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无锡科技职业学院 声音响度指示器自主创新实践报告设 计 题 目 声音响度指示器 学 生 姓 名 汪骏飞 专 业 电气自动化 班 级 0901 指 导 教 师 陶丽萍 二O一一年十二月八日 目 录一、课题概述2二、硬件电路设计32.1 声音响度指示器原理图32.2 元器件介绍32.2.1 LM358集成电路32.2.2 LM3915集成电路42.2.3 78L05集成电路52.2.4 三极管2N39055三、电路仿真63.1 EWB软件介绍63.1.1 虚拟电子工作台（EWB）概述63.1.2 虚拟电子工作台（EWB）的主要功能63.2 在EWB中的仿真过程73.3 截图8四、PCB板设计及制作104.1 Protel软件的功能简介104.2 画板步骤 13五、实物制作及调试165.1 元件清单165.2安装过程及注意事项175.3功能调试 175.4 截图17六、总结体会19一、课题概述 声音响度指示器是用有形可见的物体来表示声音响度的装置。从古至今，对于声音响度指示器的革命倒是没有多大格式的变化，反而是朝廉价的LED发光二极体显示装置的方向发展。如今，它几乎是在任何一种声频器材上都会出现，适用范围特别的广泛。 LED灯型的声音响度指示器在与同类产品比较时，显示出了更廉价，制作更简单，原理更清晰的特性。由于实用性，所以在今天，制作LED灯声音显示器还显示出它的价值。 声音响度指示器是将声音分贝通过LED灯的亮熄情况反应出来的装置。电路采用LM3915条形LED灯显示驱动芯片驱动2排*10的LED灯，线性表示声音的大小。声音由麦克风拾取后，转化成电流信号，进入芯片LM358,由LM358提供初级放大。放大后的电流进入到LM3915输入引脚，再由LM3915进行自动增益控制。由于声音响度的不同，导致LM3915输出的电压不同。依据输出电压的大小的不同，点亮 不同个数的LED灯，代表不同的声音响度。演示时在指示器旁放一首歌，会发现随着歌声的高低起伏，亮着的LED灯个数会不断变化；当歌声完全停止时，所有的LED灯全部熄灭。2、 2.1硬件电路设计2.1、声音响度指示器原理图2.2元器件介绍2.2.1、LM358集成电路简介：LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与 电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。特性： 1. 内部频率补偿 2. 直流电压增益高(约100dB) 3.单位增益频带宽(约1MHz) 4.电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5一15V) 5.低功耗电流，适合于电池供电 6.低输入偏流7.低输入失调电压和失调电流 8.共模输入电压范围宽，包括接地 9.差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 10.输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 引脚功能： 引脚端序号管脚功能引出端序号管脚功能1输出15正向输入22反向输入16反向输入23正向输入17输出24接地8电源电源电压范围：单电源(330V)；双电源(1.5 一15V)低功耗电流，适合于电池供电 2.2.2、LM3915集成电路简介：概述LM3915是一种单片集成电路，感官的模拟电压水平和驱动器的十个发光二极管，LCD 或真空荧光显示器，提供一个数的3 dB /步的模拟显示。引脚功能：引脚端序号管脚功能引脚端序号管脚功能引脚端序号管脚功能1输出7基准电压调整13输出2接地8接地143电源9电源154接地10 输出165信号输入11176基准电压调整1218电源电压范围：3V到25V单电源下工作。2.2.3、78L05集成电路 起到变压稳压的作用。输入的电压经过78L05，输出后变为稳定的5v电压，以保护电路。2.2.4、三极管2N3904它是一种低电压,大电流,小信号的NPN型硅三极管。集电极-基极电压Vcbo：60V 、工作温度：-55 to +150 。主要用途： 开关应用 、射频放大 3904三级管参数:类型:开关型; 极性:NPN; 材料:硅; 最大集电极电流(A):0.2 A; 直流电增益:10 to 60; 功耗:625 mW; 最大集电极发射电压（VCEO）:25; 频率:300MHz3、 仿真电路3.1、在EWB软件中仿真3.1.1、虚拟电子工作台（EWB)简介随着电子技术和计算机技术的发展，电子设计自动化（EDA）技术越来越被广泛的采用。通过（EDA）技术，电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。常用的EDA软件有Protel、EWB、PSPICE、ORCAD等，其中EWB软件因其操作简单，仿真功能强大，常被用于电路分析和仿真。虚拟电子工作台（EWB）是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电路分析和设计软件。在虚拟电子工作台，可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、高频电路及部分计算机接口电路。虚拟电子工作台做电子电路实验所用到的元器件、测试仪器仪表、信号源、导线以及电路连线等，全部由软件实现。它与常规的点电子电路实验相比具有这样一些特点：1.功能全，EWB带有丰富的电路元件库，提供了多种电路分析方法。因此非常适合电子类课程的教学和实验。2.使用方便，采用直观的图形界面，用屏幕抓取的方式选用元器件、创建电路及连接测量仪器。可以实时显示测量结果，并可以交互控制电路的运行与测量过程。3.利用打印机可直接输出实验数据、测试曲线和电路原理图。4.易学易用，便于开展综合性或设计性试验，不仅可以作为现行教学实验的一种补充与替代手段，而且可以作为大型电子系统的设计、仿真和测试的实用手段，还可以为电子技术课程设计开创更广阔的平台。3.1.2、虚拟电子工作台（EWB)主要功能 Electronics Workbench是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取，而且仪器的操作开关、按键同时集仪器极为相似。Electronics Workbench仿真元器件用几种元器件库分类管理，包括：信号源库（内含：直流电压源、交流电压源、时钟源等），基本器件库（内含：电阻、电容、三极管等），模拟集成电路、数字集成电路、模拟数字混合集成电路、显示器件（内含：LED、逻辑测试笔、灯泡等）。Electronics Workbench仿真测试仪器仪表种类齐全，既有一般实验室有的通用仪器，如直流电源、万用表、双踪示波器、函数信号发生器等，又有一般实验室少有的或没有的仪器，如波特图仪、逻辑分析仪、字信号发生器、逻辑转换器等。 Electronics Workbench的元器件库不仅提供了数千种电路元件器件供选用，而且还提供了各种元器件的理想值，因此仿真的结果就是该电路的理论值，这对于验证电路的原理和电子类课程的教学与实验极为方便。同时也可以新建元器件库或扩建已有的元器件库，建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，对于工程技术人员非常实用。 Electronics Workbench的分析功能全面、详细，包括电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析等常规电路分析方法，还提供了离散付里叶分析、电路零点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等共计十四种电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。此外它还可以对被仿真电路中的元件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察到在不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，它还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。3.2在EWB中的仿真过程1、 从元件库中将所有元器件找出来。2、 根据电路图将元件摆放，通过旋转，镜像，剪切，复制等方法将元器件合理的安排。3、元器件参数设置：选定元器件，双击鼠标左键或单击鼠标右键从菜单中选Component Properties都可以弹出元器件特行对话框，从而设定元器件的标识（Label）、编号（Reference ID）、数值（Value）和模型参数（Model）、故障（Fault）、显示（Display）、分析设置（Analysis setup）等特性。4、点击菜单Circuit选Schematic Option项，在弹出的对话框中可设置电路的标识、编号、数值、模型参数、节点号等的显示方式及有关栅格（Grid）、显示字体（Fonts）的设置，该设置对整个电路图的显示方式有效。其中节点号是在连接电路时，EWB自动为每个连接点分配的。也可以在电路工作区的空白地方点鼠标右键，在弹出菜单中选Schematic Option项进行这些操作。3.3截图 原理图4、 PCB板的设计及制作4.1Protel软件的功能简介Protel 99 SE主要由原理图设计系统、印制电路板设计系统两大部分组成。1原理图设计系统 这是一个易于使用的具有大量元件库的原理图编辑器，主要用于原理图的设计。它可以为印制电路板设计提供网络表。该编辑器除了具有强大的原理图编辑功能以外，其分层组织设计功能、设计同步器、丰富的电气设计检验功能及强大而完善的打印输出功能，使用户可以轻松完成所需的设计任务。 2印制电路板设计系统 它是一个功能强大的印制电路板设计编辑器，具有非常专业的交互式布线及元件布局的特点，用于印制电路板（PCB）的设计并最终产生PCB文件，直接关系到印制电路板的生产。Protel99SE的印制电路板设计系统可以进行多达32层信号层、16层内部电源/接地层的布线设计，交互式的元件布置工具极大地减少了印制板设计的时间。 同时它还包含一个具有专业水准的PCB信号完整性分析工具、功能强大的打印管理系统、一个先进的PCB三维视图预览工具。 此外，Protel99SE还包含一个功能强大的基于SPICE 3f5的模/数混合信号仿真器，使设计者可以方便地在设计中对一组混合信号进行仿真分析。 同时，它还提供了一个高效、通用的可编程逻辑器件设计工具。 二、Protel99SE运行环境1运行Protel 99 SE的推荐配置 ? CPU：Pentium II 400及以上PC机 ? 内存：64M ? 显卡：支持80060016位色以上显示 ? 光驱：24倍速 2运行环境 Windows NT/95/98及以上版本操作系统。 由于系统在运行过程中要进行大量的运算和存储，所以对机器的性能要求也比较高，配置越高越能充分发挥它的优点。 三、Protel99SE设计环境专题数据库管理环境原理图设计环境 1分层次组织设计功能 2强大的元件及元件库的组织、编辑功能 3方便的连线工具 4高效、便捷的编辑功能 5电气设计检测功能 6与印制电路板的紧密连接 7自定义原理图模块 8强大而完善的输出功能 印制电路板设计环境 1丰富的设计规则 2易用的编辑环境 3智能化的交互式手工布线 4丰富的封装元件库及便简的元件库编辑和组织操作 5智能化的基于形状的自动布线功能 6可靠的设计校验 四、电路板设计一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为以下3大步骤。 1电路原理图的设计 电路原理图的设计主要是用Protel 99 SE的原理图设计系统来绘制电路原理图。2产生网络报表 网络表可以从电路原理图中获得，同时Protel 99 SE也提供了从电路板中提取网络表的功能。3印制电路板的设计 印制电路板的设计主要是利用Protel 99 SE的PCB设计系统来完成印制电路板图的绘制。4.2、画板步骤 1. Protel 99SE的启动双击打开软件。然后打开【File】菜单，点击【New】，出现建立新设计数据库的对话框。将对话框中【Database File Na】位置打出你所建数据库的文件名。点击【Browes】按钮，选择你所建数据库的保存路径。完成后点击【OK】，即可进入一个空白文件。2. 新建元件原理图形符号库文件 双击空白页上的【Documents】进入，再进入【File】菜单，单击【New】，出现对话框，选择图标，再修改文件名，原理图形符号库文件就建好了。保存。3. 画元器件在原理图形符号库里画LM3915集成电路，画完后，打开【Toll】菜单，选择【Rename Component】选项，修改原器件名称。保存。LM3915集成电路元器件4. 画原理图在【Documents】文件内进入【File】菜单，单击【New】，出现对话框，选择图标，建立原理图库。右击此图标，选择Rename改名。双击进入此库。选择（Broese Sch）浏览器，在（Libraries)状态下，点击【add/Remove】，在跳出的窗口里找到你所建文件的路径，点击【Add】，再点击【Ok】，就将你所建的元件原理图形符号库导入到原理图库内了。然后就根据设计好的电路画原理图。画完后，双击元器件，将名称，序号和封装改过来。保存。电路原理图5. 生成网络表在原理图库内，选择【Design】-【Creat Netilst】，弹出对话框，无需改变默认内容，点击【OK】就行了。保存6. 生成元件材料表在原理图库内，选择【Reports】-【Bill of Materials】，弹出对话框，无需改变默认内容，点击【Next】，进入下一对话框。无需改变默认内容，点击【Next】，进入下一对话框。无需改变默认内容，点击【Next】，进入下一对话框。选择第三项，点击【Next】，进入下一对话框。点击【Finish】，结束。保存。7. 自制PCB元件封装执行【File】-【New】，选择图案，就建成一个封转元件库。画出所要的封装，右击浏览器，选择【Rename】，出现对话框，输入元件的封装。如还要继续画，右击浏览器，选择【New】，就出现新的页面，步骤如上。保存。8.画PCB板 执行【File】-【New】-【Wizard】，选择图案，弹出对话框，点击【Next】，进入下一对话框。选择（Imperial），点击【Next】，进入下一对话框。修改宽度和高度，将对勾全取消，点击【Next】，进入下一对话框。点击【Next】，进入下一对话框。选择第一项，点击【Next】，进入下一对话框。选择第一项，点击【Next】，进入下一对话框。选择第二项，点击【Next】，进入下一对话框。点击【Next】，进入下一对话框。在PCB状态下，点击【Browes】浏览器下拉按钮，选择Libraries。点击【add/Remove】按钮。选择存储路线，点击【Add】，再点击【Ok】，将封装库导入。保存。选择【Design】-【Load Nets】，弹出装入网络表对话框。点击【Browes】，弹出对话框，找出存储路径，点击【Ok】，对话框关闭。如没有错误，单击【Execute】，即可装入网络表。如有错误，根据提示更正。保存。执行【Design】-【Rules】，出现对话框，选择【Placement】，然后根据所需要求更改对话框内容。最后点击【Ok】结束。执行【Tolls】-【Auto Placement】-【Auto Placer】，出现对话框，根据需要，选择布局方法，点击【Ok】，开始自动布局。在手动调整个别元器件的位置。执行【Design】-【Rules】，出现对话框，然后根据所需要求更改对话框内容。最后点击【Ok】结束。自动布局完成。保存。执行【Place】-【Polygon Plane】出现对话框，根据需要更改要求，点击【Ok】结束。开始敷铜。保存。 PCB板截图 PCB板敷铜后的截图5、 实物制作及调试5.1、元件清单位号名称规格数量R1电阻10R1R2电阻10K1R3、R4、R10、R15、R18 电阻100K5R5、R13电阻100R2R6电阻56K1R7电阻330K1R8电阻22K1R9电阻47K1R11电阻3.6K1R12电阻1K1R14电阻5.6K1R16电阻4.7K1R17电阻220K1C1、C2、C3、C5电解电容100F4C4电解电容47F1C6瓷片电容1041C7、C8、C9独石电容3343Q1、Q2、Q3三极管39043U1芯片78L051U2芯片LM3581U3芯片LM39151LED