触摸式台灯课程设计

中北大学

课程设计任务书

学年第学期

学院：信息商务学院

专业：电气工程及其自动化

学生姓名：学号：

课程设计题目：触摸式开关台灯控制电路设计

起迄日期: 1月4日~ 1 月 15 日课程设计地点:电气工程系软件实验室指导教师:

系主任：

下达任务书日期: 2010 年 1 月 4日

1．设计目的：

1. 了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力

2. 学习protel绘图软件和Multisim 2001仿真软件

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

设计触摸式开关台灯控制电路。要求分四挡控制台灯灯泡的亮度：通电后灯泡不亮；第一次触摸一下台灯灯罩金属外壳，灯泡发出低亮度的光；第二次触摸灯泡发出中等亮度的光；第三次触摸灯泡变为全亮；第四次触摸灯泡熄灭。依次循环。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

1．根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定器件类型，设计电路原理图；

2．画出电路方框图，完成电路各部分的指标分配，计算各单元电路的参数和确定各元件的参数值，叙述主要元器件的功能及他们之间的控制关系和数据传输。

3. 用protel软件绘制电路原理图，并对电路工艺进行设计绘制PCB板

4. 利用Multisim 2001仿真软件对电路图进行仿真。

4．主要参考文献：

[1].毕满清.电子技术实验与课程设计.机械工业出版社.2003

[2].张建华.数字电子技术.机械工业出版社.2003

[3].王远.模拟电子技术.机械工业出版社.2003

[4].童诗白.模拟电子技术基础.高等教育出版社.1999

[5].阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社.1999

[6].王庆.Protel99SE&DXP电路设计教程.电子工业出版社.2008

5．设计成果形式及要求：

1.电路原理图及PCB板图

2. Multisim 2001仿真

3.编写课程设计报告。

6．工作计划及进度：

2010年01月04日~ 01 月06日设计电路

01月07日~ 01 月10日绘制电路原理图并生成PCB

01月11 日~ 01 月12 日对设计的电路进行Multisim 2001仿真

01月13 日~ 01 月15 日编写课程设计说明书，答辩或成绩考核

系主任审查意见：

签字：

年月日

1 引言

自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。当今的电力电子技术已经在各种工程技术中占有核心地位，尤其是进入信息时代以来，电子技术更是成了基本技术，其具体应用领域涵盖了通信领域、控制系统、测试系统、计算机等等各行各业。

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计要实现以下两个目标：第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。通过实验训练，掌握电子技术的基本操作方法，为今后从事相关工作打下扎实的基础，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

2电子技术的概述

2.1 电子技术及其发展

电子技术由模拟电子技术、数字电子技术两部分构成。随着晶体管、集成电路的发明和大量应用，在各自的应用领域都得到了长足的发展，产品更是日新月异。

模拟电子技术说是整个电子技术的基础，在信号放大、功率放大、整流稳压、模拟量反馈、混频、调制解调电路领域具有无法替代的作用。例如高保真(Hi-Fi)的音箱系统、移动通讯领域的高频发射机等。

与模拟电路相比，数字电路具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、程序软件控制等一系列优点。从目前的的发展趋势来看，除一些特殊领域外，以前一些模拟电路的应用场合，大有逐步被数字电路所取代的趋势，如数字滤波器等。

数字电子技术目前在向两个截然相反的方向发展，一是基于通用处理器的软件开发技术，比如单片机、DSP、PLC等技术，其特点是在一个通用处理器(CPU）的基础上结合少量的硬件电路设计来完成系统的硬件电路，而将主要精力集中在算法、数据处理等软件层次上的系统方法。另一个方向是基于CPLD/FPGA的可编程逻辑器件的系统开发，其特点是将算法、数据加工等工作全部融入系统的硬件设计当中，在“线与线的互联”当中完成对数据的加工。

2.2 电子元器件的分类

电子元器件是具有独立电路功能、构成电路的基本单元。随着电子技术的发展，元器件的品种越来越多、功能越来越强，涉及范围也在不断扩大，跨越了元件、电路、系统传统的分类，跨越了硬件、软件的基本范畴。

基本电路元器件大体上可以分为有源元器件和无源元器件。对于用半导体制成的元器件，还可以分立器件和集成器件。按用途还可以分为：基本电路元件、开关类元件、连接器、指示或显示器件、传感器等。

无源器件是一种只消耗元器件输入信号电能的元器件，本身不需要电源就可以进行信号处理和传输。无源器件包括电阻、电位器、电容、电感、二极管等。

有源器件正常工作的基本条件是必须向器件提供相应的电源，如果没有电源，器件将无法工作。有源器件包括三极管、场效应管、集成电路等，是以半导体为基本材料构成的元器件。

随着集成电路的发展，已经能把单元电路、功能电路，甚至整个电子系统集成在一起。集成电路按规模大小分为：小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）。按数字特征分为：模拟集成电路与数字集成电路。基本的模拟集成电路有运算放大器、乘法器、集成稳压器、定时器、信号发生器等。数字集成电路品种很多，小规模集成电路有多种门电路，即与非门、非门、或门等；中规模集成电路有数据选择器、编码译码器、触发器、计数器、寄存器等。大规模或超大规模集成电路有PLD（可编程逻辑器件）和ASIC（专用集成电路）。

从PLD和ASIC这个角度来讲，元件、器件、电路、系统之间的区别不再是很严格。不仅如此，PLD器件本身只是一个硬件载体，载入不同程序就可以实现不同电路功能。因此，现代的器件已经不是纯硬件了，软件器件和以及相应的软件电子学在现代电子设计中得到了较多的应用，其地位也越来越重要。

电路元器件种类繁多，随着电子技术和工艺水平的不断提高，大量新的器件不断出现，同一种器件也有多种封装形式，例如：贴片元件在现代电子产品中已随处可见。对于不同的使用环境，同一器件也有不同的工业标准，国内元器件通常有三个标准，即：民用标准、工业标准、军用标准。

2.3电子技术的应用

在电子设计技术领域，可编程逻辑器件(如PLD, GAL)的应用，已有了很好的普及。这些器件为数字系统的设计带来极大的灵活性。由于这类器件可以通过软件编程而对其硬件的结构和工作方式进行重构，使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程、乃至设计观念。

3 Protel简介

3.1 关于Protel

随着科学技术的发展，现代电子工业也取得了长足的进步，大规模、超大规模集成电路的应用使印制电路板日趋精密和复杂，传统的手工设计和制作印制电路板的方法已越来越难以适应生产的需要。为了解决这个问题，Protel软件应运而生。Protel 99是一个基于Windows平台的32位EDA设计系统，它具有丰富多样的编辑功能、强大便捷的自动化设计能力、完善有效的检测工具、灵活有序的设计管理手段，它为用户提供了极其丰富的原理图元件库、PCB元件库以及出色的在线库编辑和库管理，良好的开放性还使它可以兼容多种格式的设计文件。Protel 99还支持Windows平台上的所有输出外设，提供高分辨率的光绘文件，使用户可以轻松地控制电子线路设计的全过程。

3.2 Protel的功能

它是一款用于设计电路的软件，它主要能实现的功能有以下几条：

功能一：

画出相对比较工整漂亮的原理图。

功能二：

生成可以用于工厂生产的PCB制板文件。

得到PCB的方法主要有三种，

第1种：利用通过画原理图时同时产生的网络表文件进行自动布线，产生PCB文件。

第2种：利用通过画原理图时同时产生的网络表文件在PEOTELPCB利用预拉线手工布线。

第3种：是效率比较低的方式，即纯手工布线。

功能三：

杂类功能，比如：生成元件清单，生成数控钻床用的钻孔定位文件，生成阻焊层文件，生成印刷字符层文件，等等。另外，它内部还整合了硬件仿真的功能。总之，这是一个效率很高的软件，常见的版本比如最早期的DOS版的，以及运行于WINDOWS下的TEL1.0 ROTEL1.5 OTEL2.0 PROTEL2.5 ROTEL3.0 ROTEL98 ROTEL99 ROTEL99SE，其中PROTEL99SE是99的改进稳定版，是现在最流行的，也是专业电路板制板厂家现在正在使用的，这完全是因为它强大的功能以及和其他底片软件良好的兼容性。

4 Multisim 2001简介

4.1 有关 Multisim 2001

Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim 2001是EWB软件的最新版本，专门用于电路仿真，是迄今为止使用最方便、最直观的仿真软件，增加了大量的VHDL元件模型，可以仿真更复杂的数字元件，在保留了EWB形象直观等优点的基础上，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，大大扩充了元件库中的元件的数目，特别是增加了大量与实际元件对应的元件模型，使得仿真设计的结果更精确、更可靠、更具有实用性。

4.2 Multisim 2001软件的功能

Multisim 2001软件有以下功能

1、具有丰富的元件库。Multisim 2001主元件库提供了一个庞大的元件模型数据库，并且用户通过新增的元件编辑器可以建立自己的元件库。

2、类型齐全的仿真。在Multisim 2001电路窗口中，既可以分别对数字或模拟电路进行仿真，也可以将数字元件和模拟元件连接在一起进行仿真分析，还可以对射频电路进行仿真。

3、高度集成的操作界面。 Multisim 2001将电路原理图的创建，电路的测试分析和结果的图表显示等，全部集成到同一个电路窗口中。整个操作界面就像一个实验工作台，有存放仿真元件的元件箱，有存放测试仪器仪表的仪器库，有进行仿真分析的各种操作命令。

4、强大的分析功能。 Multisim 2001提供了十几种电路的分析功能，有直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析等，可帮助设计者分析电路的性能，大大缩短分析时间。

5、强大的虚拟仪器仪表功能。Multisim 2001提供了双踪示波器、逻辑分析仪、波特图示仪、数字万用表等十多种虚拟仪器、仪表，操作界面如同在实验室中亲手操作仪器一样，可非常方便地用于分析研究和教学，逻辑分析仪、网络分析仪更是一般实验室不可多得的高档仪器。

6、具有VHDL／Verilog的设计和仿真功能。Multisim 2001包含了VHDL ／Verilog的设计和仿真，使得大规模可编程逻辑器件的设计和仿真与模拟电路、数字电路的设计和仿真融为一体，突破了原来大规模可编程逻辑器件无法与普遍电路融为一体仿真的缺陷。

7、提供多种输入输出接口。Multisim 2001可以输入由Spice等其他电路仿真软件所创建的Spice网表文件并自动形成相应的电路原理图，可以把Multisim 2001环境下创建的电路原理图文件输出给Protel等常见的PCB软件进行印刷电路板设计，也可以将仿真结果输送到MathCAD和Excel等应用程序中。

5电路设计具体方案

5.1 设计目的和任务

5.1.1 设计目的

1）了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力

2）学习protel绘图软件和Multisim 2001仿真软件

5.1.2 设计内容

设计触摸式开关台灯控制电路。要求分四挡控制台灯灯泡的亮度：通电后灯泡不亮；第一次触摸一下台灯灯罩金属外壳，灯泡发出低亮度的光；第二次触摸灯泡发出中等亮度的光；第三次触摸灯泡变为全亮；第四次触摸灯泡熄灭。依次循环。

5.1.3设计任务

1）根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定器件类型，设计电路原理图；

2）画出电路方框图，完成电路各部分的指标分配，计算各单元电路的参数和确定各元件的参数值，叙述主要元器件的功能及他们之间的控制关系和数据传输。

3）用protel软件绘制电路原理图，并对电路工艺进行设计绘制PCB板

4）利用Multisim 2001仿真软件对电路图进行仿真。

5.2 方案说明

5.2.1 原理框图

5.2.2电路原理图

5.3 原理说明

5.3.1芯片介绍

电路的核心器件是TT6061A触摸调光专用集成电路。

1脚CK为同步信号输入端，通过电阻和整流二极管与220V电压相连，输入正电压。

2脚FI为交流频率输入端，与交流电压通过电阻相连。

3脚VDD接正电压，为集成芯片提供工作电压。

4脚TI为触摸信号输入端，灯罩被触摸时产生杂波电流，对C3充电后的电压加在TI端口上，可以触发输出端口产生脉冲，而多次触摸可以改变脉冲前沿到达时间，控制灯泡的明亮程度。

5脚OSCI为振荡输入端，与电容C1和电阻R3连接，构成一个RC振荡器，产生一个固定频率控制芯片内部时序。如图选择电容和电阻，可以使芯片工作在对应于输入频率为50Hz的状态下。

6脚OSCO为振荡频率输出端。

7脚VSS为电源负端，在电路中与GND相连。

8脚TGO为脉冲信号输出端，用于驱动晶闸管。

5.3.2连接原理

电源由VDl、VD2、R1和C2组成，通电后在C2两端可获得9V左右的直流电压供集成

电路用电。

50Hz的交流市电频率经R2从2脚输人。

4脚由D1、VD3组成钳位电路，保证输人的触摸电平幅度在电源电压范围内。C5隔离安全电容。当人手触摸灯罩时，人体感应的交流杂波信号经C3、R4送至IC的4脚，经TT6061集成电路内部电路处理后，8脚输出触发信号经C5加至晶闸管VS的门极，使VS导通，电灯LAMP点亮；第二次触摸时，可改变8脚输出脉冲前沿到达时间，因而可使电灯亮度发生改变。反复触摸灯罩，灯泡亮度按微亮、中等亮度、最亮、不亮的顺序循环变化。

5.3.3元器件选择

IC选用调光专用集成电路TT6061.

VD1选用硅整流二极管

VD2、VD3选用硅开关二极管

VD4选用9V稳压二极管

VS选用普通双向晶闸管。

灯泡选用100W以下的白炽灯泡。

5.3.4 印刷电路板图

5.3.5 仿真图形

6结论

这次的课程设计，在石喜玲老师的耐心指导下，使我受益匪浅。

第一、通过本次设计，我学会并理解了电力电子元器件的使用方法，加深了对模拟电子技术许多知识的理解。增强了自己动手动脑的能力，而且有些电子器件和实用产品的使用都是要用到前人的经验，这是课本上所学习不到的。此次的课程设计是要训练我们的工程能力，比做实验的效果好很多。

第二、在课程设计期间，我通过上网，查阅了许多资料文献，掌握了高科技的搜索方法，提高了自己获得新信息的能力。

第三、培养了我们综合运用所学的知识，发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际操作能力的具体训练和考察过程。

在这次的电力电子课程设计中，我不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多书本上没有的知识。我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中我也发现了自己的不足之处所在，在以后的学习生活中我将会注意并改正。

参考文献

[1] 毕满清，电子技术实验与课程设计，机械工业出版社，2003

[2] 张建华，数字电子技术，机械工业出版社，2003

[3] 王远，模拟电子技术，机械工业出版社，2003

[4] 童诗白，模拟电子技术基础，高等教育出版社，1999

[5] 阎石，数字电子技术基础，高等教育出版社，1999