摘要
本次CAD課程設計是關于模擬電子蠟燭的設計，該設計需要先進行原理圖的設計與繪制，在庫里尋找所需要的元件，因為庫里沒有CD4013，所以自己進行了繪制。然后是對所有元件進行封裝，檢查封裝是否是帶有焊盤的，對于沒有封裝的元件進行元件封裝。再進行PCD板的布局和布線。在規則里對更改線和許可層的位置，線放在底層，許可層放在頂層，然后就是自動布線了。在布線中可能會遇到一些問題，比如為何有的元器件不能完全調入，是因為元器件在庫中設有定義。如三極管，它的三個管腳在原理圖中定義為1，2，3而在制版設計庫中定義成2，3，4。因為它們對照不上，自然調不過來。應該是將設計庫中的元器件修改成與原理圖中定義的一致就可以了。比如為什么連接三極管的導線明明和管腳相連，卻說缺少連線，是因為導線連接在管腳之上了，導致布局的時候缺少連線。當可以正確的布局布線后，這個設計可以算是設計成功了。
一、設計目的 模擬電子蠟燭具有“火柴點火，風吹火熄”的仿真性，設計原型來源于現實生活情節：蠟燭的使用，電路改造后可以用于生日晚會，元宵燈會，中秋燈會，西方的圣誕節，萬圣節燈，適用男女老少各個社會群體。可用于贈送禮品，促銷宣傳禮品，廣告禮品。電子蠟燭安全環保，絕不發熱，避免火焰著火現象的發生。美觀大方，適用于各種蠟燭臺。可當小夜燈用于照明，也可作其他裝飾用。 二、電路的設計 2.1電路原理分析 本電路利用雙D觸發器4013中的一個D觸發器，接成R-S觸發器形式。接通電源后，R4，C3組成的微分電路產生一個高電平微分脈沖加到U1的1RD端，強制電路復位，1Q端輸出低電平，送到三極管VT4的基極，也為低電平，VT4截止，發光二極管LED1不發光。 當用打火機燒熱敏電阻RT1后（燒的時間不能太長，否則容易燒壞熱敏電阻），RT1的阻值突然變小，呈現低電阻狀態，三極管VT1導通，產生的高電平脈沖送到4013的1SD端，使1Q端翻轉變為高電平，送到三極管VT4的基極，也為高電平，VT4導通，發光二極管D1發光，這一過程相當于用火柴點亮蠟燭，此時即使打火機離開熱敏電阻RT1后，也不會使電路狀態發生改變，發光二極管LED1維持發光。 當用嘴吹駐極體話筒M1時，駐極體話筒M1輸出的音頻信號經過C2送到VT2的基極，觸發VT2導通。因R3的阻值比較大，故VT2的集電極電位降得很低，PNP型三極管VT3的基極電位也就很低，從而VT3導通，高電平脈沖送到觸發器1RD端。觸發器復位，1Q端由高電平變為低電平，VT4截止，發光二極管D1熄滅，實現“風吹火熄”的仿真效果。 2.2主要組成部分 1、溫度傳感器（熱敏電阻） 熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻器（PTC）和負溫度系數熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現出不同的電阻值。正溫度系數熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。 本產品采用了負溫度系數熱敏電阻器（NTC），常溫下的電阻值大概100K。檢測時，用萬用表歐姆檔（一般為R×10K擋）直接測試，實際測試的值80K到100K之間，當用打火機點燃后，電阻值急速下降到10K以下。 2、駐極體話筒 駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄 音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內設置一個場效應管作為阻抗轉換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。 將模擬式萬用表撥至R×100檔，兩表筆分別接話筒兩電極（注意不能錯接到話筒的接地極），待萬用表顯示一定讀數后，用嘴對準話筒輕輕吹氣（吹氣速度慢而均勻），邊吹氣邊觀察表針的擺動幅度。吹氣瞬間表針擺動幅度越大，話筒靈敏度就越高，送話、錄音效果就越好。若擺動幅度不大（微動）或根本不擺動，說明此話筒性能差，不宜應用。 3、雙D觸發器4013 CD4013是一雙D觸發器,由兩個相同的、相互獨立的數據型觸發器構成。每個觸發器有獨立的數據、置位、復位、時鐘輸入和Q及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數據輸入，可用作計算器和觸發器。在時鐘上升沿觸發時，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復位與時鐘無關，而分別由置位或復位線上的高電平完成。 真值表功能： 
圖二 真值表的功能 2.3繪制電路原理圖 - 先打開Altium Designer Release10軟件，首先點擊文件里“新的”—“工程”—“PCD工程”可建立一個新的工程。
- 右擊新建工程的名字—選擇“給工程添加新的”—“schematic”，可把新的建立的原理圖文件添加到新的工程中。
- 在原理圖文件界面找到軟件右側邊欄的“庫”選項，點擊“庫”—在庫里尋找所需要的元件，對于沒有的元件點擊“查找”再更改庫路徑，再然后進行尋找library里的元器件并添加再庫里。庫里沒有本產品需要的CD4013，所以自己進行繪制并添加到庫里。
- 按照原理圖，將所有元件在合理的位置進行繪制連接，并更改名稱和值的大小。
繪制好的原理圖如下： 圖一 原理圖
2.4給元件添加封裝 檢查所有元器件是否都有封裝，對于一些沒有封裝的元件，可選擇在左側工程里右鍵選給工程添加新的— PCB Library ,創建后修改另存命名—設置—新的空元件，然后可以繪制封裝圖（要注意焊盤和引腳的符號是否相對應）。 以下是一些元件的封裝圖：
2.41 
圖三 CD4013的封裝圖 2.42 
圖四 三極管的封裝圖
三、PCD板的制作 3.1用Altium Designer Release10制作PCD板的流程圖
3.2制作PCD的步驟 - 給工程添加PCD板，點擊Files里PCD向導，選擇公制的，然后點擊下一步，選擇custom點擊下一步，更改線的寬度，PCD板的寬度，高度，布線與邊界的距離，本PCD板選擇默認的數據，然后點擊下一步，最后完成。
- 在菜單欄里的“設計”選擇“Import Changes From PCD_Project1.PrjPCD”
- 元件會彈出在PCD板旁邊，將元件拖到板內，在進行合理的放置后，點擊“規則”更改線的位置，線放在底層，許可層放在頂部，然后點擊自動布線，等待布線完成即可。
3.3模擬電子蠟燭的PCB布局圖 圖五 PCB板 3.4 PCD板3D展示圖 
圖六 3D展示圖 四、調試與檢修 如果制作沒有成功，請從下面幾個方面進行檢修與調試： 1、觀察法：檢查每個元件是否安裝正確，特別是雙D觸發器4013，駐極體話筒等是否安裝正確，三極管9012、9013的三個引腳1、2、3是否正確等，發光二極管的正負極性是否正確。 2、電阻法：根據原理圖檢查線路是否正常連通，可用萬用表檢測每條線路是否導通。電子初學者，焊接的線路多有虛焊、漏焊、假焊等情況，電路搭建錯誤，所以首先檢查每條線路是否焊接好，也就是電氣性能是否保證。 3、電阻法：檢測每處GND是否和電源負極接頭是否連通；檢測每處VCC是否和電源接頭是否連通。 4、電壓法：測試三極管VT1的基極電壓，然后用打火機燒一下，看看電壓是否由高到低變化。如果一直電壓沒有變化，三極管的損壞的可能性比較大。 5、電壓法：測試駐極體話筒的正極的電壓，用嘴吹駐極體話筒時，電壓會下降1V左右。如果電壓沒有變化，駐極體話筒的正負極性接反的可能性較大。 6、電壓法：測試三極管VT2的基極電壓，用嘴吹駐極體話筒時，電壓會發生改變，產生負電壓。如果一直電壓沒有變化，三極管的損壞的可能性比較大。 7、電壓法：測試三極管VT3的基極電壓，用嘴吹駐極體話筒時，電壓會發生零點幾的下降。如果一直電壓沒有變化，三極管的損壞的可能性比較大。 8、電壓法：測試三極管VT3的集電極電壓，用嘴吹駐極體話筒時，會產生一個高電平脈沖。如果沒有高電平脈沖，可以檢測本電路的電源部分是否接好。 9、電壓法：測試4013的6腳電壓，當用打火機燒一下時，會產生一個高電平脈沖，1腳會輸出高電平。 10、電壓法：等4013的6腳電壓下降到低電平時，再測試4013的4腳電壓，當嘴吹駐極體話筒時，會產生一個高電平脈沖。1腳會輸出低電平（由高變低）。 經過以上步驟的檢查、檢測后，基本上可以排除故障，可以實現“火柴點火，風吹火熄”的仿真性。 五、心得體會 為期一周的CAD課程設計已經結束了，我身心都得到了很大的成長和提高。我在每天的繪圖練習過程中，切身體會到了Altium Designer Release10軟件操作的精髓所在。這次課程設計，正是學習中將理論應用于實踐，再進一步在實踐中檢驗理論并發現新的問題的階段。以前總認為CAD的操作和作用僅僅局限于書本上所教授的內容，但是這次親身體驗了之后，才發現CAD在實際的操作上有很多很多書本上學不到的細節問題和小技巧，在實際的操作過程中，我也不斷遇到新的問題。比如：在畫圖后進行PCD板子的制作的時候，總是有從三極管出來的一根線鏈接不到電阻上，和同學仔細檢查討論后還是沒有找到問題所在，請教老師后，老師很快就指出了錯誤的所在，原來是連接三極管的一根線連到了三極管的引腳上方導致在制作PCD板子時線連不上，自己在知到錯誤后如同恍然大悟般。我總結出了一個道理：所有的書本上的知識定要結合實踐去檢驗與練習，這樣不僅鞏固了自己所學的知識，自己動手的實踐能力也會得到提升。自主學習真是一個快樂的過程，我也希望自己通過自主學習得到一個更好的提升。
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2019-1-7 12:54 上傳
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