电子生日蜡烛毕业设计论文

电子生日蜡烛毕业设计论文 前 言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第一章 电子生日蜡烛的概述„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.1 产品的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2 工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.3 动手实践„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.4 注意事项„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.5 所需元器件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 第二章 PROTEL99简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1 PROTEL99的发展与演变„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2 PROTEL99的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.3 电路板设计的基本步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第三章 电路原理图的设计与绘制„„„„„„„„„„„„„7 3.1 电子生日蜡烛的电路图如下„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.2 电路原理图设计步骤„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.3 网络的生成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 第四章 印制电路板的设计与绘制„„„„„„„„„„„„„10 4.1 印制电路板的布线„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4.2 电路的焊接„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 附录1电子生日蜡烛的电路原理图„„„„„„„„„„„„„„15 附录2单片机歌曲演奏电子生日歌曲„„„„„„„„„„„„16 前 言 21世纪是一个变幻莫测的世纪,是一个催人奋进的时代.科学技术的飞速发展,知识更新日新月异.希望,困惑,机遇,挑战,随时随地都有可能出现在每一个社会成员的生活之中.抓住机遇,寻求发展,迎接挑战,适应变化的制胜法宝就是学习一门科学技术. 随着IT信息时代的到来,也带动了电子产业高速的发展。 目前,电子信息技术已成为我国国民经济不可或缺的支柱产业的一部分,电子信息在社会的应用和普及率已被国际社会作为衡量一个国家智能化,数字化,网络化的重要标志。 高中毕业我选择了湖南信息学院应用电子专业,通过近两年的专业课程的学习,我掌握了现代电子技术的基本理论和知识,对最前沿的电子科学技术也有了一定的了解,并从中获得的学习的乐趣。 在即将毕业之即我选择了谭立新老师的电子生日蜡烛作为我的毕业设计,也是作为我近两年来学习的一个总结。 第一章 电子生日蜡烛的概述 1.1 产品介绍 这是一个模拟真实蜡烛的实验产品，用火点亮，用嘴吹灭。点亮时同时播放“祝你生日快乐”乐曲，吹灭时乐曲停止播放。它能为你的生日增添喜庆气氛。 图1.1 1.2 工作原理: 如上图所示。用热敏电阻Rt和微型MIC(驻极体话筒)做灯芯(实现火点亮嘴吹灭)，数只LED围绕在灯芯周围，点亮时即是烛光。其工作原理简述如下: 1.2.1.用火点亮 Q3 Q4组成双稳触发电路,当用火给热敏电阻Rt加温时,其 阻值迅速减小,Q4集电极电压降低--Q3基极电压降低--Q3集电极电压升高--Q4基极电压也升高--Q4集电极电压进一步降低电路发生翻转,Q3截止,Q4饱和,Q4集电极输出低电平使Q5饱和导通,LED得电发光,同时音乐IC也得电开始演奏"祝你生日快乐"乐曲。 1.2.2.用嘴吹灭 当嘴对着MIC吹气时,MIC感应出的电信号经Q1 Q2放大后,由二极管D1整流为正脉冲加至Q3基极,Q3基极电压升高--Q3集电极电压降低--Q4基极电压也降低--Q4集电极电压升高--Q4基极电压进一步升高,双稳电路再一次发生翻转,Q3饱和,Q4截止,Q4集电极输出高电平使Q5截止,LED断电熄灭,音乐IC也断电停止播放音乐。 1.3 动手实践: 按上图插接好元件.本电路所用元件较前面电路稍多,故连接完成后要仔细检查,确认无误后,接入电源,用打火机烧烤Rt,LED应能点亮同时音乐IC开始工作扬声器有乐曲播出,然后嘴对MIC吹气,LED和音乐，,能断电。 1.4 注意事项 1.4.1.热敏电阻Rt不能进行直接烧烤，应在其上缠绕金属丝。 1.4.2.音乐IC的接发，供电端与触发端接于Q5集电极。 1.5 所需元器件 1.5.1.微型话筒一个。 1.5.2.10K电阻3个，1M电阻一个，1K电阻2个，100K电阻2个。 1.5.3.102PF电容一个，电解电容10UP一个。 1.5.4.NPN三极管4个，PNP三极管一个。 1.5.5.整流二极管一个，发光二极管一个。 1.5.6.热敏电阻一个。 1.5.7.微型扬声器一个。 1.5.8.祝你生日快乐音乐IC一个。 第二章 PROTEL 99简介 2.1 PROTEL99的发展与演变 随着现在科学日新月异地发展，现代电子工业也取得了长足的进步，大规模、超大规模集成电路的使用使印制电路版的走线愈加精密和复杂。在这种情况下，传统的手工方式设计和制作印制电路版已显得越来越难以适应形势了。 幸运的是电子计算机的飞速发展有效地解决了这个问题，精明的软件厂商针对广大电子界人士的需求及时推出了自己的电子线路CAD(计算机辅助设计)软件。这些软件有一些共同的特征:它们能够协助用户完成电子产品路线的设计工作，比较完善的电子线路CAD软件至少具有自动布线的功能，更完善的还应有自动布局、逻辑检测、逻辑模拟等功能。PROTEL99就是这类软件中杰出代表。 PROTEL软件的良好信誉以及PROTEL99的卓越表现使之很快成为众多EDA用户的首选软件。 2.2 PROTEL 99的特点 Protel 99主要由两大部分组成: 原理图系统(schematic 99)。它主要用于电路原理图的设计为印制电路板 的设计打好基础。 印制电路板设计系统(PCB 99)。它主要用于印制电路板的设计，产生最终 的PCB文件，直接联系到印制电路板的生产。 2.3 电路板设计的基本步骤 一般而言，印制电路板设计最基本的完整过程大体可分为3个步骤。 2.3.1 原理图的设计 原理图的设计主要是利用protel99的原理图设计系(advancedschematic)绘制一张电路原理图。设计者应充分利用protel99所提供的强大而完善的原理 图绘图工具、测试工具、模拟仿真工具和各种编辑功能，来实现其目的，最终获得一张正确、精美的电路原理图，以便为接下来的工作做好准 2.3.2 产生网路表 网路表是电路原理图设计(sch)和印制电路板设计(pcb)之间的桥梁和纽带，它是印制电路板设计中自动布线的基础和灵魂。网路表可以由电路电路原理图生成，也可以从已有的印制电路板文件中提取。 2.3.3 印制电路板的设计 印制电路板的设计主要是针对protel99的另外一个强大的设计系统—印制电路板设计系统pcb而言的。设计者可以充分利用protel99所提供的无可比拟的强大的pcb功能来实现印制电路板的设计工作。 简而言之，电路板设计过程首先是绘制电路原理图，然后由电路原理图文件生产网路表，最后在pcb设计系统中根据网路表完成自动布线工作。也可以根据电路原理图直接进行手工布线而不必生产网络表。完成布线工作后，可以利用打印机或绘图仪进行输出打印。除此之外，用户在设计过程中可能还要完成其他一些工作，例如创建自己的元件库、编辑新元件、生产各种表表等。 了解了电路板设计的基本步骤之后，是不是觉得设计一块自己的电路板并不是一件难事了，事实上要真正设计出一块满足技术要求、功能完善、布局合理且可靠、应用、美观的电路板绝非一朝一夕能做到的。不过没关系，万丈高楼平地起。好了，现在就让我们正式步入protel99的神奇世界。 第三章 电路原理图的绘制 在第一章中我们对电子生日蜡烛的产品介绍和他们的工作原理作了讲解，以及最后电路的动手安装实践也作了一些阐述，在第二章中我们也对PROTEL99设计软件也作了一些简单的介绍，那么接下来我们将把平面电路图用PROTEL 99软件进行电路原理图的设计与绘制和印制电路板的设计与绘制，在这一章节中我们只介绍PROTEL99软件怎么绘制电路原理图，而印制电路板的设计与绘制我们将在以后的章节中介绍。 3.1 电子生日蜡烛的电路图如图3.1: 图3.1 电子生日蜡烛的电路图 3.2 原理图的设计步骤 正 如前面所介绍的，电路原理图的设计是印制电路板设计中的三大步骤的第一步，也是非常重要的一步。电路原理图设计的好坏直接影响到后面的工作。首先，原理图 的正确性是最基本的要求，因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的;其次，原理图应该布局合理，这样不尽可以尽量避免工作出错，也便于读图、便于 查找和纠正错误;最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。 电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤: (1)设置电路图纸参数及有关信息 用户根据电路图的复杂程度设置所用图纸的格式、尺寸、方向等参数以及与设计有关的信息，为了以后的设计工作建立一个合适的工作平面。我们在设计的 时候设计图纸的大小为A4，水平放置，工作区颜色为233号色，边框颜色为63号色。 (2)装入所需要的元件库 将包含有用户所需要元件的元件库装入设计系统中，以便用户从中查找和选定所需要的元器件。我们在设计的时候由于所需的元器件系统都自带，所以无需我们再装入。 (3)放置元件 将用户选定的元件方置到已建立好的工作平面，并对元件在工作平面位进行调整，对元件的序号、封装形式、显示状态等进行定义和设置，以便为下一步的布线工作打好基础。由于原件过多，这一步骤我们就不在讲述，经过放置和调整后的原理图如下。 (4)电路图布线 该过程实际上是利用PROTEL99所提供的各种工具、命令进行画图工具，将事先放置好的元器件用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，使各元件之间具有用户所设计的电气连接关系。布线结束后，一张完整的电路图才算是基本完成。我们把所有的元器件都列出来后就可以根据图纸所提供的效果图进行布线。 (5)调整、检测和修改 在该过程中，用户利用PROTEL99所提供的各种工具对前面所绘制的原理图做进一步的调整和修改，以保证原理图的正确和美观。这一步骤我们也不做过多的描述，可根据需要任意的调整。调整完成后进行电气法则(ERC)测试，如有错误侧进行修改，如没有可生成网络表。 (6)补充完善 该过程主要是对原理图做一些相应的说明、标注和修饰，以增加可读性和可视性。 (7)保存和打印输出 这部分工作主要是对设计完成的原理图进行保存、包括存盘、打印输出等，以供在以后的工作中使用。 以上就是PROTEL99软件设计电路原理图的设计步骤，按照上边的步骤我们就能圆满的设计出一张电路原理图来，这里具体的操作细节就不在详细解说拉，根据以上电路原理图的设计步骤我们设计出的电子生日蜡烛的电路原理图见附录1: 这就是我用PROTEL99软件制作的电子生日蜡烛原理图，其中IC芯片原理图库中没有这个元件，需要我们自己动手制作。关于音乐IC芯片我将在后面的附录中用单片机所学的知识对它进行程序编写使它发声，在后面我们在讲述。 3.3 网络表的生成 在对电路图进行检测无误之后，我们就生成网路表，以便后面PCB电路的设计,电子生日蜡烛电路图生成的网络表 第四章 印制电路板的设计与绘制 在第三章中我们对电子生日蜡烛的电路原理图进行了设计与绘制，并生成了印制电路板的设计与绘制所需要的网络表，在这一章中我们就利用上一章节所生成的网络表进行绘制电子生日蜡烛的印制电路板。 4.1印制电路板的布线流程 印制电路板的布线流程，基本上可以划分为以下几个步骤，下面我们具体地来介绍一下各个步骤。 4.1.1绘制原理图及生成网络表 正如第二章中所介绍的，印制电路板设计工作首先是绘制原理图，然后由原理图生成相应的网络表，而网络表正是印制电路板自动布线的基础和灵魂。网络表在上一章节中我们已经生成了，我们直接调用就可以了。 4.1.2规划电路板 在绘制电路板之前，用户必须对所用的电路板进行初步的规划。比如是采用单面板、双面板还是多层电路板，电路板需要多大的尺寸，采用什么样的连接器，元件采用什么样的封装形式，是双列直插(DIP)还是其他形式，元件的安装位置等等。用户千万不要小看这步工作，它直接影响到后续工作的进行。如果在这里出现问题，很可能会对后面的工作造成很大的麻烦，甚至使设计工作无法继续进行。我们这里所用的是单面板，关于电路板的尺寸我们可以根据自己的需要任意选择，。 4.1.3启动PROTEL99印制电路板(pcb)编辑器 顾明思义，这步工作就是如何进入protel99印制电路板(pcb)臂编辑器的编辑环境。 4.1.4设置参数 启 动编辑器后，用户要对元件的布置参数、板层参数、布线参数等进行相应的设置。其中有些参数可以直接采用系统缺省值，有些参数必需根据设计要求进行修改，而 有些参数可以根据用户自己的习惯进行设置。总之，参数的设定是在满足设计要求的前提下尽量符合设计人员的个人习惯，所以因人而异。 4.1.5装入网络表及元件的封装 这 一步工作是整个设计工作中一个非常重要的环节。前面已经再三强调，网络表是自动布线的灵魂，也是原理图编辑软件与印制电路板设计之间的接口和桥梁。对于每 一个装入的元件还必须有相应的外形即所谓的封装形式，这也是自动布线中所不能缺少的。对于封装的说明包含在网络表文件中。 因此，只有将网络表和元件的封装装入后，才能开始印制电路板的自动布线工作。 4.1.6布置元件 在设定好的电路板的尺寸和外形并装入网络表后，程序会自动装入元件，并自动将元件布置在电路板的边界内。尽管程序可以自动根据电路板的外形尺寸布 置各个元件的位置，但是毕竟不可能完全满足设计的要求，因此用户还要对元件的位置进行手工调整，以便顺利地进行下面的布线工作。 4.1.7自动布线与手工调整 Protel99的自动布线功能十分强大，只要各种参数设置合理，元件的位置布置得当，自动布线的成功率几乎是100%。但是，由于算法的限制以及用户的特殊要求和习惯，自动布线往往也有许多不尽人意的地方，设计人员还必须靠手工进行调整。 手工布线中有很多至关重要的窍门，真正掌握了手工布线的技巧才算是真正学会了印制电路板的设计。 4.1.8印制电路板文件的保存及打印输出 完成印制电路板的布线工作后，用户应该及时地将文件进行存盘保存及打印输出，以备日后使用。 以上就是PROTEL99软件设计PCB印制电路板的设计步骤，按照上边的步骤我们就能圆满的设计出一张PCB电路图来，这里具体的操作细节就不在详细解说拉，根据以上电路原理图的设计步骤我们设计出的电子生日蜡烛的电路PCB板如图4.1。 图4.1 电子生日蜡烛的电路PCB板 4.2 电路的焊接 在 组装电路时，先对电路板进行检查，看有无裂痕，连接导线是否开路等，在插放元件的时候，最好对每个元件进行检测，我们购买的毕竟不是军用元件，有可能存在 一定的误差。在焊接是要注意元件引脚的正确摆放，特别是一些有级性的元件，防止插错了有可能对电路造成短路，在焊接元件时也要注意，特别是对一些精密度高 的元件应注意电烙铁的温度，最好不要在风扇下面进行操作，以免风扇影响烙铁的温度，同时要注意焊接技术，不要出现尖角，剪出引脚的时候，引脚不要留的太 长，避免不必要的干扰。 总 结 我的毕业设计课题是电子生日蜡烛的设计与制作，经过一个多月的思考和准备，通过对课题的设计，大大提高了自己各方面的能力，例如对书本基础知识的掌握程度，对的查找方法，对自己知识面的扩展和提高都有提高。 但这其中，也有自己迷茫和不知所措的时候，当我决定课题时，不知道从何下手，头脑中也一片空白，后来经过老师对课题的解剖，头脑中才逐渐有了轮廓 在 设计毕业课题时资料搜集花费了大量时间，采集的资料不能从头到尾的抄写，而要取其所需，认为有价值的材料才能引用，在网上，请教丰富的老师，终于获得 了第一手资料，然后在其中加入了自己的思想，组织整理，渐渐有了头绪。我知道，外事开头难，只要把前段工作做好了，后面的自然就可以顺利很多了，接下来是 做成产品需购买元，在购买元件时，有些元件很多店子都没有卖，不停地跑了许多地方，才找到，如不亲身经历，怎么会知道如此辛苦。 经过不断的修改及创新，一个月下来，终于看到了自己的劳动成果，一种胜利感犹然而生，经过这一次设计，体会颇多，觉得平时学习太不刻苦了，理论知识还不够扎实，设计起来有一定的难度，这就更加坚定了我学习的动力，一定的要学好。 我 在制作电路的过程中有一种很浓厚的兴趣，这源于我热爱我的专业，正是这种热爱给了我一种无穷的力量，这种力量可以让我废寝忘食的不断的改善调试电路，可以 让我为一个小小的元件的应用而久久深思，可以让我深夜写着毕业设计说明书，回顾自己的毕业设计制作过程，心中一阵感慨，有失落，有兴奋，有喜悦，有苦恼， 但我觉得它值得我这样去做，因为它不仅让我有了一次实践的机会，让我学会了怎样去面对制作过程中遇到的困难，怎么去解决，让我学会了思考，让我在设计的同 时也复习了以前的一些知识，原来不知道学了有什么 用的枯燥的电路原理，现在让我在实际应用中觉得少学了好多知识，心中无限后悔。但通过这次毕业设计让我学 会了许多东西，亲身体会其制作的艰难路程，这也为我以后的学习打下了结实的基础，在以后的学习中我将会理论联系实际，为社会作贡献。 参考文献 1陈尔绍等，电子控制电路实例，电子工业出版社，2004 2高朋等，电路设计与制版PROTEL99入门与提高，人民邮电出版社2000 3朱运航，EDA技术基础，华中科技大学出版社，2004 4马忠梅等，单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，2007 5魏汉勇等，模拟电子技术基础，华中科技大学出版社，2003 附录1: 电子生日蜡烛的电路原理图 附录2:单片机歌曲演奏电子生日歌曲 功能说明:利用单片机作演奏一首生日快乐歌曲，硬件电路设计如下: 1.1程演奏器原理 1.演奏器原理 (1)片机定时器的定时时间产生不同的频率的音频脉冲，经放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。 (2)软件延时来控制发音时间的长短，控制节拍，表1.2是各调1/4节拍的时间表。 表1.2 各调/4节拍的时间 曲调值 延时时间 曲调值 延时时间 调4/4 125ms 调2/4 250ms 调3/4 187ms (3)把乐谱中的音符何相应的节拍变换为定时常数何延时时间常数，作为数据表格存放在存储器中。由程序查表得到定时常数和延时常数，分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲的持续时间。 (4)表1.3为单片机晶振频率为12MHz是，乐曲中的音符，频率及定时常数之间的对应表。 表1.3 音符、频率及定时常数对应关系 C调音符 频率(Hz) 半周期(ms) 定时值 1. 262 1.90 F894H 2. 294 1.70 F95CH 3. 330 1.51 FA1AH 4. 349 1.43 FA6AH 5. 392 1.28 FB00H 6. 440 1.14 FB8CH 7. 494 1.01 FC0EH 1 523 0.95 FC4AH 2 587 0.85 FCAEH 3 659 0.76 FD08H 4 698 0.72 FD30H 5 784 0.64 FD80H 6 880 0.57 FDC6H 7 988 0.51 FE02H 1、 1046 0.47 FE2AH 2、 1175 0.42 FE5CH 3、 1318 0.38 FE84H 4、 1397 0.36 FE98H 5、 1568 0.32 FEC0H 6、 1760 0.28 FEE8H 7、 1967 0.25 FF06H 2.歌谱 生日快乐歌 祝你生日快乐 祝你生日快乐 3 步骤 (1)先把乐谱的音符找出，然后根据表1.3给出的定时值按乐谱的音符顺序 建立编码表TABLE. 定时值为16进制4位数，拆开分为2组，如5对应的定时值为FD80H，拆分为FDH和80H两组。前组装入定时器的高位TH0,后组装入定时器的低位TL0。程序中将进行两次查表来完成一个音符对应的定时器初值装入。 (2)在程序中使用定时器T0方式1来产生歌谱中各音符对应频率的音频脉 冲，P3.4输出，再经三极管将信号放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。 (3)程序中节拍的控制是通过调用延时子程序DELAY的次数来实现，1拍为748ms，即需要用4次DELAY;3/4拍需要调用3次DELAY;2/4拍需要调用2次DELAY。 (4)节拍的控制码在表TABLE中位于音符的后面。如第一行“DB 0FDH,80H,03H,...”中，0FDH和80H是音符5的音符码，其后边的03H是节拍码，即3/4拍的时间。 (5)当一个音符的发音时间到时，再查一下音符的定时常数和延时常数。依此进行下去，就可演奏出悦耳动听的乐曲。 1.2程序设计 程序设计流程如图1.4所示。 2 程序 汇编语言编写的歌曲演奏源程序FS03.ASM代码如下: 01: org 00h ;主程序起始地址 02: jmp start ;跳至主程序 03: org obh ;定时器t0中断入口 04: jmp ext0 ;跳转至t0中断子程序 05:start: mov tmod,#00000001b ;设置t0方式1 06: mov ie,#10000010b ;允许t0中断 07: mov dptr,#table ;存表首地址 08:loop: clr a ;清0 09: movc a,@a+dptr ;查表 10: mov r1,a ;定时器高8位存入r1 11: inc dptr ;指针加1 12: clr a ;清0 13: movc a,@a+dptr ;查表 14: mov r0,a ;定时器低8位存入r0 15: orl a,r1 ;进行或运算 16: jz next0 ;全0为休止符 17: mov a,r0 18: anl a,r1 ;进行或运算 19: cjne a,#0ffh,next ;全1表示乐曲结束 20: jmp start ;从头开始循环演奏 21:next: mov th0,r1 ;装入高位定时值 22: mov tl0,ro ;装入低位定时值 23: setb tr0 ;启动定时器t0 24: jmp next1 ;跳转至next1处 25:next0:clr tr0 ;关闭定时器，停止发音 26:next1:clr a ;清0 27: inc dptr ;指针加1 28: movc a,@a+dptr ;查延时常数 29: mov r2,a ;延时常数存入r2 30:loop acall delay ;调用延时子程序 31: djnz r2,loop1 ;控制延时次数 32: inc dptr ;指针加1 33: jmp loop ;跳转至loop处 34:ext0:mov th0,r1 ;重装定时值 35: mov tl0,r0 36: clp p3.4 ;反相输出 37: reti ;中断子程序返回 38:delay:mov r7,#02 39:d2: mov r6,#187 40:d3: mov r5,#248 41: djnz r5,$ 42: djnz r6,d3 43: djnz r7,d2 44: ret ;延时子程序返回 45:table:db 0fdh,80h,03h, 0fdh,80h,01h ;编码表 46: db 0fdh,0c6h,04h, 0fdh,80,04h 47: db 0feh,2ah,04h, 0feh,02h,04h 48: db 00h,00h,04h 49: db 0fdh,80h,03h, 0fdh,80h,01h 50: db 0fdh,,0c6h,04h, 0fdh,80h,04h 51: db 0feh,5ch,04h,0feh,2ah,04h 52: db 00h,00h,04h, 53: db 0fdh,80h,03h, 0fdh,80h,01h 54: db 0feh,0c0h,04h, 0feh,84h,04h 55: db 0feh,2ah,04h, 0feh,02h,04h 56: db 0fdh,0c6h,04h 57: db 0feh,98h,03h, 0feh,98h,01h 58: db 0feh,84h,04h, 0feh,2ah,04h 59: db 0feh,5ch,04h, 0feh,2ah,04h 60: db 00h,00h,04h, 61: db 0ffh,0ffh ;结束码 62: db end ;程序结束