声光控制路灯电路的原理图设计_PROTEL课程设计.docx

声光掌握路灯的原理图设计报告书Protel 课程设计任务书题 目 ：声光掌握路灯电路的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，建和加载原理图工程文件及原理图设计环境的设置，娴熟把握如何进展原理图设计、原理图仿真的方法，设计原理图并生成网表。要求具有较扎实的电子电路的理论学问及较强的实践力量，对电路器件的选型及电路形式的选择有肯定的了解；具备电子电路的根本设计力量及根本调试力量。要求完成的主要任务：包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求1、完成用声光掌握路灯电路的设计。2、画出完整的声光掌握路灯电路的原理图。3、分析声光掌握路灯电路的原理。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。指导教师签名：年月日系主任或责任教师签名：年月声光掌握路灯的原理图设计报告书名目一、课题的设计要求及意义1二、设计思路21. 电路构成21.1 直流供电电路21.2 掌握电路分析22. 元件及其在电路中组成的单元电路3三、需备元件清单7四、电路原理图及分析91. 电路设计原理图92. 电路分析102.1 整流桥整流电路102.2 掌握电路102.3 光控电路112.4 声控电路122.5 延时电路12五、使用 99SE 绘制原理图141. 原理图设计、绘制的过程142. 绘制电路图143. 生成网络表19六、PCB印刷电路板制作211. 创立 PCB 文件21七、心得体会25附录一26附录二27附录三28参考文献29声光掌握路灯的原理图设计报告书一、课题的设计要求及意义此次我们组需要设计的电路是声光掌握路灯电路，在此电路中，我们期望到达的目的是，使电路能依据声音和光线的作用自动发光，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。 此电路图的设计主要是基于用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，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，供给照明，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，可以到达节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，用途格外。1声光掌握路灯的原理图设计报告书二、设计思路1. 电路构成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、延时电路三局部组成。掌握电路承受根本数字规律单元进展设计。感光反相检音反相、放大控制门电子开关灯延时整形图 1.电路构成图1.1 直流供电电路四只整流二极管 D1D4J 接成电桥的形式，固有桥式镇流之称。整流桥的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。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的状况下掌握灯不亮；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。2声光掌握路灯的原理图设计报告书1.3 延时电路由电容器件和电阻器件组成，通过电容的充放电来维持灯泡的点亮状态，延时的时间由电容的容量及电阻的阻值来打算。2. 元件及其在电路中组成的单元电路2.1 电容 在电子线路中，电容用来通过沟通而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，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的性质就是它的单向导电特性，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。二极管种类有很多，依据所用的半导体材料，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构造上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的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,有很小的饱和反向漏电流,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,它随入射光强度的变化而变化。当光线照耀PN 结时，可以使 PN 结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增3声光掌握路灯的原理图设计报告书加。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的电流。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 四层半导体构成的元件，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的无触点掌握，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的身影。可控硅分为单向的和双向的，符号也不同。单向可控硅有三个PN 结，由最外层的P 极和N 极引出两个电极，分别称为阳极和阴极，由中间的 P 极引出一个掌握极。单向可控硅有其独特的特性：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的掌握作用，不管有没有掌握电压，也不管掌握电压的极性如何，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。 一般晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只 PNP 晶闸管和一只 NPN 晶闸管组成的组合管。 晶闸管在该设计电路中可组成掌握电路。2.5 声控元件本电路中承受驻极体话筒，驻极体话筒也称驻极体传声器，它是利用驻极体材料制成的一种特别电容式“声电”转换器件。驻极话筒内部构造及与原理：4声光掌握路灯的原理图设计报告书图 2.驻极话筒内部构造驻极体话筒的工作原理：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的变化，也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发生变化 UQ/C，从而产生随声波变化而变化的交变电压。由于驻极体膜片与金属极板之间所形成的“电容”容量比较小一般为几十波法，因而它的输出阻抗值XC=1/2 fC很高，约在几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体三极管来进展阻抗变换。通过输入阻抗格外高的场效应管将“电容”两端的电压取出来，并同时进展放大，就得到了和声波相对应的输出电压信号。驻极体话筒内部的场效应管为低噪声专用管，它的栅极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适宜的外加直流电压下，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适宜的直流偏置电压，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，145声光掌握路灯的原理图设计报告书个引脚，工作电压 318V，频率约 5MHz，输入/输出为 CMOS 电平。41312019811&&&&1456723图 3. D4011 引脚图6声光掌握路灯的原理图设计报告书三、需备元件清单元件序元件数元件号元件规格元件类型元件封装号量BRIDGE1D14007 整流VD1VD41FLY4桥DIODEVD54181 二极DIODE1DIODE0.管4AXIAL0.RES2R1180K180K14AXIAL0.RES2R224K24K14AXIAL0.RES2R3、R62M2M24AXIAL0.RES2R4120K120K14AXIAL0.RES2R568K68K14AXIAL0.RES2R76.2M6.2K14AXIAL0.RES2R830K30K147声光掌握路灯的原理图设计报告书POT2R910050100501VR1ELECTROC1100uF/25100uF/25V1RB.2./.41VELECTROC2100uF/25100uF/25V1RB.2./.41VCAPC31521521RAD0.1CAPC43331233331231RAD0.1CAPC56816811RAD0.1ComponentA1CD40111DIP14-1MICROPHMK声控器件1AXIAL0.ONE23SCRQ1可控硅SCR1TO-92BPHOTOD2光敏二极PHOTO1DIODE0.管4LAMPDS11525W1525W1SIP2白炽灯8声光掌握路灯的原理图设计报告书四、电路原理图及分析1. 电路设计原理图图 4.电路原理图9声光掌握路灯的原理图设计报告书2. 电路分析2.1 整流桥整流电路图 5.四个二极管组成的硅整流桥整流电路2.2 掌握电路图 6.晶闸管掌握电路10声光掌握路灯的原理图设计报告书单向可控硅可通过掌握极G 的电位的凹凸来掌握它的导通与截止， 起到开关掌握的作用。2.3 光控电路图 7.光敏二极管组成的光控电路白天，由于光敏二极管 PHOTO 两端电压低，CD4011 的一脚为低电平， 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 脚的状态受 1、2 脚掌握，假设2 脚为高电平，则3 脚为低电平，假设 2 脚为低电平，则 3 脚位高电平。11声光掌握路灯的原理图设计报告书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 的滤波，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，工作原理类同白天状况。2.5 延时电路图 9.C2、R7 组成的延时电路12声光掌握路灯的原理图设计报告书延时电路由 C2、R7 组成，通过 C2 的充放电来维持灯泡的点亮状态，延时的时间由C2 的容量及R7 的阻值来打算。13声光掌握路灯的原理图设计报告书五、使用 99SE 绘制原理图1. 原理图设计、绘制的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保存及打印输出完毕图 10.原理图设计流程图2. 绘制电路图1) 建ddb.设计，并修改文件名。14声光掌握路灯的原理图设计报告书图 11.建 d d b.文件2) 创立并设计一个原理图文件在创立好一个设计工程后，下一步是穿件一个原理图文件。选取File/New.翻开 New Document 对话框，选取建文件文件后消灭以下如图12.对话框，点击Schematic Document，消灭如图13.界面，在该界面可设计图纸大小。15声光掌握路灯的原理图设计报告书图 12.建 SCH 文件对话框3) 添加元件库图 13.创立的原理图文件在放置元件钱，需先将所需元件所在的元件库载入内存。添加元件库的步骤如下： 点击原理图文件窗体上的 ， 在下拉菜单中点击 翻开窗口如以下图 14.所示。16声光掌握路灯的原理图设计报告书图 14.元件库添加/删除对话框 点击所需的元件库，再点击按钮，即可添加或删除相关元件库。4） 放置元件图 15.设计治理界面在元件库里查找需要的元件，按“防止”选用元件，Tab 设置元件属性， 放置在工作区，如以下图 15.与图 16.所示。图 16.元件属性编辑对话框17声光掌握路灯的原理图设计报告书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，所以在原理图中放置四个与非门后，要将它们“组装”起来。“组装”的过程是用 Tab 键分别设置四个与非门元件的属性，将它们的库名字 由于原理图器件的管脚名称、序号与 PCB 封装的管脚名称、序号要一样。但有的元件不肯定符合这一条件，这类问题比较常见，例如原理图中三极管的管脚序号为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 的管脚名称由1和2改为A 和K。CD4011、封装号DIP14以及标号A1、部件类型CD4011都设置一样，将其部件分别设置为 1、2、3、4。5） 元件放置好并元件属性设置完毕后，即可连线。选择连线工具条中的进展连线。完成电路图的绘制如以下图：图 17.绘制原理图183. 生成网络表声光掌握路灯的原理图设计报告书网络表是PCB电路板中自动布线的灵魂，也是原理图设计软件 SCH 与印刷电路板软件PCB 之间的接口，也是检查原理图正确与否的依据。原理图完成后，可依据图 18.的步骤生成网络表。图 18.生成网络表对话框选取菜单下的创立网络表选项则弹出如图 19.所示。19声光掌握路灯的原理图设计报告书直接点击确定键就可生成网络表文件sheet.NET。网络表文件包括两局部：一对方括号之间是一个元件的属性。包括序号、封装号、参数值。一对圆括号之间是连接某个接点的全部连线。比照原理图进展检查，看有无错误、遗漏。有问题就返回修改，再创立网络表，直到正确为止。至此，电路图SCH 设计全部完成。20声光掌握路灯的原理图设计报告书六、PCB印刷电路板制作1. 创立 PCB 文件同创立SCH 文件类似，在设计治理版面点击，然后点击文件菜单下建项，在弹出的对话框中选择 PCB Document，点确定则创立 PCB 文件如下。如图 20.图 20.创立 PCB 文件双击该图标则进入PCB 设计主界面，如图 21.所示。21声光掌握路灯的原理图设计报告书图 21.PCB 设计主界面此界面底部为板层标签，用来在设计时快速的选择板层点击设计菜单下规章，如以下图 22.所示。图 22.执行规章菜单命令更改设计规章，提前设计正确的参数。如图 23.所示。22声光掌握路灯的原理图设计报告书图 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。 定义边框在设计工作区的板层标签选择keepout layer 如图 24.所示。图 24.工作区的板层标签然后选择工具条上的按钮，画边框。此时的边框不能太大，肯定要闭合。待到布线完成后，再画准确的边框。 载入网络表文件留意：假设有封装问题无法加载的点，需返回电路原理图，修改元件属性至正确后重创立网络表，再加载。23声光掌握路灯的原理图设计报告书 将元件拖入画好的边框中，依据电关系布好后自动布线。自动布线器的运行结果如图 25.所示。图 25.PCB 完整图24声光掌握路灯的原理图设计报告书七、心得体会通过本次课题的争论，不仅熬炼了自己的动手力量，也加深了自己对PROTEL 软件更深一层的生疏。由于原先对PROTEL 软件的把握格外薄浅，所以在开头做本次课题的 时候遇到了好多困难，始终让自己很困惑。但还是坚持了下来，去查资料， 和同学争论并自己做着各种各样的尝试，有很多失败，比方一开头我就对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的“组装” 弄明白。再有遇到的困难就是管脚问题，这个问题，也让我纠结了好久， 但最终是通过网上搜了好久的资料才解决的。这也让我意识到封装库也不 是确定正确的，有要更改的引脚标号，需要调整的尺寸、焊盘直径等等因 素要考虑。另外，在进展设计前要准确地理解电路原理，有明确的设计目 标，正确的设计理念，才能消灭好的产品。总之，本次课题争论不是那么 顺当，但最终都根本上抑制了下来，将电路图依据自己查找的资料完全设 计了出来，并完成PCB 电路板的生成。这次课设是实践与理论的一次结合，这是我在以前的学习中从未体验 过的。在这次争论中，我生疏到了于是独立思考的重要性，同时在必要的 时候也需要与他人加强合作。我信任在这次课设中，我独立思考问题并解 决问题的力量得到了提升。最终课设能相对完整的完成，也增加了我对自 己的信念，证明白自己还不是那么差劲，并不是什么事情都不能独立完成。25声光掌握路灯的原理图设计报告书附录一元件清单：封装 元件值 元件标号AXIAL0.3MICMKAXIAL0.4180KR1AXIAL0.424KR2AXIAL0.42MR3AXIAL0.4120KR4AXIAL0.468KR5AXIAL0.42MR6AXIAL0.46.2MR7AXIAL0.430KR8DIODE0.4DIODE VD5 DIODE0.4PHOTO D2 DIP14CD4011 A1 FLY4VD1VD4 D1 RAD0.1152C3 RAD0.1333223C4RAD0.1681C5RB.2./.4100uFC1RB.4/.810uFC2SIP2LAMPDS1TO-92BSCRQ1VR110050R926声光掌握路灯的原理图设计报告书附录二声光掌握路灯电路的电路原理图：27声光掌握路灯的原理图设计报告书附录三声光掌握路灯电路的 PCB 电路板：28声光掌握路灯的原理图设计报告书参考文献1 周民.工程实践与训练教程M.武汉：武汉理工大学出版社，2023.82 吴友宇.模拟电子技术根底M.北京：清华大学出版社，2023.53 伍时和.数字电子技术根底M.北京：清华大学出版社，2023.44 蔡杏山.零起步轻松学protel99se 电路设计M.北京：人民邮电出版社，2023.829声光掌握路灯的原理图设计报告书本科生课程设计成绩评定表姓名专业、班级吕义斌电子信息工程、电信 1102 班性别男课程设计题目：声光掌握路灯电路的原理图设计课程设计辩论或质疑记录：1. 电源是如何与掌握电路连接的？答：首先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：单向可控硅通过它的掌握极电位的凹凸，来掌握它的导通与截止，从而掌握电路的导通与断开，使灯亮或不亮。3. 声音掌握是怎样做到的？答：当 MK 元件接收到声音信号后，经 C4 的滤波，送一个信号到 CD4011 的 5、6 脚，而脚 4 变为低电平，使得CD4011 的 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。成绩评定依据：最终评定成绩以优、良、中、及格、不及格评定指导教师签字：年月日30声光掌握路灯的原理图设计报告书31