毕设论文光声控制路灯电路的原理图设计 protel课程设计Word文档格式.docx
《毕设论文光声控制路灯电路的原理图设计 protel课程设计Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕设论文光声控制路灯电路的原理图设计 protel课程设计Word文档格式.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
图1.电路构成图
1.1直流供电电路
四只整流二极管D1~D4J接成电桥的形式，固有桥式镇流之称。
整流桥的D1~D2连接处称共阴极，用“+”标记，即电流从此处流出,D3~D4连接处称为共阳极，用“-”标记。
1.2控制电路分析
控制电路由四与非门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射或光线较亮的情况下控制灯不亮；
夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照射，这时声控器件开始起开关控制作用，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决定。
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，电容用来通过交流而阻隔直流，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，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。
根据其不同用途，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，此时光敏二极管截止。
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。
当光线照射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改变电路中的电流。
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和控制极g。
可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。
在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制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极引出一个控制极。
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控制极不加电压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通状态。
一旦导通，控制电压便失去了对它的控制作用，不论有没有控制电压，也不论控制电压的极性如何，将一直处于导通状态。
要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。
普通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控制电路。
2.5声控元件本电路中采用驻极体话筒，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殊电容式“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（U＝Q/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=1/2πfC）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行阻抗变换。
通过输入阻抗非常高的场效应管将“电容”两端的电压取出来，并同时进行放大，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“抗阻塞”作用。
由于场效应管必须工作在合适的外加直流电压下，所以驻极体话筒属于有源器件，即在使用时必须给驻极体话筒加上合适的直流偏置电压，才能保证它正常工作。
驻极体可组成声控单元电路。
2.6CD4011CD4011是CMOS电路，内部是四个与非门，14个引脚，工作电压3~18V，频率约5MHz，输入/输出为CMOS电平。
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
BRIDGE1
D1
4007整流桥
VD1~VD4
1
FLY4
DIODE
VD5
4181二极管
DIODE0.4
RES2
R1
180K
AXIAL0.4
R2
24K
R3、R6
2M
2
R4
120K
R5
68K
R7
6.2M
6.2K
R8
30K
POT2
R9
100~50
VR1
ELECTRO1
C1
100uF/25V
RB.2./.4
C2
CAP
C3
152
RAD0.1
C4
333~123
C5
681
Component-1
A1
CD4011
DIP14
MICROPHONE2
MK
声控器件
AXIAL0.3
SCR
Q1
可控硅
TO-92B
PHOTO
D2
光敏二极管
LAMP
DS1
15~25W白炽灯
15~25W
SIP2
四、电路原理图及分析
1.电路设计原理图
图4.电路原理图
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控制电路
图6.晶闸管控制电路
单向可控硅可通过控制极G的电位的高低来控制它的导通与截止，起到开关控制的作用。
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，即单向可控硅控制极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射，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脚控制，若2脚为高电平，则3脚为低电平，若2脚为低电平，则3脚位高电平。
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，单向可控硅控制极变成高电平，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况。
2.5延时电路
图9.C2、R7组成的延时电路
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的阻值来决定。
五、使用99SE绘制原理图
1.原理图设计、绘制的过程
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。
图11.新建ddb.文件
2）创建并设计一个原理图文件
在创建好一个设计项目后，下一步是穿件一个原理图文件。
选取File/New...打开NewDocument对话框，选取新建文件文件后出现以下如图12.对话框，点击SchematicDocument，出现如图13.界面，在该界面可设计图纸大小。
图12.新建SCH文件对话框
图13.创建新的原理图文件
3）添加元件库
在放置元件钱，需先将所需元件所在的元件库载入内存。
添加元件库的步骤如下：
1 点击原理图文件窗体上的
，在下拉菜单中点击
打开窗口如下图14.所示。
图14.元件库添加/删除对话框
2 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
在元件库里寻找需要的元件，按“防止”选用元件，Tab设置元件属性，放置在工作区，如下图15.与图16.所示。
图15.设计管理界面
图16.元件属性编辑对话框
在放置元件及设置元件属性、连线之前，要注意以下两点：
1 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（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。
2 由于原理图器件的管脚名称、序号与PCB封装的管脚名称、序号要相同。
但有的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。
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
进行连线。
完成电路图的绘制如下图：
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根据。
原理图完成后，可按照图18.的步骤生成网络表。
图18.生成网络表对话框
选取菜单下的创建网络表选项则弹出如图19.所示。
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所有连线。
对照原理图进行检查，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，在设计管理版面点击
，然后点击文件菜单下新建项，在弹出的对话框中选择PCBDocument，点确定则创建PCB文件如下。
如图20.
图20.创建PCB文件
双击该图标则进入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，用来在设计时快速的选择板层点击设计菜单下规则，如下图22.所示。
图22.执行规则菜单命令
更改设计规则，提前设计正确的参数。
如图23.所示。
图23.规则对话框
1 在规则对话框内设置布线层、走线宽度、焊盘大小等要求。
2 定义边框
在设计工作区的板层标签选择keepoutlayer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，一定要闭合。
待到布线完成后，再画精确的边框。
3 载入网络表文件
注意：
若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新创建网络表，再加载。
4 将元件拖入画好的边框中，按照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
七、心得体会
通过本次课题的研究，不仅锻炼了自己的动手能力，也加深了自己对PROTEL软件更深一层的认识。
由于原先对PROTEL软件的掌握非常薄浅，所以在开始做本次课题的时候遇到了好多困难，一直让自己很困惑。
但还是坚持了下来，去查资料，和同学讨论并自己做着各种各样的尝试，有很多失败，比如一开始我就对CD4011集成块很困惑，不知道如何将四个与非门“组装”起来应用。
最后通过和同学研究讨论，在网上查阅资料，最终通过尝试终于将它的“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，但最后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绝对正确的，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，在进行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，才能出现好的产品。
总之，本次课题研究不是那么顺利，但最终都基本上克服了下来，将电路图按照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。
在这次研究中，我认识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。
我相信在这次课设中，我独立思考问题并解决问题的能力得到了提升。
最终课设能相对完整的完成，也增加了我对自己的信心，证明了自己还不是那么差劲，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
AXIAL0.424KR2
AXIAL0.42MR3
AXIAL0.4120KR4
AXIAL0.468KR5
AXIAL0.42MR6
AXIAL0.46.2MR7
AXIAL0.430KR8
DIODE0.4DIODEVD5
DIODE0.4PHOTOD2
DIP14CD4011A1
FLY4VD1~VD4D1
RAD0.1152C3
RAD0.1333~223C4
RAD0.1681C5
RB.2./.4100uFC1
RB.4/.810uFC2
SIP2LAMPDS1
TO-92BSCRQ1
VR1100~50R9
附录二
声光控制路灯电路的电路原理图：
附录三
声光控制路灯电路的PCB电路板：
参考文献
[1]周新民.工程实践与训练教程[M].武汉：
武汉理工大学出版社，2009.8
[2]吴友宇.模拟电子技术基础[M].北京：
清华大学出版社，2009.5
[3]伍时和.数字电子技术基础[M].北京：
清华大学出版社，2009.4
[4]蔡杏山.零起步轻松学protel99se电路设计[M].北京：
人民邮电出版社，2009.8
本科生课程设计成绩评定表
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：
课程设计答辩或质疑记录：
1.电源是如何与控制电路连接的？
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，然后与后整个控制电路连接。
2.元件可控硅在电路起什么作用？
单向可控硅通过它的控制极电位的高低，来控制它的导通与截止，从而控制电路的导通与断开，使灯亮或不亮。
3.声音控制是怎样做到的？
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，单向可控硅控制极变成高电平，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
升级会员 