电子线路课程设计电子猫详解.docx
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电子线路课程设计电子猫详解
电子线路课程设计
题目电子猫设计
班级10电信
学号2010102350126
姓名黄小龙
指导徐琼琼
时间2012年12月17日-28号
景德镇陶瓷学院
电子线路课程设计任务书
姓名黄小龙班级10电信指导老师徐老师
设计课题：
电子猫设计
设计任务与要求
查找一个感兴趣的电子技术应用电路，要求电子元件超过30~50个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：
1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；
2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；
3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；
4、对整体电路原理进行完整功能描述；
5、列出标准的元件清单；
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
设计说明书字数不得少于3000字。
参考文献
1、总体方案与原理说明.................................4
2、555定时器的结构及功能...................5
3、单稳态触发器的构成及工作原理................................7
4、三极管放大电路........................................9
5、总体电路原理相关说明..................................10
6、总体电路原理图......................................11
7、元件清单；..........................................12
8、参考文献........................................13
9、设计心得体会......................................14
1.总体方案与原理说明
电子猫是一种利用简单元器件制作的玩具。
因此我们可以利用一些简单的元器件来制作一只电子猫。
制作电子猫的核心元器件是555定时器。
制作电子猫我们还需要麦克风MIC采集声音，两个发光二极管LED1，LED2相当于猫眼。
当MIC接收到声音时，电子猫会行走.
555定时器等组成的单稳触发延时电路，当给麦克风一个震动时，此麦克风将会产生一个电信号，这个信号会经过三极管Q1放大加至555的触发端2管脚。
由于Q1饱和导通，2脚电位低于1/3VDD触发电平，555被置位，3管脚输出高电平，所以Q2、Q3则会导通。
这时Q2、Q3、L、C4、C5则会开始震荡。
震荡时间取决于单稳态的延时时间。
而这个时间的长短则由RP1、C3来控制。
当555被置位后此时C3将会被充电。
当C3上的电压超过2/3VDD时，555又被置位，此时3脚输出低电平，振荡器停止震荡。
猫则停止。
电子猫是声控、光控、磁控机电一体化电动玩具。
主要工作原理：
利用555定时器构成单稳态触发器，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，从而达到了电子猫停走的目的。
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停下，再满足其中以条件时将继续行走。
根据这个原则，我们可以画出整体方框图:
2.555定时器的结构及功能
555定时器的功能表
4复位RST
2触发输入TR
6阈值输入TH
3输出OUT
6阈值输入TH
0
任意
任意
0
导通
1
<1/3UCC
<2/3UCC
1
截止
1
=/3UCC
<2/3UCC
不变
不变
1
＞1/3UCC
＞2/3UCC
0
导通
555定时器的工作原理
555定时器的功能主要由两个比较器C1和C2决定比较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悬空时让比较器C1的参考电压为2/3VCC下比较器的C2为1/3VCC。
图2为555定时器结构框图单稳态触发器电路平时（即触发信号未到来时）总是处于一种稳定状态，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，简称暂态。
暂态时间结束。
电路能自动回到原来状态，从而输出一个矩形脉冲，由于这种电路只有一种稳定状态，因而称之为“单稳态触发器”，简称“单稳态电路”或“单稳”。
单稳电路的暂态时间长短TW与外界触发脉冲无关，仅由电路本身的耦合元件RC决定，因此称RC为单稳态电路的定时元件。
TW=1.1RC
555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，有一个RS触发器，R和S高电平有效。
三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。
三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。
比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得两个分压值，一般称为阈值。
555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。
555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。
当TH高触发端6脚加入的电平大于1/3UCC，TL低触发端2脚的电平大于1/3UCC时，比较器A1输出高电平，比较器A2输出低电平，触发器置“0”，放电管饱和，7脚为低电平。
当TH高触发端加入的电平小于1/3UCC，TL低触发端的电平大于1/3UCC时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出低电平，触发器状态不变，仍维持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7脚为低电平。
当TH高触发端6脚加入的电平小于1/3UCC，TL低触发端的电平小于1/3UCC时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出高电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7脚为高电平。
因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。
当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。
只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。
由电路框图和功能表可以得出如下结论：
1．555定时器有两个阈值。
2．输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接有上拉电阻时，7脚为低电平。
输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。
3．输出端状态的改变有滞回现象，回差电压为。
4．输出与触发输入反相。
掌握这四条，对分析555定时器组成的电路十分有利。
3.单稳态触发器的构成及工作原理
单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。
在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。
由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。
555定时器构成的单稳态触发器的工作波形
输出脉宽tW。
tW≈1.1RC
①触发翻转阶段
输入负脉冲Vi到来时，下降沿经RiCi微分环节在Vi'端产生下跳负向尖脉冲，其值低于负向阀值（1/3Vcc）。
由于稳态时Vc低于正向阀值（2/3Vcc），固定时器翻转为1，输出Vo为高电平，集电极输出对地断开，此时单稳态触发器进入暂稳状态。
②暂态维持阶段：
由于集电极开路输出端对地断开，Vcc通过R向C充电，Vc按指数规律上升并趋向于Vcc。
从暂稳态开始到Vc值到达正向阀值（2/3Vcc）之前的这段时间就是暂态维持时间tpo。
③返回恢复阶段
当C充电使Vc值高于正向阀值（2/3Vcc）时，由于Vi'端负向尖脉冲已消失，Vi'值高于负向阀值（1/3Vcc），定时器翻转为0，输出低电平，集电极输出端对地导通，暂态阶段结束。
C通过7脚放电，使Vc值低于正向阀值（2/3Vcc），使单稳态触发器恢复稳态。
4.三极管放大电路
共发射极放大电路简称共射电路，输入端外接需要放大的信号源；输出端外接负载。
发射极为输入信号ui和输出信号uo的公共端。
公共端通常称为“地”（实际上并非真正接到大地），其电位为零，是电路中其他各点电位的参考点，用“⊥”表示。
1.三极管VNPN管，具有放大功能，是放大电路的核心。
2.直流电源VCC使三极管工作在放大状态，VCC一般为几伏到几十伏。
3.基极偏置电阻R它使发射结正向偏置，并向基极提供合适的基极电流
4.集电极负载电阻R它将集电极电流的变化转换成集-射极之间电压的变化，以实现电压放大。
R的值一般为几千欧至几十千欧。
5.放大电路的静态分析：
静态是指放大电路没有交流输入信号（ui=0）时的直流工作状态。
静态时，电路中只有直流电源VCC作用，三极管各极电流和极间电压都是直流值，电容C1、C2相当于开路，该电路称为直流通路。
5.总体电路原理相关说明
电子猫核心部件主要由声控检测电路、光控检测电路、磁控检测电路、触发电路、单稳态电路、电机驱动电路和开关等组成。
声控、光控、磁控检测电路分别主要由麦克风、光敏三极管（红外接收管）、干簧管构成，可将声信号、光信号、磁信号转变为电信号，以此作为单稳态触发器的触发信号。
单稳态触发器触发后，信号经功放单路放大后驱动电机运转，从而带动机器猫运动。
从总体电路图中分析，我们可以发现该装置中的触发电路、单稳态电路、声控检测电路、光控检测电路、磁控检测电路等。
声敏元件麦克风S1与电阻R组成声敏取样电路主要是将声信号转变为电信号为单稳态电路提供触发信号。
光敏三极管、干簧管可以将光信号、磁场信号转变为电信号为单稳态电路提供触发信号。
·声控工作原理
当声敏元件麦克风没有声音激发时，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，则电机没有工作，电子猫保持静止状态。
当声敏元件麦克风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，IC被触发翻转，3脚输出高电平，M1开通，电动机开始工作，电子便开始行走了，同时行走的时间将延长到单稳态
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