声光控路灯控制器.docx
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声光控路灯控制器
电路的组成
(1)声音信号输入电路
(2)光信号输入电路
(3)桥式整流电路
(4)降压滤波电路
(5)延时电路
(6)控制电路
(7)负载
元器件的参数及性能数字集成电路TC4011BP
1.驻极体话筒
2.625A型光敏电阻的测试
3.IN4007参数
4.9013参数
5.电阻的识别和检测
6.电容的识别和检测
7.可控硅
电路安装调试与故障分析
电路的安装及接线图
1.电路的调试
2.故障原因及检修
二电路组成及工作原理
1.电路组成
电路主要有以下几部分组成.
(1)声音信号输入电路由话筒MIC、电阻R1、R2、R3、电容C1和三极管T1组成。
声音信号经话筒MIC转化为电信号后经C1耦合至T1放大,最后由T1的集电极输出并送入集成电路IC1的2脚。
(2)光信号输入电路由电阻R4和光敏电阻Rg组成。
光的强弱经光敏电阻Rg转化为高、低电平后送入集成电路IC1的1脚。
(3)桥式整流电路由二级管D2D3D4D5组成。
其功能是将220V的交流市电转化为脉动直流电压。
(4)降压滤波电路由电阻R5、R6和电容C2组成。
其功能是对桥式整流电路输出脉冲直流电压进行降压滤波,获得10V左右的直流电压,作为控制电路的直流电源。
(5)延时电路由二极管D1电阻R8和电容C3组成。
延时时间由R8和C3决定,按图中所示参数值可延时约60~70S。
二极管D1起隔离作用。
(6)控制电路由集成电路IC1电阻R7和双向可控硅T2组成,其作用是控制开关的通断。
这里双向可控硅T2起开关作用。
集成电路IC1是整个电子开关的核心元件,型号为TC4011BP。
它是四-二输入与非门集成电路。
其中12脚和3脚分别为与非门1的输入和输出端;5、6和4脚分别为与非门2的输入和输出端;8、9和10脚分别为与非门3的输入和输出端;12、13和11脚分别为与非门4的输入和输出;7和14脚分别是接地和电源脚。
在该电路中与非门1和与非门2组成声音信号和光信号与逻辑电路;与非门3、与非门4和电阻R7组成触发电路。
(7)负载由白炽灯EL组成,最大可接100W。
2.电路工作原理
顾名思义,声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启”,若干分钟后延时开关“自动关闭”。
因此,整个电路的功能就是将声音信号处理后,变为电子开关的开关动作。
明确了电路的流向后,即可根据主要元器件将电路划分为若干个单元。
220V交流电通过白炽灯EL后,经D2、D3、D4、D5桥式整流电路把交流电压变为脉动直流电压,由R5和R6分压,C2滤波,获得10V左右的直流电压,作为控制电路的工作电源,这时通过白炽灯EL的电流小于2mA,所以白炽灯不会发光。
电阻R4和光敏电阻Rg串联分压,当有光照射光敏电阻Rg时,它呈低阻状态,即IC1的1脚(与非门1的光信号输入端)为低电平,此时声音信号被屏蔽(不起作用),与非门1的输出即IC1的3脚为高电平。
与非门1的3脚输出端接与非门2的5、6脚输入端,所以与非门2的4脚输出为低电平。
此时二极管D1截止,触发电路无触发信号,双向可控硅T2截止,白炽灯EL熄灭。
当无光照射时,光敏电阻Rg呈高阻状态,即IC1的1脚(与非门1的光信号输入端)为高电平,与非门1打开,声音信号可以输入。
话筒MIC和电阻R1将外界的声音信号变为电信号。
在外界无声的情况下,三极管T1处于饱和状态,使与非门1的输出即IC1的2脚(与非门1的声音信号输入端)为低电平,与非门1的输出即IC1的3脚为高电平。
最终使与非门2的输出4脚为低电平,白炽灯EL熄灭。
若外界有声音,三极管T1将出现反复饱和、截止,使与非门1的2端反复出现高低电平的转化过程。
若与非门1的两个输入端有一个为低电平,与非门2便输出低电平,只有当与非门1的两个输入端都为高电平时,与非门2才输出高电平。
当与非门2输出高电平时,通过隔离二极管D1给电容C3充电,当C3充电电压达到与非门3的阈值电平时,使与非门4输出高电平,通过电阻R7触发双向可控硅T2使其导通,主回路便有较大的电流通过白炽灯EL使其发光。
T2导通后,由于没有了声音信号,与非门1的输入IC1的2脚很快变为低电平,从而使与非门2输出为低电平。
但延时电路的电容C3通过电阻R8放电,经过大约1分钟的时间下降到与非门3的阈值电平以下,使与非门4输出低电平,当交流电过零点时,T2自动关断,白炽灯EL熄灭。
因此,白天白炽灯EL不亮,只有到了晚上话筒MIC接收到声音信号时,才能产生触发信号,使双向可控硅T2导通,白炽灯EL发光,延时一段时间后白炽灯EL自动熄灭。
3.电路图
声、光控制电子开关电路原理图
4.元件清单
序号
器件名称
型号
数量
备注
1
电阻
10KΩ
1
R1
2
电阻
2.7MΩ
1
R2
3
电阻
43KΩ
1
R3
4
电阻
1.5MΩ
1
R4
5
电阻
150KΩ
1
R5
6
电阻
20KΩ
2
R6R7
7
电阻
1MΩ
1
R8
8
光敏电阻
1
Rg
9
电容
104PF
1
C1
10
电容
33uF/25V
2
C2C3
11
可控硅
BT169
1
T2
12
三极管
9013
1
T1
13
二极管
1N4007
5
D1~D5
14
集成电路
TC4011BP
1
IC1
15
话筒
1
MIC
16
白炽灯
1
EL
第三章元器件的参数及性能
1.数字集成电路TC4011BP
2.驻极体话筒
驻极体选用的是一般收录机用的小话筒,它的测量方法是:
用R*100档将红表笔接外壳的S、黑表笔接D,这时用口对着驻极体吹气,若表针有摆动说明该驻极体完好,摆动越大灵敏度越高。
3.625A型光敏电阻的测试
光敏电阻用的是625A型,有光照射时电阻为20K以下,无光照时电阻值大于100MΩ,说明该元件是完好的。
4.IN4007参数
常用的IN4001-4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A,IN4007反向耐压为1000V
5.9013参数
9013-NPN外延型晶体管(三极管),9013是一种最常用的普通三极管,它是一种低电压,大电流,小信号的NPN型硅三极管。
特性
集电极电流IC:
Max500mA
集电极-基极电压Vcbo:
40V
工作温度:
-55℃to+150℃
功率(W):
0.625
fT(MHZ):
-
hFE:
64~202
和9012(PNP)相对
主要用途:
1、开关应用2、射频放大3、低噪声放大管
6.电阻的识别和检测
一、电阻器参数识别方法
电阻器的主要参数(标称值与允许偏差)要标注在电阻器上,以供识别。
电阻器的参数表示方法有直标法、文字符号法、色环法三种。
1.直标法
直标法是一种常见标注方法,特别是在体积较大(功率大)的电阻器上采用。
它将该电阻器的标称阻值和允许偏差,型号、功率等参数直接标在电阻器表面,如图所示。
在三种表示方法中,直标法使用最为方便。
2.文字符号法
文字符号法和直标法相同,也是直接将有关参数印制在电阻体上。
文字符号法,将5.7k电阻器标注成5k7,其中k既作单位,又作小数点。
文字符号法中,偏差通常用字母表示。
3色标法
进口电阻器标志方法采用色标法和数码法等。
其中,色标法的规定与国产相同。
而数码法,则当阻值大于或等于10时,其阻值用一个3位数表示。
其中,前两位是阻值的有效数,后一位是10的n次幂的指数(n为正整数和零),当阻值小于10时,其阻值用数字和R表示,其中R表示小数点,单位为。
阻值标志为R2--标称值为
;
阻值标志为4R7--标称值为
;
阻值标志240--标称值为
;
阻值标志684--标称值为
;
电阻器标称阻值的允许偏差,所用的字母及含义与国产电阻器的相同。
二、电阻的检测
测量电阻器时,要注意不能用手同时捏着表笔和电阻器两引出端,以免人体电阻影响测量的准确性。
1.对于未安装的电阻,可以用万用表测量一下电阻器的阻值,再根据所读阻值看色环,读出标称阻值。
2.对于已装配在电路板上的电阻,可用以下方法进行判断:
(1)四色环电阻为普通型电阻器,从标称阻值系列表可知,其只有三种系列,允许偏差为±5%、±10%、±20%,所对应的色环为:
金色、银色、无色。
而金色、银色、无色这三种颜色没有有效数字,所以,金色、银色、无色作为四色环电阻器的偏差色环,即为最后一条色环(金色,银色除作偏差色环外,可作为乘数)。
(2)五色环电阻器为精密型电阻器,一般常用棕色或红色作为偏差色环。
如出现头尾同为棕色或红色环时,要判断第一条色环则要通过方法(3)、(4)。
(3)第一条色环比较靠近电阻器一端引脚。
(4)表示电阻器标称阻值的那四条环之间的间隔距离一般为等距离,而表示偏差的色环(即最后一条色环)一般与第四条色环的间隔比较大,以此判断哪一条为最后一条色环。
7.电容的识别和检测
一、电容的识别这种方法是国际电工委员会推荐的表示方法。
具体内容是:
用2~4位数字和一个字母表示标称容量,其中数字表示有效数值,字母表示数值的单位。
字母有时既表示单位也表示小数点。
如:
1.采用不同的端头形状来表示引脚的极性,见图(b),(c)所示,这种方式往往出现在两根引脚轴向分布的电解电容器中。
2.标出负极性引脚,见图(d)所示,在电解电容器的绝缘套上画出像负号的符号,以表示这一引脚为负极性引脚。
3.采用长短不同的引脚来表示引脚极性,通常长的引脚为正极性引脚,见图(a)
二、电容器检测方法
1.用万用电表的欧姆档(R×10k或R×1k档,视电容器的容量而定),当两表笔分别接触容器的两根引线时,表针首先朝顺时针方向(向右)摆动,然后又慢慢地向左回归至∞位置的附近,此过程为电容器的充电过程。
2.当表针静止时所指的电阻值就是该电容器的漏电电阻(R)。
在测量中如表针距无穷大较远,表明电容器漏电严重,不能使用。
有的电容器在测漏电电阻时,表针退回到无穷大位置时,又顺时针摆动,这表明电容器漏电更严重。
一般要求漏电电阻R≥500k,否则不能使用。
3.对于电容量小于5000pF的电容器,万用表不能测它的漏电阻。
三、电解电容的极性的判断
用万用表测量电解电容器的漏电电阻,并记下这个阻值的大小,然后将红、黑表棒对调再测电容器的漏电电阻,将两次所测得的阻值对比,漏电电阻小的一次,黑表棒所接触的是负极。
8.可控硅
(一)可控硅符号:
(二)可控硅的主要参数
可控硅的主要参数有:
(1)额定通态平均电流IT在一定条件下,阳极---阴极间可以连续通过的50赫兹正弦半波电流的平均值。
(2)正向阻断峰值电压VPF在控制极开路未加触发信号,阳极正向电压还未超过导能电压时,可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。
可控硅承受的正向电压峰值,不能超过手册给出的这个参数值。
(3)反向阴断峰值电压VPR当可控硅加反向电压,处于反向关断状态时,可以重复加在可控硅两端的反向峰值电压。
使用时,不能超过手册给出的这个参数值。
(4)控制极触发电流Ig1、触发电压VGT在规定的环境温度下,阳极——阴极间加有一定电压时,可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。
(5)维持电流IH在规定温度下,控制极断路,维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。
近年来,许多新型可控硅元件相继问世,如适于高频应用的快速可控硅,可以用正或负的触发信号控制两个方向导通的双向可控硅,可以用正触发信号使其导通,用负触发信号使其关断的可控硅等等。
第四章电路安装调试与故障分析
1.电路安装及接线图
图3所示为该电子开关印制电路板参考接线图,所示大小以实物为例。
按图中所示进行元器件的安装焊接。
注意,负载白炽灯EL采用外接方式,不安装在印制电路板上。
2.电路调试
检查整个电路板没有虚焊、漏焊和短路后,接上负载白炽灯EL以及220V交流市电进行通电检查。
调试时用万用表直流电压挡测试集成电路IC1的14脚应有10V左右的直流电压。
然后在有光无声的条件下测量三极管T1集电极C应为低电平,即此时三极管T1应饱和导通,在有光有声的情况下,白炽灯EL应不亮。
用不透明的胶布遮蔽住光敏电阻Rg,在有声音时白炽灯EL应能点亮并且延时60~70秒后自动熄灭。
达到以上要求,说明电路已调试成功。
3.电路原因及检修
调试中可能会出现以下故障。
应根据具体情况进行检修。
(1)晚上声音小时白炽灯EL不亮,当声音很大时才亮。
这是声音信号输入电路灵敏度降低所致。
其原因可能是话筒MIC灵敏度降低,电容C1容量减小,三极管T1,电阻R2、R3等元件参数改变等等。
检修时,可适当减小电阻R1的阻值以提高MIC的灵敏度。
增大电阻R2和减小电阻R3的阻值,以降低三极管T1的静态工作点。
也可用一个等值电容与C1并联,观察效果是否改变等方法,提高声音输入电路的灵敏度。
(2)晚上白炽灯EL经常误触发而发光。
这一般是声音信号输入电路灵敏度太高所致。
检修时对该部分电路的元件与上述
(1)进行相反调整。
(3)白天有声音时白炽灯EL便亮。
这是光信号输入电路的故障。
检修时,检查光敏电阻Rg是否接收光线不足,可采用清除光敏电阻Rg处灰尘,检查光敏电阻Rg的位置是否正确,光敏电阻Rg的位置是否开路,适当增大电阻R4的阻值,降低与非门1的1端输入电平等办法加以解决。
(4)晚上有声音时白炽灯EL也不亮。
其原因是声音信号输入电路在有声音时不能输出高电平,光信号输入电路输出低电平,集成电路IC1损坏等造成的.检修时,在有声音信号时测量与非门1的2端是否为高电平,在无光时测量与非门1的1端是否为高电平。
若不是高电平说明故障在相应的输入电路,若是高电平应检查集成电路IC1的逻辑关系是否正确。
(5)白天和晚上白炽灯EL均长亮。
其原因一般是双向可控硅T2被击穿。
检修时,断电后用万用表的电阻挡测量T2两个阳极之间的电阻,若在1KΩ以下,则说明双向可控硅T2已经被击穿,应更换。
(6)白炽灯EL点亮的延时时间不合适。
若灯亮的延时时间缩短了,有可能是电容C3漏电或者是容量减小所致,可用一只相同的电容尝试。
若嫌延时时间不够,可适当增大电阻R8的阻值,或者增大电容C3的容量。
反之,减小电阻R8的阻值或者电容C3的容量即可。
第五章结论
本设计报告主要介绍了用模拟电路实现的声光控制电路设计方法。
系统介绍了该电路的功能,结合以前所学的模电知识,实现系统的功能要求。
设计中很好的使模、数相结合,满足了设计所要求的任务。
在本次实验中,我学到了很多,同时也感悟了很多。
我体会到了团结互助和同学之间的默契配合,不懂的地方请教老师,一遍遍的拆线、装线,测试导线和芯片的好坏,因为任何一个小小的疏忽,都将导致实验的失败。
毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。
下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。
第一,接到任务以后进行选题。
选题是毕业设计的开端,选择恰当的、感兴趣的题目,这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。
好比走路,这开始的第一步是具有决定意义的,第一步迈向何方,需要慎重考虑。
否则,就可能走许多弯路、费许多周折,甚至南辕北辙,难以到达目的地。
因此,选题时一定要考虑好了。
第二,题目确定后就是找资料了。
查资料是做毕业设计的前期准备工作,好的开端就相当于成功了一半,到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式,但也有可取之处的。
总之,不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的,要一一记录下来以备后用。
第三,通过上面的过程,已经积累了不少资料,对所选的题目也大概有了一些了解,这一步就是在这样一个基础上,综合已有的资料来更透彻的分析题目。
第四,有了研究方向,就应该动手实现了。
其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。
通过这次设计,我对模电和数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识,对以前学的数字电路又有了一定的新认识,温习了以前学的知识,就像人们常说的温故而知新嘛,但在设计的过程中,遇到了很多的问题,有一些知识都已经不太清楚了,但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。
在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学。
在此要感谢我的指导老师,感谢老师给我这样的机会锻炼。
在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。
虽然这个项目还不是很完善,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益。
第七章参考文献:
[1]康华光,《电子技术基础》数字部分(第四版).北京:
高等教育出版社出版
[2]彭介华,《电子技术课程设计指导》北京.高等教育出版社
[3]童诗白.《模拟电子技术基础》.清华大学电子学教研组编.第三版,北京:
高等教育出版社,2004
[4]杨旭东,刘行景,杨兴瑶.《实用电子电路精选》.化学工业出版社,1999
[5]华成英.《电子技术》北京.中央广播电视大学出版社,1996
[6]《电子制作》《电子制作》杂志社,2008
[7]《电子制作500例》
附录
浅谈PCB设计中的技巧和方法
◆杨阳
在电子工程中,应用软件进行PCB设计,具有功能强大,使用方便等特点,所以平时应用很多。
其实,不管用什么软件,PCB设计有个大致的程序,按顺序来会省时省力且不容易出错。
同时考虑到PROTELDXP2004界面风格与WINDOWS视窗接近,操作习惯也相近,且有强大的仿真功能,使用的人也比较多,所以在此将此软件为例作说明。
原理图设计是前期重要准备工作,初学者应认真设计,通过画原理图我们会更加熟悉这个软件的基本工具。
如果不认真作将得不偿失,对简单的板子,如果熟练流程,不妨可以跳过。
但是对于初学者一定要按流程来,这样一方面可以养成良好的习惯,另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。
原理图是根据设计的项目来的。
在画原理图时,层次设计要注意各个文件最后要连接为一个整体。
由于软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连(电气性能上)的情况,如果不用相关检测工具检测,万一出了问题,等板子做好了才发现就晚了。
这就说明了按顺序来做的重要性,希望引起大家的注意。
现就PCB设计中的技巧和方法介绍如下:
一、制作物理边框
封闭的物理边框对以后的元件布局走线来说是个基本平台,也对自动布局起着约束作用。
否则,从原理图过来的元件会不知所措的。
但这里一定要注意精确,否则以后出现安装问题麻烦就大了。
还有就是拐角地方最好用圆弧,一方面可以避免尖角划伤工人,同时也可以减轻应力作用。
例如有的产品在运输过程中出现面壳PCB板断裂的情况,改用圆弧后就好了。
二、元件和网络的引入
把元件和网络引入画好的边框中应该很简单,但是这里往往会出现问题,一定要细心地按提示的错误逐个解决,不然后面要费更大的力气。
这里的问题一般来说,主要是元器件的封装形式找不到,元件网络问题,有未使用的元件或管脚等。
对照提示,这些问题是可以很快搞定的。
三、元件的布局
元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响,是应该特别注意的地方。
一般来说,元件布局的原则主要有以下两个方面:
1.放置顺序
先放置与结构有关的固定位置的元器件,如电源插座、指示灯、开关、连接件之类。
这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定,使之以后不会被误动。
再放置线路上的特殊元件和大的元器件,如发热元件、变压器、IC等,最后放置小器件。
2.注意散热
元件布局还要特别注意散热问题。
对于大功率电路,应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置,便于热量散发,不要集中在一个地方,也不要距离大电容太近以免使电解液过早老化。
四、布线
1.布线的通行原则
(1)高频数字电路走线细一些、短一些好。
(2)大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔阂。
隔离距离要与承受的耐压有关,通常情况下在2KV时隔离距离应为2mm;若要承受3KV的耐压测试,则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上。
许多情况下为避免爬电,还在印制线路板上的高低压之间开槽。
(3)两面板布线时,两面的导线宜相互垂直、斜交或弯曲走线,避免相互平行,以减少寄生耦合;作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相临平行,以免发生回授,在这些导线之间最好加接地线。
(4)走线拐角尽可能大于90°,杜绝90°以下的拐角,也尽量少用90°拐角。
(5)地址线或者数据线,走线长度差异不要太大,否则短线部分要人为走弯线做补偿。
(6)走线尽量走在焊接面,特别是通孔工艺的PCB。
(7)尽量少用过孔、跳线。
(8)单面板焊盘必须要大,焊盘相连的线一定要粗。
(9)大面积敷铜要用网格状的,以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲,但在特殊场合下要考虑GND的流向,大小,不能简单的用铜箔填充了事,而是需要考虑走线。
(10)元器件和走线不能太靠边放,一般的单面板多为纸质板,受力后容易断裂,如果在边缘连线或放元器件就会受到影响。
(11)必须考虑生产、调试、维修的方便性。
2.地的处理
对模拟电路来说,处理地的问题是很重要的。
地上产生的噪声往往难以预料,可是一旦产生将会带来极大的麻烦,应该未雨绸缭。
对于功放电路,极微小的地噪声都会因为后级的放大对音质产生明显的影响;在高精度A/D转换电路中,如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂,影响放大器的工作。
这时可以在板子的4角加退耦电容,一脚和板子上的地连,一脚连到安装孔上去,这样可将此分量滤去,放大器及A/D也就稳定了。
3.电磁兼容
电磁兼容问题,在目前人们对环保产品倍加关注的情况下显得更加重要了。
一般来说,电磁信号来源于信号源、辐射、传输线。
晶振是常见的一种高频信号源,在功率谱上晶振的各次谐波能量值会明显高出平均值。
可行的做法是控制信号的幅度,晶振外壳接地,对干扰信号进行屏蔽,采用特殊的滤波电路及器件等。
4.蛇形走线
这里,需要特别说明的是蛇形走线,因为应用场合不同其作用也是不同的。
在电脑的主板中用在一些时钟信号上,如PCICIKAGP-CIK,它的作用有两点:
一是阻抗匹配;二是滤波电感。
对一些重要信号,如INTELHUB架构中的HUBLink,一共13根,频率可达233MHz,要求必须严格等长,以消除时滞造成的隐患。
这时,蛇形走线是唯一的解决办法。
一般来讲,蛇形走线的线距大于等于2倍的线宽;若在普通PCB板中,除了具有滤波电感的作用外,还可作为收音机天线的电感线圈等。
五、调整完善
完成布线后,要做的就是对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜工作,以便于进行生产、调试、维修。
敷铜通常是指以大面积的铜箔去填充布线后留下的空白区,可以铺GND的铜箔,也可以铺VCC的铜箔。
包地则通常是指用两根地线包住一撮有特殊要求的信号线,以防止相互干扰。
如果用敷铜代替地,一定要注意整个地是否连通,对电流大小、流向有无特殊要求,以确保减少不必要的失误。
六、检查核对网络
有时会因为误操作或疏忽造成所画的扳子的网络关系与原理图不同,这时检察核对是很有必要的。
所以画完以后切不可急于交给制版厂家,应该先做核对,后再进行后续工作。
七、使用仿真功能
完成上