激光图案控制.doc

激光图案控制电路14344024 陶禹良1、 实验目的本实验通过对激光图案控制电路的焊接，熟悉并了解这种电子元器件，熟练掌握电路焊接的基本技巧和电路的布局方式，锻炼排查故障的能力，增加对电子技术的了解。2、 实验原理激光图案发射仪是由氦氖激光管、高压电路、两个小电机和控制电路组成。激光管在直流高压（几千伏）的作用下，发射激光，射到其中一个小电机的镜片上再反向到另一个小电机的镜片上，然后再反射出去。根据两个小电机转动的速度比不同，就会形成不同的图案，我们要设计的控制电路就是控制两个小电机的转动速度比。1. 电机转速控制电路的设计思路要使电机转动就得有驱动电路；要使电机转速不同，即要求驱动电压不同，因此就得有分压电路；要使激光管的激光有多个图案，就得有多路分压，因此就要有多路输出的脉冲分配器；脉冲分配器需要输入信号，若要自动改变激光图案，就要应用一个多谐振荡器作信号源；若用声音控制图案变化，就得用拾音机把声音信号转变为电信号，然后经过放大器放大，再整形为脉冲信号传输到脉冲分配器；若要增加激光图案，可用一个简单的方法：控制其中一个小电机可正转、反转，这样激光图案数量就会增加一倍，因此就得用一个控制电机反转电路；为提供上述各部分电路的工作电压，就需要一个直流稳压电源。根据上述内容可以画出控制电路原理图图12. 控制电路各部分的设计1） 直流电源采用15V交流电源作为输入，经过桥式整流器使波形全部变为正向，载经过7812的整流作用和电容低通高阻的特性，最终输出12V稳恒直流电压。电路图如下 图22）自动振荡器该电路采用555集成块，该电路设计主要根据振荡频率选择电阻电容参数，其频率视激光图案变化时间间隔而定通常要求约10s变化一次。电路图如下图33） 脉冲分配器该电路根据需要脉冲图案的个数而决定，可用十进制计数分配器4017集成块。实验中使用3,2,4,7高电平有效输出端口，并且将10端口连接15端口”Reset”，构成四进制计数器，当3,2,4,7为高电平时，对外输出12V电压。电路图如下图44） 分压电路分压电路由两路组成，一路电压为固定值，另一路电压可用电位器调节。当两电机的转速比为整数使，输出的激光图案稳定。当3,2,4,7为高电平时，对应的那一路二极管会导通，电路电路就会选择这一路的分压比，进而分为两路送到驱动电路，对于其他情况同理，一共4个。电路图如下图55） 驱动电路分压后的两路信号送到324进行放大和整流，固定端送到下方的放大器中，经过集成运放和晶体管放大电路送到M2接口，另一路送到上方的放大电路中并将输出送到继电器中进行电压反转操作。其中两个三极管5609对电流其两级放大作用，并联起来是为了保证电路的稳定性和对称性。电路图如下图66） 控制电机反转电路该电路用D触发器、三极管和继电器构成。4013是一个双D触发器，当4017的3脚电平变化的时候，D触发器都发生变化，使4013的1脚电平状态发生变化，然后引发继电器的开合状态的变化。因为两个继电器是1的常开端和2的常闭端。故当继电器的状态发生变化时，可使电机接口M1的电平状态发生翻转。这样利用一个4013使电机发生反转，就可使原来4017的4路输出的基础上产生8个不同图形。电路图如下图77） 放大电路、整流电路和拾音器在声控模式下由4017提供触发源。咪头接收声波，并产生脉冲电流，经过324二级放大产生较大电流，再通过555集成块整形为矩形波。同时拾音器的灵敏度可以通过调节电位器的阻值进行调整。电路图如下 图83、 实验内容1. 设计布局并焊接电路按原理电路图上的标示的器件，将实物器件分辨出来，尤其要注意电阻阻值、二极管的正反方向、电容的正反方向。在进行焊接之前进行合理布线。首先是直流电源的布线，尽可能将其分布在一角，将地线横贯电路板中间，而把火线分布在电路板四周，因为之后的每一部分电路都需要直流电源，这种分布方式可以使各组分可以较容易连接到直流电源，为接下来的布线提供方便。之后按照各组分的作用顺序依次布线，每布完一部分后再将此部分焊接，然后进行检测，各组分的位置尽量让各组分之间的连接变得方便。对于元件的放置，尽量在栅格上并且相互平行或垂直排列，输入和输出元件尽量远离。连接元件的导线要沿栅格放置，尽量不要斜着连接，同时导线尽可能拉直，在保证美观的同时防止导线与路径周围的元件和导线有接触。2. 电路调试和故障排除电路焊接完成后装上所有芯片，检测接口M1和M2的电压变化，M1应当是在两个值之间跳动，而M2是在4个值之间跳动。电压无误后将接口M1和M2接到电机上，接上15V交流电源，打开氦氖激光管先调到自动挡，会发现每隔8s图案发生一次变化，一共有8个图案，再调到声控挡，每敲击一次咪头图案发生一次变化，一共有8个图案。如果在检测电压时不满足条件，需要进行故障排除。首先检查电路布线是否有误，需要对每一条线进行追踪，一般情况下会在此步发现电路中少接入元件、少焊一条线、元件接入错误等问题。有几个极容易错误的地方：（1）电路中的地线没有接入；（2）继电器的焊脚与电路图中的标示不同，容易焊错；（3）三极管在没有标示的情况下容易焊错；（4）二极管和电解电容的接入方向发生错误；（5）芯片焊接由于相邻端点距离很近，容易出现短接。4、 实验结果电路焊接完成后装上所有芯片，检测接口M1和M2的电压变化，M1应当是在两个值之间跳动，而M2是在4个值之间跳动。电压无误后将接口M1和M2接到电机上，接上15V交流电源，打开氦氖激光管先调到自动挡，会发现每隔8s图案发生一次变化，一共有8个图案，再调到声控挡，每敲击一次咪头图案发生一次变化，一共有8个图案。5、 实验心得和建议通过本课程的学习，对各种元件有了一些基础认识，提高了动手能力，同时学会了电路板的布局和焊接技巧，另外对电路的调试和排查故障的能力得到很大提升。对课程的建议有：（1）有一些像我一样的学生可能从来没有用过电烙铁，希望以后在正式开始焊电路之前对电烙铁的使用方法、注意事项、相关技巧进行讲解。（2） 有些选这门课的学生并没有在之前学过电子技术，对相关原理并不了解，希望以后可以对部分不了解的学生进行单独讲解。