【文章內(nèi)容簡介】 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 9 流橋的 2 號端口為高電壓時， Rx2 和 Rx3 之間的電壓亦很高，使 Q6 工作在導(dǎo)通狀態(tài)， protect端輸出低電平。把 protect的 低 電平信號送到單片機(jī)的 I/O上進(jìn)行檢測，由單片機(jī)作出判斷，再決定 SCR 端得電壓值，當(dāng) protect 為高，此時的電壓為低，可以驅(qū)動 SCR 導(dǎo)通，點(diǎn)亮白熾燈，當(dāng) protect 為低，此時的電壓為高，使SCR關(guān)閉，暫時不點(diǎn)亮白熾燈，等到過零點(diǎn)電位時才運(yùn)作。因此，無論什么時候有聲音信號來，只有在低電位時，才驅(qū)動 SCR 可控硅打開，聲控信號才起作用，實(shí)現(xiàn)零 壓啟動。 圖 6 過零啟動保護(hù)電路 白熾燈點(diǎn)亮以后，可控硅 SCR導(dǎo)通，二極管 D3的陽極電位就會下降，此時二極管 D3 就起到了過零電壓啟動取消的作用。當(dāng)有高電壓來時， Rx1 與 Rx2 之間的電位就會高于 D3 的陽極電位，二極管導(dǎo)通，從而使 Q6 的基極輸入電位下降，有效地避免了燈泡的閃爍現(xiàn)象。 定時 電路 的設(shè)計(jì) 聲控開關(guān)在打開后， 需要定時一定的時間，一般為幾十秒，設(shè)計(jì)時可以借助時鐘芯片，這里選用一款美國 DALLAS公司生產(chǎn)的高性能、低功耗、帶 RAM的實(shí)時時鐘芯片 DS1302. DS1302與 CPU通過三線接口同步通信，其接口電路如圖 7所求。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 10 圖 7 定時電路 驅(qū)動輸出電路 的設(shè)計(jì) 前面提到，當(dāng)單片機(jī)檢測到聲光信號后，要控制圖 6 中的 SCR 可控硅導(dǎo)通，才能點(diǎn)亮燈泡，因此要設(shè)計(jì)一個驅(qū)動輸出電路。 圖 8 驅(qū)動輸出電路 如圖 8 所示，用一個反向器與一個 NPN 型的三極管，一般的 8050 或 9013 都可以，再加一個上位電阻，此處用一個 10K 的電位器，方便可調(diào)。單片機(jī)的一個I/O端口控制 74LS14，使三極管關(guān)斷截止或?qū)ㄩ]合。 當(dāng)單片機(jī)檢測到有聲光信號時需要驅(qū)動可控硅導(dǎo)通，則單片機(jī)給一個高電平泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 11 信號 ，經(jīng)反向器反為低電平，三極管截止， SCR 輸出端為高，打開可控硅，點(diǎn)亮燈泡。反之，單片機(jī)給一個低電平，使三極管導(dǎo)通， SCR端輸出為低，可控硅截止，燈泡不亮。 電源設(shè)計(jì) 燈泡的工作電壓為 220V，但控制器的工作電壓為 5V，所以必須設(shè)計(jì)一個電源電路，取得 5V的低電壓。 如圖 9所示， ZI 為 9V穩(wěn)壓管， C7～ C10 為濾波電容， D .D5 為保護(hù)二極管，7805 為三端穩(wěn)壓管。 220V 經(jīng)過整流后，經(jīng)過 Z1 穩(wěn)壓輸出 9V，再經(jīng) C9 和 C7 濾波輸出直流電壓，從 7805 的 1 腳輸出 +5V.。 圖 9 電源設(shè)計(jì) 看門狗 電路 的設(shè)計(jì) 簡介看門狗電路及其作用 在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 ,由于單片機(jī)的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾 ,造成程序的跑飛 ,而陷入死循環(huán) ,程序的正常運(yùn)行被打斷 ,由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作 ,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài) ,發(fā)生不可預(yù)料的后果 ,所以出于對單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的考慮 ,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機(jī)程序運(yùn)行 狀態(tài)的芯片俗稱“看門狗”（ Watchdog）。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 12 聲控開關(guān)控制器長時間工作，電路中即有 220V 的強(qiáng)電，又有 +5V 的低工作電壓，現(xiàn)場的抗干擾在所難免，為避免單片機(jī)的程 序跑飛，這里加入了看門狗電路，起到抗干擾的作用。 X5045 將 EEPROM、看門狗定時器、電壓監(jiān)控三種功能組合 在單個芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。 X5045引腳如圖 10所示。 圖 10 X5045 引腳圖 其引腳功能如下： CS: 芯片 選擇輸入 ：當(dāng) CS 是高電平時，芯片未選中，并將 SO 置為高阻態(tài)。器件處于標(biāo)準(zhǔn)的功耗模式，除非一個向非易失單元寫的周期開始。在 CS是高電平時，將 CS拉低將使器件處于選擇狀態(tài)，器件將 工作于工作功耗狀態(tài)。在上電后任何操作之前， CS必須要有一個高變低的過程 ； SO: 串行輸出： SO是一個推 /拉串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在 SCK脈沖的下降沿由這個引腳送出 ； SI: 串行輸入： SI 是串行數(shù)據(jù)輸入器，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過這個引腳進(jìn)行輸入。在 SCK 的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入，并且高位（ MSB）在前 ； SCK : 串行時鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出； WP: 寫保護(hù)輸入：當(dāng) WP引腳是低電平時，向 X5045中寫的操作被禁止，但是其他的功能正常。當(dāng)引腳是高電平時，所 有操作正常，包括寫操作。如果在 CS是低的時候， WP 變?yōu)榈碗娖?，則會中斷向 X5045 中寫的操作，但是，如果此時內(nèi)部泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 13 的非易失性寫周期已經(jīng)初始化了， WP變?yōu)榈碗娖讲黄鹱饔?； Vss: 地； Vcc: 電源電壓； RESET: 復(fù)位輸出 ： PESET是一個開漏型輸出引腳。只要 Vcc下降到最小允許Vcc值，這個引腳就會輸出高電平，一直到 Vcc 上升超過最小允許值之后 200ms。同時它也受看門狗定時器控制，只要看門狗處于激活狀態(tài)，并且 WDI 引腳上電平保持為高或者為低超過了定時的時間，就會產(chǎn)生復(fù)位信號。 CS 引腳上的一個 下降沿將會復(fù)位看門狗定時器。由于這是一個開漏型的輸出引腳。所以在使用時必須接上拉電阻 。 X5045硬件連接圖如圖 11所示。 X5045芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間后，若在預(yù)置的時間內(nèi)看門狗芯片的 CS端電平?jīng)]有發(fā)生變化，則 X5045將從 RESET輸出一個高電平信號，使 CPU復(fù)位 圖 11 看門狗電路 X5045 特性介紹 （ 1）可選時間的看門狗定時器。 （ 2） Vcc的降壓檢測和復(fù)位控制。 （ 3） 5種標(biāo)準(zhǔn)的開始復(fù)位電壓，使用特定的編程順序即可對電壓檢測和復(fù)位開始電壓 進(jìn)行編程，復(fù)位電壓可低至 Vcc=1V。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 14 （ 4）省電特性：在看門狗打開時，電流小于 50uA，在看門狗關(guān)閉時，電流小于 10uA，在讀操作時，電流小于 2mA。不同的型號的器件，其供電電壓可以是、 、 。 4K位 EEPROM,1,000,000 次的擦寫周期。 （ 5）具有數(shù)據(jù)的塊保護(hù)功能 — 可以保護(hù) 1/ 1/全部的 EEPROM，當(dāng)然也可以置于不保護(hù)狀態(tài)。 （ 6）內(nèi)建的防誤寫措施：用指令允許寫操作，寫保護(hù)引腳。 （ 7）時鐘可達(dá) 。 （ 8）短的編程時間： 16字節(jié)的頁寫模 式；寫時由器件內(nèi)部自動完成；典型的器件寫周期為 5ms。 . PCB 板的制作 的設(shè)計(jì) PROTEL DXP 2022 的概述 Altium 公司 2022 年最新產(chǎn)品， Protel DXP 2022 是一款能極大地提高 PCB 設(shè)計(jì)的完整的板卡級設(shè)計(jì)軟件。它可運(yùn)行于 Windows2022 和 Windows XP 操作系統(tǒng)之上，可實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)到輸出外協(xié)加工文件等一系列操作，并對設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析、驗(yàn)證。 Protel DXP 2022不僅能方便經(jīng)驗(yàn)豐富的 PCB工程師，也降低了制作 PCB 的門檻，人們 只需通過段時間培訓(xùn)，便可以很快制作出一塊合格的 DXP 2022 已經(jīng)不再是單純的 SCH、 PCB 設(shè)計(jì)工具，而是主要由以下幾個功能模塊組成的系統(tǒng)工具 : （ 1） 分級線路圖輸入。 （ 2） 自動布局布線。 （ 3） 設(shè)計(jì)前、后的信號傳輸效應(yīng)分析。 （ 4） 規(guī)則驅(qū)動下的板卡色設(shè)計(jì)和編輯。 （ 5） Spice 3f5 混合電路仿真模擬。 （ 6） 完全支持線路圖基礎(chǔ)上的 FPGA設(shè)計(jì)。 （ 7） 完整的 CAM 輸出。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 15 Protel 原理圖界面 在 Protel 主界面中單擊 FileOpen 命令，在文件路徑中選擇原理圖文件。Protel DXP 2022原 理圖界面主要包括以下幾部分：菜單欄、工具欄、工作窗口等。 原理圖如下圖所示菜單欄 DXP(系統(tǒng) )、 File(文件 )、 View(視圖 )、 Project(工程 )、 Place(放置 )、 Design(設(shè)計(jì) )、 Tools(工具 )、 Peports(報告 )等。 電路原理圖的設(shè)計(jì) 流程 在原理圖設(shè)計(jì)時可能會涉及到眾多元件的放置，繁多的電氣連接。為了保證不泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 16 出錯，需要遵循一定的設(shè)計(jì)流程。在繪制簡單的原理圖時按照以下流程繪制即可。 （ 1） 新建項(xiàng)目文件。在項(xiàng)目文件中新建原理圖文件。 （ 2） 設(shè)置原理圖圖紙及相關(guān)信息，圖紙是原 理圖繪制的工作平臺。幾乎所有的工作都建立在其上，為原理圖設(shè)置合適的圖紙參數(shù)將有利于原理圖設(shè)計(jì)。 （ 3） 添加 /刪除元件庫。在原理圖設(shè)計(jì)中使用的元件符號，需要在繪制之前導(dǎo)入。 （ 4） 放置元件符號，元件符號的放置要遵循電路設(shè)計(jì)要求，同時要修改元件的屬性（當(dāng)然也可以在后續(xù)操作中再進(jìn)行屬性修改）。 （ 5） 電氣連接。在原理圖中進(jìn)行電氣連接時可以使用導(dǎo)線連接，也可以采用總線連接，還可以使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記進(jìn)行連接，電氣鏈接可為 PCB 設(shè)計(jì)生成網(wǎng)絡(luò)報表。 （ 6） 調(diào)整原理圖并檢查錯誤、修改。在電氣連接完成后要根據(jù)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行仔細(xì)的檢查，確保電路連接的正確性。 Protel DXP 2022引入了自動 ERC檢測功能，能簡化設(shè)計(jì)人員的檢查工作。 （ 7） 原理圖注釋。這是原理圖設(shè)計(jì)不可缺少的部分。注釋時要注明原理圖的名稱、關(guān)鍵點(diǎn)的說明和波形描述等。 （ 8） 原理圖保存打印。單擊工具欄的保存按鈕即可進(jìn)行保存。值得一提的是，在設(shè)計(jì)過程中要經(jīng)常保存以防意外丟失。單擊工具欄上的打印預(yù)覽按鈕可以進(jìn)行打印預(yù)覽，查看打印效果。若確定無誤后即可單擊打印按鈕進(jìn)行打印輸出。 （ 9） 輸出文件?？筛鶕?jù)需要選擇原理圖元件清單輸出或網(wǎng)絡(luò)報表輸出等。 PCB 板的繪制原則 （ 1）電路要有合理的走向 對于輸 出 /輸入、交流 /直流、強(qiáng) /弱信號、高頻 /低頻、高壓 /低壓等，它們的走向應(yīng)該是分離布線的，不得相互交融，其目的在于防止相互干擾。 （ 2） 選擇好電路信號的接地點(diǎn) 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 17 接地點(diǎn)的設(shè)置是較復(fù)雜而又靈活的，一般情況下要求公共地，現(xiàn)實(shí)中，因受各種限制很難完全辦到，但應(yīng)盡力遵循，這個問題在實(shí)際中是相當(dāng)靈活的，每個人都有自己的一套解決方案。 （ 3）合理安排電源濾波 /各種退耦濾波電容 電源線上的小電容是為開關(guān)器件或其他需要濾波 /退耦的器件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)該盡量靠近這些元器件，離得太遠(yuǎn)就沒有作用了。 （ 4） PCB布線有一 定的規(guī)則 在 PCB板上，有條件加寬的線盡量不做細(xì)。高壓及高頻線應(yīng)圓滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應(yīng)盡量寬，最好使用大面積敷銅。 （ 5）謹(jǐn)慎處理來自 PCB設(shè)計(jì)中的問題 設(shè) 計(jì)中盡量減少過線孔，由于過線孔太多，在生產(chǎn)中工藝稍有不慎就會埋下隱患。同向并行的線條如果密度過大，則焊接時很容易連成一片，線密度應(yīng)視焊接工藝水平來確定。焊點(diǎn)的距離太小，將不利于人工焊接，只能以降低工效來解決焊接質(zhì)量，因此焊點(diǎn)最小距離的確定應(yīng)綜合考慮焊接人員的素質(zhì)和工效。 Protel PCB 設(shè)計(jì)流程 通 常， PCB 的設(shè)計(jì)是要遵循一定的流程，保證 PCB 和原理圖設(shè)計(jì)同步，不要有遺漏，這樣會使檢查更加容易。當(dāng)然，對于不同的設(shè)計(jì)人員會有一些差別，概括有以下幾個步驟。 （ 1） PCB 板的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：由原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表，裝載 PCB 元件所在的封裝庫，如果沒有封裝的元件，則要繪制出該器件的封裝。 （ 2） 根據(jù)應(yīng)用電路的要求，確定 PCB板的幾何尺寸、形狀和層數(shù)等參數(shù)。 （ 3） 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)文件，引入原理圖中的信息，采用元件自動布線操作，完成 pcb的初步設(shè)計(jì)。 （ 4） 根據(jù)電路的功能分布、布線的要求對 Protel DXPde 自動元件布局進(jìn)行調(diào)整，這是 PCB設(shè)計(jì)的 重要部分。 （ 5） 對 PCB進(jìn)行自動布線，通常是自動布線和手工布線交替進(jìn)行，手工布線主要是彌補(bǔ)自動布線的缺陷。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 18 （ 6） PCB的電路檢查，填充非元件區(qū)、添加安裝尺寸和絲印信息 根據(jù) PCB文件生成 BOM報表、導(dǎo)出文件和打印外協(xié)加工圖紙等。 印制電路板（ PCB）的繪制 過程如下所示： 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 19 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 19 焊制電路板 如下所示 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 20 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)） 20 5. 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)語言的 選擇 單片機(jī) 語言的編程一般使用兩種語言： C 語言和匯編語言。匯編語言是一種用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號語言，是最接近機(jī)器語言的一 種語言。其主要的優(yōu)點(diǎn)是占用資源少，程序執(zhí)行效率高。但是不同的 CPU，其匯編語言可能有