射频遥控门铃Word下载.docx
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三、实验原理与方法
本次实验主要用到了protel软件和Multism7软件。
1.PROTEL软件介绍
PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。
2.Multism7软件介绍
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
3.SYSTEMVIEW软件介绍
SystemView是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。
从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，SystemView在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。
SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块（Token）描述程序。
利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。
用户在进行系统设计时，只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。
四、实验步骤
使用protel绘制原理图的步骤：
1.设计图纸大小。
首先要构思好零件图，设计好图纸大小。
图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。
2.设置protel99se/Schematic设计环境。
包括设置格点大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。
3.旋转零件。
用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。
4.原理图连线。
利用protel99se/Schematic提供的各种工具，将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。
5.调整线路。
将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更加美观。
6.报表输出。
通过protel99se/Schematic提供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的报表是网络表，通过网络表为后续的电路板设计作准备。
7.文件保存及打印输出。
最后的步骤是文件保存及打印输出。
5、实验记录与结论
在这个实验中我选择80C51的单片机和LED做了一个简单的跑马灯作为整个实验的一个练习。
使用protel绘制出来的原理图截图：
图5PROTEL绘制实例图
使用proteus设计的电动机显示实例截图：
图6PROTEUS绘制实例图
第3部分硬件电路及系统的软件的设计
这部分的实验的目的是根据已选择的第1部分的实验方案和第二部分所学习到知识完成实验的硬件电路设计。
在完成硬件电路的设计我们应该完成合适的器件的选择。
在proteus中划出发射与接收电路图。
发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。
调制级电路由一块TC4069和32.768KHz晶体完成，TC4069是6反相器。
所谓反相器，就是反相器都有两端，输入端是高电平时输出端就转为低电平，输入端是低电平时输出端就为高电平，输入和输出端的电平总是相反。
TC4069内部电路图如图7。
1.反相器原理
反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成.通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管.。
两个MOS管的开启电压VGS（th）P0,通常为了保证正常工作，要求VDD>
|VGS（th）P|+VGS（th）N。
若输入vI为低电平（如0V）,则负载管导通,输入管截止,输出电压接近VDD。
若输入vI为高电平（如VDD）,则输入管导通,负载管截止,输出电压接近0V。
反相器原理图如图8。
图7TC4069内部电路图图8反相器原理图
2.发射板原理
发射器开关按下时，反相器1和2及相关元件组成振荡发生器，产生32.768KHz低频信号。
过程：
反相器1的1脚开始为低电平，2脚就是高电平，4脚也为高电平。
2脚的高电平经R2对晶体X1充电，充电电流经R2-X1-反相器2的4脚到负极。
充电时间由X1决定，等效电容为200P。
由于X1的充电，X1上的电压逐渐上升，当升至反相器1的翻转电平时，2脚就由原来的高电平转为低电平，4脚也同时转为低电平。
X1开始放电，放电通路为R2-反相器1的2脚-负极。
放电后X1上的电位降低，到一定程度时1脚降为低电平了，输出端又翻转成高电平，再次对X1充电，至此已完成一个充放电过程，即一个振荡周期，4脚输出一次低高变化的电平。
之后振荡一直持续下去，反相器2的4脚就会一直输出高低不断变化的电平信号。
这个信号的频率由晶体决定，为32.768kHz。
这个过程在电路实际工作时完成得极快。
反相器1和反相器2用于产生振荡信号，反相器3-6并联使用，构成输出控制，能提供20-30mA的灌入电流。
反相器3-6的输出端接在发射管Q1的发射极对Q1进行调幅，向外发射电磁波。
7脚输出一串数字编码信号，经Q1放大后由L1向外发射。
D1为LED信号发射指示。
图9发射板原理图
Q1、L1、C3和C1电容组成高频振荡器，振荡频率由印刷电感L和C3及三极管的集电结电容C2决定。
一般为200-270MHz。
Q1的发射极如果直接接在负极时就能产生等幅高频波，再接在反相器的输出端就使输出受32.768KHz振荡信号调制，通过印刷电感L发射信号。
按键每按一次就发射一次。
3.接收板原理
Q3、L2、C4、C16为超再生振荡接收器，L2为绕制线圈，在直径5mm的骨架上绕制，用0.51漆包线绕3圈，骨架中间用铜芯调节。
当L2的振荡频率与发射端相同时，产生谐振，Q3的超再生信号就受发射端的调幅信号控制，L1为色环电感，阻止高频信号通过。
超再生振荡电路具有自检波功能，检波后的调制信号在R14上产生压降，经R3、C7送入TC4069进行放大，整形再放大，这由三个反相器13和12、11和10、1和2（三级高增益放大器）完成，C8滤波滤除检波后的高频杂波，使用检波后的有用信号信噪比最大。
经三极放大后的调制信号与发射端（低频32.768KHz）同频，X1在电路中起选频作用，同频率的信号能顺利通过，免除了许多不需要的各种外界信号的干扰，选频后的信号送入Q2放大整形，该信号的幅度还较低，经最后两级开路反相放大后输出等幅方波信号。
R21限流，C11滤波，对方波进行平滑滤波，并有数十毫秒的延时，也能消除外界尖脉冲对触发电路的干扰，本电路采用TQ33G系列三种声音可选择，双音叮咚，西敏寺，爱丽斯。
K1是乐曲选择开关，音乐信号经Q1放大推动喇叭发出优美的门铃音乐声。
图10接收板电路图
系统硬件单元电路选择方法：
1.发射机单元电路的选择
（1）调制级电路选用一块TC4069和32.768KHz晶体完成（见下图），TC4069是6反相器。
TC4069可以换用CD4069，选用该芯片主要是可以产生稳定并在一定范围内的频率。
本电路关键在于晶振X1和频率调整。
而X1取决于购买，调频率取决于技巧。
X1在电子商场不易购到，可以到一般的小学校门口或一元商店去买两只普通的电子表，回来拆下其中的晶体就是32.768KHz。
如果找不到，发射端就将X1换成200P电容，再用820K电阻串一只小型500K可调电阻代替原R2。
这种方法增加了制作者的难度，降低了成功的可能性。
建议还是用晶振做。
图11调制级电路
（2）高频振荡级选用Q1、L1、C3和6P电容C1组成高频振荡级（见图12）。
L有一定的要求，否则接收的频率和发射的相差太大也是不能收到信号的。
它是做在印刷板上的铜箔，规格可做成矩形或圆形，铀箔宽度为1.5mm，外形长宽为1.2cmX2.7cm,或直径2cm,量内框。
因为接收端的频率可调，所以L1的制作只要大体上接近上面的规格即可。
这个矩形或圆形线圈不能用漆包线去做，否则就算调好了日后也容易跑频，发出的信号不能被正常接收到。
图12高频振荡级电路图
2.接收机单元电路的选择
（1）接收电路主要有振荡接收电路接收信号经过解调、信号放大、选频整形、推挽放大使喇叭发声。
振荡接收电路主要由Q3、L2、C4、C16组成超再生振荡接收器（如图13）
图13超再生振荡接收电路图
（2）信号放大、选频整形电路选用TC4069、Q2和晶振X2组成，X2的选择和X1一样，前文已阐述。
图14信号放大、选频电路
四、实验记录及结果
该无线音乐门铃系统用TC4069集成块来作发射和接收主电路，合理的设计应该在保证产品必备功能的前提下，使制造成本最低，使电路更简单。
同时，还要保证系统电路的性能和稳定性，确保电路能正常工作，避免出现因电路电流过大而烧坏元器件的现象。
该系统通过先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术使发射板和接收板产生谐振，通过解调、放大、整形、功率放大推挽喇叭发音。
第4部分电路仿真及修改
一实验目的
这部分的实验的目的是根据已经完成的电路原理图设计和proteus设计电路图，以此来进行电路的系统仿真以及一些细节的修改。
二实验内容
利用Multism7软件进行系统仿真，修改设计过程中的错误。
三实验原理与方法
利用Multism7仿真软件绘制电路图，TC4069用六个反相器代替，在具体电路仿真时可去掉有干扰的反相器，如发射板电路的设计，发射板仿真电路,缺少四非门并并联提高灌电流部分。
接收板电路和门铃相接相部分未画.测试电可灵活变化,仿真图如下：
图15发射板电路仿真
图16接收板电路仿真
四实验记录及结果
使用Multism7仿真软件中自带的数字示波器，观察波形。
如下图：
图17发射板电路仿真波形
图18接收板电路仿真波形
（1）
图19接收板电路仿真波形
（2）
第5部分PCB图的绘制及制版
这部分的实验的目的是根据已经完成的仿真电路，以此电路为基础来进行PCB绘图和制板。
查阅资料学习protel的PCB制板方法，使用Protel软件绘制出接收、发射系统的PCB电路板，并指出制版过程中的工艺要求体会制版过程。
保存PCB制版图。
对PROTEL的制版步骤有一个比较全面的了解，并对过程步骤做阐叙，对实际的制版有一个比较深刻的了解。
3、实验原理、方法与步骤
利用Protel绘制PCB版的基本流程，制作工艺包含在步骤内。
1.绘制好原理图：
电路板的设计的先期工作，主要是完成原理图的绘制，包括生成网络表。
原来用于仿真的原理图需将信号源及测量仪表的接口连上适当的连接器且要保证每一个元器件都带有封装信息。
2.规划电路板：
在绘画电路板之前我们要对电路板有一个初步的规划，如电路板采用多大的物理尺寸等。
这是一项极其重要的工作，是确定电路板的设计的框架。
3.设置参数：
设置参数主要是设置元件的布置参数、层参数、布线参数等。
一般，有些参数采用其默认值即可。
4.装入网络表及元件封装：
网络表是电路板自动布线的灵魂，也是原理图设计系统俞印制电路板设计系统的接口，只有将网络表装入之后，才可能对电路板的自动布线。
元件的封装就是元件的外形对于每个装入的元件必须有相应的外形封装，才能保证电路板设计的顺利进行。
5.PCB设计时，要合理布局器件：
滤波电感、电容等要就近器件放置，以确保滤波效果；
红外器件与系统的地线要分开布置，仅在一点相连；
晶体等振荡器件要靠近所供器件，以减少辐射干扰。
6.自动布线：
如果相关的参数设置得当，元件的布局合理，自动布线的概率很高。
7.手工手工调整：
自动布线结束后往往有令人不满意之处，需手工调整。
8.文件保存及输出：
完成电路板的布线后，保存往常的电路线路图文件。
需要注意的几点的地方：
在印制板布线时，应先确定元器件在板上的位置，然后布地线，电源线。
在安排高速信号线，最好考虑低速信号线。
元气件的位置按电源电压，数字模拟，速度快慢，电流大小等分组。
安全的条件下，电源线应尽量靠近地。
减小差摸辐射的环面积，也有助于减小电路的交扰。
当需要在电路板上布置快速，中速，低速逻辑电路时，高速的应放在靠近边缘连接器范围内，而低速逻辑和存储器，应放在远离连接器范围内。
（1）射频遥控音乐门铃发生器PCB板的生成
图20发射板PCB板图
3D效果图如下
图21发射板3D效果图
（2）射频遥控音乐门铃接收器PCB板的生成
图22接收板PCB板图
图23接收板3D效果图
通过此次试验总结出以下抗干扰设计要点：
1.尽量让时钟信号周围的电势趋近于0，用地线将时钟区圈起来，时钟线要尽量短。
2. 尽量用45°
折线而不用90°
折线,布线以减小高频信号对外的发射与耦合。
3. 元件的引脚要尽量短。
4. 石英晶振下面和对噪声特别敏感的元件下面不要走线。
第6部分系统的安装调试与故障排除
实验做到这给时候了，实验的主体工作已经完成了、还剩下实验的系统的安装与故障的排除。
进行PCB元件安装，调试，并且排除安装测试过程所出现的故障。
了解PCB板原件的焊接过程如焊前准备、焊接顺序及原件的焊接要求。
对系统硬件的调试过程进行阐叙并测试出系统的功能和各种系统参数。
对系统的安装调试过程所遇问题做记录，并对综合实验做最后的总结。
（1）PCB板元件的焊接过程：
1、焊前准备
首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作。
2、焊接顺序
元器件装焊顺序依次为：
电阻器、电容器、发光二极管、晶振、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。
3、对元器件焊接要求：
a.电阻器焊接
按图将电阻器准确装人规定位置。
要求标记向上，字向一致。
装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。
焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。
b.电容器焊接
将电容器按图装人规定位置，并注意有极性电容器其“＋”与“－”极不能接错，电容器上的标记方向要易看可见。
先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介电容器，最后装电解电容器。
c.发光二极管的焊接
二极管焊接要注意以下几点：
第一，注意阳极阴极的极性，不能装错；
第二，型号标记要易看可见；
第三，焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2S。
d.集成电路焊接
首先按图纸要求，检查型号、引脚位置是否符合要求。
焊接时先焊边沿的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。
对于电容器、二极管、三极管露在印制电路板面上多余引脚均需齐根剪去。
（2）安装遇到的主要技术问题
a.元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则，这样有利于装配顺利进行。
b.在瓷介电容、电解电容及三极管等元件立式安装时，引线不能太长，否则降低元器件的稳定性；
但也不能过短，以免焊接时因过热损坏元器件。
一般要求距离电路板面2mm，并且要注意电解电容的正负极性，不能插错。
c.集成电路的焊接：
TC4096为双列14脚扁平式封装，在焊接时，首先要弄清引线脚的排列顺序，并与线路板上的焊盘引脚对准，核对无误后，先焊接1、14脚用于固定IC，然后再重复检查，确认后再焊接其余脚位。
由于IC引线脚较密，焊接完后要检查有无虚焊，连焊等现象，确保焊接质量。
d.焊锡之前应该先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。
e.焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。
f.焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；
也不要过短，以免造成虚焊。
g.元件的腿尽量要直，而且不要伸出太长，以1毫米为好，多余的可以剪掉。
h.焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽
（3）功能的调试方法、步骤、设备
1.发射调整
装上12v电池，用万用表测发射电流（电流表跨接再s两端），应在3到8mA间，若用手触摸C2两端时电流应大幅升高，说明已起振。
也可以借助电视机进行调整，将频道开关置于UHF段的低端13-15频道段，接通发射机的开关S，用无感起子调节C2直到电视屏幕上出现黑白相间的细横条纹，这说明发射机已经调好了。
2.接收调整
装上3节5号电池，测量接收整机电流小于lmA，按下发射机开关S不放，将发射机放在待调的接收机附近，用无感起子微调L2如果调到某点，门铃发出声音，就说明接收机和发射机的频率大致相同；
反义微调L2直到距离最远即可。
3.故障检查与改进
在调试过程中会遇到很多问题，需要我们进行检查。
如当接通接收板电源后，音乐就响起，这时通常是Q2短路使输入信号为高电平，就要检查Q2三个引脚是否搭焊。
另外，在调试过程中出现问题，请仔细检查元器件（如三极管极性、集成块缺口方向、音乐芯片焊点等）是否接错，检查是否搭焊、错焊、虚焊等。
对调好的门铃发射接收器，你有可能认为距离还不能达到你的要求，只有8-15米远，你可以再进行升级。
找一段直径0.3-0.6mm的漆包线，一端在L2上绕上一圈，另一端弯成环形一圈，作为外接天线，增强信号接收能力。
只要能放入接收盒的外壳不需要很规则，接收板的接收距离就可以增至10-20米远，在家庭使用足足有余。
注意了：
增加了这个天线后，接收机的频率还要按前面介绍的方法再次进行微调，是微调，因为加了天线会使接收的频率改变一些。
4.安装使用注意事项和其他用途
a.安装应远离大的金属体，
b.在20米内不要采用相同信道的无线音乐门铃，以免产生串扰；
c.可以加磁控开关或振动传感器作为防盗报警用，如：
发射机安装在楼下贮藏室，接收机放在楼上，即组成了贮藏室报警器。
实验记录：
该电路用先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术，接收由解调、放大、整形、声响电路组成，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。
但随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，无线音乐门铃将满足不了人们的生活需要，无线可视门铃已逐渐走进人们的生活。
随着生活节奏的加快，有访客而主人不在家，则需要一种能够纪录来客的录象门铃，也可作为防盗设备。
就该电路而言，可以加上红外接收管，只要有人即可使门铃音乐响起。
实验结果：
完成了射频遥控门铃的任务，门铃满足人们的生活需求。
五实验总结
通过本次实验学会了protel、Multism7和systemview软件的使用。
并且掌握了用软件绘制原理图。
还对PCB绘图和制板有了一定的了解。
通过本次课程设计我学到了很多书本上没有的知识。
通过这次的动手实践，不仅巩固了专业知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。
在发现问题和解决问题的过程中，不断提高自己的动手能力。
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