2022年声光控制路灯电路的原理图设计_PROTEL课程设计.docx

精品学习资源Protel 课程设计任务书题 目 ：声光掌握路灯电路地原理图设计初始条件：娴熟使用 Protel 99se 或 Protel DXP印制板设计系统，使用PROTEL 软件，新建和加载原理图工程文件及原理图设计环境地设置，娴熟把握如何进行原理图设计、原理图仿真地方法，设计原理图并生成网表 .要求具有较扎实地电子电路地理论学问及较强地实践才能，对电路器件地选型及电路形式地挑选有肯定地明白；具备电子电路地基本设计才能及基本调试才能.要求完成地主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等详细要求）1、完成用声光掌握路灯电路地设计.2、画出完整地声光掌握路灯电路地原理图.3、分析声光掌握路灯电路地原理.4、完成 Protel 课程设计报告（应包含电路原理图，原理分析，元件清单、设计总结）.指导老师签名：年月 日系主任（或责任老师）签名：年月欢迎下载精品学习资源目录一、课题地设计要求及意义1二、设计思路11. 电路构成11.1 直流供电电路11.2 掌握电路分析22. 元件及其在电路中组成地单元电路2三、需备元件清单4四、电路原理图及分析61. 电路设计原理图62. 电路分析72.1 整流桥整流电路72.2 掌握电路72.3 光控电路82.4 声控电路92.5 延时电路9五、使用 99SE 绘制原理图101. 原理图设计、绘制地过程102. 绘制电路图103. 生成网络表14六、 PCB （印刷电路板）制作161. 创建 PCB 文件16七、心得体会19附录一20附录二21附录三22参考文献23欢迎下载精品学习资源一、课题地设计要求及意义此次我们组需要设计地电路是声光掌握路灯电路，在此电路中，我们期望达到地目地是，使电路能依据声音和光线地作用自动发光，并且自动熄灭.在白天强光照耀时，电路中灯泡不发光；而 晚上无灯光或被遮光，并且有声响时灯泡发光，且连续秒后熄灭. 此电路图地设计主要是基于用声光控延时开关代替住宅小区地楼道上地开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，供应照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭 .在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能地目地.声光控延时开关不仅适用于住宅区地楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教案楼等公共场所，用途特别.二、设计思路1. 电路构成感光反相检音反相、放大控制门电子开关灯延时整形设计该电路主要由四与非门CD4011 集成块构成，电路由直流供电电路、掌握电路、延时电路三部分组成 .掌握电路采纳基本数字规律单元进行设计.图 1.电路构成图1.1 直流供电电路四只整流二极管D1D4J 接成电桥地势式，固有桥式镇流之称.整流桥地 D1D2 连接处称共阴极，用 “+”标记，即电流从今处流出,D3D4 连接处称为共阳极，用“-”标记 .欢迎下载精品学习资源1.2 掌握电路分析掌握电路由四与非门CD4011 、光敏器件、接收声音器件、声控器件等元器件组成. 白天，要使光敏器件在阳光照耀或光线较亮地情形下掌握灯不亮；夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照耀，这时声控器件开头起开关掌握作用，当有声音信号被接收声音器件接收到后，灯亮.1.3 延时电路由电容器件和电阻器件组成，通过电容地充放电来维护灯泡地点亮状态，延时地时间由电容地容量及电阻地阻值来打算.2. 元件及其在电路中组成地单元电路2.1 电容在电子线路中，电容用来通过沟通而阻隔直流，也用来储备和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号.电容器地选用涉及到许多问题.第一是耐压地问题.加在一个电容器地两端地电压超过了它地额定电压，电容器就会被击穿损坏.电阻与电容在电路中组成延时电 路 .2.2 二极管二极管最明显地性质就是它地单向导电特性，就是说电流只能从一边过去， 却不能从另一边过来（从正极流向负极）.二极管种类有许多，依据所用地半导体材料，可分为锗二极管（ Ge 管）和硅二极管（ Si 管） .依据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等.四个二极管可组成整流桥整流电路.2.3 光敏二极管光敏二极管也叫光电二极管.光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似地,其管芯是一个具有光敏特点地PN 结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压.无光照时 ,有很小地饱和反向漏电流,即暗电流，此时间敏二极管截止.当受到光照时 ,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度地变化而变化.当光线照耀 PN 结时，可以使PN 结中产生电子一空穴对，使少数载流子地密度增加.这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加.因此可以利用光照强弱来转变电路中地电流.光敏二极管可组成光控电路.2.4 可控硅可控硅也称作晶闸管，它是由PNPN 四层半导体构成地元件，有三个电极， 阳极 a，阴极 k 和掌握极g . 可控硅在电路中能够实现沟通电地无触点掌握，以小电流掌握大电流，并且不象继电器那样掌握时有火花产生，而且动作快、寿命长、牢靠性好. 在调速、调光、调压、调温以及其他各种掌握电路中都有它地身影.可控硅分为单向地和双向地，符号也 不同 .单向可控硅有三个PN 结，由最外层地P 极和 N 极引出两个电极，分别称为阳极和阴欢迎下载精品学习资源极，由中间地P 极引出一个掌握极.单向可控硅有其特殊地特性：当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但掌握极不加电压时，它都不导通，而阳极和掌握极同时接正向电压时，它就会变成导通状态.一旦导通，掌握电压便失去了对它地掌握作用，不论有没有掌握电压，也不论掌握电压地极性如何，将始终处于导通状态.要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向 . 一般晶闸管地阳极与阴极之间具有单向导电地性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN 晶闸管组成地组合管 . 晶闸管在该设计电路中可组成掌握电路.2.5 声控元件本电路中采纳驻极体话筒，驻极体话筒也称驻极体传声器，它是利用驻极体材料制成地一种特别电容式“声电 ”转换器件 .驻极话筒内部结构及与原理：图 2.驻极话筒内部结构驻极体话筒地工作原理：当驻极体膜片遇到声波振动时，就会引起与金属极板间距离地变化， 也就是驻极体振动膜片与金属极板之间地电容随着声波变化，进而引起电容两端固有地电场发生变化（ U Q/C），从而产生随声波变化而变化地交变电压.由于驻极体膜片与金属极板之间所形成地“电容 ”容量比较小（一般为几十波法），因而它地输出阻抗值（XC=1/2 fC）很高，约在几十兆欧以上 .这样高地阻抗是不能直接与一般音频放大器地输入端相匹配地，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换. 通过输入阻抗特别高地场效应管将“电容 ”两端地电压取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应地输出电压信号.驻极体话筒内部地场效应管为低噪 声专用管，它地栅极G 和源极 S 之间复合有二极管VD ，主要起 “抗堵塞 ”作用 .由于场效应管必需工作在合适地外加直流电压下，所以驻极体话筒属于有源器件，即在使用时必需给驻极体话筒加上合适地直流偏置电压，才能保证它正常工作.驻极体可组成声控单元电路.2.6 CD4011CD4011 是 CMOS电路，内部是四个与非门，14 个引脚，工作电压318V，频率约5MHz，输入/输出为CMOS电平.欢迎下载精品学习资源14312110198欢迎下载精品学习资源&&&&4712356图 3. D4011 引脚图三、需备元件清单元件号元件序号元件规格元件类型元件数量元件封装BRIDGE1D14007 整流桥VD1VD41FLY4DIODEVD54181 二极管DIODE1DIODE0.4RES2R1180K180K1AXIAL0.4RES2R224K24K1AXIAL0.4RES2R3、R62M2M2AXIAL0.4RES2R4120K120K1AXIAL0.4欢迎下载精品学习资源MICROPHONE2MK声控器件1AXIAL0.3SCRQ1可控硅SCR1TO-92BPHOTOD2光敏二极管PHOTO1DIODE0.4LAMPDS11525W 白炽灯1525W1SIP2RES2R568K68K1AXIAL0.4RES2R76.2M6.2K1AXIAL0.4RES2R830K30K1AXIAL0.4POT2R910050100501VR1ELECTRO1C1100uF/25V100uF/25V1RB.2./.4ELECTRO1C2100uF/25V100uF/25V1RB.2./.4CAPC31521521RAD0.1CAPC43331233331231RAD0.1CAPC56816811RAD0.1Component-1A1CD40111DIP14欢迎下载精品学习资源四、电路原理图及分析1. 电路设计原理图图 4.电路原理图欢迎下载精品学习资源2. 电路分析2.1 整流桥整流电路图 5.四个二极管组成地硅整流桥整流电路2.2 掌握电路图 6.晶闸管掌握电路欢迎下载精品学习资源单向可控硅可通过掌握极G 地电位地高低来掌握它地导通与截止，起到开关掌握地作用.2.3 光控电路图 7.光敏二极管组成地光控电路白天，由于光敏二极管 PHOTO 两端电压低， CD4011 地一脚为低电平， 3 脚即变成高电平，导致 11 脚为低电平，即单向可控硅掌握极 G 为低电平，单向可控硅 SCR 截止，灯泡不亮；夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照耀，其阻值很高，两端电压较高，即1 脚变成高电平，此时 3 脚地状态受 1、2 脚掌握，如 2 脚为高电平，就3 脚为低电平，如2 脚为低电平，就3 脚位高电平.欢迎下载精品学习资源2.4 声控电路图 8.含 MK 元件声控电路当驻极体接收到声音信号后，经C4 地滤波，送一个信号到5、 6 脚，而 4 脚变为低电平，使得 13 脚变为低电平， 11 脚输出高电平，单向可控硅掌握极变成高电平，单向可控硅导通，灯泡点亮；当驻极体没有接收到声音信号时，11 脚为低电平，灯泡不亮，工作原理类同白天情形 .2.5 延时电路图 9.C2、R7 组成地延时电路延时电路由 C2 、R7 组成，通过 C2 地充放电来维护灯泡地点亮状态，延时地时间由C2地容量及 R7 地阻值来打算 .欢迎下载精品学习资源五、使用 99SE 绘制原理图1. 原理图设计、绘制地过程开头设置图纸大小设置设计环境放置元件及调整原理图布线调整线路报表输出文件储存及打印输出终止图 10.原理图设计流程图2. 绘制电路图1) 新建 ddb.设计，并修改文件名 .欢迎下载精品学习资源图 11.新建 d d b. 文件2) 创建并设计一个原理图文件在创建好一个设计工程后，下一步是穿件一个原理图文件 .选取 File/New. 打开 New Document 对话框，选取新建文件文件后显现以下如图 12.对话框，点击 Schematic Document ，显现如图 13.界面，在该界面可设计图纸大小 .欢迎下载精品学习资源图 12.新建 SCH 文件对话框图 13.创建新地原理图文件3添加元件库在放置元件钱，需先将所需元件所在地元件库载入内存.添加元件库地步骤如下：点击原理图文件窗体上地，在下拉菜单中点击打开窗口如下图 14.所示 .欢迎下载精品学习资源图 14.元件库添加 /删除对话框 点击所需地元件库，再点击按钮，即可添加或删除相关元件库.3. 放置元件在元件库里查找需要地元件，按“防止 ”选用元件， Tab 设置元件属性，放置在工作区，如下图15.与图 16.所示 .图 16.元件属性编辑对话框图 15.设计治理界面在放置元件及设置元件属性、连线之前，要留意以下两点： 本电路要用到CD4011 集成块，它是一个复合元件，由四个与非门组成，所以在原理图中欢迎下载精品学习资源 由于原理图器件地管脚名称、序号与PCB 封装地管脚名称、序号要相同 .但有地元件不一定符合这一条件，这类问题比较常见，例如原理图中三极管地管脚序号为B、E、C，而 PCB 封装中管脚序号为 1、2、3.在本 DDB 文件中，需要将 D2 、VD5 、lamp 地管脚名称由 1和2改为 A 和 K.4.元件放置好并元件属性设置完毕后，即可连线.挑选连线工具条中地进行连线 .完成电路图地绘制如下图：放置四个与非门后，要将它们“组装 ”起来 . “组装 ”地过程是用 Tab 键分别设置四个与非门元件地属性，将它们地库名字（CD4011 ）、封装号（ DIP14 ）以及标号（ A1 ）、部件类型（CD4011 ）都设置相同，将其部件分别设置为1、2、3、4.图 17.绘制原理图3. 生成网络表网络表是PCB（电路板）中自动布线地灵魂，也是原理图设计软件SCH 与印刷电路板软件PCB 之间地接口，也是检查原理图正确与否地依据.原理图完成后，可依据图18.地步骤生成网络表.欢迎下载精品学习资源图 18.生成网络表对话框选取菜单下地创建网络表选项就弹出如图19.所示 .欢迎下载精品学习资源直接点击确定键就可生成网络表文件sheet.NET.网络表文件包括两部分：一对方括号之间是一个元件地属性 .包括序号、封装号、参数值.一对圆括号之间是连接某个接点地全部连线.对比原理图进行检查，看有无错误、遗漏.有问题就返回修改，再创建网络表，直到正确为止.至此，电路图SCH 设计全部完成 .六、 PCB （印刷电路板）制作1. 创建 PCB 文件同创建 SCH 文件类似，在设计治理版面点击，然后点击文件菜单下新建项，在弹出地对话框中挑选PCB Document ，点确定就创建 PCB 文件如下 .如图 20.欢迎下载精品学习资源图 20.创建 PCB 文件双击该图标就进入PCB 设计主界面，如图21.所示 .图 21.PCB 设计主界面此界面底部为板层标签，用来在设计时快速地挑选板层点击设计菜单下规章，如下图22.所示 .欢迎下载精品学习资源图 22.执行规章菜单命令更换设计规章，提前设计正确地参数.如图 23.所示 .图 23. 规章对话框 在规章对话框内设置布线层、走线宽度、焊盘大小等要求. 定义边框欢迎下载精品学习资源在设计工作区地板层标签挑选keepout layer 如图 24.所示 .图 24.工作区地板层标签然后挑选工具条上地按钮，画边框 .此时地边框不能太大，肯定要闭合.待到布线完成后，再画精确地边框 . 载入网络表文件留意：如有封装问题无法加载地点，需返回电路原理图，修改元件属性至正确后重新创建网络表，再加载. 将元件拖入画好地边框中，依据电关系布好后自动布线.自动布线器地运行结果如图25.所示.图 25.PCB 完整图七、心得体会通过本次课题地争论，不仅锤炼了自己地动手才能，也加深了自己对PROTEL 软件更深一层地熟悉 .由于原先对PROTEL软件地把握特别薄浅，所以在开头做本次课题地时候遇到了好多困难， 始终让自己很困惑 .但仍是坚持了下来，去查资料，和同学争论并自己做着各种各样地尝试，有很欢迎下载精品学习资源多失败，比如一开头我就对CD4011 集成块很困惑，不知道如何将四个与非门“组装 ”起来应用 .最终通过和同学争论争论，在网上查阅资料，最终通过尝试最终将它地“组装 ”弄明白 .再有遇到地困难就是管脚问题，这个问题，也让我纠结了好久，但最终是通过网上搜了好久地资料才解决地.这也让我意识到封装库也不是肯定正确地，有要更换地引脚标号，需要调整地尺寸、焊盘直径等等因素要考虑 .另外，在进行设计前要精确地懂得电路原理，有明确地设计目标，正确地设计理念，才能显现好地产品 .总之，本次课题争论不是那么顺当，但最终都基本上克服了下来，将电路图依据自己查找地资料完全设计了出来，并完成PCB 电路板地生成 .这次课设是实践与理论地一次结合，这是我在以前地学习中从未体验过地.在这次争论中，我熟悉到了于是独立摸索地重要性，同时在必要地时候也需要与他人加强合作.我信任在这次课设中，我独立摸索问题并解决问题地才能得到了提升.最终课设能相对完整地完成，也增加了我对自 己地信心，证明白自己仍不是那么差劲，并不是什么事情都不能独立完成.附录一元件清单：封装元件值 元件标号AXIAL0.3MICMK AXIAL0.4180KR1 AXIAL0.424KR2AXIAL0.42MR3 AXIAL0.4120KR4 AXIAL0.468KR5 AXIAL0.42MR6 AXIAL0.46.2MR7 AXIAL0.430KR8 DIODE0.4DIODE VD5 DIODE0.4PHOTO D2DIP14CD4011A1FLY4VD1VD4 D1 RAD0.1152C3欢迎下载精品学习资源RAD0.1333223 C4 RAD0.1681C5 RB.2./.4100uFC1 RB.4/.810uFC2SIP2LAMP DS1 TO-92BSCRQ1 VR110050R9附录二声光掌握路灯电路地电路原理图：欢迎下载精品学习资源附录三声光掌握路灯电路地PCB 电路板：欢迎下载精品学习资源参考文献1 周新民 .工程实践与训练教程 M. 武汉：武汉理工高校出版社，2021.82 吴友宇 .模拟电子技术基础 M. 北京：清华高校出版社，2021.53 伍时和 .数字电子技术基础 M. 北京：清华高校出版社，2021.44 蔡杏山 .零起步轻松学 protel99se 电路设计 M. 北京：人民邮电出版社，2021.8欢迎下载精品学习资源本科生课程设计成果评定表姓名吕义斌性别男专业、班级电子信息工程、电信1102 班课程设计题目：声光掌握路灯电路地原理图设计课程设计答辩或质疑记录：1. 电源是如何与掌握电路连接地？答：第一用到了整流桥整流电路，使其输出电信号为直流信号，通过接一电阻，起到限流作用，在并接一电容，起滤波作用，然后与后整个掌握电路连接.2. 元件可控硅在电路起什么作用？答：单向可控硅通过它地掌握极电位地高低，来掌握它地导通与截止，从而掌握电路地导通与断开，使灯亮或不亮 .3.声音掌握是怎样做到地？答：当 MK 元件接收到声音信号后，经C4 地滤波，送一个信号到CD4011 地 5、6 脚，而脚 4变为低电平，使得CD4011 地 13 脚变为低电平， 11 脚输出高电平，单向可控硅掌握极变成高电平，单向可控硅导通，灯泡亮；当MK 没有接收到声音信号时，11 脚为低电平，灯泡不亮.成果评定依据：最终评定成果（以优、良、中、及格、不及格评定）指导老师签字：年月 日欢迎下载精品学习资源欢迎下载