工程技术综合实践项目设计报告（电类）项目名称：声控小夜灯指导教师：项目成员：西安xx大学工程训练中心2013年05月25日目录工程技术综合实践课程任务书（电类） (3)项目论证过程 (4)1.1 结构框图及说明 (4)1.2 系统原理图及工作原理 (5)1.3单元电路设计及各电路中元件介绍 (5)安装及调试 (9)2.1安装过程 ............................................................................................错误！未定义书签。
2.2 调试过程 (12)学习心得 (13)阶段一：protel99se软件学习阶段 (13)阶段一：焊接调试阶段 (17)项目组成员及分工 (18)零件清单 (19)装置总造价表 (18)课程总结 (19)工程技术综合实践成绩评定表 (24)项目组学生成绩统计表 (25)工程技术综合实践课程任务书（电类）项目名称声控小夜灯申请日期201 4年3 月13日教师组长xxx 电话xxx E-mail xxx成员 xxx 人数 4功能要求（1）当有较大的非连续声音（例如击掌）产生时，小夜灯自动点亮，延时一定时间之后自动熄灭。
（2）可以利用计算机的USB口和为小夜灯供电，增强小夜灯的实用性和移动性。
（3）小夜灯可实现多种亮灯模式的切换，方便用户的使用。
要完成内容项目管理；成本核算与记录；资料的收集整理；项目分析与调研；确定项目方案；元器件选择；硬件电路设计；PCB设计与制作；元器件安装与调试；C语言编程与调试；壳体设计与制作；装配与总调试。
技术及工艺要求（1）使用简易实验板进行前期实验。
（2）进行PCB电路板的制作、装配与总调试。
（3）完成本“声控小夜灯”的外面包装的设计。
（4）最终实现内部电路稳定、外观美观、操作简便、符合实际要求的声控小夜灯。
主要涉及知识等单片机基础知识、C语言编程、延时电路的设计、运算放大电路的设计、基本元器件的使用、PCB设计与制作（protel），工业设计。
项目工作分配（包括材料成本核算与记录、项目管理、文档与具体工作任务等）序号工作内容序号工作内容1 项目管理，项目分析与调研 6 C语言编程与调试2 元器件选择与购买，成本核算与记录7 壳体设计与制作3 确定项目方案，硬件电路设计8 产品装配与调试4 PCB设计与制作95 元器件安装与调试10项目论证过程1.1 结构框图及说明1.2 系统原理图及工作原理外界声音 信号驻极体话筒采集，电信号经过放大单片机控制相应I/O 的电平，实现LED 的发光与熄信号输入到STC89C52的I/O 端口从上面结构框图及分析，可以画出Atium Designer原理图：图 1-2-1声控小夜灯原理图由图1-2-1，可以知道该电路的工作原理。
当外界产生声音信号时，驻极体话筒将声音信号转换为微弱的电信号，电信号经阻容耦合后输入到三极管T1的基极，因为三极管工作在放大区，所以集电极电流ic=β *ib,(三极管为S9014, 电流放大系数β=380)，从而在集电极电阻Rc1=1Ω的两端产生了放大的电压信号；将此电压信号输入到三级管T2的基极，原理和第一级放大相同；最终将经过两级放大电路放大的电信号从T2管的集电极输入到单片机STC89C52的P3^7口，P3^7口内部有一个施密特触发器，用来判断I/O口的高低电平，若将放大后的电信号输入则P3^7口为低电平；PCB 板上的四个按钮分别接P3的I/O端口，用来切换功能以实现控制亮灯的时间及方式，若按钮key1被按下，LED亮10S后自动熄灭，若key2被按下，LED亮20秒后自动熄灭……。
1.3单元电路设计及各电路中元件介绍1.3.1电源部分采用USB接口供电，电压VCC=5V,可接计算机，移动电源，手机充电器等等。
相比普通电池组供电，USB供电具有环保，输出电压稳定，重量轻等优势。
图1.3.1 USB接口示意图1.3.2 驻极体话筒驻极体话筒的结构与工作原理驻极体极头的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（称为背电极）构成以及它们中间的几十μm厚的尼龙隔离垫组成，如图一所示。
驻极体薄膜实际上是一种很薄的特氟隆膜。
当此种膜经过高压极化处理之后，在其上面可以长期保留住一定数量的负电荷。
因为在振膜的正面是负电荷，在其感应作用，在具有金属镀层的背面和金属极板上，同时感应出等量的正电荷驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。
电容的两极之间有输出电极。
由于驻极体薄膜上分布有极化电荷。
当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容发生变化，由于驻极体上的电荷量恒定，根据公式Q=CU可知 :当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声--电的变换驻极体话筒的特性参数工作电压UU 是指话筒正常工作时，所加在话筒两端的最小电压。
视型号不同而不同，即使同一种型号也有较大的离散性，通常在1.5～12V 之间工作电流II 是指话筒静态时流过话筒的电流，它就等于场效应管的IDS.与工作电压类似，工作电流的离散性也较大，通常在0.1～1mA之间。
负载电阻R的选择场效应管的电路状态取决于负载电阻R和电源电压U的大小。
R的大小可由下式算得：本电路中R=4.7K ,为方便调整驻极体话筒灵敏度，用一个电位器代替固定电阻R。
1.3.3 放大电路图 1.3.3 放大电路原理图三极管s9014图1.3.3 两级共射放大电路放大电路采用分立元件构成的三极管放大电路。
电容C4为耦合电容，作用是“隔直流，通交流”；R5为基极偏置电阻，作用是分压，使三极管发射结正偏；R6,R7的作用是将电流信号转换为电压信号。
1.3.4 电路仿真图 1.3.4 用protues绘制的仿真原理图Protues是一款著名的电路仿真软件，protues元件库中包含许多型号的单片机。
进行电路仿真可以事先判断电路能否正常工作，还可以排除电路故障，从而大大提高了效率。
经过仿真后的电路可靠性高。
仿真步骤：1.从protues库中调用相关元件；2.照原理图绘制仿真电路；3.用C语言写单片机程序，并生成hex文件（十六进制文件）；4.双击单片机，将晶振频率改为6MHz,并把hex文件导入到单片机；5.运行电路，观察仿真结果。
安装及调试2.1安装过程1.元器件检测：○1用万能表检测每个电阻的阻值，分别归类，以便后面电路板上的焊接正确；○2将万用表打到欧姆档，黑表笔接驻极体话筒负极，红表笔接驻极体话筒正极，然后对着话筒吹气，若示数变化显著则驻极体话筒良好。
○3三级管引脚的判别：将三极管9014平面朝上，则三个引脚依次为E ,B ,C 然后将万用表打到hfe档，将9014插入NPN相应插孔，然后可读出三极管电流放大系数2.的安装及手工焊接：对于元件安装就是依照电路图将所选元件连接到电路板上，连接时要注意元件按照电路图逐个连接，分类进行，连接电阻时要注意其电阻的阻值和类别，注意焊接电解电容，驻极体话筒，三极管等元件时注意极性。
安装好后要进行焊接，电烙铁要先进行预热，达到一定温度后才能进行焊接，焊接时要注意不要虚焊，不能过长时间焊同一个点，否则会损坏。
下图是焊接完成的声控小夜灯：Top layer(实际效果图)Top layer(Altium Designer3D 图)焊接好后的电路板图Bottom Layer(Altium Designer 3D图)2.2 调试过程由于前期在原理图生成PCB板图过程中，部分元器件封装没有在protel99se自带的元件封装库中加载不完全，部分元件没有在PCB板图上生成，在自己手工画的封装是按照原理图画出来的封装，因此有部分元件在PCB板图上的管脚与电子元件实物管脚未能对应起来，进而在PCB图制板后生成PCB板与设计时的初衷不完全一样。
第一次调试时，按照原理图把各个元件管脚焊接在PCB板上，当时并没有意识到原理图与实际上的PCB板图上管脚不对应的问题，并且在PCB板上的交流电线的底座两个焊点之间距离设计的大于实际端子距离。
三极管的管脚和实物上的不对应，实物管脚从上到下排列依次为集电极，基极和发射极，如下图所示，PCB板途中管脚从上至下依次为基集，发射极和集电极，未改正该错误，采取将基集和发射极按照正确的焊点焊接起来，错误的集电极通过一根硬质金属线将焊接与其直接焊接，然后通过这根导线绕过基集和发射极（距离较远，且为硬质金属，并且处于干电池供电工作区，电流、电压均较小，所以在此不考虑其短路状况出现），但为保证三极管能准确无误的处于工作状态，还是采取安全的绝缘措施，在其间充满绝缘胶水，待其凝固即实现上述安全功能。
下图为单片机STC89C52：STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
在生成PCB板图时，元件封装使用的是前者管脚分布，故在生成后的PCB板与实物管脚有所差别，并不能直接焊接到焊点上，需要用导线将对应的管脚焊点和管脚焊接起来，将原PCB板上的几根布线删除（断路，将其拆除），这样改正后功能就可以实现了。
设计不合理的地方还有交流电部分的布线不够粗，部分焊点的孔径应该设置的大一点，这样既安全又容易实现焊接。
电路板也因此损毁，接下来的测试在进行了上述的仔细思考和周密的逻辑推理后动手焊接第二块PCB板，问题得到了解决。
程序设计 程序流程图Y NYN源程序/* 本程序用来控制声控小夜灯 */ #includ e<reg52.h>/*头文件*/#define uint unsigned int /*宏定义*/ #define uchar unsigned char sbit IN=P3^7; /*定义P3^7口为信号输入*/ sbit key1=P3^2; /*定义按钮*/sbit key2=P3^3; sbit key3=P3^4; sbit key4=P3^5; void delay(uchar z); /*子函数声明*/void light20s(); void light10s(); void light_fl ow(); uchar keyscan(); void sound_scan();检测按钮是否按下 Key1 key2 key3 key4检测是否有非连续的声音信号Key1:LED 亮10S 后熄灭 key2:LED 亮20S 后熄灭 Key3:LED 流水灯20S 后熄灭 key4:LED 下一次接收到声音灯熄灭 开始/*主函数部分*//*****************************************************/void main(){ uint result=0;while(!result){result=keyscan();}delay(17); /*延时3s,目的是避免按键声响使LED点亮*/while(1){while(IN);if(result==1)light10s();if(result==2)light20s();if(result==3)light_fl ow();if(result==4)sound_scan();}}/*******************************************************/uchar keyscan() /*定义一个带返回值的按钮扫描程序*/{uchar num; /*按钮被按下时，相应的I/O口被拉为低电平*/if(key1==0)num=1;else if(key2==0)num=2;else if(key3==0)num=3;else if(key4==0)num=4;elsenum=0;return num;}void light10s() /*定义自动亮10S的灯*/{P1=0x00;P0=0x00;delay(60);P1=0xff;P0=0xff;}void light20s() /*定义自动亮20s的灯*/{P1=0x00;P0=0x00;delay(115); /*调用延时函数，延时精确20s */P1=0xff;P0=0xff;}void delay(uchar z) /*定义延时函数*/{uint i,j;for(i=1000;i>0;i--)for(j=z*8;j>0;j--);}void light_fl ow() /*流水灯程序*/{uchar x,y;uchar cod e table[]={0xff,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0xff};for(y=0;y<10;y++){for(x=0;x<8;x++){P1=table[x];P0=table[7-x];delay(1);}}}void sound_scan() /*直到下一次次接收到声音信号LED才熄灭*/ {P1=0x00;P0=0x00;delay(30);while(IN);P1=0xff;P0=0xff;delay(13);}学习心得阶段一：protel99se软件学习阶段在学习绘图软件protel99se时，从网上下载了一个8小时protel99速成视频教程（Wang1jin带您从零学PROTEL99SE 8小时视频教程内容简介）该教程内容围绕一个比较复杂的51单片机元件库实验板为实例，对于数字电路课程还没有学习的初级学者而言还是比较困难的，后来在指导老师和同学推荐的简易视频教程以及各位同学的热心帮助之下，用protel99软件绘制成功元件库、电路原理图及各元件的封装图，在由原理图生成PCB板图时，部分元件未能导入，经过在网上查找资料，查阅相关资料知道是因为封装填写不对应，改正封装并更新到当前PCB板图中，问题的到解决，所有元器件成功的连接在一起，然后先采用自动布线方式布线，然后手动调整部分布线路径，使得布线均匀，并调整布线的线宽。