機(jī)器狗指導(dǎo)書

電子工藝實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品之三EDA實(shí)踐參考書機(jī)器貓(插件式北京德清永業(yè)科技有限公司2011年1機(jī)器貓●實(shí)習(xí)目的本產(chǎn)品具有機(jī)、電、聲、光、磁結(jié)合的特點(diǎn),通過(guò)制作本產(chǎn)品完成EDA實(shí)踐的全程訓(xùn)練過(guò)程,由學(xué)生完成從電路原理仿真驗(yàn)證、印制電路板設(shè)計(jì)制造直到元器件檢測(cè)、焊接、安裝、調(diào)試的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造全過(guò)程,達(dá)到培養(yǎng)同學(xué)們工程實(shí)踐能力的目的。1、產(chǎn)品簡(jiǎn)介圖1、機(jī)器貓電路原理圖1.1、工作條件圖1所示為機(jī)器貓的電路圖,它是聲控、光控、磁控機(jī)電一體化電動(dòng)玩具。主要工作原理:利用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,在三種不同的控制方法下,均給以低電平觸發(fā),促使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),從而達(dá)到了機(jī)器貓停走的目的。即:拍手即走、光照即走、磁鐵靠近即走,但都只是持續(xù)一段時(shí)間后就停會(huì)下,再滿足其中一條件時(shí)將繼續(xù)行走。1.2、555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作原理555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器C1和C2決定,比較器的參考電壓由分壓器提供,在電源和地之間加VCC電壓,并讓VM懸空時(shí),上比較器C1的參考電壓為2/3VCC,2下比較器C2為1/3VCC。圖2為555定時(shí)器結(jié)構(gòu)框圖:圖2、555定時(shí)器結(jié)構(gòu)框圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路平時(shí)(即觸發(fā)信號(hào)未到來(lái)時(shí),總是處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。在外來(lái)觸發(fā)信號(hào)的作用下,它能翻轉(zhuǎn)成新的狀態(tài)。但這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的,只能維持一定時(shí)間,因而稱之為暫穩(wěn)態(tài)(簡(jiǎn)稱暫態(tài)。暫態(tài)時(shí)間結(jié)束,電路能自動(dòng)回到原來(lái)狀態(tài),從而輸出一個(gè)矩形脈沖,由于這種電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài),因而稱之為“單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器”,簡(jiǎn)稱“單穩(wěn)電路”或“單穩(wěn)”。單穩(wěn)t,與外界觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān),僅由電路本身的耦合元件RC決定,電路的暫態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短Wt=RCln3≈1.1RC。圖3為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路及其因此稱RC為單穩(wěn)電路的定時(shí)元件。W工作波形。本電路工作波形可在軟件仿真時(shí)觀察。a單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路b工作波形圖3342、原理圖設(shè)計(jì)與仿真(Multisim圖4、EDA仿真電路圖圖4為機(jī)器貓的仿真電路圖,仿真過(guò)程中分別用開(kāi)關(guān)K1、K2、光耦合器模擬仿真聲控、磁控和光控;燈泡代替電動(dòng)機(jī)。每當(dāng)按下其中一個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí),燈泡即發(fā)光,一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅,相當(dāng)于機(jī)器貓的“走—停”過(guò)程。可通過(guò)調(diào)整C5、R6各自數(shù)值的大小改變電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間的長(zhǎng)短。本電路元件清單:由于multisim元件庫(kù)里沒(méi)有9014及8050型號(hào)的三極管,故用性能參數(shù)相近的2SC945和2N2222A代替做仿真。QuantityDescription庫(kù)Reference_IDPackage==============================================================================2DCCurrentSourceV,V11CAPacitor,10nFC2cap35CAP_Electrolit同上C1,C3,C4,C5,C6ELKO5R512Resistor同上R1——R12RES0.54Connectors同上J,J1,J2,J3,J4HDR1X2(X41Diode,1N4001(4148D1,D2DO-355BJT_NPNQ1——Q5TO-921Timer,555IC1M08A1LampX1LAMP3SwitchesK1,K2,K31Optocoupler,4N25U1虛擬元件注:光電耦合器4N25只用于仿真。用示波器觀察555芯片的6腳和3腳的波形,得到如圖5所示的波形圖。(注:此圖是C5=1μF時(shí)得到的波形圖。驗(yàn)證了單穩(wěn)態(tài)的工作原理即:電源接通,若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號(hào)2腳電壓≤1/3VCC,觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn),電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),3腳輸出為高電平,且圖2中T1截止。此后電源通過(guò)電阻R6向電容C5充電,當(dāng)VC5上升到2/3VCC時(shí),觸發(fā)器復(fù)位,3腳輸出為低電平,T1導(dǎo)通,電容C放電,電路恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。圖5、機(jī)器貓電路仿真波形3、印制板設(shè)計(jì)(Ultiboard在此我們只提供Ultiboard2001軟件的具體操作步驟,如果同學(xué)有興趣也可嘗試其A1=2/3VB15他印制板設(shè)計(jì)軟件,如:Protel、Orcad等。可根據(jù)具體情況給予輔導(dǎo)。為了向Ultiboard2001印制板設(shè)計(jì)軟件傳送數(shù)據(jù),在繪制仿真原理圖時(shí)應(yīng)該注意:所有元件均應(yīng)采用真實(shí)元件否則無(wú)法傳送;電源/信號(hào)源類元件均為虛擬元件實(shí)際需外接,均應(yīng)取用連接器作為印制板上的輸入輸出端子;Multisim向Ultiboard傳送后應(yīng)注意檢查是否缺少元件;Multisim7的msm文件名請(qǐng)采用英文;設(shè)計(jì)印制板之前電路圖需做些修改,將不在印制板上的元件替除,如圖6所示。Multisim電路圖中有些真實(shí)元件的封裝在Ultiboard中沒(méi)有或者不正確,需要預(yù)先在Multisim中修改元件的引腳順序。首先要將Q5的封裝改為TO-92,然后再如圖6中所示修改原理圖的五個(gè)三極管,正確的引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖7所示。圖7具體操作步驟:雙擊三極管,點(diǎn)擊(編輯元件封裝按鈕,參照?qǐng)D7將E、B、C的FootprintPins改為E→3,B→2,C→1的引腳順序,然后選擇OK即可。電解電容的封裝也采用同樣的方法修改為:1→1,2→2。利用Multisim7完成電路原理圖的設(shè)計(jì)、繪制和仿真后利用傳輸功能將數(shù)據(jù)傳到Ultiboard2001會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)項(xiàng)目。注意傳送目錄應(yīng)使用Ultiboard2001的工作目錄,一般為UB2001。請(qǐng)選擇線寬不小于40mil,避讓距離10mil。利用Place菜單中的命令(如Shape/Rectangle在BoardOutline層定義印制板的形狀(封閉曲線,要求印制板不大于82*55mm。根據(jù)需要設(shè)定設(shè)計(jì)規(guī)則,示例中主要考慮使用Tools菜單的“PCBProperties”選BoardSettings頁(yè),選擇成對(duì)板層對(duì)數(shù)量為1,分別選擇上面和底面單個(gè)板層數(shù)量為0,顯示內(nèi)電層數(shù)量為0;均選中允許兩個(gè)基本布線層,即可布雙面板;若要布單面板須去掉其中一層(常去頂層,這是一種方法,下面一頁(yè)介紹了另外一種方法布單面板。選中IC1(555芯片,執(zhí)行Tools/ChangeFootprint/IC/DIP命令,將其封裝改為DIP8。設(shè)置單位制和格點(diǎn),使用Tools菜單的“PCBProperties”選Grid&units頁(yè)。在Units區(qū)域的設(shè)置圖紙的單位為英制單位mil。在Grids區(qū)域,設(shè)置可視格點(diǎn)距離為25mil;設(shè)置元件擺放格點(diǎn)距離為50mil,設(shè)置光標(biāo)格點(diǎn)距離,即光標(biāo)移動(dòng)一步距離為25mil。印制板具體要求:①三極管和555芯片焊盤外徑:80mil(三極管可修改焊盤的橫縱坐標(biāo)調(diào)整焊盤間距,注:555焊盤間距不可調(diào);其余元件焊盤外徑:100mil;焊盤內(nèi)徑:20mil;②元件正極和芯片1腳用方焊盤標(biāo)注。③在印制板的空白處添加自己的學(xué)號(hào)(要求鏡像!。參照原理圖中的連接關(guān)系移動(dòng)元件形成布局圖,使用Autoroute/place菜單的InternalRip-upandRetry命令進(jìn)入內(nèi)置拆線-重試自動(dòng)布線器窗口,直接選命令開(kāi)始布線,程序會(huì)自動(dòng)打開(kāi)布線策略選擇窗口,按OK鈕開(kāi)始自動(dòng)布線,可以觀察到雙面自動(dòng)布線效果。關(guān)掉拆線-重試自動(dòng)布線器并選NO,不傳輸數(shù)據(jù),再重新進(jìn)入拆線-重試自動(dòng)布線器窗口,使用Parameters菜單的CostingParameters命令,選中代價(jià)參數(shù)設(shè)定窗口左上角的一個(gè)板層名Top再按右側(cè)的Editlayers按鈕,就會(huì)顯示窗口,不選中Routable,禁止上面板層自動(dòng)布線。選命令開(kāi)始布線,程序會(huì)自動(dòng)打開(kāi)布線策略選擇窗口,按OK鈕開(kāi)始自動(dòng)布線,可以觀察到單面自動(dòng)布線效果。注意,使用Tools/CopperDelete/AllCopper命令可以刪除所有布線和導(dǎo)通孔,使用File/IMPORT/Netlist命令可以重新調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行DRC檢查。完成自動(dòng)布線后可做手工調(diào)整,雙擊焊盤或連線即可做如下修改:加粗線寬、加大焊盤、改變引線走向等,使印制板具有工藝性。圖8機(jī)器貓印制板4、制作工藝4.1、印制板制作參照下面的工作流程圖,完成印制板的設(shè)計(jì)與制作。4.2、印制板的安裝(1元器件檢測(cè)全部元器件安裝前必須進(jìn)行測(cè)試(見(jiàn)下表1。(2印制板焊接按圖8所示位置,將元器件全部臥式焊接(參見(jiàn)圖10注意二極管、三極管及電解電容的極性。<8mm(a三極管(b電解電容(c二極管、電阻圖10判斷極性及類型:8050負(fù)正麥克風(fēng)5、整機(jī)裝配與調(diào)試在連線之前,應(yīng)將機(jī)殼拆開(kāi),避免燙傷及其他損害,并保存好機(jī)殼和螺釘。注意:電機(jī)不可拆!參考下列步驟進(jìn)行連線：（J1～J6的長(zhǎng)度參考材料單）名稱電動(dòng)機(jī)電源1.代表字符MV名稱麥克風(fēng)（聲控）干簧管（磁控）－電動(dòng)機(jī)＋代表字符SR名稱紅外接收（光控）代表字符I電動(dòng)機(jī)：打開(kāi)機(jī)殼，電動(dòng)機(jī)（黑色）已固定在機(jī)殼底部。電動(dòng)機(jī)負(fù)極與電池負(fù)極有一根連線，改裝電路，將連在電池負(fù)極的一端焊下來(lái)，改接至印制板的“電動(dòng)機(jī)－”（M－），由印制板上的“電動(dòng)機(jī)＋”（M＋）引一根線J1到電動(dòng)機(jī)正端。音樂(lè)芯片連接在電池負(fù)極的那一端改接至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極，使其在貓行走的時(shí)候才發(fā)出叫聲。2.電源：由印制板上的“電源－”（V－）引一根線J2到電池負(fù)極。“電源＋”（V＋）與“電機(jī)＋”（M＋）相連，不用單獨(dú)再接。3.磁控：由印制板上的“磁控＋、－”（R＋、R－）引兩根線J3、J4，分別搭焊在干簧管（磁敏傳感器）兩腿，放在貓后部，應(yīng)貼緊機(jī)殼，便于控制。干簧管沒(méi)有極性。4.紅外接收管（白色）：由印制板上的“光控＋、－”（I＋、I－）引兩根線J5、J6搭焊到紅外接收管的兩個(gè)管腿上，其中一條管腿套上熱縮管，以免短路，導(dǎo)致打開(kāi)開(kāi)關(guān)后貓一直走個(gè)不停。應(yīng)注意的是：紅外接收管的長(zhǎng)腿應(yīng)接在“I－”上。在貓機(jī)殼前面的小擋板上打個(gè)Φ5的孔，將紅外接收管固定住。5.聲控部分：屏蔽線兩頭脫線，一端分正負(fù)（中間為正，外圍為負(fù)）焊到印制板上的S＋、S－；另一端分別貼焊在麥克風(fēng)（聲敏傳感器）的兩個(gè)焊點(diǎn)上，但要注意極性，且麥克易損壞，焊接時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)。焊接完后麥克安在貓前胸。6.通電前檢查元器件焊接及連線是否有誤，以免造成短路，燒毀電機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)。尤其注意在裝入電池前測(cè)量“電源－”（V－）?！半娫矗遍g是否短路，并注意電池極性。7.靜態(tài)工作