觸摸式臺燈課程設(shè)計(jì)--觸摸式開關(guān)臺燈控制電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　學(xué)年第 學(xué)期</b></p><p>　　下達(dá)任務(wù)書日期: 2010 年 1 月 4日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p>&l

2、t;p><b>　　1 引言</b></p><p>　　自本世紀(jì)五十年代未第一只晶閘管問世以來，電力電子技術(shù)開始登上現(xiàn)代電氣傳動技術(shù)舞臺 ，以此為基礎(chǔ)開發(fā)的可控硅整流裝置，是電氣傳動領(lǐng)域的一次革命，使電能的變換和控制從 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組和靜止離子變流器進(jìn)入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時代，這標(biāo)志著電力電子 的誕生。當(dāng)今的電力電子技術(shù)已經(jīng)在各種工程技術(shù)中占有核心地位，尤其是進(jìn)入信息時代以來，

3、電子技術(shù)更是成了基本技術(shù)，其具體應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了通信領(lǐng)域、控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等等各行各業(yè)。</p><p>　　電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。在電子信息類本科教學(xué)中，電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是一個重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，它包括選擇課題、電子電路設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報(bào)告等實(shí)踐內(nèi)容。通過課程設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)以下兩

4、個目標(biāo)：第一，讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求和性能參數(shù)，查閱文獻(xiàn)資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試等實(shí)踐活動，使電路達(dá)到性能指標(biāo)；第二，課程設(shè)計(jì)為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，而課程設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用，從已學(xué)過的定性分析、定量計(jì)算的方法，逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法，同時，課程設(shè)計(jì)報(bào)告的書寫，為今后從事技

5、術(shù)工作撰寫科技報(bào)告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。通過實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，掌握電子技術(shù)的基本操作方法，為今后從事相關(guān)工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計(jì)工作的整體觀念。</p><p><b>　　2電子技術(shù)的概述</b></p><p>　　2.1 電子技術(shù)及其發(fā)展</p><p>　　電子技術(shù)由模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)兩部分構(gòu)成。隨著晶體管、集成電路的發(fā)

6、明和大量應(yīng)用，在各自的應(yīng)用領(lǐng)域都得到了長足的發(fā)展，產(chǎn)品更是日新月異。 模擬電子技術(shù)說是整個電子技術(shù)的基礎(chǔ)，在信號放大、功率放大、整流穩(wěn)壓、模擬量反饋、混頻、調(diào)制解調(diào)電路領(lǐng)域具有無法替代的作用。例如高保真(Hi-Fi)的音箱系統(tǒng)、移動通訊領(lǐng)域的高頻發(fā)射機(jī)等。 與模擬電路相比，數(shù)字電路具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、程序軟件控制等一系列優(yōu)點(diǎn)。從目前的的發(fā)展趨勢來看，除一些特殊領(lǐng)域外，以前一些模擬電路的應(yīng)用場合，大有逐

7、步被數(shù)字電路所取代的趨勢，如數(shù)字濾波器等。 數(shù)字電子技術(shù)目前在向兩個截然相反的方向發(fā)展，一是基于通用處理器的軟件開發(fā)技術(shù)，比如單片機(jī)、DSP、PLC等技術(shù)，其特點(diǎn)是在一個通用處理器(CPU）的基礎(chǔ)上結(jié)合少量的硬件電路設(shè)計(jì)來完成系統(tǒng)的硬件電路，而將主要精力集中在算法、數(shù)據(jù)處理等軟件層次上的系統(tǒng)方法。另一個方向是基于CPLD/FPGA的可編程邏輯器件的系統(tǒng)開發(fā)，其特點(diǎn)是將算法、數(shù)據(jù)加工等工作全部融入系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)當(dāng)中，在“線與線的

8、互聯(lián)”當(dāng)中完成對數(shù)據(jù)的加工。</p><p>　　2.2 電子元器件的分類 </p><p>　　電子元器件是具有獨(dú)立電路功能、構(gòu)成電路的基本單元。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，元器件的品種越來越多、功能越來越強(qiáng)，涉及范圍也在不斷擴(kuò)大，跨越了元件、電路、系統(tǒng)傳統(tǒng)的分類，跨越了硬件、軟件的基本范疇。</p><p&

9、gt;　　基本電路元器件大體上可以分為有源元器件和無源元器件。對于用半導(dǎo)體制成的元器件，還可以分立器件和集成器件。按用途還可以分為：基本電路元件、開關(guān)類元件、連接器、指示或顯示器件、傳感器等。</p><p>　　無源器件是一種只消耗元器件輸入信號電能的元器件，本身不需要電源就可以進(jìn)行信號處理和傳輸。無源器件包括電阻、電位器、電容、電感、二極管等。</p><p>　　有源器件正常工作的基

10、本條件是必須向器件提供相應(yīng)的電源，如果沒有電源，器件將無法工作。有源器件包括三極管、場效應(yīng)管、集成電路等，是以半導(dǎo)體為基本材料構(gòu)成的元器件。</p><p>　　隨著集成電路的發(fā)展，已經(jīng)能把單元電路、功能電路，甚至整個電子系統(tǒng)集成在一起。集成電路按規(guī)模大小分為：小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）。按數(shù)字特征分為：模擬集成電路與數(shù)字集成電路?；?/p>

11、本的模擬集成電路有運(yùn)算放大器、乘法器、集成穩(wěn)壓器、定時器、信號發(fā)生器等。數(shù)字集成電路品種很多，小規(guī)模集成電路有多種門電路，即與非門、非門、或門等；中規(guī)模集成電路有數(shù)據(jù)選擇器、編碼譯碼器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、寄存器等。大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路有PLD（可編程邏輯器件）和ASIC（專用集成電路）。</p><p>　　從PLD和ASIC這個角度來講，元件、器件、電路、系統(tǒng)之間的區(qū)別不再是很嚴(yán)格。不僅如此，PLD器件本身只

12、是一個硬件載體，載入不同程序就可以實(shí)現(xiàn)不同電路功能。因此，現(xiàn)代的器件已經(jīng)不是純硬件了，軟件器件和以及相應(yīng)的軟件電子學(xué)在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中得到了較多的應(yīng)用，其地位也越來越重要。</p><p>　　電路元器件種類繁多，隨著電子技術(shù)和工藝水平的不斷提高，大量新的器件不斷出現(xiàn)，同一種器件也有多種封裝形式，例如：貼片元件在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中已隨處可見。對于不同的使用環(huán)境，同一器件也有不同的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)元器件通常有三個標(biāo)準(zhǔn)，即：

13、民用標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、軍用標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2.3電子技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　在電子設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，可編程邏輯器件(如PLD, GAL)的應(yīng)用，已有了很好的普及。這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來極大的靈活性。由于這類器件可以通過軟件編程而對其硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程、乃至設(shè)計(jì)觀念。

14、</p><p>　　3 Protel簡介</p><p>　　3.1 關(guān)于Protel　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子工業(yè)也取得了長足的進(jìn)步，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用使印制電路板日趨精密和復(fù)雜，傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)和制作印制電路板的方法已越來越難以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。為了解決這個問題，Protel軟件應(yīng)運(yùn)而生。Protel 99是一個基于Windows平臺的32位EDA設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它具有豐

15、富多樣的編輯功能、強(qiáng)大便捷的自動化設(shè)計(jì)能力、完善有效的檢測工具、靈活有序的設(shè)計(jì)管理手段，它為用戶提供了極其豐富的原理圖元件庫、PCB元件庫以及出色的在線庫編輯和庫管理，良好的開放性還使它可以兼容多種格式的設(shè)計(jì)文件。Protel 99還支持Windows平臺上的所有輸出外設(shè)，提供高分辨率的光繪文件，使用戶可以輕松地控制電子線路設(shè)計(jì)的全過程。</p><p>　　3.2 Protel的功能</p>&

16、lt;p>　　它是一款用于設(shè)計(jì)電路的軟件，它主要能實(shí)現(xiàn)的功能有以下幾條： </p><p><b>　　功能一：</b></p><p>　　畫出相對比較工整漂亮的原理圖。</p><p><b>　　功能二： </b></p><p>　　生成可以用于工廠生產(chǎn)的PCB制板文件。 </p

17、><p>　　得到PCB的方法主要有三種， </p><p>　　第1種：利用通過畫原理圖時同時產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表文件進(jìn)行自動布線，產(chǎn)生PCB文件。 </p><p>　　第2種：利用通過畫原理圖時同時產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表文件在PEOTELPCB利用預(yù)拉線手工布線。 </p><p>　　第3種：是效率比較低的方式，即純手工布線。 </p>&l

18、t;p><b>　　功能三：</b></p><p>　　雜類功能，比如：生成元件清單，生成數(shù)控鉆床用的鉆孔定位文件，生成阻焊層文件，生成印刷字符層文件，等等。另外，它內(nèi)部還整合了硬件仿真的功能?？傊?，這是一個效率很高的軟件，常見的版本比如最早期的DOS版的，以及運(yùn)行于WINDOWS下的TEL1.0 ROTEL1.5 OTEL2.0 PROTEL2.5 ROTEL3.0 ROT

19、EL98 ROTEL99 ROTEL99SE，其中PROTEL99SE是99的改進(jìn)穩(wěn)定版，是現(xiàn)在最流行的，也是專業(yè)電路板制板廠家現(xiàn)在正在使用的，這完全是因?yàn)樗鼜?qiáng)大的功能以及和其他底片軟件良好的兼容性。</p><p>　　4 Multisim 2001簡介</p><p>　　4.1 有關(guān) Multisim 2001</p><p>　　Multisim是Int

20、eractive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim 2001是EWB軟件的最新版本，專門用于電路仿真，是迄今為止使用最方便、最直觀的仿真軟件，增加了大量的VHDL元件模型，可以仿真更復(fù)雜的數(shù)字元件，在保留了E

21、WB形象直觀等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，大大增強(qiáng)了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴(kuò)充了元件庫中的元件的數(shù)目，特別是增加了大量與實(shí)際元件對應(yīng)的元件模型，使得仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更精確、更可靠、更具有實(shí)用性。</p><p>　　4.2 Multisim 2001軟件的功能</p><p>　　Multisim 2001軟件有以下功能</p><p>　　1、具有豐富的元件庫?！ult

22、isim 2001主元件庫提供了一個龐大的元件模型數(shù)據(jù)庫，并且用戶通過新增的元件編輯器可以建立自己的元件庫。 2、類型齊全的仿真。 在Multisim 2001電路窗口中，既可以分別對數(shù)字或模擬電路進(jìn)行仿真，也可以將數(shù)字元件和模擬元件連接在一起進(jìn)行仿真分析，還可以對射頻電路進(jìn)行仿真。 3、高度集成的操作界面。 Multisim 2001將電路原理圖的創(chuàng)建，電路的測試分析和結(jié)果的圖表顯示等，全部集成到同一個電路窗口中。

23、整個操作界面就像一個實(shí)驗(yàn)工作臺，有存放仿真元件的元件箱，有存放測試儀器儀表的儀器庫，有進(jìn)行仿真分析的各種操作命令。 4、強(qiáng)大的分析功能。 Multisim 2001提供了十幾種電路的分析功能，有直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析等，可幫助設(shè)計(jì)者分析電路的性能，大大縮短分析時間。 5、強(qiáng)大的虛擬儀器儀表功能?！ultisim 2001提供了雙蹤示波器、邏輯分析儀、波特圖示儀、數(shù)字萬用表等十多種虛

24、擬儀器、儀表，操作界面如同在實(shí)驗(yàn)室中親手操作儀器一樣，可非常方便地用于分析研究和教學(xué)，邏輯分析儀、</p><p>　　6、具有VHDL／Verilog的設(shè)計(jì)和仿真功能?！ultisim 2001包含了VHDL／Verilog的設(shè)計(jì)和仿真，使得大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計(jì)和仿真與模擬電路、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)和仿真融為一體，突破了原來大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷o法與普遍電路融為一體仿真的缺陷。 7、提供多種輸入輸出

25、接口。　Multisim 2001可以輸入由Spice等其他電路仿真軟件所創(chuàng)建的Spice網(wǎng)表文件并自動形成相應(yīng)的電路原理圖，可以把Multisim 2001環(huán)境下創(chuàng)建的電路原理圖文件輸出給Protel等常見的PCB軟件進(jìn)行印刷電路板設(shè)計(jì)，也可以將仿真結(jié)果輸送到MathCAD和Excel等應(yīng)用程序中。</p><p><b>　　5電路設(shè)計(jì)具體方案</b></p>&

26、lt;p>　　5.1 設(shè)計(jì)目的和任務(wù)</p><p>　　5.1.1 設(shè)計(jì)目的</p><p>　　1）了解并掌握電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力</p><p>　　2）學(xué)習(xí)protel繪圖軟件和Multisim 2001仿真軟件</p><p>　　5.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　設(shè)計(jì)觸摸

27、式開關(guān)臺燈控制電路。要求分四擋控制臺燈燈泡的亮度：通電后燈泡不亮；第一次觸摸一下臺燈燈罩金屬外殼，燈泡發(fā)出低亮度的光；第二次觸摸燈泡發(fā)出中等亮度的光；第三次觸摸燈泡變?yōu)槿粒坏谒拇斡|摸燈泡熄滅。依次循環(huán)。</p><p>　　5.1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　1）根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求的指標(biāo)，通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理，確定器件類型，設(shè)計(jì)電路原理圖；</p><p

28、>　　2）畫出電路方框圖，完成電路各部分的指標(biāo)分配，計(jì)算各單元電路的參數(shù)和確定各元件的參數(shù)值，敘述主要元器件的功能及他們之間的控制關(guān)系和數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　3）用protel軟件繪制電路原理圖，并對電路工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制PCB板</p><p>　　4）利用Multisim 2001仿真軟件對電路圖進(jìn)行仿真。</p><p><b>　　5

29、.2 方案說明</b></p><p>　　5.2.1 原理框圖</p><p>　　5.2.2電路原理圖</p><p><b>　　5.3 原理說明</b></p><p><b>　　5.3.1芯片介紹</b></p><p>　　電路的核心器件是TT606

30、1A觸摸調(diào)光專用集成電路。</p><p>　　1腳CK為同步信號輸入端，通過電阻和整流二極管與220V電壓相連，輸入正電壓。</p><p>　　2腳FI為交流頻率輸入端，與交流電壓通過電阻相連。</p><p>　　3腳VDD接正電壓，為集成芯片提供工作電壓。</p><p>　　4腳TI為觸摸信號輸入端，燈罩被觸摸時產(chǎn)生雜波電流，對C3

31、充電后的電壓加在TI端口上，可以觸發(fā)輸出端口產(chǎn)生脈沖，而多次觸摸可以改變脈沖前沿到達(dá)時間，控制燈泡的明亮程度。</p><p>　　5腳OSCI為振蕩輸入端，與電容C1和電阻R3連接，構(gòu)成一個RC振蕩器，產(chǎn)生一個固定頻率控制芯片內(nèi)部時序。如圖選擇電容和電阻，可以使芯片工作在對應(yīng)于輸入頻率為50Hz的狀態(tài)下。</p><p>　　6腳OSCO為振蕩頻率輸出端。</p><

32、p>　　7腳VSS為電源負(fù)端，在電路中與GND相連。</p><p>　　8腳TGO為脈沖信號輸出端，用于驅(qū)動晶閘管。</p><p><b>　　5.3.2連接原理</b></p><p>　　電源由VDl、VD2、R1和C2組成，通電后在C2兩端可獲得9V左右的直流電壓供集成</p><p><b>

33、　　電路用電。</b></p><p>　　50Hz的交流市電頻率經(jīng)R2從2腳輸人。</p><p>　　4腳由D1、VD3組成鉗位電路，保證輸人的觸摸電平幅度在電源電壓范圍內(nèi)。C5隔離安全電容。當(dāng)人手觸摸燈罩時，人體感應(yīng)的交流雜波信號經(jīng)C3、R4送至IC的4腳，經(jīng)TT6061集成電路內(nèi)部電路處理后，8腳輸出觸發(fā)信號經(jīng)C5加至晶閘管VS的門極，使VS導(dǎo)通，電燈LAMP點(diǎn)亮；第二

34、次觸摸時，可改變8腳輸出脈沖前沿到達(dá)時間，因而可使電燈亮度發(fā)生改變。反復(fù)觸摸燈罩，燈泡亮度按微亮、中等亮度、最亮、不亮的順序循環(huán)變化。</p><p>　　5.3.3元器件選擇</p><p>　　IC選用調(diào)光專用集成電路TT6061.</p><p>　　VD1選用硅整流二極管</p><p>　　VD2、VD3選用硅開關(guān)二極管</p

35、><p>　　VD4選用9V穩(wěn)壓二極管</p><p>　　VS選用普通雙向晶閘管。</p><p>　　燈泡選用100W以下的白熾燈泡。</p><p>　　5.3.4 印刷電路板圖</p><p>　　5.3.5 仿真圖形</p><p><b>　　6結(jié)論</b><

36、/p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)，在石喜玲老師的耐心指導(dǎo)下，使我受益匪淺。</p><p>　　第一、通過本次設(shè)計(jì)，我學(xué)會并理解了電力電子元器件的使用方法，加深了對模擬電子技術(shù)許多知識的理解。增強(qiáng)了自己動手動腦的能力，而且有些電子器件和實(shí)用產(chǎn)品的使用都是要用到前人的經(jīng)驗(yàn)，這是課本上所學(xué)習(xí)不到的。此次的課程設(shè)計(jì)是要訓(xùn)練我們的工程能力，比做實(shí)驗(yàn)的效果好很多。</p><p>

37、;　　第二、在課程設(shè)計(jì)期間，我通過上網(wǎng)，查閱了許多資料文獻(xiàn)，掌握了高科技的搜索方法，提高了自己獲得新信息的能力。</p><p>　　第三、 培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)的知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題、鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們實(shí)際操作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。</p><p>　　在這次的電力電子課程設(shè)計(jì)中，我不僅可以鞏固以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多書本上沒有的知識。我懂得了

38、理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中我也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處所在，在以后的學(xué)習(xí)生活中我將會注意并改正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 畢滿清，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><