电子装备设计技术课程设计.doc

课 程 设 计 报 告课程设计名称：电子装备设计技术系 别 ： 三 系 学生姓名： 班 级： 学 号： 成 绩： 指导教师： 李海霞 开课时间： 2012-2013学年第一学期 一 设计题目WFS-601面包电话制作二 主要内容1、 分析面包电话机的功能，了解面包电话机的构造2、 完成面包电话机的焊接，要求焊点符合焊接要求。电话要实现接听与呼叫以及来电铃响的功能3、 用protel软件完成面包电话机印制电路板的制作三 具体要求1、学会分析电路原理图，学会绘制Protel原理图和版图，学会一种实用电子器件的安装与调试。2、在设计期间，认真查阅所需资料，按照所查资料以及面包电话机的电路板以及电路图，并且利用protel软件在计算机上完成电路图，PCB板的仿真，最终实现课程设计的任务。3、在课程设计结束时要提交课程设计报告。指导教师对学生的所完成的题目进行现场检查，进行综合评定。四 进度安排查阅资料，分析面包电话机的电路原理 一天元器件筛选，熟悉整个面包电话机的构造与功能 一天焊接面包电话机 一天面包电话机组装、功能调试 一天整理设计资料，绘制面包电话机原理图和印制板PCB图并完成课程设计报告一天五 成绩评定1、平时成绩：无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三次总成绩为0分。迟到20分钟按旷课处理。2、设计成绩：按照实际的焊接过程、焊点质量以及最终的调试结果给出相应的成绩。3、设计报告成绩：按照提交报告的质量给出相应的成绩。目录第一部分：前言41.1 课程设计目的41.2前言4第二部分：器材准备52.1 器材准备52.2准备工作及电阻电容辨别6第三部分：面包电话机的工作原理83.1 振铃部分83.1.1振铃部分整体方案83.1.2 信号初级处理流程83.1.3 KA2410芯片93.2 音频拨号器HM9102芯片103.3 系统功能113.4 振铃部分电路图及工作原理12第四部分：面包电话机焊接与安装调试124.1 焊接工具及材料124.2焊前过程154.2.1 焊前准备154.2.2 焊接操作154.3焊接成品164.4 功能调试18第五部分：protel原理图和版图18第六部分：注意事项21第七部分：心得体会22第八部分：参考文献23第一部分：前言1.1 课程设计目的1.看懂电话机的安装图，了解电话机的基本原理，学会动手组装和焊接电话机。2.学习焊接电路板的有关知识，熟练焊接的具体操作。3.掌握电子元器件的识别及质量检测。4.学习利用工艺工具独立进行电话机的焊接和调试，并达到产品质量的要求。5.掌握焊接的基本技术，学会理论联系实际进行分析问题并解决问题。1.2前言最初的电话机（终端）是由微型发电机和电池构成的磁石式电话机，打电话时，使用者用手摇微型发电机发出电信号呼叫对方，对方启机后构成通话回路。磁石式电话机多用于点对点（一对一）的通信联络方式。特点是通信设备构成简单，一条电线、两部话机即可实现通信联络，且设备构造简单,通信可靠、安全保密性好。直到现在，仍应用于军事野战、矿山、建筑施工等领域。后来，1877年爱迪生（T.E.Edison）发明了碳素送话器和诱导线路后通话距离延长了。同一年又发明了共电式电话机。1891年终于发展到A.B.Stronger 发明了自动式电话机.我国最初的电话机是1882年引进的。后来1896年宫殿内最初安装了磁石式电话机。后来1902年开通了汉城到仁川的电话线以后一般的老百姓可以使用电话。1908年和1935年采用共电式电话机和自动式（机械式）电话机以后我国电话很快发展了。可是那时候的电话都是日本人和有钱人的专用道具。 1962年，殖民地时代导入的日制电话机和美军政时导入的美制电话机带来了很多先进的技术后我们终于开发了我们自己的电话机“电信1号”系列。 磁石式，共电式，自动式共有3种方式构成我国最初生产的“电信1号”的开发对我国来说带来了很大的意义。 1973年开发了“电信1号”改善的“电信70号”系列以后，我国电话机的发展到，1981年把电话国家分配给国民的方式改成各个人自己购买制度。 到了1980年代开通“电子式交换机”后，电话机的用途不仅是传达声音的道具，而形成了信息通信系统。 磁石电话机是世界上最早投入使用的电话机。纵观它100多年的发展历史，除去制作材料的不同，有木质、铜质、铸铁、不锈钢及胶木等，类型有墙式机、台式机和便携式机几大类，其中最重要的类别就在于手摇发电机的摇柄所处的位置不同。依笔者所见，它可以分为两个大类：一类是我们常见的摇柄在话机右侧；另一类则是我们不常见的摇柄置于话机前面中央处。 由于后者存世的机型不多，数量少得可怜，以至世人所知甚少。尽管如此，该类电话机在电话机早期发展中的历史地位是不容置疑的，它的收藏价值也早已被电话机收藏爱好者看好。第二部分：器材准备2.1 器材准备实验器材：电烙铁，烙铁架，焊锡丝，松香，十字螺丝刀，平口螺丝刀，剪刀，镊子，胶带纸，WFS-601面包电话实验器材包如表2.1所示。表2.1 WFS-601面包电话实验器材序号标识元件名称型号规格数量1R1电阻2.2K12R3电阻82013R4电阻100K14R5电阻1M15R6电阻120K16C1、2、3电解电容2.2uF37C4涤纶电容22218C5瓷片电容10419D1-4二极管1N4007410D5稳压管30V1111C1集成电路2410（5001）112SW叉簧开关-113SP1蜂鸣器-114-外线插座115-机座外壳116-自攻螺丝3*6417-自攻螺丝2.6*5218-连接线0.1*6219-塑料胶粒-220-线路板-121R1、5电阻6.8222R2、8、18电阻2.2K323R3电阻33K24R4电阻2.7K25R6电阻180126R7电阻4.7K127R9电阻22K128R17、R19(Q3)电阻10K229C1晶振3.58M130C2、3瓷片电容30P231C4、5电解电容100uF232C6、7瓷片电容104233C8电解电容2.2uF134C9电解电容10uF135D1二极管1N4007136D2稳压管4.7V137LED1、2发光二级管3长脚238SP扬声器8/0.25W139Q1、2三极管80502401C1集成电路9102（9110）141M1C1柱体话筒-142-连接线0.1*8243-连接线0.1*6244-自攻螺丝2.6*5645-曲线连接线146-手柄外壳147-导电橡胶148-数字键1549-螺丝封盖150-线路板151-说明书WFS-60112.2准备工作及电阻电容辨别电阻、电容和电感的型号包括主称、材料、分类、序号四个部分，第一部分主称用字母表示；第二部分材料用字母表示；第三部分分类用数字表示，个别用字母表示；第四部分序号用数字表示。目前，电子产品广泛采用色环电阻，其优点是在装配、调试和修理过程中，不用拨动元件，即可在任意角度看清色环，读出阻值，使用方便。一个电阻色环由4部分组成，不包括精密电阻。四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。 （1）熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆： 棕=1 ，红=2， 橙=3， 黄=4， 绿=5， 蓝=6， 紫=7， 灰=8， 白=9， 黑=0。（2）从数量级来看，在体上可把它们划分为三个大的等级，即：金、黑、棕色是欧姆级的；红是千欧级橙、黄色是十千欧级的；绿是兆欧级、蓝色则是十兆欧级的。这样划分一下是为了便于记忆。（3）当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百 k等，这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整几k的。 （4）记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为5；银色为10；无色为20。 对于阻值或容量较小的阻容元件，在直标法中通常可用单位符号代替小数点，如电阻可用k或表示小数点。例如，某电阻上标志为33，表示该电阻阻值为0.33；某电阻上标志为3k3，表示该电阻阻值为3.3k；某电阻上标志为2M7，表示该电阻阻值为2.7M。在片状电阻器的标注中，通常用三位阿拉伯数字标注其标称阻值，其中前两位数字表示有效数值，第三位数字表示倍率，即乘以10的几次方。例如，221表示22101=220；472表示47102=4.7k。电容的种类很多，常用的有瓷片，涤纶和电解电容，电容不得不容不得量都直接相当规模注在电容器上，体积大的注明单位一耐压，体积大小的只能写值不注单位，带小数点的单位是F，不带小数点的单位是PF，如标注0.01则该电容为0.01F，1000PF，现在有的电容用nF表示（1F=10-6F、1PF=10-12F、lnF=10-9F），如某电容标注的是4n7,则电容容量为4700PF。有的瓷片电容用三位数字表示，其中三位数字中的前两位表示有效数字，后一位是有效数字后面零的个数，单位是PF，如某电容标注的是102，则该电容容量为1000PF。电容的容量可以用电容表或有电容功能的数字万用表直接测量，无电容时可以用万用表的档测量其是否短路和漏电情况测量方法是用万用表档，负表笔（内部电池正极）接电解电容正极，正表笔（内部电池负极）接电解电容的负极，观察表针的摆动情况刚接通的瞬间，充电电流最大，表针偏转角读最大，随着充电时音的增长，电容器上的电压逐渐升高，充电电流逐渐减小，最后停在某一位置上，此时表针指示的电阻便为漏电电阻，一般就读出漏电电阻的电容不能用，接通的瞬间，表针偏转角越大，若表针不动表示电容器内部断路，对于0.1F以下的电容用万用表一般很难判断其内部是否断路，只能用电容表测量或在电路中用替换的方法检查。第三部分：面包电话机的工作原理3.1 振铃部分 3.1.1振铃部分整体方案电话机振铃部分的方案信号初级处理振铃集成电路获得25v27v的工作电源交换机送来的铃信号由线外y1y2送入输出两个频率交替变换的音频信号经耦合电容和衰减电阻与蜂鸣晶振耦合发出铃声接收音乐信号发出音乐信号振铃部分主要由受话部分和送话部分组成，KA2410是振铃部分的核心芯片。振铃部分的主要功能是摘机后能受话接话，使我们用它进行有线的语音通信。3.1.2 信号初级处理流程（1）初级信号流程信号输入经c1、c2电容耦合R6电阻限流整流桥整流C5、C6、C7电容滤波稳压Z1稳压二极管最后得到触及信号信号Y1，Y2接受话器，当有音频信号进入受话器，受话器将音频信号转化为电频信号。由Y1、Y2接入整流桥、滤波电容、稳压二极管，进入初步处理，然后进入芯片KA2410，将电频信号转化为音频信号，通过蜂鸣片听到对方传来的声音。（2)工作原理：振铃电路的供电电源取自交换机送来的振铃信号，电路中设有过流或过压保护措施，防止雷电或感应高压脉冲的冲击等偶然事件造成的电子元器件的损坏。振铃信号经整流、滤波和稳压转换为直流电压供给振铃电路。滞后电路能使振铃电路延迟起振时间，这样进入的脉冲必须足够宽才能启动电路，而瞬间窄脉冲不起作用，大大地提高了抗干扰能力。门槛电路是将进入的脉冲与电路内部的参考电压进行比较，只有具备幅度足够大的脉冲才能平衡参考电压，使振铃电路启动。总之，电子铃电路设有滞后、门槛电路，是为了避免拨号脉冲等瞬间干扰脉冲的作用。3.1.3 KA2410芯片3.1.3.1 功能特点介绍（1）KA2410的内部结构KA2410引脚功能分析KA2410是由超低频振荡器、音频振荡器、音频功率放大器、电源控制器组成，引脚符号及功能如表3.1所示：表3.1：KA2410引脚引脚符号功能VDD电源正输入端TR触发控制输入端CL切换频率外接电容控制端RL切换频率外接电阻控制端VSS电源负输入端RH高低音频外接电阻控制端CH高低音频外接电容控制端OUT高低音频信号交替输出端（2）KA2410的主要特点KA2410的主要特点如下：可以电话线路直接获取工作电源可替换普通电话铃音频和颤音频率由外部元件调节具有外触发振铃功能内含误触发电路低电流消耗额定工作电压26V工作温度范围-45c+65c。说明：集成电路IC1（KA2410）为单独的电话机音乐芯片，即来电铃声由它产生，安装元件顺序：跨线电阻二极管瓷片电容涤纶电阻电解电容三极管收线开关。3.2 音频拨号器HM9102芯片HM9102D可输出号码脉冲，也可输出双音多频信号。其引脚如图3.1所示：图3.1 HM9102D引脚图R1、R2、R3、R4、C1、C2、C3与键盘的相应的引线相连，C4悬空。HKS： 启动脚。 HKS = “0”时，启动（片选）BM：断续比选择。 BM = 5V 时，断续比为2 ：1 BM = 0V 时，断续比为1.5 ：1MODE：模式选择。MODE = 5V 时，脉冲方式MODE = 0V 时，双音多频方式（DTMF）SOC1、SOC2：外接3.58MHz晶体VDD = 5VVSS = 0VTPM：静噪输出，拨号时为“0”。 （使用时悬空）DP： 号码脉冲输出（负脉冲），OC电路。DTMF：双音多频（DTMF）信号输出。3.3 系统功能输入电频信号经过（KA2410型）音乐芯片的振铃电路输出音频信号。L1、L2接受话器，当有音频信号进入受话器，受话器将音频信号转化为电频信号。由L1、L2接入整流桥、滤波电容、稳压二极管，进行初步处理，然后进入芯片KA2410，将电频信号转化为音频信号，通过蜂鸣片听到对方传来的声音。摘机后，外电源经R15、R16分压，Q3饱和导通，其集电极变为低电平，启动拨号芯片，芯片启动后，不断的对键盘进行扫描，当有按键按下时，经数模转换后，从TONE脚输出双音频信号。通话中，线路传输过来的语音信息，经E4耦合后，Q1放大，驱动扬声器发出声音，而接听电话者的说话声，则从MIC拾取后，经R8、C1耦合送入线路，完成与异地的通话。电话外线接入L1、L2，当挂机时，叉簧开关HOOK接通振铃电路，目前广泛采用的程控交换机的工作电压为直流60V左右，铃流信号的电压为交流90V左右，没有振铃信号输入时由于E1、E2对直流电压是断路的，因此没有电流流入电话机，当有交流的铃音信号到来时，经R1和E1、E2后，经极性保护电路在Z1两端形成一个直流27V左右的电压，作为振铃电路的工作电源。振铃电路得电后，铃音振荡电路工作，从8脚输出铃音信号，经R6限流后，在压电陶瓷片上发出电话振铃音。当听到铃声后拿起电话机，此时电话机工作在摘机状态，叉簧开关复位，此时一方面断开E1、E2通路，L2直接接入极性保护电话，另一方面断开振铃电路供电回路，接通通话部分电路。由于通话电路阻抗较低，变会形成一个有效的摘机信号，交换机接到这个摘机信号后，回路电压变为8V左右，作为整机的工作电源。外电源一路经R12、D1在Z1两端形成4.7V，为9012D提供供电。HM9102是一款性价比比较高的脉冲/双音频拨号器。摘机后，外电源向芯片供电，启动拨号芯片，芯片启动后，不断地对键盘进行扫描，当有按键按下时，经数模转换后，从TONE脚输出双音频信号，经R9、C7、Q2等放大后传到电话网络中，与交换机进行通讯。通话中，线路传输过来的语音信息，经C8耦合后，Q1放大，驱动扬声器发出声音，而接听电话者的说话声，则从MIC拾取后，经C6耦合、Q2放大送入线路，完成与异地的通话。3.4 振铃部分电路图及工作原理振铃部分电路图图3.2 振铃部分电路图第四部分：面包电话机焊接与安装调试4.1 焊接工具及材料1、电烙铁：由烙铁头、加热器、手柄及电源线组成。值得注意的是：在焊接时，烙铁头尖上常常有污物，需在湿的金属绵上不停擦拭，使用时要随时镀锡，再进行焊接；在使用前应当注意，检查电源线是否有裸露，以防触电，应用绝缘胶布将落露出缠绕起来，还有在使用过程中，应注意不能触碰烙铁加热部位，以防烧伤等；2、镊子：可用来夹较小的电子元件等；3、焊锡丝：是锡铅合金，其熔点很低。焊锡丝中间填充有助焊剂松香，因而焊接牢固，但因含铅，所以每次使用完后需要洗手，在焊接时应该注意将铜片完全加热，使得松香、铜片、焊锡融为一体，这样有助于焊接的质量与牢固性；完全加热，使得松香、铜片、焊锡融为一体，这样有助于焊接的质量与牢固性； 4、振铃版材料清单如表4.1所示表4.1 振铃版材料清单序号标注元件名称型号规格数量1R1电阻2.2K12R3电阻1M13R4电阻100K14R5电阻120K15R6电阻82016C1瓷片电容10417C2涤纶电容22218E1、2、3电解电容2.2uF39D1-4二极管1N4007410Z1稳压管30V111IC1集成电路2410112HOOK叉簧开关113BILL蜂鸣器114-外线插座115-机座外壳116-自攻螺丝3*6417-自攻螺丝2. 6*5218-连接线0. 1*6219-线路板-120-固定胶棒121-说明书15.手柄板材料清单如表4.2所示：表4.2手柄板材料清单序号标注元件名称型号规格数量1R1、5电阻6.822R2、8、18电阻2.2K33R3电阻33K14R4电阻2.7K15R6电阻18016R7电阻4.7K17R9电阻22K18R17、19(Q3)电阻10K29C1晶振3.58M110C2、C3瓷片电容30p211C4、C5电解电容100uF212C6、C7瓷片电容104213C8电容2.2uF114C9电容10uF115D1二极管1N4007116D2稳压二极管4.7V117LED1、2发光二极管3218SP扬声器80.25W119Q1、Q2三极管8050220IC1集成电路9102121MIC1驻体话筒122-连接线0. 1*8223-连接线0. 1*6224-螺丝2. 3*6平头425-螺丝2. 6*6自攻226-曲线连接线127-手柄外壳128-导电橡胶129-数字键1530-螺丝封盖131-线路板132-电话外线14.2焊前过程 4.2.1 焊前准备焊接前，应对元件引脚或电路板的焊接部位进行焊前处理。1、清除焊接部位的氧化层可用断锯条制成小刀。刮去金属引线表面的氧化层，使引脚露出金属光泽。 印刷电路板可用细纱纸将铜箔打光后，涂上一层松香酒精溶液。 2、元件镀锡在刮净的引线上镀锡。可将引线蘸一下松香酒精溶液后，将带锡的热烙铁头压在引线上，并转动引线。即可使引线均匀地镀上一层很薄的锡层。导线焊接前，应将绝缘外皮剥去，再经过上面两项处理，才能正式焊接。若是多股金属丝的导线，打光后应先拧在一起，然后再镀锡。引脚上刮去氧化层并均匀镀上一层锡。4.2.2 焊接操作做好焊前处理之后，就可正式进行焊接。1、焊接方法：焊接、检查、剪短。2、焊接（1）右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。（2）将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在23秒钟。（3）抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。（4）用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。3、焊接质量焊接时，要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。要保证焊接质量。应使锡点光亮，圆滑而无毛刺，锡量适中。锡和被焊物融合牢固。不应有虚焊和假焊。虚焊是焊点处只有少量锡焊住，造成接触不良，时通时断。假焊是指表面上好像焊住了，但实际上并没有焊上，有时用手一拔，引线就可以从焊点中拔出。这两种情况将给电子制作的调试和检修带来极大的困难。只有经过大量的、认真的焊接实践，才能避免这两种情况。焊接电路板时，一定要控制好时间。太长，电路板将被烧焦，或造成铜箔脱落。从电路板上拆卸元件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元件拔出。4.3焊接成品图4.1手柄板部分背面图4.2手柄板部分正面图4.3 振铃部分背面图4.4 振铃部分正面 图4.4 电话成品图4.4 功能调试功能调试 电话机只要安装无误，一般装上去就可以用，无需装电池，先可将正在用的电话机的外线插头拔下来插在本电话机的插座内，提起手柄应能听到拨号音（即长声），然后拨号，拨号时能听到“嘟、嘟、嘟”的拔号音，完后应能听到对方接通的响铃声，然后挂机，再试接听，用另一台电话机或手机拨打本电话所接电话号码，拨通后本机应能听到电话机的振铃声，经过这样试验后，电话机制作完成。第五部分：protel原理图和版图5.1振铃板电路图5.1振铃板电路5.2手柄板电路图5.2 手柄板电路图5.3 电气规则检测ERC 图5.4 创建网络表图5.5 振铃板PCB图第六部分：注意事项1、先焊矮的原件，再焊稍高的，最后呢焊最高的；先焊小元件，后焊体积大的，原件焊接时锡量适中，避免虚焊和桥接等故障的发生。2、焊接时角度要选好，接触时间不能太长，焊点形状要规则，要有金属光泽。3、二极管、电容等元器件要注意正负极的摆放。4、制作套件是在原面包电话机套件设计的基础上，根据实际教学需要改进后的产品，因此在电路安装时有些线路板上所标的元件位置不需要装元件，实际所安装的元件以电路原理图中所标元件为准；5、振铃线路板上，铃声是通过蜂鸣器发出的，为使声音更加悦耳，蜂鸣器安装于机壳后，用塑胶枪打上胶后将其固定，若无胶枪，可用电烙铁将附带的塑胶熔化后固定蜂鸣器，若蜂鸣器松动的话，发出的铃声较难听；6、为使电路更加简单，我们对这款电话机的一些附加功能进行了去除，把一些原先需要设置的电路全部固定化，因此在元件安装时，有些元件的安装位置需要特别说明，HM9102D的7脚为模式控制脚，由于现在都用双音频拨号，因此制作时直接将该脚接地即可，具体操作时，将手柄线路板上的引线口用焊锡短接；7、HM9102D的5脚为叉簧输入引脚，由于本电话机的叉簧开关是直接控制主电路的电源的，因此我们将系统直接设成所有功能全部开放状态，在电路焊接时，直接将5脚通过R19接地，R19在线路板上未标明，实际安装于Q3的C、E脚孔位；8、二只LED是供晚上照明所用，安装时必须将发光管伸出线路板，其中一只离焊接孔位较远，因此LED的管脚不要剪掉，否则会太短；9、听筒与机座间的连接曲线有极性之分，听筒线路板上有标识，负极与驻体话筒负极相连，正极焊在标有“T”字样的焊盘上，这根线焊好后应将整根线卡在塑料槽中后再引出，否则容易折断；第七部分：心得体会通过为期一周的课程设计，我学会了很多。首先，它培养了我小心谨慎的学习态度。在焊接的过程中，要胆大心细，不能粗心大意的焊接。再者。此次实习，锻炼了我的动手能力，提高了自己解决问题的能力。这次课程设计，我学会了认识一些基本的元器件，如电阻、二极管、电容等等。书本上的电阻等元件，终于亲眼见识了。并且掌握了一些这些元件的知识，懂得根据色环读出阻值，学会分辨电容或二极管的极性。并且对元器件的检测也有了初步的了解。学会一些相应工具的使用，以及学会了电话机的安装，调试。 这次课程设计，让我了解了焊接的知识，以及焊接的技巧，对我以后的工作有很大的帮助。而且这次课程设计，考察我们的综合知识，此次课程设计，让我们以前学习的东西有了一次实践的机会，让我们体会到了平时积累知识的重要性和实践的重要性。这次课程设计，还提高了独自分析和解决问题的能了，增强了独立工作的能力。当我遇到问题时，使我不会再慌张，而是学会了冷静的