摘要
本次CAD課程設(shè)計(jì)是關(guān)于模擬電子蠟燭的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)需要先進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)與繪制，在庫里尋找所需要的元件，因?yàn)閹炖餂]有CD4013，所以自己進(jìn)行了繪制。然后是對(duì)所有元件進(jìn)行封裝，檢查封裝是否是帶有焊盤的，對(duì)于沒有封裝的元件進(jìn)行元件封裝。再進(jìn)行PCD板的布局和布線。在規(guī)則里對(duì)更改線和許可層的位置，線放在底層，許可層放在頂層，然后就是自動(dòng)布線了。在布線中可能會(huì)遇到一些問題，比如為何有的元器件不能完全調(diào)入，是因?yàn)樵骷趲熘性O(shè)有定義。如三極管，它的三個(gè)管腳在原理圖中定義為1，2，3而在制版設(shè)計(jì)庫中定義成2，3，4。因?yàn)樗鼈儗?duì)照不上，自然調(diào)不過來。應(yīng)該是將設(shè)計(jì)庫中的元器件修改成與原理圖中定義的一致就可以了。比如為什么連接三極管的導(dǎo)線明明和管腳相連，卻說缺少連線，是因?yàn)閷?dǎo)線連接在管腳之上了，導(dǎo)致布局的時(shí)候缺少連線。當(dāng)可以正確的布局布線后，這個(gè)設(shè)計(jì)可以算是設(shè)計(jì)成功了。
一、設(shè)計(jì)目的 模擬電子蠟燭具有“火柴點(diǎn)火，風(fēng)吹火熄”的仿真性，設(shè)計(jì)原型來源于現(xiàn)實(shí)生活情節(jié)：蠟燭的使用，電路改造后可以用于生日晚會(huì)，元宵燈會(huì)，中秋燈會(huì)，西方的圣誕節(jié)，萬圣節(jié)燈，適用男女老少各個(gè)社會(huì)群體。可用于贈(zèng)送禮品，促銷宣傳禮品，廣告禮品。電子蠟燭安全環(huán)保，絕不發(fā)熱，避免火焰著火現(xiàn)象的發(fā)生。美觀大方，適用于各種蠟燭臺(tái)�？僧�(dāng)小夜燈用于照明，也可作其他裝飾用。 二、電路的設(shè)計(jì) 2.1電路原理分析 本電路利用雙D觸發(fā)器4013中的一個(gè)D觸發(fā)器，接成R-S觸發(fā)器形式。接通電源后，R4，C3組成的微分電路產(chǎn)生一個(gè)高電平微分脈沖加到U1的1RD端，強(qiáng)制電路復(fù)位，1Q端輸出低電平，送到三極管VT4的基極，也為低電平，VT4截止，發(fā)光二極管LED1不發(fā)光。 當(dāng)用打火機(jī)燒熱敏電阻RT1后（燒的時(shí)間不能太長，否則容易燒壞熱敏電阻），RT1的阻值突然變小，呈現(xiàn)低電阻狀態(tài)，三極管VT1導(dǎo)通，產(chǎn)生的高電平脈沖送到4013的1SD端，使1Q端翻轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖�，送到三極管VT4的基極，也為高電平，VT4導(dǎo)通，發(fā)光二極管D1發(fā)光，這一過程相當(dāng)于用火柴點(diǎn)亮蠟燭，此時(shí)即使打火機(jī)離開熱敏電阻RT1后，也不會(huì)使電路狀態(tài)發(fā)生改變，發(fā)光二極管LED1維持發(fā)光。 當(dāng)用嘴吹駐極體話筒M1時(shí)，駐極體話筒M1輸出的音頻信號(hào)經(jīng)過C2送到VT2的基極，觸發(fā)VT2導(dǎo)通。因R3的阻值比較大，故VT2的集電極電位降得很低，PNP型三極管VT3的基極電位也就很低，從而VT3導(dǎo)通，高電平脈沖送到觸發(fā)器1RD端。觸發(fā)器復(fù)位，1Q端由高電平變?yōu)榈碗娖剑琕T4截止，發(fā)光二極管D1熄滅，實(shí)現(xiàn)“風(fēng)吹火熄”的仿真效果。 2.2主要組成部分 1、溫度傳感器（熱敏電阻） 熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。 本產(chǎn)品采用了負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC），常溫下的電阻值大概100K。檢測(cè)時(shí)，用萬用表歐姆檔（一般為R×10K擋）直接測(cè)試，實(shí)際測(cè)試的值80K到100K之間，當(dāng)用打火機(jī)點(diǎn)燃后，電阻值急速下降到10K以下。 2、駐極體話筒 駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄 音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。 將模擬式萬用表撥至R×100檔，兩表筆分別接話筒兩電極（注意不能錯(cuò)接到話筒的接地極），待萬用表顯示一定讀數(shù)后，用嘴對(duì)準(zhǔn)話筒輕輕吹氣（吹氣速度慢而均勻），邊吹氣邊觀察表針的擺動(dòng)幅度。吹氣瞬間表針擺動(dòng)幅度越大，話筒靈敏度就越高，送話、錄音效果就越好。若擺動(dòng)幅度不大（微動(dòng)）或根本不擺動(dòng)，說明此話筒性能差，不宜應(yīng)用。 3、雙D觸發(fā)器4013 CD4013是一雙D觸發(fā)器,由兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個(gè)觸發(fā)器有獨(dú)立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時(shí)鐘輸入和Q及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計(jì)算器和觸發(fā)器。在時(shí)鐘上升沿觸發(fā)時(shí)，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復(fù)位與時(shí)鐘無關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成。 真值表功能： 
圖二 真值表的功能 2.3繪制電路原理圖 - 先打開Altium Designer Release10軟件，首先點(diǎn)擊文件里“新的”—“工程”—“PCD工程”可建立一個(gè)新的工程。
- 右擊新建工程的名字—選擇“給工程添加新的”—“schematic”，可把新的建立的原理圖文件添加到新的工程中。
- 在原理圖文件界面找到軟件右側(cè)邊欄的“庫”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“庫”—在庫里尋找所需要的元件，對(duì)于沒有的元件點(diǎn)擊“查找”再更改庫路徑，再然后進(jìn)行尋找library里的元器件并添加再庫里。庫里沒有本產(chǎn)品需要的CD4013，所以自己進(jìn)行繪制并添加到庫里。
- 按照原理圖，將所有元件在合理的位置進(jìn)行繪制連接，并更改名稱和值的大小。
繪制好的原理圖如下： 圖一 原理圖
2.4給元件添加封裝 檢查所有元器件是否都有封裝，對(duì)于一些沒有封裝的元件，可選擇在左側(cè)工程里右鍵選給工程添加新的— PCB Library ,創(chuàng)建后修改另存命名—設(shè)置—新的空元件，然后可以繪制封裝圖（要注意焊盤和引腳的符號(hào)是否相對(duì)應(yīng)）。 以下是一些元件的封裝圖：
2.41 
圖三 CD4013的封裝圖 2.42 
圖四 三極管的封裝圖
三、PCD板的制作 3.1用Altium Designer Release10制作PCD板的流程圖
3.2制作PCD的步驟 - 給工程添加PCD板，點(diǎn)擊Files里PCD向?qū)�，選擇公制的，然后點(diǎn)擊下一步，選擇custom點(diǎn)擊下一步，更改線的寬度，PCD板的寬度，高度，布線與邊界的距離，本PCD板選擇默認(rèn)的數(shù)據(jù)，然后點(diǎn)擊下一步，最后完成。
- 在菜單欄里的“設(shè)計(jì)”選擇“Import Changes From PCD_Project1.PrjPCD”
- 元件會(huì)彈出在PCD板旁邊，將元件拖到板內(nèi)，在進(jìn)行合理的放置后，點(diǎn)擊“規(guī)則”更改線的位置，線放在底層，許可層放在頂部，然后點(diǎn)擊自動(dòng)布線，等待布線完成即可。
3.3模擬電子蠟燭的PCB布局圖 圖五 PCB板 3.4 PCD板3D展示圖 
圖六 3D展示圖 四、調(diào)試與檢修 如果制作沒有成功，請(qǐng)從下面幾個(gè)方面進(jìn)行檢修與調(diào)試： 1、觀察法：檢查每個(gè)元件是否安裝正確，特別是雙D觸發(fā)器4013，駐極體話筒等是否安裝正確，三極管9012、9013的三個(gè)引腳1、2、3是否正確等，發(fā)光二極管的正負(fù)極性是否正確。 2、電阻法：根據(jù)原理圖檢查線路是否正常連通，可用萬用表檢測(cè)每條線路是否導(dǎo)通。電子初學(xué)者，焊接的線路多有虛焊、漏焊、假焊等情況，電路搭建錯(cuò)誤，所以首先檢查每條線路是否焊接好，也就是電氣性能是否保證。 3、電阻法：檢測(cè)每處GND是否和電源負(fù)極接頭是否連通；檢測(cè)每處VCC是否和電源接頭是否連通。 4、電壓法：測(cè)試三極管VT1的基極電壓，然后用打火機(jī)燒一下，看看電壓是否由高到低變化。如果一直電壓沒有變化，三極管的損壞的可能性比較大。 5、電壓法：測(cè)試駐極體話筒的正極的電壓，用嘴吹駐極體話筒時(shí)，電壓會(huì)下降1V左右。如果電壓沒有變化，駐極體話筒的正負(fù)極性接反的可能性較大。 6、電壓法：測(cè)試三極管VT2的基極電壓，用嘴吹駐極體話筒時(shí)，電壓會(huì)發(fā)生改變，產(chǎn)生負(fù)電壓。如果一直電壓沒有變化，三極管的損壞的可能性比較大。 7、電壓法：測(cè)試三極管VT3的基極電壓，用嘴吹駐極體話筒時(shí)，電壓會(huì)發(fā)生零點(diǎn)幾的下降。如果一直電壓沒有變化，三極管的損壞的可能性比較大。 8、電壓法：測(cè)試三極管VT3的集電極電壓，用嘴吹駐極體話筒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖。如果沒有高電平脈沖，可以檢測(cè)本電路的電源部分是否接好。 9、電壓法：測(cè)試4013的6腳電壓，當(dāng)用打火機(jī)燒一下時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖，1腳會(huì)輸出高電平。 10、電壓法：等4013的6腳電壓下降到低電平時(shí)，再測(cè)試4013的4腳電壓，當(dāng)嘴吹駐極體話筒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖。1腳會(huì)輸出低電平（由高變低）。 經(jīng)過以上步驟的檢查、檢測(cè)后，基本上可以排除故障，可以實(shí)現(xiàn)“火柴點(diǎn)火，風(fēng)吹火熄”的仿真性。 五、心得體會(huì) 為期一周的CAD課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，我身心都得到了很大的成長和提高。我在每天的繪圖練習(xí)過程中，切身體會(huì)到了Altium Designer Release10軟件操作的精髓所在。這次課程設(shè)計(jì)，正是學(xué)習(xí)中將理論應(yīng)用于實(shí)踐，再進(jìn)一步在實(shí)踐中檢驗(yàn)理論并發(fā)現(xiàn)新的問題的階段。以前總認(rèn)為CAD的操作和作用僅僅局限于書本上所教授的內(nèi)容，但是這次親身體驗(yàn)了之后，才發(fā)現(xiàn)CAD在實(shí)際的操作上有很多很多書本上學(xué)不到的細(xì)節(jié)問題和小技巧，在實(shí)際的操作過程中，我也不斷遇到新的問題。比如：在畫圖后進(jìn)行PCD板子的制作的時(shí)候，總是有從三極管出來的一根線鏈接不到電阻上，和同學(xué)仔細(xì)檢查討論后還是沒有找到問題所在，請(qǐng)教老師后，老師很快就指出了錯(cuò)誤的所在，原來是連接三極管的一根線連到了三極管的引腳上方導(dǎo)致在制作PCD板子時(shí)線連不上，自己在知到錯(cuò)誤后如同恍然大悟般。我總結(jié)出了一個(gè)道理：所有的書本上的知識(shí)定要結(jié)合實(shí)踐去檢驗(yàn)與練習(xí)，這樣不僅鞏固了自己所學(xué)的知識(shí)，自己動(dòng)手的實(shí)踐能力也會(huì)得到提升。自主學(xué)習(xí)真是一個(gè)快樂的過程，我也希望自己通過自主學(xué)習(xí)得到一個(gè)更好的提升。
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