《Protel軟件應(yīng)用》課程設(shè)計報告).doc

江西理工大學應(yīng)用科學學院信息工程系Protel軟件應(yīng)用課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 門鈴響應(yīng) 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(yīng)用課程設(shè)計說明書目錄1 設(shè)計任務(wù)和性能指標11.1 設(shè)計任務(wù)11.2 性能指標12 設(shè)計方案與論證13 系統(tǒng)硬件設(shè)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(diào)試125.1 PCB板制作125.2 元器件的焊接125.3 系統(tǒng)的調(diào)試126 總結(jié)12致謝13參考文獻14Protel軟件應(yīng)用課程設(shè)計說明書1 設(shè)計任務(wù)和性能指標1.1 設(shè)計任務(wù)門鈴叮咚聲的聲音頻率和聲音持續(xù)時間可調(diào)，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(nèi)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(shè)計一個叮咚門鈴電路，有一個開關(guān)，當開關(guān)接通時門鈴可以發(fā)出較高頻率的“叮”聲，斷開開關(guān)，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(diào)節(jié)。2 設(shè)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(guān)，當開關(guān)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(fù)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(yīng)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“叮”聲。斷開開關(guān)時VCC經(jīng)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(fù)位，揚聲器不再工作。2.1.3相關(guān)數(shù)據(jù)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(guān)：“?！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“?！钡某浞烹姇r間間隔并不是很明顯，對實驗結(jié)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(guān)：“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(guān)要求實現(xiàn)門鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時間可以調(diào)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?qū)?，通過R1向C2充電，555的RESET端為高電平，無法復(fù)位，同時，C3則通過R3向555的DISCHARGE端口放電，它們以及555和C3構(gòu)成了一個多諧振蕩器，此時發(fā)出較高頻率的“?！甭暋嚅_J1時，已經(jīng)充滿電的C2開始放電，R2、R3、C3和555構(gòu)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(guān)數(shù)據(jù)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(guān)：“?！钡念l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(jié)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(guān)：“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(guān)要求實現(xiàn)門鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時間可以調(diào)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(gòu)成的兩個音頻振蕩器組成。開關(guān)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(guān)J1閉合時，C1快速放電，兩個音頻振蕩器同時工作，產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)D2, D3混合后，驅(qū)動揚聲器發(fā)出較高頻率的“?！甭?。當斷開開關(guān)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(chǎn)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(guān)數(shù)據(jù)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(guān)：“叮”的頻率f=1/（2.2R3*C2）+1/（2.2Rp*C3）=1831.96Hz斷開開關(guān)：“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(guān)要求實現(xiàn)門鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時間可以調(diào)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(shù)目較少較少多布線復(fù)雜程度中等中等復(fù)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(jié)：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(xiàn)而且效果較好。因此將方案一定為實現(xiàn)方案。3 系統(tǒng)硬件設(shè)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(yīng)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(shù)功能特性：1）供應(yīng)電壓4.5-18V 2）供應(yīng)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(xiàn)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(guān)自己制作）3.4相關(guān)數(shù)據(jù)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(guān)，當開關(guān)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(fù)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(yīng)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(guān)時VCC經(jīng)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(fù)位，揚聲器不再工作。3.6 相關(guān)要求實現(xiàn)門鈴電路的聲音頻率和持續(xù)時間可以調(diào)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(guān)按鈕，控制“叮咚”聲的開始和叮聲的結(jié)束揚聲器：發(fā)出叮咚聲的輸出設(shè)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(wǎng)絡(luò)報表，如圖7所示：圖7 網(wǎng)絡(luò)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(shè)置為“Keep-Out Layer”，設(shè)置電路板得電氣邊界，以便將元器件限制在該邊界之內(nèi)，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(diào)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(fù)寫紙將布線圖復(fù)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(tǒng)的調(diào)試整個電路連接并不是很復(fù)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(diào)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(xiàn)問題，經(jīng)過用萬用表的直流檔測各節(jié)點的電流，發(fā)現(xiàn)位于Y處第八組靠邊插孔沒有電流通過。經(jīng)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(xiàn)錯誤，在添加一根導線后。調(diào)試電路，揚聲器發(fā)出“?！薄斑恕钡穆曇?，實驗電路正確。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(diào)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(xiàn)象。最后調(diào)試結(jié)束。6 總結(jié)6.1結(jié)論叮咚門鈴電路有許多設(shè)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(shè)計特別強調(diào)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(xiàn)。在思考中能力得到提升。6.2心得體會這次課程設(shè)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(shè)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(shè)計并不是那么簡單的事情。我們在網(wǎng)上收集了足夠的器件資料以后開始設(shè)計電路，在借鑒已有電路的基礎(chǔ)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(chǎn)生，是由于頻率的高低造成的。在收集過程中，發(fā)現(xiàn)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(yù)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(lǐng)到材料時很是興奮，自己終于要在課下動手做一個設(shè)計了?；氐綄嬍?，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(wǎng)上課本上查閱了大量關(guān)于