声控流水灯课程设计

目录摘要 1关键字1一、前言1二、课程设计的要求22.1、声控流水灯的设计要求22.2、课程设计的整体要求2三、电路分析23.1、整体方案设计 23.2、设计所使用的元件及其封装： 33.3、部分电路功能分析33.3.1、CD4017:十进制计数器 43.3.2、滑动变阻器43.3.3、NPN三极管4四、电路图的绘制4五、PCB图的绘制5六、热转印制版法 56.1、热转印制版制作步骤66.2、热转印制版时注意事项6七、电路的焊接与调试6八、总结6参考文献 7摘要完成一款声控流水灯的课程设计，通过CD4017的10个译码输出端控制十个发光二极 管的发光，利用音频信号作为CD4017的脉冲输入，使十个发光二极管像流水一样闪动。 关键字CD4017 发光二极管一、前言随着CAD技术发展和应用领域的扩大与深入，CAD技术在电子信息、通讯、自动控制 及计算机应用等领域的重要性突出。随着技术市场与人才市场对CAD的需求不断提高，产 品的市场需求和技术市场的要求也必然会反映到教学领域和科研领域中来。因此学好CAD 技术对我们有很大的益处。CAD是Computer Aided Design （计算机辅助设计）的简称， 是指以计算机为工具，在CAD软件平台上，根据设计原理要求，进行电子线路设计过程, 包括电路原理图的编辑、电路功能仿真分析、工作环境模拟、印制电路板设计（包括自动 布局、自动布线、布局规划的检测和信号完整性分析）等。电子线路CAD软件还能迅速形 成各种各样的报表文件，如元件清单报表，为元器件的采购及工程预决算等提供了方便。课程设计主要目的是通过某一电路的综合设计，了解一般电路综合设计过程、设 计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法，通过设计也有助于我们复习、巩固已学习 的知识，达到灵活应用的目的。在设计完成后，还要将设计的电路进行转印、安装、调试， 以加强学生的动手能力，在此过程中培养设计电路的整体观念。课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计及制作任务的同时注意多方面能力 的培养与提高。二、课程设计的要求2. 1、声控流水灯的设计要求(1) 利用音频输入作为脉冲控制发光二极管的发光情况；(2) 要求电路能够调节声音的灵敏度和发光的亮度。2. 2、课程设计的整体要求(1) 设计电路按照题目要求完成；(2) 利用Pro tel软件完成原理图的设计和PCB的排版布线，设计要求越简单越好，注意PCB图的布线，避免连线交叉；(3) 热转印制版时，注意转印的流程，完成兀件焊接和调试工作；(4) 注意用电安全，焊接时温度不能过高，以免烧坏芯片和电路板。三、电路分析3.1、整体方案设计因为流水灯对频率的要求不是很高，只要能产生高低电平就可以了，利用传声器将输入的 声音信号转换为电信号，由于音频的频率范围在30Hz-3400Hz，当频率变化时，引起传声 器震动，将产生高低脉冲信号作为计数器的输入信号。在此电路中采用十进制计数器/脉冲分配器4017,它是一种用途非常广泛的集成芯 片，其内部由计数器及译码器两部份组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个 输出时序就是00、01、02、09依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。显示电路主要由发光二极管组成，当4017的输出依次输出高电平时，驱动发光二极管也依次发光，产生一种流动的效果。电路原理图如下图所示：ip?HE.WER 23.2、设计所使用的元件及其封装:CD4017 （十进制计数器）DIP169011（NPN 三极管）TO-92BMIC（传声器）FMQ滑动电阻R1VR5滑动电阻R4VR5电阻 R2AXIAL0.3电阻 R3AXIAL0.3电容 1ufRB.1/.2电容 2.2ufRB.1/.2发光二极管LEDLED0.33.3、部分电路功能分析3.3.1、CD4017:十进制计数器/脉冲分配器CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP, RESET,INH三个 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降 时间无限制。INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。 CR 为高电平时，计数器清零。Johnson计数器，提供了快速操作,2输入译码选通和无 毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在 对应时钟周期内保持高电平。在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用 作多级计数链的下级脉动时钟。CD4017的引脚图:1I Ci2I5U4n歩L2n1108QCRCPrHCD4017的引脚功能：Q0-Q9(pin1,2,3,4,5,6,7,9,10,11) 计数脉冲输出端CLK (pin14 )：时钟输入端RESET(pin15) ：清除端INH (pin13 )：使能端CO(pin12) ：进位脉冲输出VCC(pin16) ：正电源VSS (pin8 )：地3.3.2、滑动变阻器R1/20K:与传声器相连，改变R1的阻值，将改变MIC两端的电压，用来调节MIC对 声音的灵敏度。R4/1K:与十个发光二极管相连，改变R4的阻值，将改变十个二极管两端的电压，用 来调节二极管的亮度。3.3.3、NPN三极管当传声器将输入的声音信号转换为电信号后，在三极管的基级产生电流使三极管导 通，将产生一个高电平，反之，将产生低电平，三极管的导通状态随传声器由外部的音频 信号决定。四、电路图绘制打开Protel99 SE原理图编辑器，设置其工作环境、图纸大小等参数后，在当前图纸 工作区内绘制、编辑电原理图。首先将元件电气图形符号库文件添加到元件库文件列表中，再从元件库文件列表中根 据原理图选择相应的元件电气图形符号，并放置到编辑区内，即可完成元件电气图形符号 的放置过程。调整元件的位置和方向，修改元件选项属性，包括序号、封装形式、型号或大小。完 成元件放置及位置调整操作后，就可以开始连线，注意调整导线的长短和位置，再放置电 气节点、电源及地线符号等操作。在放置电源及地线符号时，要注意集成电路芯片的引脚 名称是否与原理图中的一致，否则会造成集成电路芯片的电源、地线引脚不能正确连接到 电源和地线节点上。在制图过成中，要学会利用画图工具的技巧，学会使用快捷键加快布局效率，如选 定操作对象、删除移动对象等。在初步完成原理图的绘制后要进行电气规则检查，以检查 原理图中是否有电气错误。若出现错误则需在原理图错的位置改正。常见错误如：没有连 接的网络标号、悬空的输入引脚、没有连接的电源及地线、输出引脚短路等等。一般为了焊接方便，应使焊盘尽量大点，选取X,Y方向为2.0mm，或更大一点，焊盘 孔径一般为0.8mm。当检查无误，即完成电路原理图的绘制。五、PCB图的绘制在电路原理图的基础上生成PCB图，在执行过程中，首先生成网络表，然后加载网络表。 加载网络表的时候要检测错误，如果电路原理图有错误，或者原理图中对应的元器件封装 在封装库中没有，则会显示不能全部有效执行。此时要改正错误。一般情况错误会出现在 封装没有找到，或者是原件没有找到。此时就要修改对应元件的封装，改成封装库中已有 的或者自己在封装库中画已有的封装。错误改完后，就可以生成正确的PCB图。对生成的PCB图要进行排版，大致确定各元件的相对位置，根据排版方向、连线交叉 最少原则对原理图进行拓扑变换，调整元件与连线位置，甚至连接关系，以获得方便排版 的单线不交叉原理图。布线操作前，需要进一步调整元件的位置，使元件在印制板上的排 列满足下列要求：（1）导线与导线、引脚焊盘之间的距离大于安全间距（即最小间距）；（2）根据电路板工作频率选择元件在电路板上的排列方式；（3）布线或连线前，所有引脚焊盘必须位于栅格点上，使连线与焊盘之间的夹角为135 或180，以保证连线与元件引脚焊盘连接处的电阻最小；PCB图如下图所示：六、热转印制版法6. 1、热转印制版的制作步骤热转印制版法实质就是将打印在相纸上的原理图通过热转印机转印到版子的铜面上, 利用被墨覆盖的铜不能被三氯化铁氧化来进行腐蚀，其实现步骤如下：（1）打印 PCB 图，打印时保留底层和多层，并且将多层放在底层之上，打印时需显示焊 盘的孔，并且将图纸改为黑白打印;选取适当大小的相纸，贴在PCB图在A4纸的位置上，光滑的一面朝上，然后打印，则 PCB 图将出现在相纸上；（3）细砂纸在水下打磨印制版，打磨过程中应该注意朝着一个方向轻轻的打磨，打磨好 后不要用手触摸，要保持版子干净，并将其烘干；（4）将烘干的电路板的铜面盖住相纸，然后通过热转印机，转印之后可以让版子自然冷 却或者用自来水轻轻冲洗；（5）轻轻撕掉覆盖在版子上的纸撕掉之后，仔细看清版子的转印情况，看线路上碳墨是 否清晰，如果有未转印的地方，可用碳墨笔涂完整；（6）将转印好的电路板放进已调好浓度的三氯化铁溶液中腐蚀，同时用塑料镊子同一方 向搅动三氯化铁溶液以加快腐蚀；（7）待电路板腐蚀彻底，将其置于水龙头下冲洗干净，然后烘干；（8）根据 PCB 图中原件封装的孔径大小选择针孔为 0.8mm 和 1mm 的打孔机进行打孔；（9）用砂纸对电路板表面进行磨平，烘干，涂上松香溶液，置于阴凉处烘干。6.2、热转印制版时注意事项：（1）放置A4纸时须保证A4纸表面平整完好；（2）相纸的置放切勿颠倒，用铜板盖住时要注意是否放正位置和覆盖完全；（3）用砂纸打磨电路板时，不要用力过猛，但要保证电路板的四周氧化膜都已磨掉；（4）通过热转印机时，要保证热转印的温度达到 160以上；（5）去掉电路板上的相纸时，要轻轻撕掉；（6）用碳墨笔涂改电路时，须小心谨慎，切勿造成短路；（7）电路板腐蚀时，切勿将腐蚀液体溅到自己身上；（8）打孔时，打孔速度须适当，打的深度适当；（9）涂松香浓液时，只需涂薄薄的一层足矣。七、电路的焊接与调试对照 PCB 图，按照元件大小从小到大的顺序先后安装电阻、二极管、电容等，注意极 性元件的方向以及集成芯片的管脚序号；待安装完成后，用万用表检测确认接触情况及时 查出接触不良或连接错误的地方，待检查结束后，可接上+5V电压进行调试。八、总结 此次课程设计的声控流水灯原理图比较简单，没有复杂的元器件，连线布局也能够很 好的完成，不必增加飞线，但仍需要我小心细致，这次课程设计，需要我们综合运用专业 及基础知识，巩固了我的学习知识，更加深了我对本专业的认识，也培养了我查阅图书资 料、产品手册和各种工具书的能力，在设计过程中进行的热转印制版、安装与调试，加强 了我的动手能力，让我对设计电路有了一个整体观念。参考文献1 高吉祥 数字电子技术（第二版） 电子工业出版社，2004。2 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛 电子工业出版社，2007。3 阎石 数字电子技术基础（第四版）北京：高等教育出版社，20004 百度文库，Datasheet5