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1、电气自动化技术数字电路设计书 1.课题描述 随着生活水平的提升，人们现在追求更多的是个性化的享受和需求，而机器狗玩具就是在这种条件下的时代产物。本论文设计的为机器狗玩具。这个机器狗通过电池供电。拥有声光磁三控一体化设计，满足儿童的好奇心，适合10岁以下儿童玩耍，机器狗制作过程简单、操作工具要求不高，适合广大电子初学者。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。 2.课程设计过程2.1 硬件原理 2.2 555构成的单稳态触发电路的工作原理5
2、55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。2/3 VCC1/3 VCC2.3单稳态触发器特点：两个工作状态：稳态和暂稳态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2.4机器狗装置主要组成：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
3、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。2.5声控工作原理：当声敏元件麦克风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，机器狗保持静止状态。当声敏元件麦克风V1处在一定的声波之中时，其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
4、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。2.6光控、磁控工作原理当光敏三极管或干
5、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，
6、直到光信号或磁信号消失为止。 3、焊接与安装：3、1元器件检测全部元器件安装前必须进行测试(见下表1)。3、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 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 值大于200。负正电解电容是否漏电 漏电流小极性是否正确 极性正确光敏三极管（红外接收管）光敏三极管由两个PN结组成，它的发射极具有光敏特性。它的集
7、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。干簧管传感器麦克风（声敏传感器）正负麦克风是将感应到的声音或振动转化为电信号，外围
8、负，用屏蔽线焊接。3、3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：（J1J6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）R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。电源：由电池负极引一根线J2到印制
9、板上的“电源”（V）。“电源”（V）与“电机”（M）相连，不用单独再接。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。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。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
10、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。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。静态工作点参考值： 代号型号静态参考电压EBCQ190140V0.5V4VQ29014D0V0.6V3.6VQ390140V0.4V0.5VQ490140V0V4.5VQ58050D0V0V4.5VIC15551：0V 2：3.8V3：0V 4：4.5V5：3V6：0V7：0V 8：4.5V检测焊接完毕后，我们接着对机器猫电子电路进行安全检测和调试。其步骤如下所示： 焊接完毕后，我们接着对机器
11、狗电子电路进行安全检测和调试。其步骤如下所示：（1）用三用表蜂鸣档测试印刷板上各个焊点焊接情况，一旦发现有的焊点发生短路、断路现象应立即加以修改。 （2）仔细检查每一条连线是否正确特别是：电源正、负极的焊接和电机正负极的焊接，以及传感器的焊接，这些地方焊接非常容易混乱，一定要仔细检查。 （3）装上电池，打开开关检测声控、光控及磁控是否正常运转，一旦发现异常，应立即关掉开关，再进行电路上的检查。 组装（1）将电路板放入机器狗的电动机的上方，小心线的情况，避免短路。（2）干簧管放在狗后部，贴紧机壳，便于磁感应（3）红外接收管通过钻孔放在猫胸前，便于感受光照（4）麦克的放置要求不多，这点由声音的传导
12、性质决定 （5）简单测试完后再组装机壳，注意螺丝不宜拧的太紧，以免塑料外壳损坏。装好后，分别分别进行声控，光控，磁控测试，均有“走停”过程即测试合格。 如某部分功能不正常，可拆开机壳，有针对性地检查电路和焊接。一般来讲，基本器件的焊接只要细心仔细不会出现错误，最可能的错误来自于导线连接的错位和器件极性倒置，应重点检查。检查时可使用万用表探测电位加速诊断。 4、总结与反思 此次电子狗的设计课程虽然有些许瑕疵，但总体完成的还算顺利。这次实动手实践，正是这一点使我们获益匪浅。加深了对模拟电路和数字电路在课堂上学到的知识的理解，理论到实际总有一段距离，而实践过程能强化对理论的理解，培养动手能力。把学到的知识应用于实际，跨越理论和实际的距离，将见证我们的成长。 5、 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 肖子主编
