模拟电子技术课程设计---多路断线报警器.doc

模拟电子技术课程设计说明书 题 目 多路断线报警器院 、 系： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 贾雅琼 职称 讲师 专 业： 电子信息工程 班 级： 完成时间： 2012-6-12 摘 要 此次课程设计的作品是一个四路断线报警器，它由直流稳压电源、四个发光二极管、四个限流电阻、四个分压电阻、一个四输入的与非门74ls20以及一个蜂鸣器组成。当任意一根并联在发光二极管和限流电阻两端的导线断开时，发光二极管发光，正确显示断线的位置，分压电阻的电压为低电平“0”，通过与非门，使输入的低电平变为高电平“1”，从而使蜂鸣器鸣叫，达到报警的效果关键字 三端集成稳压管；二极管；与非门；电阻；电容 abstract the course design work is a four road break line alarm, it by a dc voltage stabilizer, four leds, four current limiting resistor, four points resistor, a four input and 74 ls20 sr and a buzzer composition. when any a root in parallel light emitting diode and the current limit resistance at the ends of the wires disconnect, the led to shine, and the position of the display correctly break line, dividing resistor voltage for low level 0, through and sr, input low level into high level 1, so as to make a buzzer sounding, achieve the effect of alarmkey words the three integrated voltage stabilizing tube; diode; and sr; resistance; capacitance目 录 1、 设计内容 11.1、设计目的1 1.2、设计要求1 1.3、设计原理12、 设计思路与分析22.1、信号转化装置2 2.2、信号比较装置3 2.3、逻辑控制装置3 2.4、功能提示装置3 2.5、设计原理图3 2.5.1、技术指标53、 电路仿真74、 制作pcb8 4.1、画出原理图8 4.2、创建pcb文件8 4.3、导入器件8 4.4、元件布线8 4.5、drc校验10.5、 实物的制作116、 作品的检测与调试127、 小结和体会13.参考文献14致谢15附录161 1 设计内容 1.1 设计目的学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在模拟电子技术中所学的理论知识和实验技能，掌握模拟电子系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。全面加强学生实践动手能力和创新意识的培养，提高就业竞争力，为电气信息学科人才培养服务。加强学生对专业前沿技术学习和能力的培养，加强电子信息类专业实验和实践教学改革，调动学生学习电子信息技术的积极性。1.2设计要求1、打印模拟电子技术课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试过程；2、根据技术指标要求，画出设计电路图，画出印制电路版图；3、设计时间：二周；4、制作pcb板；5、人员分组：一人一组一实物，选择同一课题的电路不能相同。1.3 设计原理：设计一个多路短线报警器要求：a. 能对四个地点进行监控b. 正确显示每个断点的位置c. 出现断点时发出声音提示d.尽可能采取集成电路e.允许计算机绘图仿真2、设计思路与分析2.1 信号转换装置一般情况下，我们使用的电源信号都是交流电源即：220v,50hz。而我们所设计的多路断线报警器所采用的5v直流电源信号，由于这种信号不是很常见，所以我们应设计信号转换装置。此装置包括变压器、整流电路、滤波电路、稳幅。其中整流电路是单相桥式整流电路，稳幅电路是一个三端集成稳压管 图2.1 信号转换装置2.2信号比较装置这是一个很重要的装置，与非门：当输入端全为高电平“1”时，则输出低电平“0”；当输入端有低电平“0”或全为低电平“0”时，则输出高电平“1”。2.3逻辑控制装置因为本设计采用的是多路断线报警器装置，而我们所设计的电路是四个区域的检测，如果让使用者时时刻刻去观察发光二极管是否发光来判断是否断路显然是不现实的，为此在这里我们要设计一个逻辑控制装置让这个电路变得智能化。在这里我们采用与非门电路进行控制，在此电路的控制下，如果有电路产生断路将会有信号从此电路通过，通过此电路传递到下一个电路模块。2.4功能提示装置这是本设计的人性化之所在，在这里有一个声音提示装置，如果这里的声音装置发音则说明此装置中有一部分电路发生断路，我们通过观察前面的发光二极管那里发光，即可找到断路的地方。2.5设计原理图根据以上设计思路，设计出电路图，如下 图2.5 原理图根据原理图分析如下：左边是一个信号转化装置，此装置是由四部分组成，分别是电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路，其中整流电路是由四个二极管构成的单相桥式整流电路，电路图右边是整个电路核心，此电路图由四个开关s1、s2、s3、s4，d1、d2、d3、d4四个发光二极管，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8八个电阻，和一个与非门组成。四个开关分别控制四条线路的发光二极管工作，发光二极管发出的信号分别代表不同的地点；r1、r2、r3、r4四个电阻为限流电阻，防止发光二极管电流过大而烧坏；r5、r6、r7、r8四个电阻为分压电阻，使断线后与非门的输入端为低电平“0”，从而使报警器发声；7420为一个四输入的与非门。2.5.1 技术指标元件数值的选择：由于本电路选择的是5v电源，所以取 v1=5v i1=40ma通过变压器后： 2.5.1 整流二极管的选取 2.5.2二极管的承受最大电压 2.5.3可选用的整流二极管有2cz51d(imax=50ma vrm=100v)或2cz52a(imax=100ma vrm=25v)外电路最大电阻 2.5.4滤波电容 2.5.5 如考虑电网的电压波动10%，电容最高电压 2.5.6 选择标准值为1000uf/10v的电解电容质发光二极管的工作电压为1.6v1.8v,工作电流为10ma20ma,所以分压电阻和限流电阻之和大约为380，所以取分压电阻为300，限流电阻为100.因为电路为四路断线报警器，所以选择的是四2与非门74ls20芯片3、电路仿真在ewb仿真软件上进行仿真，由于ewb软件缺少如三端集成稳压管，因此只能在进行仿真的时候采用直流电源来代替，输入如下图 图3.1 仿真图在ewb仿真中进行核实，按照设计原理图绘制好电路，打开仿真开关，无误后确实该电路设计成功。4、制作pcb4.1 画出原理图在protei99中设计好如下电路图 图4.1 原理图4.2 创建pcb文件在documents文件选项中点击右键新建一个pcb documents,在documents中就出现了一个名为pcb1.pcb文件4.3 导入器件a 双击进入pcb1.pcb文件，在菜单栏design/load nets。b 在弹出的对话框中点击browse，选择生成的网络表文件sheet1.netc 检查有没有错误，没有错误就点击execute。4.4 元件布线 元件布线可以自动布线也可以手动布线，但是手动布线更加方便适用，自动布线一般都需要双面，这样增加了焊接与印制电路图的困难。经过处理和封装后得到如下pcb图 图4.2 pcb图4.5 drc校验图4.3 drc校验图可看到rule violations全为0，即符合要求。 5、制作实物根据此完成的电路图，印刷出电路板，进行电路板的腐蚀，打孔，上元器件等一系列的工作，后得到了计的电路板。在pcb板的制作中要注意许多细节问题，例如元器件的摆放，及线路布置，尤其是集成芯片的封装，需要特别注意，腐蚀的时间控制，焊接时不能熔断电路板的线路等等。若有细小的不注意，就会使得印刷出的电路板出现问题，所以在此过程中我们特别细心。一旦出现问题就会使得打出的空的大小与元器件的大小不相符合，在电路板上修改会造成许多不必要的麻烦，最后会因为不清楚元器件的焊接点，使得整个电路报废。其它方面的问题，自己在制作过程中也得注意，这样才能让电路更加完善，减小错误出现的概率。经过认真处理后，得到如下实物图; 图5.1 实物图 6、作品检测与调试当作品完成后，我们首先进行各种各样的检测。实践证明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装，在测试的过程中也难以达到预期的效果。所以当进行测调试检查时，首先要进行单元调试和检查，要特别注意线路是否断线，如果出现断线，需要用导线连接起来，在进行元件的安装时，不要安装反了，应该根据先测量再安装，像二极管，电解电容。根据原理，发现问题，找到解决问题的方法，发现元器件的选择规格不够精确。过反复调试后，采取有效的措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。7 小结与体会对我而言，此次课程设计的过程中我遇到了许多挫折,如软件使用中的很多问题,但我认为挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。从拿到题目到具体设计，从学习到实践，在一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，如对protel软件的应用还不够熟悉，以及其中很多功能应用还未有深刻理解，要通过不断的实用和查找资料来完善自己此方面的能力。由于在设计的时候，有许多因素未考虑到，例如，经过与非门电路后，应该加一个放大电路，使电压放大，从而使蜂鸣器响。还有很多缺点和错误，希望老师能提出改进意见，谢谢老师对我们的辛勤栽培。参考文献1康华光，模拟电子技术基础m.第五版，北京：高等教育出版社，2005.7.4864932阎石，数字电子技术基础m.第五版，北京：高等教育出版社，2005.19243曹才开，电路与电子技术实验m.长沙：中南大学出版社，2009.11.167168.175178致谢通过本次课程设计，学会了自我通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在模拟电子技术中所学的理论知识和实验技能，以及数字电子技术的芯片功能，掌握模拟电子系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能。复习了ewb仿真的使用方法。系统的学习和复习了protel99的使用方法。虽然是第一次的接触电烙铁，第一次自己动手制作电路板，组员们相互学习，讨论，都有很大的进步。元器件的焊接时一个新鲜的事物，但通过学习，了解了电烙铁的使用方法，为以后的电路设计打下了基础。 通过本次课程设计，知道发现问题的重要性，通过发现问题，了解设计的不足，以及理论和实际有大的差别。通过发现问题，根据自己的设计原理，找到解决问题的方法。根据原理，发现问题出在哪里，应该从哪里入手来解决问题，这个是我在本次课程设计中的