双色爆闪灯电子设计解析.docx
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双色爆闪灯电子设计解析
第1章protel99se软件学习
1.1protel99se软件介绍
随着电子工业的飞速发展,电路构成的复杂化与精密化,器件体积的减少与功能变得越来越复杂,电路板的结构也就变得愈来愈复杂与精密,这使得传统的生产工艺随着计算机的发展和普及,逐渐将计算机辅助设计技术引入其中，而相应软件的发展是伴随着操作系统的发展而前进的。
最早在DOS系统中运行的版本称之为TANGO软件包,由美国ACCELTechnologiesInc.公司于1985左右推出,运行于MS-DOS操作系统。
开创了电子设计自动化（EDA）的先例。
随后由ProtelTechnology公司推出升级版ProtelforDOS，由于其简单、易用，迅速风行大陆。
随着Windows操作系统的诞生，Protel公司于1991年适时推出ProtelforWindows版本，其后，又增加了通用原理图设计和其它功能。
以后，Protel公司又开创了Client/Server（客户/服务器）架构体系，方便了各EDA软件工具的无缝连接与团队支持能力，成为当今PC机上应用最广泛的EDA软件之一。
1998年，推出了Protel98forWindows95/NT，是第一个包含了五个核心模块的真正32位的EDA工具，集SCH98（电原理图设计）、PCB98（印制电路板设计）、Route98（无网格布线器）、PLD98（可编成逻辑器件设计）和SIM98（电路图模拟/仿真）于一体的设计环境。
1999年推出了Protel99，构成从电路设计到真实板分析的完整体系，随后2000年又推出了Protel99SE，性能又进一步提高，可以对设计过程有更大控制能力。
2001年，公司改名为Altium，随后2002年推出了ProtelDXP，集成了更多工具，使用方便，功能更强大。
2003年推出了ProtelDXP2004对ProtelDXP进一步完善。
2005年底AltiumDesigner6.0成功推出后，集成了更多工具，功能更强大，特别是在PCB设计这一块性能大大提高。
它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一个完整的板级设计解决方案。
AltiumDesigner是业界首例将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。
下图1.1.1、图1.1.2为protel软件图标及主页面。
图1.1.1
图1.1.2
1.2电路设计部分
到现在许多PCB工程师们也许还在使用Protel99或者protel99se在他们所熟悉的编辑环境下进行PCB设计，他们都很有经验，能够在protel99或protel99se上设计出一块很棒的PCB。
但有的时候他们甚至不相信软件的智能化给他们带来的巨大方便。
于是许多PCB工程师根本不使用软件带有的强大的自动布线功能，因为即使重复布上几百次都不能得到他们满意的方案，或是调整的线太多还不如完全手工布线。
这些都让他们不愿意接受也不相信更新换代了的人工智能能给他们的设计带来什么巨大的方便，他们相信的只是他们多少年积累的经验。
但实际上他们都很清楚当他们设计一块多层高密度PCB所需要付出的代价是什么，同时他们也希望真的有那么一款软件能让他们的设计效率有极大的提高的PCB设计软件。
现在Altium公司2004年最新产品Protel2004完全能满足这方面的要求。
当然Protel2004面对的用户不光是为了方便这些有多年经验的PCB工程师们。
Protel2004同时还降低了制作PCB的门槛，通过短时间的培训（即使是自学），很短时间您都可以很快的制作一块合格的PCB。
Protel2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal（信号走线层）;16层Mechanical（机构层）;16层InternalPlane（内层电源层）;2层SolderMask（防焊层）;2层PasteMask（锡膏层）;2层Silkscreen（丝印层）;2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）；1层KeepOut（禁止层）;1层Multi-Layer（横跨所有的信号板层）。
1.3电路仿真与PCB部分
一般说来，在电路设计的开始与结束时，设计者总要对所设计的电路的性能进行推算、判断和验证，Protel99SE可以对模拟和数字信号混合电路仿真。
其仿真引擎使用的是伯克利分校的SPICE/XSPICE。
它可以让我们精确地仿真由各种器件，比如TTL、CMOS、BJT等构成的电路。
Protel中支持的电路分析类型有：
静态工作点分析，交流小信号分析，瞬态分析，付立叶分析，噪声分析，直流分析，参数扫描分析，温度扫描分析和蒙特卡罗分析。
可用于仿真的电路，必须满足以下条件：
1、必须用仿真库中的器件（或用户自己建的器件仿真模型和器件符号）搭成电路，仿真库在\\DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb文件中；
2、必须有激励源；
3、对所关心的节点建立网络标号；
4、设定初始条件
一、电阻
在库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的电阻器：
RES固定电阻;RESSEMI半导体电阻，RPOT电位器；RVAR变电。
上述符号代表了一般的电阻类型，这些元器件有一些特殊的仿真属性域，在放置过程中按键或放置完成后双击该器件得到属性对话框，可如下设置：
Designator电阻器名称（如R1）；PartType以欧姆为单位的电阻值（如100kΩ），L可选项，电阻的长度（仅对半导体电阻有效）；W可选项，电阻的宽度（仅对半导体电阻有效）；Temp可选项，元件工作温度，以摄氏度为单位，缺省时为27℃（仅对半导体电阻有效）；Set仅对电位器和可变电阻有效（在“PartFieldsl～8”选项卡中设置取值0～l）。
（如图1.3.1）
图1.3.1
二、电容
在库SimulationSymbols.Lib中，包含了如下的电容：
CAP定值无极性电容；
CAPZ定值有极性电容；
CAPSEMI半导体电容
对电容的属性对话框可如下设置：
Designator电容名称（如C1）：
PartType以法拉为单位的电容值（如22uF）L可选项，以公尺为单位的电容的长度（仅对半导体电容有效）；W可选项，以公尺为单位的电容的宽度（仅对半导体电容有效）；IC可选项，初始条件，即电容的初始电压值。
在“PartFieldsl～8”选项卡中设置。
该项仅在仿真分析工具傅里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效。
（如图1.3.2）
图1.3.2
三、电感
在库SimulationSymbols.Lib中，包含了INDUCTOR电感，对电感的属性对话框可如下设置；Designator电感名称（如L1）；PartType以亨为单位的电感值（如27mH）；IC可选项，初始条件，即电感的初始电压值。
在“PartFields1～8”选项卡中设置。
该项仅在仿真分析工具博里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效。
四、二极管
在库Diode．lib中，包含了数目巨大的以工业标准部件数命名的二极管。
对二极管的属性对话框可如下设置：
Designator二极管名称（如D1）；Area可选项，该属性定义了所定义的模型的并行器件数；IC可选项，初始条件，即通过2极管的初始电压值。
该项仅在仿真分析工具傅里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效；Temp可选项，元件工作温度，以摄氏度为单位，缺省时为27℃。
（如图1.3.3）
图1.3.3
五、三极管
在库Bjt.lib中，包含了数目巨大的以工业标准部件数命名的三极管。
对三极管的属性对话框可如下设置；Designator三极管名Area可选项，该属性定义了所定义的模型的并行器件数；IC可选项，初始条件，即通过三极管的初始电压值。
该项仅在仿真分析工具傅里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效；Temp可选项，元件工作温度，以摄氏度为单位，缺省时为27℃。
（如图1.3.4）
图1.3.4
六、MOS场效应晶体管
MOS场效应晶体管是现代集成电路中最常用的器件。
SIM99提供了四种MOSFET模型，它们的伏安特性公式各不相同，但它们基于的物理模型是相同的。
在库MOSfet.lib中，包含了数目巨大的以工业标准部件数命名的MOS场效应晶体管。
（如图1.3.5）
图1.3.5
Protel99se设计PCB一般步骤
1新建一个文件夹用来放置设计文件
2打开软件单击file文件
3右键双击打开，在这里面新建原理图文件，建好之后，命名打开即可画图（如图1.3.6）
图1.3.6
4新建pcb的2种方法同上选择即可，创建原理图库和
pcb封装库方法同上
5创建原理图元件新建一个原理图库文件→打开原理图库文件绘制元件，并保存→调用原理图库→调用元件
6创建pcb封装库元件新建一个pcb封装库文件→打开pcb封装库文件→绘制封装→保存→调用原理图库调用元件
7创建网络表画好原理图后用电器规则检查后，单击每个元件，查看封装（如图1.3.7）
图1.3.7
8导入网络表。
打开pcb文件（如图1.3.8）
图1.3.8
9布局导入元件是凌乱摆放的，需要手动调整布局，这个是布局好了的pcb图，布局完成了，就要给电路板规划边界，在KeepOutLayer，禁止布线层上规划禁止布线边界在Mechanical机械层，上规划电路板的物理边界，即电路板的实际大小，物理边界要比禁止布线边界大。
（如图1.7）
10布线规则设计单击Dsign，设计，选择Rules，规则
1.4印制电路板的设计
印制电路板也称为印刷电路板或印制板，就是通常所说的PCB板。
印制板是通过一定的制作工艺，在绝缘度非常高的材料上覆盖上一层导电性能良好的铜薄膜构成覆铜板，然后根据具体的PCB图的要求，在覆铜板上刻蚀出PCB图上的导线，并钻出印制板安装定位孔以及焊盘和过孔。
印制板的分类方法很多。
根据板材的不同可以分为纸质覆铜板、玻璃覆铜板和挠性塑料制作的挠性覆铜板。
根据导电层数的不同，可以把印制电路板分单面板，双面板和多层板。
这种分类方法是和PCB图的设计密切相关的。
下面是这种分类方法的比较。
单面板只有一面可以走线，另一面没有敷铜的电路板。
它结构简单，成本低廉，适用于相对简单的电路设计，但是对于稍复杂的电路，由于单面板只能在一面走线，所以布线困难，容易造成无法布局的局面。
因此通常只有电路比较简单时才采用单面板的布线方法。
双面板的两面都可以布线，分顶层和底层。
一般只在顶层放置元器件，当然在顶层和地面都放置元器件也是可以的，但尽量不要这样做。
采用双面板可以设计比较复杂的电路，由于它的双面都可以走线，所以只要参数设置合理，自动布线器的布通率几乎是100％，因此，它是使用最广泛的印制电路板结构。
多层板是指4层或4层以上的电路板，它是在双面板的顶层和底层的基础上，增加了内部电源层、内部接地层和若干中间布线层。
板层越多，则布线的区域也就越多，布线就越简单。
但是由于多面板制作工艺复杂，成本较高。
随着电子技术的快速发展，电子产品越来越小巧精密，电路板的制作也越来越复杂，因此目前多层板的应用也比较广泛。
有关电路板的几个基本概念1.层：
这是印制板材料本身实实在在的铜箔层。
2.铜膜导线：
导线。
是敷铜经腐蚀后形成的，用于连接各个焊盘。
印制电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的。
飞线：
预拉线。
它是在引入网络表后生成的，而它所连接的焊盘间一旦完成实质性的电气连接，则飞线自动消失。
它并不具备实质性的电气连接关系。
在手工布线时它可起引导作用，从而方便手工布线。
3.焊盘：
放置、连接导线和元件引脚。
过孔：
连接不同板层间的导线，实现板层的电气连接。
分为穿透式过孔，半盲孔，盲孔三种。
4.助焊膜：
涂于焊盘上提高焊接性能的一层膜，也就是在印制板上比焊盘略大的浅色圆。
阻焊膜：
为了使制成的印制电路板适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘焊，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。
5.长度单位及换算：
100mil=2.54mm（其中1000mil=1Inches）6.安全间距：
是走线、焊盘、过孔等部件之间的最小间距
1.5绘制简单电路图
原理图绘制可按如下步骤进行，根据实际情况可以进行适当调整。
⑴新建原理图文件。
⑵设置图纸大小和工作环境。
⑶装入元件库。
⑷放置所需的元器件、电源符号等。
⑸元器件布局和连线。
⑹放置说明文字、网络标号等进行电路标注说明。
⑺电气规则检测、线路、标识调整与修改。
⑻报表输出。
⑼电路输出。
图1.5.1
1.6元件的封装
元器件的封装形式是一个空间的概念，它描述了元器件的空间尺寸，是元器件的一个特性。
但是，元器件的封装形式与元器件本身并不是一一对应的关系，也就是说，不同的元器件可以共用一个封装形式，而同一种元器件也可以有不同的封装形式。
例如，RES2代表普通金属膜电阻，它的封装形式却有多种，有AXIAL-0．3，AXIAL-0．4，AXIAL-0．5等。
所以在使用一种元器件时，不但要了解它的电气特性，还要了解它的空间特性，也即该元器件的封装形式。
图1.6.1
传统式元件封装形式有DIP封装，双列直插封装（DuallnlinePackage），还有一种是芯片载体座式封装，如PLCC封装和塑料有引线芯片座式封装（PlasticLeadedChipCarrier），LCCC封装是陶瓷无引线芯片座式封装（LeadlcssCeramicChipCarrier），JLCC封装是陶瓷有引线芯片座式封装（CeramicLeadedChipCarrier）。
它们的共同特点是焊盘要打通电路板。
图1.6.2
1.7生成网络图
1.新建一张原理图，点击"PlaceSheetSymbol"放置一个原理图符号，然后右击选其“proterties”,在filename一栏输入你准备与之绑定的原理图文件名.确定ok。
依此类推...,直到把全部的原理图与每一个放置的原理图符号绑定完为止，最后保存。
2.打开全部的原理图（否则导入PCB时不能生成网络,只有元器件）。
3.打开"Design"菜单下的“Creatnetlist..."选项，在"sheetstonetlist"一栏选择“Activesheetplussubsheets"，然后点击ok，就可生成多张原理图的总网表。
4.在PCB图设计模式下导入总网表即可。
图1.7.1
1.8元件布局
特殊元件的布局从以下几个方面考虑：
1）高频元件：
高频元件之间的连线越短越好，设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元件不能离得太近。
隶属于输入和隶属于输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。
2）具有高电位差的元件：
应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离，以免出现意外短路时损坏元件。
为了避免爬电现象的发生，一般要求2000V电位差之间的铜膜线距离应该大于2mm，若对于更高的电位差，距离还应该加大。
3）重量太大的元件：
此类元件应该有支架固定，而对于又大又重、发热量多的元件，不宜安装在电路板上。
4）发热与热敏元件：
注意发热元件应该远离热敏元件。
5）可以调节的元件：
对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求，若是机内调节，应该放在电路板上容易调节的地方，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应。
如果没有特殊要求，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。
按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。
以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。
数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。
元件离电路板边缘的距离：
所有元件均应该放置在离板边缘3mm以内的位置，或者至少距电路板边缘的距离等于板厚，这是由于在大批量生产中进行流水线插件和进行波峰焊时，要提供给导轨槽使用，同时也是防止由于外形加工引起电路板边缘破损，引起铜膜线断裂导致废品。
如果电路板上元件过多，不得已要超出3mm时，可以在电路板边缘上加上3mm辅边，在辅边上开V形槽，在生产时用手掰开。
元件放置的顺序：
首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。
再放置特殊元件，例如发热元件、变压器、集成电路等。
最后放置小元件。
贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm；金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。
定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm；发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布；电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。
特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。
图1.8.1
1.9布线规则
布线是整个PCB设计中最重要的工序。
这将直接影响着PCB板的性能好坏。
在PCB的设计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：
首先是布通，这时PCB设计时的最基本的要求。
如果线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。
其次是电器性能的满足。
这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。
这是在布通之后，认真调整布线，使其能达到最佳的电器性能。
接着是美观。
假如你的布线布通了，也没有什么影响电器性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花花绿绿的，那就算你的电器性能怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。
这样给测试和维修带来极大的不便。
布线要整齐划一，不能纵横交错毫无章法。
这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现，否则就是舍本逐末了。
布线时主要按以下原则进行：
（1）一般情况下，首先应对电源线和地线进行布线，以保证电路板的电气性能。
在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：
地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：
0.2～0.3mm，最细宽度可达0.05～0.07mm，电源线一般为1.2～2.5mm。
对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用（模拟电路的地则不能这样使用）
（2）预先对要求比较严格的线（如高频线）进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。
必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
（3）振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。
时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积，而不应该走其它信号线，以使周围电场趋近于零；（4）尽可能采用45º的折线布线，不可使用90º折线，以减小高频信号的辐射；（要求高的线还要用双弧线）（5）任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少；（6）关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。
（7）通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时，要用“地线-信号-地线”的方式引出。
（8）关键信号应预留测试点，以方便生产和维修检测用（9）原理图布线完成后，应对布线进行优化；同时，经初步网络检查和DRC检查无误后，对未布线区域进行地线填充，用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
或是做成多层板，电源，地线各占用一层。
图1.9.1
第2章电子设计
2.1电子设计————双色爆闪灯简介
爆闪灯，又被称为暴闪灯，频闪灯，是利用电子手段（比如用电容单片机编程IC等），使光源慢速或快速的闪烁，起到警示的作用。
爆闪灯的光源分为2种：
1、高压气体放电型灯管：
形状上有长形灯管、U型爆闪灯管、螺旋型爆闪灯管等，由于这类灯管闪烁速度快，亮度高，曾经被广泛的使用；但随着LED技术的不断成熟，已逐渐被大功率LED光源所取代；
2、LED发光二极管：
这种光源的显著特点是效率高，节省电力，配合设计良好的透镜可获得极佳的亮度，已成为爆闪灯领域的黑马；
爆闪灯的外形是多样化的，有雾灯型设计，可代替汽车雾灯使用的；有嵌入式安装的，打孔安装在汽车的大灯、雾灯、尾灯内；有安装于汽车风挡玻璃内的玻璃吸盘式爆闪灯；有依靠磁铁吸附在车顶上使用的吸顶式爆闪灯；也有安装于汽车中网或者保险杠上，被称为中网爆闪灯、杠灯；产品具有装饰效果好和警视性能强等特点。
作用：
爆闪的作用就是提醒，警示比如有紧急情况你需要引起别人的注意可以开爆闪那么别人都会注意到你，举个简单的例子高速上汽车出故障，靠边停了正好是晚上，你可以开爆闪警示后面的汽车，当然不能直射司机的驾驶室，火灾时被困在屋中开爆闪提醒外面的人来救自己,还有爆闪还能使人产生眩晕，有一定的防身自救功能,日常使用爆闪的机会不多，关键时刻爆闪很有用。
现在市场上出现很多有爆闪功能的LED袖珍型的手电筒，非常适合喜欢野外活动的爱好者。
金属合金的外壳，有强光、工作光、爆闪的功能，LED又是节能、环保、寿命又长，使用起来又很方便，并且这种电筒的连续照明的时间很长，强光都能达到8小时，工作光19小时，工作光亮度也很亮了。
这次课程设计的要求是完成双色爆闪灯的设计。
在我们日常生活中和工业生产中，在很多情况下，需要安装警示灯和标志灯，以提醒人们注意。
例如，道路施工时，需要施工现场挂上红色安全指示灯，双色爆闪灯在现实生活中应用极其广泛，主要起到警示的作用。
本次设计是双色爆闪灯，主要利用的是多谐振荡器的原理，多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态，输出矩形波，在矩形波的驱动下，发光二极管闪烁。
2.2电路元器件选择
2.2.1电阻
电阻的英文名称为resistance，通常缩写为R，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。
欧姆定律指出电压、电流和电阻三者之间的关系为I=U/R，亦即R=U/I。
电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“Ω”来表示。
通常“电阻”有两重含义，一种是物理学上的“电阻”这个物理量，另一个指的是电阻这种电子元件。
电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压、分流的作用。
对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。
电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。
欧姆是这样定义的：
当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1安培的电流通过，则这个电阻器的阻值为1欧姆。
除了欧姆外，电阻的单位还有千欧（KΩ，兆欧（MΩ）等。
电阻器的电气性能指标通常有标称阻值,误差与额定功率等。
它与其它元件一起构成一些功能电路，如RC电路等。
电阻的种类很多，通常分为碳膜电阻，金属电阻，线绕电阻等：
它又包含固定电阻与可变电阻，光敏电阻，压敏电阻，热敏电阻等。
但不管电阻是什么种类，它都有一个基本的表示字母“R”
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