声控灯.doc

大 型 作 业 任 务 书- 24 -大 型 作 业 任 务 书一、设计题目：楼梯灯声光控制电路二、设计要求：1.按照PCB板设计的方法步骤（需求分析、元件设计、原理图设计、PCB图设计、打印输出）设计给定题目对应的PCB板，并编写相应文档。2.在Altium Designer中完成原理图及PCB板的创建，并编写要完成所需功能（元件的设计、封装和放置以及PCB板的布线等），要求设计的PCB板和所给的实物在外观上类似，功能上一样。3.把以上两步整理编写出大型作业设计说明书，大型作业设计说明书的格式为：封面、大型作业任务书、摘要、前言、目录、正文、总结、参考资料。字数不少于10000字，页数不少于15页。 班级： 姓名： 指导教师： 2011年11月30日摘要 随着电子科技的蓬勃发展，新型元件层出不穷，电子线路变得越来 越复 杂，电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成，电子线路计算机辅助设计已经成为必然趋势，越来越多的设计人员使用快捷、高效的计算机辅助设计（CAD）软件来进行辅助电路原理图、印制电路板图的设计，打印各种报表，控制电路板的生产。在众多的电子线路CAD（Computer Aided Design计算机辅助设计）软件，其中Protel以其界面友好、功能完善、操作简单、易学易用等优点，在EDA（Electronic Design Automation电子设计自动化）领域得到广泛使用，深受广大电子爱好者欢迎并作为首选的软件。Altium Designer 6是原Protel软件开发商Altium(澳大利亚）公司于2006年推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows XP、Win7操作系统上。1988年，Protel Technology公司设计的DOS版电路设计软件以其“易学、实用”的特点受到广大电路设计人员的欢迎进入20世纪90年代，Protel Technology公司及时推出了基于Windows的Protel软件Protel for Windows 1.0版 1994年和1997年分别推出了Protel for Windows 2.0版和Protel for Windows 3.0版 1998年Protel公司推出了Protel 98，特别是出色的自动布线功能得到了用户的支持 1999年和2000年分别推出了Protel 99 和Protel 99SE 2002年8月推出了令人期待的最新产品Protel DXP （2000年的8月Protel Technology成功地整合了多家EDA软件公司，并更名为Altium公司）2004年和2005年Alitum公司分别推出了Protel DXP 2004和Protel DXP 2004 SP2（可以选择中文操作界面）2005年年底，Altium公司推出了Protel系列电子设计软件的最新高端产品Altium Designer 6.0。 本次大型作业也主要是使用Altium Designer 6.0来设计楼道声光控制电路图，以及完成PCB板的设计。前言电路设计自动化(Electronic Design Automtion, EDA)技术,是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成,是在电子计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)技术基础上发展起来的计算机设计技术。它集计算机、电子、信息和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助测试（Computer Aided Test，CAT）等技术于一体，不仅具有强大的设计能力，而且具有测试、分析及管理的功能。它改变了以往采用定量计算和电路实验为基础的传统设计方式，使电路的分析与设计方法发生了重大的变革、Protel系列软件已拥有大量的用户群，已经成为电路设计者必备的基础工具之一。Altium Designer 6.x是Altium公司最新一代的板级电路设计程序，除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。它将原理图绘制、电路仿真、集成化印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）设计、涉及规则检出、文档报表输出、可编程序器件及逻辑器件设计等完美融合，为用户提供了全面的设计解决方案，是电子线路设计者首选的EDA设计软件。楼道声光控制电路就是在Altium Designer 6软件下经过原理图设计、PCB设计和PCB 3D设计等完成电路的设计。目录楼道声光控制电路需求分析电路组成电路如图所示由声控电路、光控电路、触发及延时电路、控制电路供电电路、受控电路等几部分组成。实际上这一个由声、光双重控制的电路，其作用是在夜晚或光线较暗的时间段当外部环境中有任何声音发出时(如有人走过)，灯泡将自动点亮，约1分钟后又自动熄灭：而在白天或光线强烈的时候，无论外部环境中是否有声音发出，灯泡都不会被点亮，达到节能的目的。1.可控硅控制电路该电路中，灯泡的点亮与熄灭由可控硅(VT)控制。当可控硅导通时(可控硅的A、K极相当于开关接通)，220V电源将通过桥式整流电路、可控硅为灯泡供电，灯泡发光；而当可控硅截断时，灯泡供电回路被阻断，不能发光。可控硅是否导通，取决于其控制级(G)是否有触发电压该触发电压来自于声音和光线检测电路。当“光线暗、有声音”这两个条件同时满足时，声光检测电路将产生一个触发电压送给可控硅G级，并且该电压每次只能维持约1分钟左右；当“光线暗、有声音”这两个条件有一个不满足时(即白天、晚上但无声)，声光检测电路均不会使触发电路产生触发电压，可控硅也就不会导通。2.声控部分声音检测由MIC(驻极体话筒)完成，当外部环境中有声音发出时，话筒+端(TP3)将输出交流音频信号，该交流信号经Q1放大后，从R5、C3端耦合输出，然后经R6、R7送至Q2和Q3，若声音信号能正常到达Q2的基极，则信号中的正半周部分将使Q2导通，Q2导通后，Q3也将跟着导通，此时，+12V电源将通过Q3和D6快速给电容C4充电，只要瞬间发出的声音即可以使C4上充足电压(6V8V)，该电压经R12送到可控硅的控制级G，使可控硅导通，灯泡发光。随着电容C4上电压经可控硅放电，C4(TP6)电压将慢慢降低，当降到一定程度时(实测约O.9V以下)，该电压不足以维持可控硅继续导通，可控硅将截断，灯泡熄灭。直到下一次有声音时C4被重新充电才能再次导通。按图中参数，C4的容量所充电压大约能维持可控硅导通1分钟左右增大或减小C4的容量。可以延长或缩短烁泡发光的时间。3.光控部分光线检测电路主要由光敏电阻RG完成，该电阻的特点是当照射到该电阻受光面上的光线弱时(比如晚上时)，该电阻将呈现很大的阻值(M以上)；而当照射到其受光面上的光线较强时(白天时)，其阻值将急剧减小，相当于一个很小的电阻。正是由于白天时RG呈现出较小的阻值，故即使话筒接收到声音信号，当声音信号经过R6和RG组成的分压电路时，只会在RG上产生很小的压降，即相当于被RG旁路到地，不能到达Q2的基极，从而使Q2和Q3都处于截止状态，C4无法得到充电，可控硅得不到触发电压处于截断状态，灯泡不发光。4.控制电路供电部分声光控制电路要正常工作，需要约+12v的电源电压，其供电过程如下：在灯泡不亮时，220V经灯泡和桥式整流电路后在TP1点得到约100V的直流电压(电压大小视灯泡瓦数而定)，经R1降压，D5隔离、DW稳压后，在C1(TP2点)端得到约12v的直流电压，为后面的声光检测电路供电。需要注意的是，当可控硅导通，灯泡发光时，由于可控硅的A、K极近似短路，TP1点电压接近0V，故+12v电压也将消失，直到灯泡熄灭才能恢复。5.指示灯电路由R11和发光二极管LED组成，在灯泡不亮时，因为+12v电压的存在，LED将发光，可以在黑暗中作为该声控开关的位置指示。灯泡点亮期间，因+12V电压消失，LED也不发光。1.元件清单楼道灯声光控制开关电路元器件清单序号元件在图中的标号原件图形样本名其所在元件库标识值原件封装01R1res2Miscellaneous Devices.IntLib100K02R2res2Miscellaneous Devices.IntLib10K03R3res2Miscellaneous Devices.IntLib3M904R4res2Miscellaneous Devices.IntLib51K05R5res2Miscellaneous Devices.IntLib51K06R6res2Miscellaneous Devices.IntLib100K07R7res2Miscellaneous Devices.IntLib4K708R8res2Miscellaneous Devices.IntLib51K09R9res2Miscellaneous Devices.IntLib10K10R11res2Miscellaneous Devices.IntLib5K111R12res2Miscellaneous Devices.IntLib100K12RGresRG.SchLib*13C1cap pol2Miscellaneous Devices.IntLib330uF14C2capMiscellaneous Devices.IntLib0.01uF15C3cap pol2Miscellaneous Devices.IntLib1uF16C4cap pol2Miscellaneous Devices.IntLib330uF17D1D41N4007Miscellaneous Devices.IntLib18D51N4007Miscellaneous Devices.IntLib19D61N4148Miscellaneous Devices.IntLib20DWDW.CchLib12V21MICmic2Miscellaneous Devices.IntLib22LEDled1Miscellaneous Devices.IntLib23灯泡LED灯泡.SchLib25W40W24VTmcr100-6Miscellaneous Devices.IntLib25Q19014Miscellaneous Devices.IntLib26Q29013Miscellaneous Devices.IntLib27Q39012Miscellaneous Devices.IntLib参考原理图 1认识软件及创建新项目1.1启用Altium Designer 6.0软件软件主界面1.2新建项目文件（1）执行菜单命令File/New/Project/PCB Peoject。（2） 执行菜单命令 File/Project Save AS，弹出保存路径菜单，确定保存路径和输入项目名为“楼道声光控制电路”保存。如下图1.3 新建原理图文件执行菜单File/New/Schematic，启动原理图编辑器，在Project工作面板的项目文件下新建一个原理图文件，保存为“贺春灯电路原理图.SchDoc”。1.4 装载原理图元件库贺春灯电路中所包含的元件类型有：电阻、电容、三极管、稳压管、发光二极管。这些常用的元件在集成库Miscellaneous Devices.IntLib中都可以找到。默认情况下，创建原理图文件时，该库会自动加载，若在库列表中无此元件库，可通过下面方法加载。（1)在Libraries工作面板上单击,弹出如下左图所示对话框。2)单击选项下方按钮，选择添加Miscellaneous Devices.IntLib，单击打开添加库完成，如下右图所示。 1.5 绘制元器件创建元器件库命名为“元器件库.Schlib”并保存在“楼道声光控制电路.Pripcb”工程下对原有元器件编辑修改打开“元器件库.schlib”原理图元件库文件。执行菜单命令“fileopen”，先在选择文件打开对话框中找到“Miscellanceous Deive.Schlib”文件所在目录（默认的安装目录为“C:program filesAltium Designer6library”）；然后选择“Miscellanceous Deive.Schlib”文件，双击该文件名或单击对话框下面的“打开”按钮，显示如图对话框，单击“Extract Sources”(释放集成库)按钮，即可调出该库中的原理图库文件 （1） 找到与所需元件相似的元件并对其修改以获得所需元件 修改其属性得到元件DW.以同样的方法创建所需元器件加载元器件1.6 连接导线（1）单击菜单Place/Wire，或者在图纸内单击鼠标右键，选择Place/Wire。此时原理图编辑器处于连线状态。鼠标变为十字形。（2）移动鼠标指针至连线起点，单击鼠标左键，确定导线起点。（3）拖动鼠标到连线终点时，单击鼠标左键确定。结束本次连线。此时仍处于连线状态，如需退出，单击右键方可退出 （4）在导线十字交叉处放置节点。执行菜单命令Place/Manual Junction。1.7 放置网络标号单击工具菜单，或者单击菜单Place/Net Lable，放置网络标号。放置前按“Tab”键修改属性。1.8 保存完成后如图所示保存后进行编译创建网络报表创建网络报表的操作方法如下：打开要创建网络报表的原理图文档。指行菜单命令“Designernetlist from documentprotel”,立即产生网络报表。网络报表（*.net）与源文档同名，单击“project”面板标签，可以看到所创建的网络报表文档图标。单击文档图标，可在文本编辑窗口内打开网络报表文档。2.导入元件封装与网络2.1 在原理图编辑环境下，执行菜单命令“designerupdate pcb document楼道声光控制电路pcb.pcbdoc”，在弹出的“engineering change order”对话框中，依次单击“alidate changes”，“excute changes”按钮。完成载入网络报表和元件封装。注：载入时发现有些元件的飞线没有加载到pcb板经检查发现在自己绘制的元件封装中出现问题元件原理图中引脚与封装的引脚不对应，编辑原理图引脚使之与封装图相对应并对其重新封装。并重新将原件加载到原理图中，对原理图进行编译，创建网络报表并重新载入pcb板，重新加载后的效果图，如图所示2.2对元器件布局进行手工调整虽然Altium designer自动布局的速度和效率都很高，但自动布局后的元件通常都很凌乱，并不能完全符合设计需要，因此，不能完全依赖程序的自动布局，在自动布局结束后往往还要对元件布局进行手工调整。同时，还要考虑到电路是否能正常工作和电路的抗干扰行等问题，可能对某些元件的布局有特殊的要求，这是系统自动布局无法完成的。因此，对元件布局进行手工调整是十分必要的。 对元件布局进行手工调整主要是对元件进行移动、旋转操作。手工调整元件位置：该操作主要是对元件进行移动、旋转操作，操作方法同原理图中移动、旋转元件相同。自动对齐排列：选中被排列的元件，执行菜单“EditAlign”下各子菜单命令，以整齐美观为标准选择实际需要的排列方式即可完成。2.3 手动布线2.4 补泪滴 执行菜单命令Tools/Teardrops.打开“Teardrop Options”对话框，如图所示。对在该对话框中对补泪滴选项进行设置。2.5 放置多边形覆铜执行菜单命令Place/Polygon Pour.，鼠标变成十字光标，在需要覆铜区圈出封闭图形。2.6 放置安装孔在电路板四个角放置焊盘设置属性为X-Size为100mil，Hole Size为80mil，圆形，Multi-Layer，所属网络分别为无网络。2.7 保存。保存后如图显示3.PCB的3D显示 执行菜单命令Viewlegacy 3D，Altium Designe 6就会生成一个3D