《Protel軟件應用》課程設計報告).doc

江西理工大學應用科學學院信息工程系Protel軟件應用課程設計報告設計題目： 門鈴響應 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 082班 姓名學號： 顧薇 03 姓名學號： 李慧明 21 姓名學號： 黃之慧 30 姓名學號： 翁玲瑜 33 指導老師： 劉蔚 完成日期： 2011-7-6 指導老師評語：得分： 指導教師簽名： Protel軟件應用課程設計說明書目錄1 設計任務和性能指標11.1 設計任務11.2 性能指標12 設計方案與論證13 系統硬件設計63.1 器件介紹63.2 原理圖73.3 電路器件74 繪制原理圖和PCB95 PCB板制作、焊接與調試125.1 PCB板制作125.2 元器件的焊接125.3 系統的調試126 總結12致謝13參考文獻14Protel軟件應用課程設計說明書1 設計任務和性能指標1.1 設計任務門鈴叮咚聲的聲音頻率和聲音持續(xù)時間可調，正常人的聽力范圍在20HZ20000HZ，而1000HZ5000HZ則是人耳最敏感的聲音頻率范圍，因此，“叮咚”聲最好在這個范圍內或者左右，“叮咚”聲頻率要求差距比較大，聲音持續(xù)時間要求合適，電路最好能功率低。1.2 性能指標設計一個叮咚門鈴電路，有一個開關，當開關接通時門鈴可以發(fā)出較高頻率的“?！甭?，斷開開關，會發(fā)出較低頻率的“咚”聲。門鈴的聲音頻率和持續(xù)時間可以調節(jié)。2 設計方案與論證2.1 方案一2.1.1原理圖圖1方案一原理圖2.1.2電路說明方案一中的電路是一個以集成芯片組NE555為主組成的多諧振蕩器，J1是控制叮咚門鈴的開關，當開關處于斷開狀態(tài)時C3通過R2、R3、R4充電，C3處電壓接近電源電壓。由于D1、D2的作用，C2不能充電，因此C2、R1處電壓為零，因此NE555的RESET端口一直處于低電平，使其保持復位。故而OUTPUT端口輸出為0，揚聲器不發(fā)出聲音。當接通J1時，VCC開始通過二極管對C2充電，RESET端口的電壓開始逐漸升高。同時C3開始對端口DISCHARGE進行放電，電容的電壓下降，當其由VCC下降到2/3VCC時，晶體管導通，OUTPUT端口輸出為低電平，但當下降到1/3VCC時，晶體管截止，C3開始充電，OUTPUT理應輸出高電平，但是由于控制RESET的電容C2的電壓還未充滿，RESET仍舊輸出0故而強制輸出為0，揚聲器不發(fā)出聲音。當C1充好電之后，RESET端口為高電平，然后OUTPUT輸出1，揚聲器工作，發(fā)出較高頻率的“?！钡穆曇?。此時揚聲器可發(fā)出較高頻率的“?！甭?。斷開開關時VCC經過R2、R3、R4放電，由于電阻變大，頻率變低，發(fā)出較低頻率“咚”的聲音。同時，C2開始放電，電壓不斷下降，最終RESET端口輸入為低電平，強制復位，揚聲器不再工作。2.1.3相關數據R1=33k； R2=33k； R3=10k； R4=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R150（二極管導通后電阻）2.1.4頻率計算接通開關：“?！钡念l率f=1.44/（R+R3+2R4）*C3=477.6HzC3充電時間t1C3*（R+R3+R4）=0.002sC3放電時間t2=C3*R4=0.001s“叮”的充放電時間間隔并不是很明顯，對實驗結果看似有一定的影響。但人耳并不能分辨如此短暫的間斷，故而聽到的是持續(xù)的“?！甭暋嚅_開關：“咚”的頻率f=1.44/（R2+R3+2R4）*C3=228.6HzC3充電時間t3=C3*（R2+R3+R4）=0.0053sC3放電時間t4=C3*R4=0.001sC2放電時間t=C2*R1=1.551s故而“咚”的聲音持續(xù)時間為：1.551s2.1.5 相關要求實現門鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時間可以調節(jié)的方法：叮的頻率影響因素有R、R3、R4、C3，當增大R或者R3亦或R4時，頻率變小，反之則變大；減小C3，頻率變大，反之則變小咚的頻率影響因素有R2、R3、R4、C3，當增大R2或R3亦或R4時，頻率變小，反之則變大：減小C3，頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時間：增大C2或R1，則持續(xù)時間變長，反之則變短。2.2方案二2.2.1原理圖圖2 方案二原理圖2.2.2電路說明當閉合J1時，D2正向導通，通過R1向C2充電，555的RESET端為高電平，無法復位，同時，C3則通過R3向555的DISCHARGE端口放電，它們以及555和C3構成了一個多諧振蕩器，此時發(fā)出較高頻率的“?！甭?。斷開J1時，已經充滿電的C2開始放電，R2、R3、C3和555構成一個多諧振蕩器。OUTPUT端發(fā)出較低頻率的“咚”的聲音。2.2.3相關數據R1=33k； R2=10k； R3=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R150（二極管導通后電阻）2.2.4頻率計算接通開關：“叮”的頻率f=1.44/（2R+2R3）*C3=709.4HzC3充電時間t1C3*（2R+R3）=0.001sC3放電時間t2=C3*R3=0.001s “?！钡某浞烹姇r間間隔并不是很明顯，對實驗結果看似有一定的影響。但人耳并不能分辨如此短暫的間斷，故而聽到的是持續(xù)的“?！甭?。斷開開關：“咚”的頻率f=1.44/（R2+2R3）*C3=480HzC3充電時間t3=C3*（R2+R3）=0.002sC3放電時間t4=C3*R3=0.001sC2放電時間t=C2*R1=1.551s故而“咚”的聲音持續(xù)時間為：1.551s2.2.5 相關要求實現門鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時間可以調節(jié)的方法：叮的頻率影響因素有R、R3、C3，當增大R或者R3時，頻率變小，反之則變大；減小C3，頻率變大，反之則變小咚的頻率影響因素有R2、R3、C3，當增大R2或R3時，頻率變小，反之則變大：減小C3，頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時間：增大C2或R1，則持續(xù)時間變長，反之則變短。2.3方案三2.3.1原理圖 圖3 方案三原理圖2.3.2電路說明方案三中的叮咚門鈴電路是由四個與非門為主體構成的兩個音頻振蕩器組成。開關J1斷開時，兩個音頻振蕩器均不工作，揚聲器沒有聲音。當開關J1閉合時，C1快速放電，兩個音頻振蕩器同時工作，產生的音頻信號經D2, D3混合后，驅動揚聲器發(fā)出較高頻率的“叮”聲。當斷開開關時，C1快速充電，U1及U2為主組成的音頻振蕩器不再工作，僅剩下U3和U4為主組成的音頻振蕩器工作，產生的音頻信號通過揚聲器發(fā)出較低頻率的“咚”聲。2.3.3相關數據R1=10k； R2=33k； R3=33K； R4=33K； Rp=10K； C1=100u； C2=0.01u； C3=0.1u； VCC=9V2.3.4頻率計算接通開關：“?！钡念l率f=1/（2.2R3*C2）+1/（2.2Rp*C3）=1831.96Hz斷開開關：“咚”的頻率f=1/（2.2Rp*C3）=454.45HzC1放電時間t=C1*R2=3.3s故而“咚”的聲音持續(xù)時間為：3.3s2.3.5 相關要求實現門鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時間可以調節(jié)的方法：叮的頻率影響因素有R3、Rp、C2、C3，當增大R3或者Rp時，頻率變小，反之則變大；減小C2或者C3，頻率變大，反之則變小咚的頻率影響因素有Rp、C3，當增大Rp時，頻率變小，反之則變大：減小C3，頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時間：增大C1或R2，則持續(xù)時間變長，反之則變短。2.4方案比較表1 三種方案比較表方案一方案二方案三使用器件數目較少較少多布線復雜程度中等中等復雜鈴聲持續(xù)時間中等中等較長所需材料造價 便宜較便宜 貴叮咚頻率差 較大較小 很大總結：綜上比較方案一從各方面比較都比較中規(guī)中矩，易于實現而且效果較好。因此將方案一定為實現方案。3 系統硬件設計3.1 器件介紹3.1.1 NE555百科簡介NE555 (Timer IC)大約在1971由Signetics Corporation發(fā)布，在當時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30非常普遍被使用。一般多應用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器及無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。參數功能特性：1）供應電壓4.5-18V 2）供應電3-6 mA 圖4 NE5553）輸出電225mA (max) 4）上升/下時間100 ns3.1.2 IN4007簡介鍺整流二極管，上面有白圈的是負極。反向耐壓1000V，最大正向電流1A。3.2原理圖圖5 實現方案原理圖3.3電路器件電阻4個、電容4個、直流電源、揚聲器、二極管2個（開關自己制作）3.4相關數據R1=33k； R2=33k； R3=10k； R4=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R150（二極管導通后電阻）3.5電路說明方案一中的電路是一個以集成芯片組NE555為主組成的多諧振蕩器，J1是控制叮咚門鈴的開關，當開關處于斷開狀態(tài)時C3通過R2、R3、R4充電，C3處電壓接近電源電壓。由于D1、D2的作用，C2不能充電，因此C2、R1處電壓為零，因此NE555的RESET端口一直處于低電平，使其保持復位。故而OUTPUT端口輸出為0，揚聲器不發(fā)出聲音。當接通J1時，VCC開始通過二極管對C2充電，RESET端口的電壓開始逐漸升高。同時C3開始對端口DISCHARGE進行放電，電容的電壓下降，當其由VCC下降到2/3VCC時，晶體管導通，OUTPUT端口輸出為低電平，但當下降到1/3VCC時，晶體管截止，C3開始充電，OUTPUT理應輸出高電平，但是由于控制RESET的電容C2的電壓還未充滿，RESET仍舊輸出0故而強制輸出為0，揚聲器不發(fā)出聲音。當C1充好電之后，RESET端口為高電平，然后OUTPUT輸出1，揚聲器工作，發(fā)出較高頻率的“叮”的聲音。此時揚聲器可發(fā)出較高頻率的“?！甭?。斷開開關時VCC經過R2、R3、R4放電，由于電阻變大，頻率變低，發(fā)出較低頻率“咚”的聲音。同時，C2開始放電，電壓不斷下降，最終RESET端口輸入為低電平，強制復位，揚聲器不再工作。3.6 相關要求實現門鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時間可以調節(jié)的方法：叮的頻率影響因素有R、R3、R4、C3，當增大R或者R3亦或R4時，頻率變小，反之則變大；減小C3，頻率變大，反之則變小咚的頻率影響因素有R2、R3、R4、C3，當增大R2或R3亦或R4時，頻率變小，反之則變大：減小C3，頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時間：增大C2或R1，則持續(xù)時間變長，反之則變短。3.7元器件功能R1：位于C2兩端，給C2充放電R2：J1斷開后，給C3充電R3：給C3充電R4：給C3充放電C2：充放電控制NE555的RESET端口的，來控制揚聲器的工作C3：通過充放電使NE555發(fā)出脈沖C1：接地，濾波，降低干擾C4：濾波，使揚聲器接收到穩(wěn)定的脈沖，發(fā)出清晰的聲音D1、D2：防止閉合J1后，還有電流流過C1使其充電J1：開關按鈕，控制“叮咚”聲的開始和叮聲的結束揚聲器：發(fā)出叮咚聲的輸出設備NE555：作為多諧振蕩器，發(fā)出脈沖波4 繪制原理圖和PCB啟動protel DXP，在D盤上新建一個Student文件夾用于存放新建的原理圖文件。選擇“FileNew PCB Project”命令，新建一個項目文件。選擇“FileSave Project As”命令，將新建成的項目文件保存到D盤門鈴文件夾，并命名為“門鈴”，其擴展名仍為“.PrjPCB”，單擊“保存” 執(zhí)行“FileNewSchematic”命令，打開原理圖編輯器進行編輯，原理圖如圖6所示：圖6 方案原理圖打開原理圖文件，然后執(zhí)行“DesignNetlistProtel”命令，可生成網絡報表，如圖7所示：圖7 網絡報表打開原理圖文件，然后執(zhí)行“ReportsBill of Materials”命令，即可生成門鈴電路原理圖的元器件信息報表，如圖8所示：圖8 元器件列表打開PCB，單擊PCB編輯窗口下方的“Keep-Out Layer”層面標簽，將當前工作層面設置為“Keep-Out Layer”，設置電路板得電氣邊界，以便將元器件限制在該邊界之內，然后選擇“Bottom Layer”，在PCB編輯器中執(zhí)行“DesignImport Changes FromZ80(board).PrjPCB”命令，將原理圖導入到PCB中，然后執(zhí)行“toolsauto placement”進行自動布線，然后再手動布線。圖9 生成PCB版5 PCB板制作、焊接與調試5.1 PCB板制作先將符合尺寸要求的覆銅板表面用細砂紙擦光亮,再用復寫紙將布線圖復制到覆銅板上，然后將覆銅板放入三氯化鐵作腐蝕液中腐蝕，腐蝕完成后，用自來水沖洗干凈，把印刷板抹干，最后用直徑1.0mm鉆頭鉆孔即可。如圖9所示：圖9 PCB電路板5.2 元器件的焊接首先將元器件按清單歸類，然后進行插件，接著用電烙鐵，錫絲進行焊接，焊接完之后剪腳，最后檢查進行修整。5.3 系統的調試整個電路連接并不是很復雜，連接電路時部分原件由于是原裝的，故而引腳比較長，需要選擇合適的插孔，避免彼此引腳接觸。在全部連完后，調試時發(fā)生了揚聲器沒有聲音，在用發(fā)光二極管接在揚聲器兩端時，二極管不亮，說明電路連接出現問題，經過用萬用表的直流檔測各節(jié)點的電流，發(fā)現位于Y處第八組靠邊插孔沒有電流通過。經過查面包板的插孔得知，靠邊的XY插孔相互連接的規(guī)律是434，前四組（20個孔）相互連通，中間三組相連通，后四組連通。與記憶中的443不同，故而出現錯誤，在添加一根導線后。調試電路，揚聲器發(fā)出“?！薄斑恕钡穆曇簦瑢嶒炿娐氛_。但發(fā)出的聲音比較低，不易分清。在借來的一個小功率喇叭后，聲音響度有了顯著提高。并且為了驗證聲音的頻率和時間是可調的，改變各電阻和電容，辨別聲音是否不同，持續(xù)時候是否改變，記錄現象。最后調試結束。6 總結6.1結論叮咚門鈴電路有許多設計方法，但由于我們目前所學知識的限制，我們只會其中有限的幾個。設計特別強調不同性，故而需要苦思冥想。而選擇電路卻更注重實用性，可操作性。通過各種比較來選取一個最佳的方案，并且動手實現。在思考中能力得到提升。6.2心得體會這次課程設計是對我們兩年來學習的綜合，也是對我們動手能力的考驗。開始接觸課程設計時有些迷茫，因為以前都沒聽說過這類訓練。后來看了看工作日程安排以及課題要求，報告的撰寫。才感覺原來要想順利完成這項設計并不是那么簡單的事情。我們在網上收集了足夠的器件資料以后開始設計電路，在借鑒已有電路的基礎上，加入自己的見解，并且搞明白了課題“叮咚門鈴電路”中“?！薄斑恕眱陕暤漠a生，是由于頻率的高低造成的。在收集過程中，發(fā)現了一些以前的電路圖中并不是很完善或者錯誤的地方，自己分析并且告誡自己不能犯同樣的錯誤。預答辯過程中，老師提出的問題由于準備充分，并且理解電路，很容易的通過了。在領到材料時很是興奮，自己終于要在課下動手做一個設計了。回到寢室，把各個元器件全部挑出來，一個個分析其在電路中的功能，并且在網上課本上查閱了大量關于