计控1201CAD大型作业.doc

电子CAD大型作业题目及要求一、题目（每1人选择一题）1. 皮肤电阻响应测试表（测谎器）2. 楼梯灯声光控制开关3. 电子蜡烛4. 洗手间烘手器板的开发5. 智能抢答器的设计二、要求1.按照PCB板设计的方法步骤（需求分析、元件设计、原理图设计、PCB图设计、打印输出）设计给定题目对应的PCB板，并编写相应文档；2.在Altium Designer中完成原理图及PCB板的创建，并编写要完成所需功能（元件的设计、封装和放置以及PCB板的布线等），要求设计的PCB板和所给的实物在外观上类似，功能上一样。3.把以上两步整理编写出大型作业设计说明书，大型作业设计说明书的格式为：封面、大型作业任务书、摘要、前言、目录、正文、总结、参考资料。4.按期完成大型作业设计任务，时间为一周。附1：大型作业设计说明书的格式装订顺序：封面、大型作业设计任务书、前言、摘要、目录、正文、总结、参考资料。（前言、摘要、目录、正文（需求分析、元件设计、原理图设计、PCB图设计、打印输出）、总结、参考资料等小四号字，1.5倍行距，16K）附2：大型作业设计任务书格式：16K大 型 作 业 任 务 书一、设计题目：*二、设计要求：1.按照PCB板设计的方法步骤（需求分析、元件设计、原理图设计、PCB图设计、打印输出）设计给定题目对应的PCB板，并编写相应文档。2.在Altium Designer中完成原理图及PCB板的创建，并编写要完成所需功能（元件的设计、封装和放置以及PCB板的布线等），要求设计的PCB板和所给的实物在外观上类似，功能上一样。3.把以上两步整理编写出大型作业设计说明书，大型作业设计说明书的格式为：封面、大型作业任务书、摘要、前言、目录、正文、总结、参考资料。字数不少于10000字，页数不少于15页。班级：*姓名：*指导教师：王风燕2013年12月27日附3：（1）皮肤电阻响应测试表（测谎器） 人体的皮肤对电流和电压会呈现一定的电阻而且电阻的大小会随着人体的情绪高低而改变。本电路就是要测出皮肤电阻随人体情绪变化的规律。因此这个电路也可以用来测谎哦。 在松弛状态，人体皮肤电阻高达2M以上。而在精神压力很大时，皮肤电阻就会减少到500k以下。皮肤电阻的减少与血流量和渗透性的增加有关，而这些都是因心理压力大而导致生理变化引起的。这种电路对通过监视皮肤电阻的变化来掌握自我放松的技巧非常有用。 芯片CA3140(IC1)用作电阻电压变换器，它根据皮肤的导电率输出变化的电压。它还可连接成反相放大器产生恒定的电流来测量皮肤电阻。 IC1是一块4.5MHzBiMOs运算放大器，其输入为MOSFET输出为双极型，有极高的输入阻抗，能检测低达10pA的电流。IC1的反相输入脚连接触摸片之一，并经预置电位器VR1接地，而同相输入脚则直接接地。Ic1的输出经限流电阻R1连接至第二块触摸片。当两块触摸片与皮肤接触后，R1和皮肤电阻一起就成为运放的反馈电阻，决定了运放的增益。 从IC1作为反相放大器的角度分析，送至脚的正输入电压经反馈网络后使IC1的输出成低电位。如皮肤因松弛状态而提供的电阻极高，则送至脚的输人电压减小，Ic1的输出成为高电位。 在待机状态，两触摸片是悬空的，由于此时IC1没有反馈，其输出为高电位(约为6V)，这可从连接在输出端的vu表上表针向右摆动看到。 当触摸片被皮肤短路后，就形成反馈回路，输出电压就减小到4V以下，具体大小视皮肤电阻而定。由于反馈网络中有一固定电阻R1，VR1也设定为一固定电阻值。所以流经皮肤的电流仅取决于皮肤电阻。VU表用来显示IC1的输出电压，其灵敏度可用VR2调节。 为便于肉眼观察，还用一排LED作显示手段。芯片LM3915(IC2)用来显示LED的状态。第脚每增加125mv其18脚至脚都会吸收电流。VR3可调节IC2的输入电压调节VR4可控制各LED的亮度。实际上本电路可同时用VU表读数和LED指示来观察皮肤电阻的大小。 电路可安装在普通PCB板上。并封入适当的盒内两块触摸片用胶固定在盒子顶部，彼此相距510mm。触摸片本身可以是任何导电的金属片面积为1cm1cm。VU表线圈电阻为1k，读数为010V。电路装好后调节预置电位器，使IC1输出为6V左右。因触摸片悬空，这时LED均不发光。 现在用中指慢慢接触触摸片，维持紧密接触两触摸片1分钟，并保持情绪放松状态。调节VR3直至绿色LED(LED3)发光为止。此时vu表应为满偏转否则调节VR2使之成满偏转。这对应于松弛状态下正常的皮肤电阻值。 如果你感到有精神压力，或有生病的感觉，此时皮肤电阻会降低，蓝色LED2和红色LED1会接着发光同时VU表指针摆向左方。红色LED1发光和vu表读数为零均表示你精神很紧张，反之，绿色LED3发光和vu表读数高。表示你情绪很松弛。（2）楼梯灯声光控制开关电路组成电路如图所示由声控电路、光控电路、触发及延时电路、控制电路供电电路、受控电路等几部分组成。实际上这一个由声、光双重控制的电路，其作用是在夜晚或光线较暗的时间段当外部环境中有任何声音发出时(如有人走过)，灯泡将自动点亮，约1分钟后又自动熄灭：而在白天或光线强烈的时候，无论外部环境中是否有声音发出，灯泡都不会被点亮，达到节能的目的。1.可控硅控制电路该电路中，灯泡的点亮与熄灭由可控硅(VT)控制。当可控硅导通时(可控硅的A、K极相当于开关接通)，220V电源将通过桥式整流电路、可控硅为灯泡供电，灯泡发光；而当可控硅截断时，灯泡供电回路被阻断，不能发光。可控硅是否导通，取决于其控制级(G)是否有触发电压该触发电压来自于声音和光线检测电路。当“光线暗、有声音”这两个条件同时满足时，声光检测电路将产生一个触发电压送给可控硅G级，并且该电压每次只能维持约1分钟左右；当“光线暗、有声音”这两个条件有一个不满足时(即白天、晚上但无声)，声光检测电路均不会使触发电路产生触发电压，可控硅也就不会导通。2.声控部分声音检测由MIC(驻极体话筒)完成，当外部环境中有声音发出时，话筒+端(TP3)将输出交流音频信号，该交流信号经Q1放大后，从R5、C3端耦合输出，然后经R6、R7送至Q2和Q3，若声音信号能正常到达Q2的基极，则信号中的正半周部分将使Q2导通，Q2导通后，Q3也将跟着导通，此时，+12V电源将通过Q3和D6快速给电容C4充电，只要瞬间发出的声音即可以使C4上充足电压(6V8V)，该电压经R12送到可控硅的控制级G，使可控硅导通，灯泡发光。随着电容C4上电压经可控硅放电，C4(TP6)电压将慢慢降低，当降到一定程度时(实测约O.9V以下)，该电压不足以维持可控硅继续导通，可控硅将截断，灯泡熄灭。直到下一次有声音时C4被重新充电才能再次导通。按图中参数，C4的容量所充电压大约能维持可控硅导通1分钟左右增大或减小C4的容量。可以延长或缩短烁泡发光的时间。3.光控部分光线检测电路主要由光敏电阻RG完成，该电阻的特点是当照射到该电阻受光面上的光线弱时(比如晚上时)，该电阻将呈现很大的阻值(M以上)；而当照射到其受光面上的光线较强时(白天时)，其阻值将急剧减小，相当于一个很小的电阻。正是由于白天时RG呈现出较小的阻值，故即使话筒接收到声音信号，当声音信号经过R6和RG组成的分压电路时，只会在RG上产生很小的压降，即相当于被RG旁路到地，不能到达Q2的基极，从而使Q2和Q3都处于截止状态，C4无法得到充电，可控硅得不到触发电压处于截断状态，灯泡不发光。4.控制电路供电部分声光控制电路要正常工作，需要约+12v的电源电压，其供电过程如下：在灯泡不亮时，220V经灯泡和桥式整流电路后在TP1点得到约100V的直流电压(电压大小视灯泡瓦数而定)，经R1降压，D5隔离、DW稳压后，在C1(TP2点)端得到约12v的直流电压，为后面的声光检测电路供电。需要注意的是，当可控硅导通，灯泡发光时，由于可控硅的A、K极近似短路，TP1点电压接近0V，故+12v电压也将消失，直到灯泡熄灭才能恢复。5.指示灯电路由R11和发光二极管LED组成，在灯泡不亮时，因为+12v电压的存在，LED将发光，可以在黑暗中作为该声控开关的位置指示。灯泡点亮期间，因+12V电压消失，LED也不发光。（3）电子蜡烛这是一种可使普通电灯泡产生烛光的简单电路。我们知道，烛光类似于一种随机闪烁的光源因此这种电路的设计目标是用普通电灯泡产生出有随机闪烁光效的光源。烛光电路分成三大部分：第一部分由IC1(555)、IC2(74LS164)、IC3(74LS86)和IC4(74LS00)以及一些相关元件构成它们用来产生随机变化的脉冲列。第二部分由可控硅SCR1(C106)、连接在可控硅阳极和电源火线之间的灯泡和一些触发电路元件构成。供电给灯泡的基本上是半波交流电源。第三部分是从220V交流电源产生随机信号所需的稳定5v直流电压它由降压变压器x1、全波整流器D3-D4、滤波电容C9和稳压芯片IC5(7805)构成。随机信号发生器由8位串行输入，并行输出移位寄存器IC2组成。IC2的各个输出通过一组逻辑门(N1N5)后，从最终输出(N5的)脚反馈至IC2的脚和脚。IC2的脚送入由定时器IC1产生的时钟信号时钟频率大约为100Hz左右，具体数值可用VR1和VR2调整以得出最佳的灯泡闪烁效果。随机信号触发SCR1后使灯泡获得交流电源，但SCR1的导通周期受IC2脚随机信号的控制，所以最后我们看到的灯光是具有闪烁效果的“烛光”。（4）洗手间烘手器现在烘手器的使用已相当普遍其维修量也随之增多。尽管其电路工作原理与结构大同小异但由于厂家很少提供电路图纸故使烘手器的故障维修颇费周折。本文以较为典型的西帝牌SBS-200型烘手器控制电路为例介绍其工作原理以供维修人员参考。烘手器是通过红外线发射和红外线接收两大环节完成烘干任务的。控制电路如附图所示。烘手器红外线发射电路的核心器件是双极型时基电路KA555该芯片内部电路主要由两个高精度电压比较器、一个RS触发器和一个由VT构成的电子开关组成。它与外围电阻器R1、R2和电容器C5、C6构成一个多谐振荡器。KA555脚为阈值输入端，脚为触发输入端。脚和脚直接连接在C5正极端；脚为电容器C5放电端口，其内部与电子开关连接。电路利用电源通过R1、R2向C5充电以及C5经过R2和VT放电建立自激振荡。脚的作用是用来从外部设定电压比较器的参考电压(本电路未使用而是通过消除干扰电容C6接地)。可见R1、R2和C5是决定振荡频率的定时元件。振荡脉冲由KA555脚输出通过限流电阻R3驱动红外线发射管VD5向外不断发射红外线光波。烘手器红外线接收环节主要由接收和控制执行两部分电路构成。接收部分的核心器件是运算放大集成电路LM358控制执行部分则主要由控制三极管VT、继电器KA、吹风电动机M及电热管EH组成。VD6为红外线接收管接收VD5发射的红外光波信号。VD6接收到的红外光波信号通过电容器c7耦合至IC3A脚，将电流信号变换为电压信号并进行前置放大。放大后的电压信号从其脚输出，再通过电容器C8耦合至由二极管VD7、VD8组成的整流器整流及电容器C9滤波在电阻器R8上形成二个直流电压信号。该信号经过隔离电阻R9耦合至IC3B脚。进行直流放大。由脚输出的直流信号经电阻器R13、R14分压，驱动控制三极管VT饱和导通。VT导通后二极管VD10发光(显示工作状态)：串联在其集电极的继电器KA线圈形成电流回路KA工作其触点KA-1闭合电热管EH和吹风电机M同时得电吹风电机将热风从出风口吹出。红外线发射管VD5和红外线接收管VD6同向安装在出风口一边且两者中间相互隔离。使用者将手伸到出风口时VD5发射的红外线光波信号通过手反射到VD6上经上述红外接收电路处理后烘手器送出热风：手离开出风口后VD6接收不到VD5发射的红外线信号电热管EH和吹风电机M停止工作出风口亦无热风送出。红外线接收管VD6上安装有滤光板可屏蔽干扰杂波以防止烘手器的误动作。另外滤波电容器C9的容量较大以延长其放电时间这样在手离开出风口后控制信号不会立即消失电热管EH和吹风电机M延时几秒钟才能停止工作用以驱散使用后出风口的潮气确保其干燥状态。本机的电源电路由两部分组成一是控制执行器件电热管EH和吹风电机M由AC220V直接供电：二是控制电路的电源是由AC220V通过变压器T变压、桥式整流器VD1VD4整流、电容器C1和C2滤波及稳压器LA7812稳压后得到DC12V提供。