项目一机器猫产品设计组装与调试.docVIP

机器猫的设计、组装与调试 1．认识机器猫产品，掌握声控、光控、磁控传感器原理，了解传感器基础知识 2．掌握555定时器以及构成的单稳态触发电路的工作原理以及分析方法 3．掌握利用Multisim软件完成原理图设计与仿真的方法 4．掌握利用Protel SE软件设计产品PCB板的方法 5．了解电路板制作工艺、掌握电路板的安装工艺 6．掌握产品整机装配与调试方法 认识机器猫产品 一、任务目标与要求 1．知识目标：555定时器以及构成的单稳态触发电路的工作原理 2．能力目标：了解机器猫产品的机、电、声、光、磁结合的特点，掌握机器猫的工作原理的分析方法。 二、任务实施步骤及工艺要求 1．产品简介 机器猫产品如图1-1所示，它具有机、电、声、光、磁结合的特点，当外界发出拍手声、或者用磁铁靠近猫的尾部、或者用手电筒照射猫的眼睛，机器猫均会自动行走一段距离，然后自动停下，当再次有声、光、电触发时又会重复上述过程。 机器猫产品外形图 机器猫电路原理图 2．工作条件 图1-2所示为机器猫的电路图，它是声控、光控、磁控机电一体化电动玩具。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停会下，再满足其中一条件时将继续行走。 麦克风S1，接收声控信号，其中R4为麦克风提供工作电压，C1为耦合电容提供交流通路；S2为红外接收管，接收红外信号；S3为干簧管，接收磁控信号；R、LED、V为红外发射装置，发射红外信号；R1、R2、R5、Q1为交流小信号放大电路，C3为耦合电容提供交流通路；R3、R7、R10、Q2为开关电路，提供IC1的2脚输入脉冲；R6、C5为单稳电路的定时元件；C2为控制端5接地电容；C6电源滤波电容R8、Q4、Q5、M1负载输出电路，D1续流二极管保护M1；D2、C4、R9、Q3为稳态期间防止第二个脉冲进入；K1、Vcc为整机提供4.5V电源。 3．555定时器介绍和构成的单稳态触发电路的工作原理 （1）555定时器逻辑符号和引脚排列 555定时器逻辑符号如图1-3所示，引脚排列如图1-4所示。 555的逻辑符号 555的引脚排列 （2）引脚功能 555定时器引脚功能如下： 1脚（GND）：接地。 2脚Vi2（）（THR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为。 3脚VO（OUT）：输出端。 4脚（RST）：复位端。 5脚VM(CON)：控制电压端。 6脚Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。 7脚Dis：放电端。 8脚Vcc：电源。 4．555定时器内部电路分析 （1）分压器 分压器由三个等值的电阻串联而成，将电源电压VCC分为三等分，作用是为比较器提供两个参考电压UR1、UR2，若控制端5悬空或通过电容接地，则：UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。若控制端5外加控制电压，则：UR1=，UR2=1/2。 （2）比较器 比较器是由两个结构相同的集成运放C1和C2构成，C1用来比较参考电压UR1和高电平触发端电压UTH：当UTHUR1，集成运放C1输出Uo1=0；当UTHUR1，集成运放C1输出Uo1=1。C2用来比较参考电压UR2和低电平触发端电压：当UR2，集成运放C2输出Uo2=1；当UR2，集成运放C2输出Uo2=0。 （3）基本RS触发器 当RS=01时，Q=0，=1；当RS=10时，Q=1，=0；当RS=00或RS=11时，保持不变。 （4）开关及输出 放电开关由一个晶体三极管组成，称其为放电管，其基极受基本RS触发器输出端控制。当=1时，放电管导通，放电端Q通过导通的三极管为外电路提供放电的通路；当=0，放电管截止，放电通路被截断。图1-5为555定时器结构框图。 555定时器结构框图 （5）功能规律 高电平触发端电压UTH，低电平触发端电压，1、1出0；0、0出1；0、1不变。 5．单时基双极型国产5G555定时器实例 其功能如表1-1所示。 555定时器功能表 输出 放电 0 × × × × × × 0 与地导通 1 2/3VCC（1） 1/3VCC（1） 0 1 0 1 0 与地导通 1 2/3VCC（0） 1/3VCC（1） 1 1 × × 保持原状态不变 保持原状态不变 1 2/3VCC（0） 1/3VCC（0） 1 0 1 0 1 与地断开 6．555构成的单稳态触发电路的工作原理 用555定时器组成的单稳态触发器电路如图1-6所示。其工作原理如下： （1）t0~t1稳态 输入脉冲信号u1，加在置位控制输入端2号引脚上，平时为高电平。在电路接通电源后，有一个进入稳态过程，即电源通过R向电容C充电，当其上电压