声控论文

题目：串联直流稳压电源和高频无线设计、仿真和测试

基本电子电路的仿真与设计

专 业：电子信息工程 学 号：2008130074 姓 名：罗尧 指导教师：黄国现

2012年4 月

基本电子电路仿真与设计

专业：电子信息工程 学号：2008130074 姓名：罗尧 一、（1）设计电路原理图

图1设计电路原理图

（2）工作原理

该电路是声控和光控的一体化电路。利用555构成的单稳定触发器，在两种不同控制方式下，均给以低电压触发，促使开关闭合，并持续一段时间后自动断开，用它安装在玩具小车里，可实现声控和光控控制。

当麦克风作用时，其电阻变小，A点电压下降，相当于A点产生一个负脉冲，经

三极管Q1和Q2放大，并给以555构成的单稳态触发器提供负脉冲，触发器翻转，进入暂稳态，输出端的第3脚输出高电平，三极管Q4和Q5导通，开关闭合。在暂稳态期间电源通过电阻R8对电容C5充电，充电电压Uc不断升高，当升高到Uc=2/3Vcc，触发器复位，暂稳态结束，触发器第3脚输出为低电平，555芯片内部三极管T1导通，电容C5通过T1放电，电路恢复至稳定状态，开关断开。

当光照接收管时，其电阻变小，触发输入端第2脚电压≤1/3Vcc，触发器翻转，进

入暂稳态，其它工作原理同上。

其中，D1,C4,R9,Q3构成暂稳态自锁电路，工作过程：在暂稳态期间，输出端第3

脚输出高电平，D1导通，三极管Q3饱和导通，其CE间导通电压很小，即B点电压很小，Q2保持截止，以防再次触发干扰暂稳态。

二极管D2的作用是：当开关外接其它带有感性电路时，由于电感断电时产生反向

电动势，此电动势通过二极管D2放电，起保护作用。 （3）付元件清单表格：

序号 1 2

元件标号 Q1-Q4 Q5 元件名称 三极管 三极管 规格参数 9014 8050 1

元件数量 4 1 备注

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

IC R1,R3,R9 R2,R6 R4,R5 R7,R8 R9 R11 C1,C2 C3 C4 C5 C6 D1 D2 S1 S2 J 集成芯片 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电解电容 电解电容 电解电容 电解电容 无极电容 二极管 二极管 麦克风 光接收管 小接插件 电路图 焊锡 细沙纸 NE555 4.7K 1M 100K 10K 100 47K 1uF/60V 220uF/25V 47uF/25V 470uF/25V 103(10nF) IN4148 IN4001 小型 3接收管 2./3P 6cm×4cm 1 3 2 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 聚丙烯电容 二、电路仿真及结果

1、仿真软件简要介绍

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通

2

过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

仿真软件Multisim10：

Multisim10软件自带制板软件Ultiboar10,可以将Multisim10设计的仿真电路传送过来进行电路板PCB制作。

⑴ Multisim10虚拟仿真软件界面：

⑵ 常用的虚拟仪器有：数字万用表、函数信号源、双踪示波器、扫频仪。 注：在双踪示波器输出界面中，按屏幕右下方的“Reverse”按键，可实现屏幕背景在白色和黑色之间的切换，只在仿真中才能实现。

⑶ 界面设置：

①在基本界面中，关闭“设计管理窗口”，使电子平台图纸范围矿大，更利于组建仿真电路。需要打开时，可单击主菜单“View/Design Toolbox”。 ②设置放置元件方式和选择元件符号模式操作：

单击主菜单“Option/Prefrences„”,弹出对话框，默认打开的“Parts” 项，即连续放置所选元件。

“Symbol standard”栏，建议选择“DIN”项，即选取元件符号为欧洲标准模式。以上两项完成后，先单击“Aplly”按钮，再单击“OK”按钮退出。 ③设置电路节点编号显示方式和仿真电路图尺寸。

将“Net Name”栏下默认的“Show All”选项改为“Hide All”，隐藏电路节点编

号，绘制仿真电路比较简洁，需要对电路进行分析时，要给节点进行编号，可将该选项设置成“Show All”。

单击上方“Workspace”选项页，点击“Sheet size”栏下接箭头，选取“A3”最

大图纸尺寸。

以上两项设置完后，取消“Save as default”复选框，先单击“Aplly”按钮，

再单击“OK”按钮退出。

⑷ 连线元件或仪器的引脚时，必须要间隔一个栅格以上，即引脚出来存在一段红色连

线，以免仿真时产生错误。

2、仿真电路图

3

21R14.7k¦¸1R1147k¦¸2C11uFQ132SC945R21M¦¸R34.7k¦¸5C21uFQ22SC94598R61M¦¸747625RSTDISTHRTRICONGND1R7R810k¦¸10k¦¸08VCCOUT3C3220uFD21N40016X15V_1WU1LM555CM16R10100¦¸20Q418V14.5 V 2SC94512C522uF19D11N414817C447uF0Q52N2222AJ1Key = A R4150k¦¸R5150k¦¸C610nF15R94.7k¦¸Q32SC945J213V2Key = B 3 V 1410R12100¦¸111U265

244N25

仿真电路图

3、仿真结果

21R14.7k¦¸1R1147k¦¸2C11uFQ132SC945R21M¦¸R34.7k¦¸5C21uFQ22SC94598R61M¦¸747625RSTDISTHRTRICONGND1R7R810k¦¸10k¦¸08VCCOUT3C3220uFD21N40016X15V_1WU1LM555CM16R10100¦¸20Q418V14.5 V 2SC94512C522uF19D11N414817C447uF0Q52N2222AJ1Key = A R4150k¦¸R5150k¦¸C610nF15R94.7k¦¸Q32SC945J213V2Key = B 3 V 1410R12100¦¸111U265

244N25

J1模拟麦克风，按下后灯亮，一段时间后自动熄灭

4

21R14.7k¦¸1R1147k¦¸2C11uFQ132SC945R21M¦¸R34.7k¦¸5C21uFQ22SC94598R61M¦¸747625RSTDISTHRTRICONGND1R7R810k¦¸10k¦¸08VCCOUT3C3220uFD21N40016X15V_1WU1LM555CM16R10100¦¸20Q418V14.5 V 2SC94512C522uF19D11N414817C447uF0Q52N2222AJ1Key = A R4150k¦¸R5150k¦¸C610nF15R94.7k¦¸Q32SC945J213V2Key = B 3 V 1410R12100¦¸111U265244N25

J1模拟麦克风，按下后灯亮，一段时间后自动熄灭

三、电路板设计制作过程 1、软件简要介绍

Protel99SE： ⑴ Protel99SE界面：

⑵ PCB工作平台栅格设置和常用元件库及封装位置：

① 由于PCB工作平台显示栅格默认间距过大（1000mil），不利于布线等，应设置小一些，操作如下：主菜单Design/Options,弹出对话框，默认“Layers”选项中右下角“Visible Grid”改为100mil或更小，1mil=0.02mm。

②Protel99SE元件库很多，其中一个为常用，添加时，在SCH界面左边“Browse Sch”栏内，点击“Add/Remove”，所在位置：X:\\Program Files\\Design Explorer99SE\\Library\\Sch\\Miscellaneous Devices.ddb，X为安装盘。

③Protel99SE封闭库也很多，其中一个为常用，添加时，在PCB界面左边“Browse Sch”栏内，点击“Add/Remove”，所在位置：X:\\Program Files\\Design Explorer 99 SE\\Library\\Pcb\\Generic Footprints\\Miscellaneous.ddb, X为安装盘。

⑵ 常用的快捷键如下： 快捷方式 Page Up

功能 以鼠标为中心放大 快捷方式 功能 Page Down 以鼠标为中心放大 5

Home 将鼠标所属的位置居 中 del 删除点取的元件（1个） esa xa 选中全部图件 x y 将浮动图件左右翻转 将浮动图件上下翻转 取消所有被选取图件 状态 * 顶层与底层之间层的 切换 space 将浮动图件旋转90度 q Mm毫米与mil密尔 的切换 rm 测量两点间的距离 Shift+Space 布线转弯处形状转换 （一）绘制电路图要求：

esc 放弃或取消 （1）绘制出的原理图尺寸大小要求合适，过大时显得元件太稀疏；过小时元件过于

密集。

（2）元件摆放位置布局合理，整体空间感好，排列均匀，元件标识位置和大小合适。 （3）连接线一般画成水平线或垂直线，并尽量减少用短线；尽量减少交叉或拐弯。

相互连通的交叉线应在交叉处用实心点表示。 （4）注明引出端名称，并注明设计有关信息。 （5）极性元件的电极要注意其接法，正负不能接反。

（6）部分器件可用插针的封装代替，比如在原理图软件中找不到的元器件而又适合

插针的封装形式的方可代替。

（二）PCB图设计要求：

（1）PCB图的尺寸大小要适中，过大时印刷连线过长，降低了抗噪声能力；过小时元件

过于密集，各元器件以及连线间会互相干扰，散热效果也不好。

（2）熟悉每个元件实物，掌握元器件的外形尺寸，封装形式，引线方式，排列顺序。围

绕核心元件来布局，所有元件按水平或垂直方向布置。

（3）确定每个元件实物在板上的位置合理，均匀紧凑，排列美观，整齐，充分利用空间，

应把相互有关的器件尽量放得靠近些。

（4）对于带散热片发热的元件，布局时应放在PCB板边缘，并预留散热片所占的空间面

积，而且散热片要朝外放置。 （5）可调元件应布置在易于可调位置。

（6）输入端，输出端，电源端等引出端布置在PCB板边缘。

6

（7）焊盘的形状和尺寸和大小合适，一般焊盘外径要大于80mil.

（8）连线一般大于60mil，空间允许尽可能大，注意连线之间的距离不能靠得太近，容

易短路。而且连线尽可能短，以免产生干扰。连线拐弯处应取圆弧形，避免用直角。 （9）在连线无法可连时可以采用飞线或绕大圈才能走通的情况下，用“飞线”。 （10）在PCB板布线面空白处添加学号，日期等信息，注意要镜像。 （三）制作PCB板注意事项：

（1）插槽、输入输出端口一般要摆在PCB板的外围。

（2）器件要摆放合理。考虑PCB元件的封装是否与实物的封装一致。不一致调到合适位

置即可。

（3）多圈可调电阻RP布置位置么有规定，使用时两边任一引脚与中间引脚连接起来。 （4） 布线要求：走线尽可能短，可以采用飞线。

（5）布置地线非常重要，线路越简单越好越近越好。此外电源地线一般摆在板的外围，

与其他信号线相比其略大些。 3、PCB板制作过程： 打印PCB用热传印纸 裁剪PCB图纸留一些边距 裁剪敷铜板 用细砂纸轻擦敷铜面，并用纸擦干净 钻孔 腐蚀 等待冷却后取出热传印纸 过板 将剪好的PCB图纸对贴住短路板敷铜面 结束 用细砂纸轻擦电路板敷铜面上的粉墨 修剪打磨电路板，把四角和多余的边修剪并打磨 均匀涂上松香水保护电路板敷铜面，以防氧化

4、电路板安装要求和注意事项：

（1）焊接时要注意先小到大。先高到底的原则依次焊接，有跳线先焊接跳线。 （2）有极性的元器件应注意正负放置，以免接反。

（3）焊接时不要再板上停留太久，否则有可能导致覆铜板线或焊盘脱落，另外有可能导

元器件烧坏。

（4）注意三极管的封装是否与PCB板封装是否一致。

（5）焊接完毕后，先检查有无短路，焊接等问题，此后方可上电调试。

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5、设计制作结果

图3 作品PCB图

图4 作品实物图正面

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图5 作品实物图背面

四、调试测试及结果 ⒈测试仪器:

万用电表（MF-10） 直流稳压电源 小车 2测试内容方法和步骤:

（1）认真检查安装后的电路板，电阻阻值是否对，电解电容有没有接反，连线之间又

没有短路，有没有虚焊，整体布线是否完整，检查无错误后，可以进行测试。 （2）调节直流稳压电源输出电压为4.5V，接入电路版电源端和地端，在麦克风和光接

收管不起作用时，测量静态参考工作点。 代号 型号 E Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 IC 9014 9014 9014 9014 8050 555 1 5

静态参考电压（V） B 0.5 0.26 0.47 0.01 0.05 2 6 9

C 4.41 4.39 0 0.05 0.05 0 0 4 8 4.41 4.41 0 0 0 0.05 0 0 2.90 4.41 0 3 7

① 当麦克风或光接收管起作用后，用万用表测量555芯片第六脚电压Uc的变化情况，有何变化？请文字描述。

答：当麦克风或光接收管起作用后，555芯片第六脚电压Uc从零增大到2.9V. ② 将小车的接插件头插入电路板接插件座，打开小车开关，吹一吹麦克风，小车开出一段时间后自动停下；再用光照光接收管小车同样开出一段时间后自动停下。记录小车大约运行时间T= 5秒。

五、心得体会

通过本次课程设计我学到了很多硬件细节上的东西。作为班级课程设计的总负责人，我可以自豪的说我尽职了。在课程设计期间，同学们从PCB、制板、调试等遇到的问题作为负责人的我都可以一一攻破并给予他们满意的答案。此过程中虽然没什么跨越性的收获，但积累了不少做硬件应值得注意的问题，如PCB去对照原理图来检查错误，三极管、二极管的实物管脚与PCB封装不一致，线路焊接虚焊、短路，调试等。在别人看来这也许是在浪费自己的时间，但我并没有这样认为，通过帮助同学并参与到各类课程实训中，这将为我下一阶段电子设计大赛复赛打下一个良好基础。

通过该课程设计，全面系统的理解了做声控和光控的过程。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的原理的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计表示出来，加深了对理论知识的理解。以前对声控认识是模糊的，概念上的，现在通过自己动手做实验，从实践上认识了声控系统是如何处理命令的，如何协调内部各个部件运行，对原理的认识更加深刻。课程设计中较复杂简单化，在调试时应该仔细。注意一些细节上的东西。在这次课程设计中，我就是按照实验指导的思想来完成。加深了理解系统的内部功能及内部实现，培养实践动手能力的目的。

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