数电课程设计--机器猫

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1、 EDA 机器猫机器猫 EDA 技术(电子设计自动化-Electronic Design Automation)是电子信息技术 发展的杰出成果,它的发展与应用引发了一场工业设计和制造领域的革命。给企 业带来了巨大经济效益。EDA 技术是以计算硬件和系统软件为基本工作平台, 继承和借鉴了前人在电路、 图论与拓扑逻辑和优化理论等多学科的最新科技的成 果，它旨在助电子设计工程师开发新的电子系统与电路、IC 以及 PCB 产品时， 利用计算机进行设计、分析、仿真、制造等工作，最大限度地降低成本、节省时 间以及提高可靠性。因此 EDA 技术已成为理工科专业学生必备技能之一。 一一 一一. 机器猫电路原理

2、机器猫电路原理 人人 34 345 图 1 机器猫电路 图 1所示为机器猫的电路图， 它是声控、 光控、 磁控机电一体化的电动玩具。 主要工作原理：利用 555 构成的单稳态触发器，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，从而达到了机器猫停走的目的。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会停下，再满足其中一条 件时将继续行走。 1.555 构成的单稳态触发电路的工作原理 555 定时器的功能主要由两个比较器 1 c和 2 c决定，比较器的参考电压由分压 器提供，在电源和地之间加 cc v电压，并让 M v悬空时，上比较器 1 c的参考电压为 2/3

3、cc v，下比较器 2 c为 1/3 cc v。图 2 为 555 定时器结构框图： 图 2 555 定时器结构框图 图 3 555 定时器各端真值表 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，它能翻转成新的状态。但这种状态是不稳定的，只能维 持一段时间，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“单稳电路”或“单稳” 。 555 定时器各端真值表如图 3 所示, 当 TR 端电平低于电源电压 1/3 时, 放电 开关 D 断开,

4、 OUT 输出高电平。 当 TH 端电平大于电源电压 2/3 和 TR 端电平大 于电源电压 1/3 时, 放电开关 D 对地接通, OUT 输出低电平。单稳态触发器电路 如图 4 所示,D 和 TH 外接充放电电阻 R 和电容 C, 由 TR 输入触发脉冲。当负脉 冲未到达时, TR高电平, TH也是高电平, 放电开关D对地接通, OUT输出低电平, 单稳态触发器处于稳态。负脉冲到达时, TR 端电平低于电源电压 1/3, 放电开关 D断开, OUT输出高电平, 单稳态触发器进入暂稳态,这时电源通过电阻R对电容 C 充电, 当 TH 端充电电压达到电源电压 2/3 时, 负脉冲巳过去, TR

5、 恢复高电平, 放电开关 D 对地接通, OUT 输出低电平, 单稳态触发器返回稳态。单稳态触发器 受触发后, 输出脉冲的宽度既暂稳态时间由 R 和 C 的充电时间决定, 31 .1 W tR C InR C,与外界触发脉冲无关。 图 4 单稳态触发电路 3. 声控、光控和磁控电路 声控电路由麦克风作为传惑器将声音转化为电压, 经 Q1 和 Q2 放大后送到 单稳态触发器输入端; 使它输出一个矩形脉冲, 脉冲持续时间,D2 导通, 输出高 电平经 D2 和 R9 加在 Q3 基极上, 使Q3 饱和, 输出的低电平使Q2 截止, 拦截了 后续声波进入单稳态触发器输入端, 确保单稳态触发器每次受触

6、发只输出一个 矩形脉冲。 红外光敏三极管是光控传惑器, 干簧管是磁控传惑器, 当接收到红外和磁信号 时, 传惑器由高阻变为低阻, 使单稳态触发器输入端从高由平跳到低电平, 触发 单稳态触发器使它输出一个矩形脉冲。 4. 电动机驱动电路 Q4 和 Q5 是复合三极管, 其基极接单稳态触发器输出端, 当单稳态触发器输 出矩形脉冲时导通, 向电动机提供驱动电流, 使机器猫行走, 当单稳态触发器输出 低电平时, Q4和Q5复合三极管截止, 使机器猫停止行走, 二极管 D1 并连在电动机二 端, 用来短路电动机产生的感应电压, 防止 Q4 和 Q5 复合三极管击穿。 二二.印制电路板布局设计一般原则印制电路板布局设计一般原则 布局应能满足整机的机械（外形尺寸等）和电气性能要求。 元器件分布均匀、排列整齐美观，尽量使元器件的质量重心位于板的中心； 印制线路板上的元器件放置的通常顺序：放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件，如 电源插座、 指示灯、 开关、 连接件之类； 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；放置小器件。 布局采用分区摆放和核心外围