摘要
本次CAD课程设计是关于模拟电子蜡烛的设计，该设计需要先进行原理图的设计与绘制，在库里寻找所需要的元件，因为库里没有CD4013，所以自己进行了绘制。然后是对所有元件进行封装，检查封装是否是带有焊盘的，对于没有封装的元件进行元件封装。再进行PCD板的布局和布线。在规则里对更改线和许可层的位置，线放在底层，许可层放在顶层，然后就是自动布线了。在布线中可能会遇到一些问题，比如为何有的元器件不能完全调入，是因为元器件在库中设有定义。如三极管，它的三个管脚在原理图中定义为1，2，3而在制版设计库中定义成2，3，4。因为它们对照不上，自然调不过来。应该是将设计库中的元器件修改成与原理图中定义的一致就可以了。比如为什么连接三极管的导线明明和管脚相连，却说缺少连线，是因为导线连接在管脚之上了，导致布局的时候缺少连线。当可以正确的布局布线后，这个设计可以算是设计成功了。
一、设计目的 模拟电子蜡烛具有“火柴点火，风吹火熄”的仿真性，设计原型来源于现实生活情节：蜡烛的使用，电路改造后可以用于生日晚会，元宵灯会，中秋灯会，西方的圣诞节，万圣节灯，适用男女老少各个社会群体。可用于赠送礼品，促销宣传礼品，广告礼品。电子蜡烛安全环保，绝不发热，避免火焰着火现象的发生。美观大方，适用于各种蜡烛台。可当小夜灯用于照明，也可作其他装饰用。 二、电路的设计 2.1电路原理分析 本电路利用双D触发器4013中的一个D触发器，接成R-S触发器形式。接通电源后，R4，C3组成的微分电路产生一个高电平微分脉冲加到U1的1RD端，强制电路复位，1Q端输出低电平，送到三极管VT4的基极，也为低电平，VT4截止，发光二极管LED1不发光。 当用打火机烧热敏电阻RT1后（烧的时间不能太长，否则容易烧坏热敏电阻），RT1的阻值突然变小，呈现低电阻状态，三极管VT1导通，产生的高电平脉冲送到4013的1SD端，使1Q端翻转变为高电平，送到三极管VT4的基极，也为高电平，VT4导通，发光二极管D1发光，这一过程相当于用火柴点亮蜡烛，此时即使打火机离开热敏电阻RT1后，也不会使电路状态发生改变，发光二极管LED1维持发光。 当用嘴吹驻极体话筒M1时，驻极体话筒M1输出的音频信号经过C2送到VT2的基极，触发VT2导通。因R3的阻值比较大，故VT2的集电极电位降得很低，PNP型三极管VT3的基极电位也就很低，从而VT3导通，高电平脉冲送到触发器1RD端。触发器复位，1Q端由高电平变为低电平，VT4截止，发光二极管D1熄灭，实现“风吹火熄”的仿真效果。 2.2主要组成部分 1、温度传感器（热敏电阻） 热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。 本产品采用了负温度系数热敏电阻器（NTC），常温下的电阻值大概100K。检测时，用万用表欧姆档（一般为R×10K挡）直接测试，实际测试的值80K到100K之间，当用打火机点燃后，电阻值急速下降到10K以下。 2、驻极体话筒 驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录 音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。 将模拟式万用表拨至R×100档，两表笔分别接话筒两电极（注意不能错接到话筒的接地极），待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气（吹气速度慢而均匀），边吹气边观察表针的摆动幅度。吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话、录音效果就越好。若摆动幅度不大（微动）或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。 3、双D触发器4013 CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。 真值表功能： 
图二 真值表的功能 2.3绘制电路原理图 - 先打开Altium Designer Release10软件，首先点击文件里“新的”—“工程”—“PCD工程”可建立一个新的工程。
- 右击新建工程的名字—选择“给工程添加新的”—“schematic”，可把新的建立的原理图文件添加到新的工程中。
- 在原理图文件界面找到软件右侧边栏的“库”选项，点击“库”—在库里寻找所需要的元件，对于没有的元件点击“查找”再更改库路径，再然后进行寻找library里的元器件并添加再库里。库里没有本产品需要的CD4013，所以自己进行绘制并添加到库里。
- 按照原理图，将所有元件在合理的位置进行绘制连接，并更改名称和值的大小。
绘制好的原理图如下： 图一 原理图
2.4给元件添加封装 检查所有元器件是否都有封装，对于一些没有封装的元件，可选择在左侧工程里右键选给工程添加新的— PCB Library ,创建后修改另存命名—设置—新的空元件，然后可以绘制封装图（要注意焊盘和引脚的符号是否相对应）。 以下是一些元件的封装图：
2.41 
图三 CD4013的封装图 2.42 
图四 三极管的封装图
三、PCD板的制作 3.1用Altium Designer Release10制作PCD板的流程图
3.2制作PCD的步骤 - 给工程添加PCD板，点击Files里PCD向导，选择公制的，然后点击下一步，选择custom点击下一步，更改线的宽度，PCD板的宽度，高度，布线与边界的距离，本PCD板选择默认的数据，然后点击下一步，最后完成。
- 在菜单栏里的“设计”选择“Import Changes From PCD_Project1.PrjPCD”
- 元件会弹出在PCD板旁边，将元件拖到板内，在进行合理的放置后，点击“规则”更改线的位置，线放在底层，许可层放在顶部，然后点击自动布线，等待布线完成即可。
3.3模拟电子蜡烛的PCB布局图 图五 PCB板 3.4 PCD板3D展示图 
图六 3D展示图 四、调试与检修 如果制作没有成功，请从下面几个方面进行检修与调试： 1、观察法：检查每个元件是否安装正确，特别是双D触发器4013，驻极体话筒等是否安装正确，三极管9012、9013的三个引脚1、2、3是否正确等，发光二极管的正负极性是否正确。 2、电阻法：根据原理图检查线路是否正常连通，可用万用表检测每条线路是否导通。电子初学者，焊接的线路多有虚焊、漏焊、假焊等情况，电路搭建错误，所以首先检查每条线路是否焊接好，也就是电气性能是否保证。 3、电阻法：检测每处GND是否和电源负极接头是否连通；检测每处VCC是否和电源接头是否连通。 4、电压法：测试三极管VT1的基极电压，然后用打火机烧一下，看看电压是否由高到低变化。如果一直电压没有变化，三极管的损坏的可能性比较大。 5、电压法：测试驻极体话筒的正极的电压，用嘴吹驻极体话筒时，电压会下降1V左右。如果电压没有变化，驻极体话筒的正负极性接反的可能性较大。 6、电压法：测试三极管VT2的基极电压，用嘴吹驻极体话筒时，电压会发生改变，产生负电压。如果一直电压没有变化，三极管的损坏的可能性比较大。 7、电压法：测试三极管VT3的基极电压，用嘴吹驻极体话筒时，电压会发生零点几的下降。如果一直电压没有变化，三极管的损坏的可能性比较大。 8、电压法：测试三极管VT3的集电极电压，用嘴吹驻极体话筒时，会产生一个高电平脉冲。如果没有高电平脉冲，可以检测本电路的电源部分是否接好。 9、电压法：测试4013的6脚电压，当用打火机烧一下时，会产生一个高电平脉冲，1脚会输出高电平。 10、电压法：等4013的6脚电压下降到低电平时，再测试4013的4脚电压，当嘴吹驻极体话筒时，会产生一个高电平脉冲。1脚会输出低电平（由高变低）。 经过以上步骤的检查、检测后，基本上可以排除故障，可以实现“火柴点火，风吹火熄”的仿真性。 五、心得体会 为期一周的CAD课程设计已经结束了，我身心都得到了很大的成长和提高。我在每天的绘图练习过程中，切身体会到了Altium Designer Release10软件操作的精髓所在。这次课程设计，正是学习中将理论应用于实践，再进一步在实践中检验理论并发现新的问题的阶段。以前总认为CAD的操作和作用仅仅局限于书本上所教授的内容，但是这次亲身体验了之后，才发现CAD在实际的操作上有很多很多书本上学不到的细节问题和小技巧，在实际的操作过程中，我也不断遇到新的问题。比如：在画图后进行PCD板子的制作的时候，总是有从三极管出来的一根线链接不到电阻上，和同学仔细检查讨论后还是没有找到问题所在，请教老师后，老师很快就指出了错误的所在，原来是连接三极管的一根线连到了三极管的引脚上方导致在制作PCD板子时线连不上，自己在知到错误后如同恍然大悟般。我总结出了一个道理：所有的书本上的知识定要结合实践去检验与练习，这样不仅巩固了自己所学的知识，自己动手的实践能力也会得到提升。自主学习真是一个快乐的过程，我也希望自己通过自主学习得到一个更好的提升。
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