EDA课程设计之机器猫论文

数字电子技术课程设计实验报告一、实验目的本产品具有机、电、声、光、磁结合的特点，通过制作本产品完成从仿真到安装实践的全程训练过程。由学生完成从电路原理仿真验证，到元器件检测、焊接、安装、测试产品的全过程，达到培养同学们工程实践能力的目的。二、工作原理1.基本框图2.555构成的单稳态触发电路的工作原理555定时器的功能主要由两个比较器C1和C2决定，比较器的参考电压由分压器提供，在电源和地之间加VCC电压，并让VM悬空时，上比较器C1的参考电压为2/3VCC，下比较器C2为1/3VCC。单稳态触发器特点：·两个工作状态：稳态和暂稳态生敏传感器放大单稳功放磁敏传感器红外线接受管电机2/3VCC1/3VCC·在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，在自动返回稳态。·暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。a单稳态触发电路b工作波形暂稳态输出的宽度Wt=RCln3≈1.1RC开始充电截止则降至只要触发时CTQVVVVVDCCCCII,101,3121保持放电导通充电至截止若通电后保持导通若通电后即可，稳态时，无触发信号：0110032101100)131(1211212QVVCTQVVVCTQQVVVTQVVVCCDCCCCDCCCDCCCI）已经回到高于时（假定此时充至当CCICCCVVVV3132保持开始放电至导通则0110,0102121QVVCTQVVCCDCC3ln320lnRCVVVRCtCCCCCCw3.机器猫工作原理（1）该装置主要由声控检测电路、光控检测电路、磁控检测电路、触发电路、单稳态电路、开关组成。声敏元件麦克风V1与电阻R1、R2，组成声敏取样电路，主要是将声信号转变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。光敏三极管、干簧管可以将光信号、磁场信号转变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。（2）声控工作原理平时，声敏元件麦克风V1没有声音激发时，其导电率很低，且呈高阻抗，使得Q1反偏截止，电源通过R10加在Q2的基极上Q2截至，IC1的2脚输入高电平，处于复位状态，3脚输出低电平，M1关断，则电机没有工作，机器猫保持静止状态。R44.7KR11MR54.7KR101MR2150KR3150KR710KR610KR8100R94.7KQ19014Q39014Q29014DQ49014Q58050DD11N4001D21N4148C210nF+C5470UF+C11UF+C447UF+C6220UFK1S1LEDA-+M1S2VCC4.5V接收管发射管+C31UF麦克风R4.7KV1.5V干簧管S312345678IC1555IC1555当声敏元件麦克风V1处在一定的声波之中时，其内部会产生一系列电子密度的变化，因而麦克风V1电阻变得很小。这时，声波检测信号通过C1直接耦合到Q1的基极上而导通，并且反向，再通过C3直接耦合到Q2的基极，与通过R10的电压叠加变成高电平，Q2导通，使得ICI等元件组成的单稳态电路2脚输入从高电平跳变为低电平，IC1被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，机器猫便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时，D2被导通，将直接加到Q3的基极上，Q3被导通，进而Q2被截止，IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。IC1处于复位状态。由于声波的延续，使得声敏元件麦克风V1连续不断地受到声波的作用，则IC1的2脚会不断得到触发，3脚持续输出高电平，这时该电路将一直驱动电机M1工作，机器猫会持续行走，直到声波消失。（3）光控、磁控工作原理当光敏三极管或干簧管被激发时，他们可以直接将光信号、磁信号转变为电信号，使得IC1等元件组成的单稳态电路2脚由高电平跳变为低电平，从而IC1被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，机器猫便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态触发器的延时时间。当IC1的3脚输出高电平可以带动电机工作的同时，D2被导通，将直接加到Q3的基极上，Q3被导通，进而Q2被截止，IC1的2脚输入由低电平跳为高电平。IC1处于复位状态。由于光信号、磁信号的延续，使得光敏接收管和干簧管连续不断地受到光信号、磁信号的作用，则IC1的2脚会不断得到触发，且3脚持续输出高电平，这时该电路将一直驱动电机M1工作，机器猫会持续行走，直到光信号或磁信号消失为止。三、焊接与安装：（1）元器件检测全部元器件安装前必须进行测试(见下表1)。（2）印制板焊接按图8所示位置，将元器件全部卧式焊接（参见下图）注意二极管、三极管及电解电容的极性。＜8mm（a）三极管（b）电解电容（c）二极管、电阻图10表1元器件名称测试内容及要求电阻阻值是否合格二极管正向导通，反向截至。极性标志是否正确（注：有色环的一边为负极性）三极管判断极性及类型：8050、9014(D)为NPN型β值大于200。电解电容是否漏电漏电流小极性是否正确极性正确光敏三极管（红外接收管）由两个PN结组成，它的发射极具有光敏特性。它的集电极则与普通晶体管一样，可以获得电流增益，但基极一般没有引线。光敏三极管有放大作用，如右图所示。当遇到光照时，C、E两极导通。测量时红表笔接C。干簧管（舌簧开关）由一对磁性材料制造的弹性舌簧组成，密封于玻璃管中，舌簧端面互叠留有一条细间隙,触点镀有一层贵金属，使开关具有稳定的特性和延长使用寿命。当恒磁铁或线圈产生的磁场施加于开关上时,开关两个舌簧磁化，若生成的磁场吸引力克服了舌簧的弹性产生的阻力，舌簧被吸引力作用接触导通，即电路闭合。一旦磁场力消除，舌簧因弹力作用又重新分开，即电路断开。我们所用的干簧管属常开型。麦克风（声敏传感器）是将感应到的声音或振动转化为电信号，外围负，用屏蔽线焊接。四、整机装配与调试在连线之前，应将机壳拆开，避免烫伤及其他损害，并保存好机壳和螺钉。注意：电机不可拆！参考下列步骤进行连线：（J1～J6的长度参考材料单）名称代表字符名称代表字符名称代表字符电动机M麦克风（声控）S红外接收（光控）I电源V干簧管（磁控）R①电动机：打开机壳，电动机（黑色）已固定在机壳底部。电动机负极与电池负极有一根连线，改装电路，将连在电池负极的一端焊正负麦克风干簧管传感器正负光敏三极管电动机－＋下来，改接至线路板的“电动机－”（M－），由电动机正端引一根线J1到印制板上的“电动机＋”（M＋）。音乐芯片连接在电池负极的那一端改接至电动机的负极，使其在猫行走的时候才发出叫声。②电源：由电池负极引一根线J2到印制板上的“电源－”（V－）。“电源＋”（V＋）与“电机＋”（M＋）相连，不用单独再接。③磁控：由印制板上的“磁控＋、－”（R＋、R－）引两根线J3、J4，分别搭焊在干簧管（磁敏传感器）两腿，放在猫后部，应贴紧机壳，便于控制。干簧管没有极性。④红外接收管（白色）：由印制板上的“光控＋、－”（I＋、I－）引两根线J5、J6搭焊到红外接收管的两个管腿上，其中一条管腿套上热缩管，以免短路，导致打开开关后猫一直走个不停。红外接收管放在猫眼睛的一侧并固定住。应注意的是：红外接收管的长腿应接在“I－”上。⑤声控部分：屏蔽线两头脱线，一端分正负（中间为正，外围为负）焊到印制板上的S＋、S－；另一端分别贴焊在麦克风（声敏传感器）的两个焊点上，但要注意极性，且麦克易损坏，焊接时间不要过长。焊接完后麦克安在猫前胸。⑥通电前检查元器件焊接及连线是否有误，以免造成短路，烧毁电机发生危险。尤其注意在装入电池前测量“电源－”（V－）。“电源＋”间是否短路，并注意电池极性。⑦静态工作点参考值：代号型号静态参考电压EBCQ190140V0.5V4VQ29014D0V0.6V3.6VQ390140V0.4V0.5VQ490140V0V4.5VQ58050D0V0V4.5VIC15551：0V2：3.8V3：0V4：4.5V5：3V6：0V7：0V8：4.5V⑧组装：简单测试完成后再组装机壳，注意螺钉不宜拧得过紧，以免塑料外壳损坏。装好后，分别进行声控、光控、磁控测试，均有“走——停”过程即算合格。五、心得体会在这次的实验课中我做的是机器猫。因为没有塑料外壳，所以做这个实验要将上届师兄师姐做好的机器猫拆开，掏空里面的电路板，留下外壳备用。拆机器猫的时候我很小心，每个零件都统一放在一个盒子里，但天有不测风云，最后组装完成时竟然发现多了两个螺钉。因此我又拆开装了一遍，发现还是多了两个螺钉。不过机器猫还是能跑的，所以只能作罢了。拆完机器猫后我便开始焊元件了。经过一个多小时的奋战，我把机器猫做好了，接下来便是测试阶段了。接上电源后，小猫能走会叫，我心里很高兴。可是过一会儿我就高兴不起来了：小猫不会停！我想应该是声控部分出错了。可检查了好久都没发现什么错误。于是我开始怀疑麦克风是否有问题。我便换了一个麦克风，这次小猫能停下来了！我那叫高兴啊！在这次的实验课中我学到了很多焊接知识，也使自己的手更加灵活，更提高了自己的工程实践能力。参考文献：1）“数字电子技术基础”清华大学阎石主编2）“电子技术基础”康华光主编3）“现代电子线路和技术实验简明教程”孙肖子主编