数电声控灯课程设计.pdf

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1、0/110/11 苏州科技大学 数字电子技术课程设计 院 系：电子和信息工程 专 业：电子信息工程 班 级：1199 学 号：1254567788 姓 名：李明 1/111/11 目录 第一部分 设计说明.2 1.1 设计任务.2 1.2 实验目的.2 1.3 目的和意义.2 第二部分 原理方案设计.3 2.1 方案的形成和方案的比较.3 2.2 具体框图原理解释和相关器件的考虑.3 2.3 具体的理论依据.3 第三部分 详细设计过程.5 3.1 原理图设计方法和具体过程.5 3.2 原理图的重点解释和设计考虑.5 3.2.1 由 555 定时器接成的单稳态触发器.5 3.2.2 继电器器控制

2、电路.6 3.2.3 声控电路部分.7 第四部分 实验.8 4.1 实验仪器.8 4.2 实验电路图.8 4.2 实验注意.8 第五部分 实验总结.9 2/112/11 第一部分：设计说明 1 设计任务 楼道声控灯控制器设计，具体要求如下：1：器件条件：声音传感器、555 定时器、继电器、LED 灯泡，其它自定；2：功能实现：当有声音时，开启灯光，并维持2 秒钟，然后灯光关闭。3：基于器件条件，不可以采用其它微控制器，可只有发挥完成功能。2 目的和意义 训练综合运用学过的数字电子技术、硬件设计基础及电路相关基本知识，培养独立设计比较复杂数字系统设计能力。通过综合设计，力争掌握使用基本电子元器件

3、设计数字系统电路的基本方法，包括原理方案的确定、Protel 画图工具、原理图的绘制、软件模拟和理论计算过程，为以后进行工程实践问题的研究打下设计基础。本次课程设计的内容是光电声控灯，是日常生活中非常常见，应用非常广泛的一种声控灯，它不需要开关，有人经过时会自动亮，可以通过设计确定其亮一次大概的时间，方便快捷，我们都会看到过它的外形，本次课程设计，会论述光电声控灯的原理，所用到的各种器件引脚及其功能，随着社会的发展，资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以现在要建立节能意识，电能是首当其冲，楼道声控灯就是楼道的一个重要的节能装置，它由声音控制电路和三五定时器，再加上输出信号通过继电器来连接起来，

4、以控制灯亮的时间来达到节能的目的。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。当有人走过楼道通道，发出脚步声或其他声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。3/113/11 第二部分 原理方案设计 2.1 方案的形成和方案的比较 方案一：选择麦克风作为声音输入的传感器，通过运算放大器放大信号来驱动单稳态触发器，经过延时电路控制继电器的开关来控制灯的亮和熄灭。方案二：同样是麦克风输入声音信号，然后接上电压比较器经过三极管放大来驱动触发器，进而控制继电器的开和合。电压比较器可以将模拟声音信号转换成

5、双值信号，但是比较器的开环增益低、失调电压大、共模抑制比小，因此它的灵敏度往往不如集成运放，但是优点是它工作在两种状态之一，因此不需要频率补偿电容。所以综上所述，使用方案一来进行电路的设计。2.2 具体框图的原理解释和器件考虑 图 1 原理框图（1）声音放大器件选择：运算放大器的放大性能比三极管优越，所以选用运放；（2）只能使用 555 定时器，所以选择用电容和电阻和 555 构成延时单稳态电路可以通过调节电阻和电容的大小，从而自由确定延迟时间的大小。图 2 555 内部结构 4/114/11 2.3 具体的理论相关依据（1）声控原理:声控电路是把声音通过驻极话筒转换为电信号,利用放大电路将该

6、电信号放大从而驱动其他电路工作。（2）运算放大器：同相运放输出电压经过反馈元件 R 送回运放反相端，加在两输入端的电压大小接近相等，闭环工作状态下相位相同。理想运放的虚短和虚断概念，通过电压增益实现微弱信号的放大。（3）单稳态触发器：它有稳态和暂稳态两个状态；在外界触发脉冲下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态；暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，和触发脉冲的宽度和幅度无关。（4）继电器：当有电流通过时，磁铁产生磁性，将衔铁吸引下来；当电流持续脉冲消失时，电磁铁磁性消失，衔铁被弹簧拉上去，从而开关断开。5/115/11 第三部分 详细设计过程 3.1 原理图设

7、计方法和具体过程 PROTEL 原理图：图 3 原理图 3.2 原理图的重点解释和设计考虑 3.2.1 由 555 定时器接成的单稳态触发器 图 4 单稳态触发器 图 3，555 定时器的 2 号端口接输入信号，3 号输出信号，同时 5 号引脚对地接入电容 C，就构成了如图 2 的单稳态触发器。如果没有触发信号时，2 号脚处6/116/11 于高电平，那么稳态时电路 Vc1=Vc2=1、Q=1，Vo=0 的状态。如果接通电源后锁存器停在 Q=1 的状态，这时内部的三极管截止，Vcc 便经过 R 向 C 充电。当充到 Vc=2/3Vcc 时，Vc1 变为 0，于是将锁存器置 0。同时，三极管导通

8、，电容C 经三极管迅速放电，使 Vc 约等于 0,。此后由于 Vc1=Vc2=1，锁存器保持 0 状 态。因此，通电后电路便自动停在 Vo=0 的稳态。当触发脉冲的下降沿到达，使Vi2 跳变到 1/3Vcc 以下时，使得 Vc2=0，锁存器被置 1,3 号脚 Vo 跳变为高电平，电路进入暂稳态。此时内部三极管截止，Vcc 经 R 开始向电容充电。当充电至 Vc=2/3Vcc 时，Vc1 变成 0。如果此时输入端的触发脉冲已经消失，Vi 回到高电平，则锁存器将被置0，于是输出返回 Vo=0 的状态。同时内部三极管又变导通状态，电容 C 经三极管迅速放电，直至 Vc 约等于 0，电路恢复到稳态。输

9、出的脉冲宽度 t 等于暂稳态持续时间，即延迟两秒取决于外接电阻 R 和电容 C 的大小。脉冲宽度 T=RCln3=1.1RC。设计要求是灯光维持两秒，所以电阻电容用 1uF 电阻约为 1.78M 欧姆。3.3.2 继电器控制电路 图 5 继电器电路 继电器电路：当有电流通过时，电磁铁产生磁性将衔铁吸下来，当持续脉冲消失后，磁铁的磁性消失，这时电路是断开的。它的优点是：可以实现低电压控制高电压，远程控制和自动控制。7/117/11 3.3.3 声控电路部分 图 6 声音控制电路 原理：用驻极话筒麦克风收集声音，并将声音转化为电信号送到下一级电路，例如人的说话声音和脚步声，这类声音比较微弱，因而必

10、须用运放或者功放电路对其进行放大，一般选择运放较好可提高输出电压。8/118/11 第四部分 实验 本部分重点是考虑本设计如何实现从原理图到真正的硬件设计完成到实验调试的思路。4.1 实验仪器 实验台，5V 电压源，驻极体话筒麦克风(一个);运放 LM358、电磁继电器、NE555（各一个）；灯泡（一个）；电容（若干）；电阻（若干）；导线（若干）。4.2 实验电路图 图 7 实验电路图 首先将驻极话筒（麦克风），放大器，电阻和电容连接成声控部分；再将 555定时器 R、C 接成单稳态触发器；最后将一个二极管和继电器并联控制 220V 的交流电。通过 PROTEL 调试，制成 PCB 板。4.3

11、 实验注意 首先，在连接电路时要确定好电容的正负极不要接反，长引脚为正极，短引脚为负极，如果不能确定可以利用万用表进行测量；其次要确定二极管的正负极，确定不要接反；最后由于电源线和地线比较多，所以要确定好它们位置，以免接错。将接好的电路板电源线和 5V 电压源连接，地线接电压源负极，测试是否能实现设计要求的功能。9/119/11 第五部分 总结 首先，通过查阅资料最终完成本次的声控楼道灯的数电课程设计。对比几种的设计方案，最终决定用本方案来实现声控灯的设计。现在总结下此设计的优缺点：此次的电路采用声控部分，然后接上运放放大信号，接着通过 555 单稳态触发器控制电磁继电器来控制电路。由于电路只

12、有声控部分，所以白天有声音时灯也会亮，造成了能源的浪费。如果能加一个由光敏电阻构成的光控电路，那么设计的电路则会在晚上有声音时亮起，白天灯泡不会发光。但是采用运放放大电信号比三极管优越，三极管可能会导致信号的失真，小功率的音频放大用运放更好。通过这次课程设计，使得对 555 定时器的功能了解更加全面，掌握了各个引脚的具体作用，对它的应用的认识也更加的深刻，从理论中得出结论，才能真正应用于实际，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。特别是对由 555定时器改接成施密特触发器、多谐振荡器和单稳态触发器的了解更进一步，全面复习了曾经学过的知识。此外，这次在做电路时候学会使用了 PROTEL 工具制作电路原理图，在我们以后的学习中有重要作用。最后在设计中，自己动手是最重要的。10/1110/11 课程设计成绩 分类 评分项目 分值 评分 备注 平 时 出勤情况 10 对综合设计态度 10 进度表现 10 报 告 报告撰写的规范性 10 方案和详细设计过程的完整性 10 功能仿真的完整性 10 答 辩 对基本知识和理论掌握程度 10 对问题回答的条理性 10 独立设计能力表现 10 分析和解决问题能力 10 总计得分 100 总评成绩