机器猫设计2.docx

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机器猫设计2

1Protel99SE的软件学习

1.1Protel99SE的概述

1.1.1Protel99SE的组成

Protel99SE软件具有极为全面的工具、文档管理和设计项目的组织功能，使用户更轻松的驾驭电子电路设计的全过程，成为众多电子电路设计自动化的首选。

Protel99SE主要由两部分组成，每个部分各有几个模块：

第一部分是由电路设计部分，包括：

（1）电路原理图设计软件AdvancedSchematic99。

（2）印制电路板图设计软件AdvancedPCB99。

（3）印制电路板图自动布线软件AdvancedRoute99。

在Protel99SE中提供了大量的元器件模型，同时允许用户通过网络下载更新元器件模型，通过该软件提供的元器件库管理工具，用户可以方便的对设计中常用的元器件进行分类整和，可大大提供工作效率。

除此之外，还有如下特性：

方便的查找功能，优越的混合信号电路仿真，简便的同步设计，强大的规则检查功能，增强的手动推挤步线方式，新的步线到脚分格，精确的信号完整性分析，增强的元器件布局工具，可以实现对原理图的自动布局。

第二部分是电子电路的仿真和可编程逻辑元器件设计部分，包括：

（1）电子电路仿真软件AdvancedPLD99。

（2）高级信号完全性分析软件AdvancedIntegrity99。

（3）可编程逻辑元器件设计软件AdvancedPLD99。

1.1.2Protel的发展

Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。

因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。

最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel（PCAD）等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。

CAD技术的应用，大推动了电子\微电技术的进步，技术的进步和市场竞争，又导致CAD技术的不断完善，构成了计算机应用技术的一个重要分支：

包括时间辅助工程（ComputerAidedEngineering，CAE）、计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）、计算机辅助测试（ComputerAidedTest，CAD）、计算机辅助质量保障（ComputerQualityAssuranee，CAQ）。

这些技术相互交叉，密不可分，因此，有人CAD的复数形式把它们统称CADS，在CAD之前冠以电子（Electronic）的英文字头，用ECAD表示电子领域CAD系统。

尽管ECAD技术的应用获得了巨大成绩，但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。

在设计工作中，始终是人和计算机协同工作，人是设计工作的主体，计算机是辅助人工作的工具。

由人确定设计要求，进行总体设计，提出很具体的方案，计算机接受“人”给的设计信息后，靠高存储量的记忆能力和高速运算，对设计方案进行模拟、检验、数据处理。

整个设计过程中，计算机完成某些设计步骤的自动化程度还不高，各设计环节间的衔接不够通畅，设计资源的利用还不够充分，出现错误或设计不理想时，要由人进行大量、繁琐的修改。

也就是说，人的积极因素和智慧因素未得到更充分的发挥。

Protel99SE中提供了两种文件管理方式，一种是标准的WindowsFilesystem方式，该方式该文件分散组织在用户指定的文件夹中，另外一中方式就是采用综合数据库来管理文件，所有与设计有关的文件，如文本文件，原理图文件，PCB文件，输出文件等，均以数据库的形式集中组织在一起，可以实现高度有效，快捷的管理。

使用项目组促进设计协作项目组的所有成员可同时访问同一个设计数据库的信息，确保整个设计组的工作协调配合，可大大提高设计效率，同时通过设定权限保证文件系统的安全。

Protel99SE适应电子技术的发展，是目前电子CAD领域应用最为广泛的辅助设计软件之一。

Protel99SE主要应用于电子电路原理图的设计、电路板的设计和绘制以及电子电路逻辑分析和仿真等，他具有丰富多样的编辑功能、强大便捷的自动化设计能力、完善有效的检测工具、灵活有序的设计管理手段，它为用户提供了极其丰富的原理图元器件苦、PCB元器件库以及出色的在线库编辑和库管理，良好的开放性还使他可以兼容多种格式的设计文件，使用户可以轻松地控制电子线路设计的全过程。

1.1.3Protel的特点

Protel99SE是32位代码优化的电子电路图设计软件，其集成了超过6000种元件于电路原理图设计系统中，它有如下特点：

（1）支持网络设计

这个功能在进行大规模电路设计时特别有用，在智能工作组软件的管理下，可以吧一个大的电路设计任务分成若干个子电路，让多个设计者通过网络安全的进行设计，最后在统一起来，适应了大工业生产发展。

（2）添加了自动布局和信号完整性规则设计

虽然在设计电路时电路元件的布局往往是依赖于电路设计者的经验，但Protel99SE得此项功能已经达到专家级水平。

（3）添加了更新功能

从电路原理图到印制电路版图的更新功能，使两个设计软件之间的联系得以加强。

（4）改进了电路的仿真功能

使用Protel99SE时，在电路原理图设计完毕后可直接进行电路仿真。

电路仿真技术是电路的设计周期大为缩短，极大的降低了研制成本，提高了工厂的效益，受到了厂家的一致欢迎。

（5）添加了智能化自动布线技术

在自动布线规则的引导下，Protel99SE自动布线的成功率几乎达到80%，即便是不能完成正确布线，软件也会指出错误的地方，供操作人员进行改正。

1.1.4Protel99SE存在的问题

尽管Protel99SE表现出众，但任然存在一些问题，尤其对中文使用者来说，至今在印制电路板的设计中无法放置汉字，给生产带来了诸多不便。

现在这个问题国内已有人在进行研究并取得了一些成果。

此外，Protel99SE对计算机系统的资源消耗过大，对计算机的系统配置要求较高，否则自动布线的运行速度就会很慢。

1.1.5运行Protel99SE的计算机的硬件配置：

1.建议硬件基本配置

CPU：

PentiumⅡ。

内存：

64MB以上。

显示：

在16位真彩色下分辨率要能达到824×768。

硬盘：

安装完Protel99SE后，至少还有300M以上的空间。

显示器：

最好是17英寸。

2.操作系统

MicrosoftWindowsNT4.0或以上版本（含中文版）。

MicrosoftWindows95/98/2000或以上版本（含中文版）。

1.2原理图设计基础

1.2.1电路原理图的设计步骤

在Protel99SE中，设计电路板最基本过程有以下3个步骤：

1.电路原理图的设计

电路原理图的设计主要是利用Protel99SE中的原理图设计系统AdvanceSchematic99来绘制一张电路原理图。

在这一部中，可以充分利用其所提供的各种原理绘图工具、丰富的在线库、强大的全局编辑能力以及便利的电气规则检查,来达到设计目的。

2.产生网络表及其他报表

网络表是电路板自动布线的灵魂,也是原理图设计与印制电路板设计的主要接口。

网络表可以从电路原理图中获得,也可以从印制电路板中提取。

其他报表则存放了原理图的各种信息。

3.印制电路电路板的设计

印制电路板设计是电路设计的最终目标.利用Protel99SE的强大功能实现电路板的版面设计,完成高难度的布线以及输出报表等工作。

概括地说,整个电路板的设计过程先是编辑电路原理图,并且生成网络表,然后进行布局,再人工布线或根据网络表进行自动布线.前面谈到的这些内容都是设计中最基本的步骤。

在此补充一下,原理图设计完成后,我们可用电路信号仿真进行验证调整,电路信号仿真是原理图设计的扩展,为用户提供一个完整的从设计到验证的仿真设计环境。

它与Protel99SE原理图设计服务器协同工作以提供一个完整的前端设计方案。

除此以外,用户还可以用Protel99SE的其它服务器,如创建、编辑元器件和零件封装库等。

1.3进行电路原理图绘制的操作步骤

1.3.1Protel99SE的界面介绍

在确认计算机已经安装Protel99SE软件后，用鼠标点击桌面上的“开始”→“程序”→“Protel99SE”图标，即可进入Protel99SE。

如图1.1所示：

图1.1Protel99SE界面

1.3.2Protel99SE的菜单栏

1.File菜单

主要用于文件的管理,包括文件的打开、新建等.选项及功能如下:

（1）New新建一个空白文件,文件的类型为综合型数据库,格式“ddb”.

（2）Open打开并装入一个已经存在的文件,以便进行修改.

（3）Exit退出Protel99SE.

2.View菜单

用于切换设计管理器、状态栏、命令行的打开与关闭，每项均为开关量，鼠标单击一次，其状态改变一下。

3.Help菜单

用于打开帮助文件。

1.3.3新建文件夹

如图1.2在Protel99SE主窗口中，单击菜单File-New,弹出“新建设计数据库”对话框：

图1.2菜单File-New

如图1.3所示。

在该对话框中，DesignStorageType选项表示数据库形式，默认选择是MSAccessDatabase（数据库形式）；DatabaseFileName选项表示数据库文件名；点击Browse…按钮，可选择文档放置路径，点击OK按钮确认，关闭该对话框，并

双击文件夹Documents，进入该文件夹，单击菜单File-New，在弹出的“新建文件类型选择”对话框中，如图1.4所示，选中SchematicDocument图标，以建立一个原理图文件（.Sch）。

点击OK按钮。

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图1.4新建文件类型选择

回到Proetl99SE窗口后，修改原理图文件名，然后双击该文件图标，进入原理图设计窗口，如图1.5所示。

图1.5原理图设计窗口

1.4.1设置图纸

Protel99SE默认的图纸尺寸是B型图纸，用起来不方便，应当根据实际电路的大小来设置图纸的尺寸的类型。

这里以A4为例。

在如图1.8所示，在画图区下点击鼠标右键。

图1.6原理图设计窗口

点击后会出现图1.7所示，单击DocumentOptions…后出现图1.10所示，在它上面可以改图纸大小。

图1.7DocumentOptions…菜单

1.4.2添加仿真元器件库

在设计电路原理图时，要先装入元器件库，然后才能在元器件库中取出元器件将其放入图纸中。

步骤1：

首先在设计管理器中选择Browse.Sch页面，如图1.11所示。

在该页面的Browse区域的下拉框中选择Librarie

图1.11Browse.Sch页面

步骤2：

单击Add/Remove按钮，在弹出的窗口上部搜索下拉框中，选择Protel99SE所在的文件夹，再选择路径：

Protel99SE文件夹/Libraries\Sch,在元器件库显示窗口找到Sim，如图1.12所示，单击窗口下部的Add按钮，就可以看到在窗口中的SelectedFiles区域将显示仿真元器件库Sim的路径，最后单击OK按钮，添加完毕。

图1.12添加Sim库

此时在Browse.Sch标签的元器件库列表中，会发现MySchLib.lib，表示该库已经被加载，其中的元器件可以被使用了。

1.4.3原理图仿真：

三．实训内容

1.机器猫工作原理图

机器猫是声控、光控、磁控机电一体化电动玩具。

主要工作原理：

利用555构成的单稳态触发器，在三种不同的控制方法下，均给以低电平触发，促使电机转动，从而达到了机器猫停走的目的。

即：

拍手即走、光照即走、磁铁靠近即走，但都只是持续一段时间后就会停下，再满足其中一条件时将继续行走。

2.机器猫工作原理框图

3.555构成的单稳态触发电路的工作原理

555定时器的功能主要由两个比较器C1和C2决定，比机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，上比机器C1的参考电压为2/3Vcc，下比机器C2为1/3Vcc。

下图为555定时器结构框图

单稳态触发器电路在触发信号未到来时，总处于一种稳定状态。

在外来触发信号的作用下，它能翻转成新的状态，但这种状态是不稳定的，只能维持一定时间，因而称之为暂稳态。

暂态时间结束，电路能自动回到到原来状态，因而称之为“单稳态触发器”

3.1声控工作原理

平时，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，机器猫保持静止状态。

当声敏元件麦克风V1处在一定的声波之中时，其内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。

3.2光控、磁控工作原理

当光敏三极管或干簧管被激发时，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，直到光信号或磁信号消失为止。

四．元件的识别

电阻：

五环色环电阻，根据棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0。

前3环代表的是具体阻值，第4环是倍率，第5环是精度。

电解电容：

有极性，正负极可由引脚长度判定：

长为正，短为负；如果长度一致，还可以从电容外包装颜色判定，一般较多颜色的那边为正，较少颜色那边为负。

电容容值和单位一般直接标注在电容的外包装上。

瓷片电容：

无极性，一般用3位数字标注容值，前两位为具体值，第3位为倍率，默认单位为pF（皮法）。

三极管：

外包装基本一致，在管身平面会有具体型号标识。

五．元件的测试

六.机器猫的焊接

根据印制电路板的标识将元器件焊接到印制电路板上，注意检查焊接质量，还需要注意的几点：

（1）电动机：

打开机壳，可见电动机负极与电池负极有一根引线，将该引线在电源负极的那段焊下来，改接至印制板的“M-”，由印制板上的“M+”引一根线J1到电动机正端。

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。

（2）电源：

由印制板上的V-引一根线J2到电池负极。

“V+”与“M+”相连，不用单独再接。

（3）磁控：

由印制板上的R+,R-引两根线J3，J4，分别焊接在干簧管两腿，放在猫后部，应贴紧机壳，便于控制。

（4）红外接收管：

由印制板上的“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。

应注意的是：

红外接收管的长腿应接在“I-”上。

在机壳前面的挡板上打个Φ5的孔，将红外接收管固定住。

（5）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的两个焊点上，但要注意极性，且麦克易损坏，焊接时间不用过长。

焊接完后麦克在猫前胸。

（6）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“V+”“V-”间是否短路，并注意电池极性。

6.1机器猫的组装

（1）将电路板放入猫的电动机的上方，小心线的情况，避免短路。

（2）将干簧管放在猫的后部，紧贴机壳。

（3）将麦克风放在猫的前胸。

（4）将红外接收管固定在猫的机壳前面的小挡板的小孔上。

（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，分别进行声控，光控，磁控测试，均有“走——停”过程即算合格。

七．机器猫的调试

检查电路焊接连线都无误后，装好螺丝，装好电池，猫会走几步就停下，待猫停住后依次测试三种情况：

声，光，磁；猫是否继续走。

如有故障，可拆开机壳，有针对性的检查电路和焊接。

一般来讲，基本器件的焊接只要仔细细心不会出现错误，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。

八．心得体会

通过此次小学期的电子工艺实习，我学会了利用电烙铁来焊接电路，并且进一步加深了对软件protel99SE的使用，学会了用软件Multisim10绘制原理图。

最主要的是第一次接触了电子产品从图纸号实物操作的整个过程，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。

这次实习还培养了我的动手能力和工程实践能力。

虽然在刚开始的时候手工焊接的很不美观，但经过训练以及在老师的指导下，在后来的机器猫焊接中自我感觉进步很大并顺利的完成了机器猫的焊接制作，并成功地实现了功能。

总之，在本次实践中我的动手能力有了长足的进步！

总结

致谢

感谢老师这一个星期之间对我们电子实训的指导，通过这次电子实训，我们对电子设计方面有了初步的了解。

更多的认识，谢谢老师这几天的辛劳，没有老师的指导，不会有现在的成就，老师您辛苦了

参考文献：