中要用的元器件，并把它拖放到工作区即可。当光标移动到元器件的引脚时，会自动产生一个带十字的黑点，进入到连线状态。单击鼠标左键确认后，移动鼠标即可实现连线，搭接电路原理图既方便又快捷，就像在计算机上进行实验一样。
2、 仿真电路图

3、 仿真结果
A:J1闭合前、X1灭：左边为电源电压，右边为X1电压（下同）。

J2闭合、X1亮：

B：J2闭合前、X1灭：

J2闭合、X1亮：

一、 电路板设计制作过程
1、 软件Altium Designer简要介绍：
Altium Designer 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Designer 在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能,使得Altium Designer成为电子产品开发的完整解决方案－一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。
2、 PCB图设计要求和注意事项：
a、 PCB图的尺寸大小要适中,过大时印刷连线过长,减低了抗噪声能力;过小时元器件过于密集,各元器件以及连线间会互相干扰、散热效果不好。
b、 熟悉每个元器件实物掌握元器件的外形尺寸、封装形式、引线形式、排列顺序。围绕核心元件来布局，所有元件安水平或垂直反向布置。
c、 确定每个元件在板上的位置，位置合理，均匀紧凑，排列美观，整齐，充分利用空间，应把相互有关的元件尽量放得靠近些。
d、 输入端、输出端、电源端等引出端布置在PCB板边缘，便于测试。
e、 焊盘的大小和形状合适，初学者，一般焊盘外径要大于80mil，空间允许尽量大。
f、 连线的宽度一般大于60mil，注意连线之间的距离不能靠得太近，容易短路。而且连线尽可能短，以免产生干扰，连线的拐弯处应取圆弧形，避免用直角。
g、 在PCB板布线面空白处添加学号、日期等信息。
3、 PCB板制作过程
a、 打印PCB图。
b、 裁剪PCB纸。
c、 裁剪敷铜板：根据PCB图大小裁剪，留一些边距。
d、 用细砂纸轻擦电路板敷铜面，并用纸擦干净。
e、 将剪好的PCB图纸对贴住电路板敷铜面，用单面胶固定一端。
f、 过板：固定端先过板。
g、 等待冷却后取出热传印纸。
h、 钻孔：先钻小孔后钻大孔。
i、 用细砂纸轻擦电路板敷铜面上保护膜。
j、 修剪打磨电路板将四角和多余的边修剪并打磨。
k、 均匀涂上松香水保护电路板敷铜面，以防氧化。
4、 电路板安装要求和注意事项
a、安装的顺序 ：先低后高，先小后大，先轻后重。
 b、元器件的标识 ：电子元器件的标记和色码部位应朝上，以便于辩认；横向插
件的数值读 法应从左 至右 ，而竖向插件的数值读法则应从下至上。
c、符合以下情况的元器件不宜紧密贴装，而需浮装：
  a)轴向引线需要垂直插装的：一般元器件距印制板3～7mm，
     b)发热量大的元器件（大功率电阻、在功率管等）；
     c)受热后性能易变坏的器件（如集成块等）；

5、 设计制作结果

B：作品实物图正面：

C：作品实物图背面：

二、 调试测试及结果
1、 测试仪器
万用电表（MF-10型） 直流稳压电源 小车
2、 测试内容方法和步骤：
、认真检查安装后好的电路板，电阻阻值是否对，电解电容有没有接反，连线之间有没有短路，有没有虚焊，整体布线是否完整，检查无误后，可以进行测试。
、调节直流稳压电源输出电压为4.5V，接入电路板电源端和地段，在麦克风和光接收管不起作用时，测量静态参考工作点。
代号
型号
静态参考电压（V）
e
b
c
Q1
9014
0
0.58
3.57
Q2
9014
0
0.36
5.53
Q3
9014
0
0.47
0.36
Q4
9014
0.01
0
4.26
Q5
8050
0
0.05
4.26
IC
555
1
0
2
5.53
3
0
4
5.54
5
5.54
6
0.02
7
0.02
8
3.69
、当麦克风或光接收管起作用后，用万用表测量555芯片第6脚电压Uc的变化情况，有何变化？请文字描述。
答：555芯片第6脚电压从0开始逐渐升到3.4V。
、将小车的接插件头插入电路板接插件座，打开小车开关，吹一吹麦克风。小车开出一段时间后自动停下；再用光照光接收管小车同样开出一段时间后自动停下。记录小车大约运行时间T= 5.00 秒。
三、 心得体会
这学期的低频实训给我留下深刻的感受，我从中学习到了很多很多，其中包括用PROTEL99画原理图，导出PCB图，布线，运用Multisim仿真，焊电路板等等。
经过了几天的制作、测试和改正错误再制作的过程，我的声控和光控开关设计电路、仿真和测试终于成功了。在整个制作过程中，制作PCB板图和用Multisim10软件制作仿真电路是比较理论性的，也是要求比较细心的，同时制图的过程中除了要注意电路的合理性外，还需美观性，所以一些电路线是需要简化的。制作好图以后，就是制作PCB板实物图，这是要求动手能力的过程，过程中的焊接部分也是要求比较细心的，还要注意实物图整体的美观，制作好了板就可以进行测试，我的测试还算成功，没出现什么问题。还有就是整个过程我都与我们组的其他成员一起做的，所以我觉得团队精神也很重要，在遇到了自己不能解决的问题的时候，其他的成员能够帮助及时解决，才使得我们的制作效率提高了不少。
以上就是本人在此次实训过程中的心得体会。

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