數(shù)字電子技術(shù)聲控開關(guān)課題設(shè)計(jì)

1、 2014 2015 學(xué)年 第 一 學(xué)期 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 題 目： 聲控開關(guān)的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動化 班 級： 12級自動化2班 姓 名 ： 呵呵 電氣工程學(xué)院2014年11月24日-2014年11月27日目 錄第 1 章 緒論 3 1.1 設(shè)計(jì)說明 3 1.2 技術(shù)指標(biāo) 4 1.3 設(shè)計(jì)要求 4 1.4 實(shí)驗(yàn)要求 4第 2 章 聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)5 2.1 概述 5 2.2 方案說明 5 2.3 電路設(shè)計(jì) 6 2.3.1放大整形電路的設(shè)計(jì) 6 2.3.2單穩(wěn)延時電路的設(shè)計(jì)7 2.3.3時基電路的設(shè)計(jì)8 2.3.4計(jì)數(shù)譯碼器電路的設(shè)計(jì)8 2.4 電路的性能測試 9

2、2.4.1 放大整形電路的性能測試9 2.4.2 單穩(wěn)延時電路的性能測試11 2.4.3 時基電路的性能測試13 2.4.4 計(jì)數(shù)譯碼器電路的性能測試14 2.5 結(jié)論、性價比 16 2.6 課設(shè)體會及合理化建議 16附錄 17 附錄a 參考文獻(xiàn) 17 附錄b元器件清單17任務(wù)書及評分表18第 1 章 緒 論 聲控開關(guān)介紹聲控開關(guān)，全稱是聲控延時開關(guān)，是一種內(nèi)無接觸點(diǎn)，在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)拾音器進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時后能自動斷開電源的節(jié)能電子開關(guān)。生活中，好多地方都使用聲控?zé)粽彰?，聲光雙控延時照明燈白天自動關(guān)閉，夜間有人走動時，其腳步聲或談話聲可使電燈自動點(diǎn)亮，

3、聲音過后30s電燈又會自動熄滅。這種延時照明控制開關(guān)能有效地消除長明燈、節(jié)約電能；聲控開關(guān)，即采用模電數(shù)電混合集成電路，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，控制電路中電流。其中重要部件光控電子開關(guān)，它的“開”和“關(guān)”是通過可控硅的通斷來實(shí)現(xiàn)，而可控硅的通斷又受自然光的亮度（或人為亮度）控制，故聲控?zé)粲置麨槁暪饪責(zé)簟Ｔ撗b置適合廣泛用于樓梯、走廊、路燈和廁所等場所的照明，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。聲控開關(guān)在實(shí)際中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是一些聲控?zé)艋窘M成部分，其原理適用于很多聲控器械，它涉及到時序邏輯電路如何設(shè)計(jì)、分析和工作等方面。通過此電路更深刻的了解時序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計(jì)滿足要求的各種

4、電路圖，解決生活中的實(shí)際問題，將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)踐中。1.1 設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)一個聲控開關(guān)，控制對象為發(fā)光二極管。電路原理框圖如圖1所示。駐極體話筒接收到一定強(qiáng)度的聲音信號后，聲音信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，幅度很小，經(jīng)放大、整形后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時電路，產(chǎn)生一個寬度可調(diào)的脈沖信號，驅(qū)動發(fā)光二極管顯示。同時，這個脈沖信號作為選通信號，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并用數(shù)碼管顯示延時時間。圖1 聲控開關(guān)原理框圖1.2 技術(shù)指標(biāo)1、接收到一定強(qiáng)度的聲音后，聲控開關(guān)點(diǎn)亮發(fā)光二極管(電流510ma)， 延時時間在1-10s之間可調(diào)。2、延時時間用led數(shù)碼管顯示，時間單位為0.1s，顯示范圍為0-9.9s。1.3 設(shè)計(jì)要求1、在選

5、擇器件時，應(yīng)考慮成本。2、根據(jù)技術(shù)指標(biāo)通過分析計(jì)算確定電路形式和元器件參數(shù)。3、主要器件：(1)555定時器； (2)計(jì)數(shù)器74ls90； （3)譯碼器74ls47； (4)與非門74ls00； (5)led數(shù)碼管； (6)晶體管2n2219； （7）電阻和電容。1.4 實(shí)驗(yàn)要求1、根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路。 2、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。第二章 聲控開關(guān)的設(shè)計(jì) 2.1 概述聲控開關(guān)在實(shí)際中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是一些聲控?zé)艋窘M成部分，其原理適用于很多聲控器械，它涉及到時序邏輯電路如何設(shè)計(jì)、分析和工作等方面。通過此電路更深刻的了解時序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計(jì)滿足

6、要求的各種電路圖，解決生活中的實(shí)際問題，將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)踐中。設(shè)計(jì)任務(wù)技術(shù)指標(biāo)；1接收到一定強(qiáng)度的聲音后，聲控開關(guān)點(diǎn)亮發(fā)光二極管(電流510ma)， 延時時間在110s之間可調(diào)。延時時間用led數(shù)碼管顯示，時間單位為0.1s，顯示范圍為09.9s。2.2 方案說明此方案采用74ls90計(jì)數(shù)器，74ls47譯碼器，集成運(yùn)放放點(diǎn)電路，555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器以及施密特觸發(fā)器，還有74ls00等門電路。駐極體話筒接收到一定強(qiáng)度的聲音信號后，聲音信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，幅度很小，經(jīng)放大、整形后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時電路，產(chǎn)生一個寬度可調(diào)的脈沖信號，驅(qū)動發(fā)光二極管顯示。同時，這個脈沖信號作為選通信號

7、，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并用數(shù)碼管顯示延時時間。原理框圖如圖1所示。圖1 聲控開關(guān)原理框圖從以上方案中可知，方案設(shè)有信號發(fā)生電路，放大整形電路，單穩(wěn)延時，實(shí)基電路，計(jì)數(shù)器以及譯碼顯示。各部分功能明確且之間的聯(lián)系容易理解，所以采用這種方案。2.3 電路設(shè)計(jì) 2.3.1 放大整形電路 因?yàn)榧蛇\(yùn)放起著放大的作用，所以它的輸出信號應(yīng)為輸入信號的101倍。用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器起整形作用。如圖2電路所示。輔助時鐘信號100hz，占空比50% 圖2 放大整形電路原理框圖 2.3.2 單穩(wěn)延時電路 用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器起單穩(wěn)延時作用，高電平觸發(fā)，其中tw=1.1rc。時間是010s可調(diào)，c取

8、100uf，可計(jì)算出r為0900千歐的電位器。如圖3電路所示 圖3 單穩(wěn)延時電路原理框圖2.3.3 時基電路用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，控制單位時間，t=（r1+2r2）cln2，其中t=0.1s，c取10uf，可計(jì)算出r=4.8千歐。如圖4電路所示。圖4 時基電路原理框圖2.3.4 計(jì)數(shù)譯碼電路該電路將根據(jù)單穩(wěn)延時電路和時基電路決定的主脈沖給計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90構(gòu)成，譯碼器由74ls47構(gòu)成。如圖5電路所示。圖5 計(jì)數(shù)譯碼電路原理框圖2.4 性能的測試2.4.1 放大整形電路的性能測試 放大倍數(shù)為101倍。用信號發(fā)生器代替聲音信號。仿真電路如圖6所示。放大電路性能測試如

9、圖7所示。整形電路性能測試如圖8所示。圖6 放大整形仿真電路圖7 放大電路性能測試圖圖8 整形電路性能測試圖 2.4.2 單穩(wěn)延時電路性能測試輸入信號為50hz，幅值為5v的信號源。仿真電路如圖9所示。性能測試如圖10所示。圖9 單穩(wěn)延時仿真電路圖圖10 單穩(wěn)延時電路性能測試2.4.3 時基電路性能測試 時基仿真電路如圖11所示。時基電路性能測試如圖12所示。圖11 時基仿真電路圖12 時基電路性能測試2.4.4 計(jì)數(shù)譯碼器電路性能測試。 用頻率為50hz，幅值為5v的信號發(fā)生器的觸發(fā)脈沖。性能測試如圖13所示。圖13 計(jì)數(shù)譯碼器電路總電路圖仿真結(jié)果：2.5 結(jié)論、性價比該聲控開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)了任

10、務(wù)書中的性能指標(biāo)，具有亮燈功能，其亮燈時間可以被存儲；已輸入信號開始計(jì)算，輸入和輸出以及中間計(jì)算過程通過led數(shù)碼顯示器顯示出來，非常直觀。由表1可知，該電路誤差不大，符合標(biāo)準(zhǔn)。該電路主要用到了集成運(yùn)放，555定時器，74ls90計(jì)數(shù)器，74ls47譯碼器這幾鐘器件，各元件功能明確聯(lián)系緊密，對聲控原理的實(shí)現(xiàn)簡明易了。所用元器件種類較少性價比比較合適。2.6 課設(shè)體會及合理化建議通過此次設(shè)計(jì)，我們進(jìn)一步加深了對數(shù)字電路知識的認(rèn)識與理解，掌握了數(shù)顯頻率計(jì)的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。更加熟練的運(yùn)用仿真軟件，并學(xué)習(xí)了運(yùn)用軟件測試、調(diào)試、改進(jìn)電路。培養(yǎng)了獨(dú)立思考、分析、解決問題的能力，并培養(yǎng)了我們的動手能力

11、。在設(shè)計(jì)過程，經(jīng)常會遇到這樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了。所以這幾天的學(xué)習(xí)中，腦子里總是想著如何解決這些問題，如何想出更好的連接方法。通過查閱資料以及向老師請教，終于想到了更好的連接方法，第一次看到自己做的東西能夠運(yùn)行，心里有種說不出的喜悅。本次設(shè)計(jì)是第一次運(yùn)用數(shù)字電路模擬實(shí)際的東西。因而在許多方面都還不熟練,不如說對一些元器件的功能還不完全了解，不能熟練運(yùn)用，因而不能完全的一次性設(shè)計(jì)好該電路。不過通過本次的課程設(shè)計(jì)我們學(xué)到了學(xué)多的知識，學(xué)會了multisim的一些基本使用方法，培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考問題解決問題的能力，加深了我們對數(shù)電、模電知識的理解，

12、鞏固了我們的學(xué)習(xí)知識，有助于我們今后的學(xué)習(xí)?？傊?，在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，我們都收獲了很多，既為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大的幫助，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。附錄附錄i 總電路圖附錄a 附錄元器件清單附錄i 總電路圖序號編號名稱型號數(shù)量1u1集成運(yùn)算放大器opamp_3t_basic12u2，u3，u4555定時器lm555cn33 u5二輸入端與非門74lls0014led發(fā)光二極管led215u6，u7計(jì)數(shù)器74ls90d26u8，u9譯碼器74ls47d27q1晶體管2n22191附錄b 參考文獻(xiàn)1 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試. m武漢：華中理工大學(xué)出版

13、社，2000 年2 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). m北京：高等教育出版社，2006年3 付家才. 電子實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐. m北京：高等教育出版社，2004年任務(wù)書課題名稱聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師（職稱）倪琳 執(zhí)行時間2014 2015 學(xué)年第 一 學(xué)期 第 13 周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)丁萍1209111152聲控開關(guān)原理圖和計(jì)數(shù)譯碼器電路設(shè)計(jì)及仿真陳夢婷1209111151聲控開關(guān)原理圖和放大整形電路的設(shè)計(jì)及仿真李莉1209111154聲控開關(guān)原理圖和單穩(wěn)延時電路的設(shè)計(jì)及仿真王萍1209111158聲控開關(guān)原理圖和時基電路的設(shè)計(jì)及仿真蘇饒1209111157聲控開關(guān)原理圖和放大整形電路的設(shè)計(jì)及仿真魏亞茹1209111159聲控開關(guān)原理圖和計(jì)數(shù)譯碼器電路設(shè)計(jì)及仿真楊潤成1209111138聲控開關(guān)原理圖的設(shè)計(jì)及l(fā)ed燈的調(diào)試問題答辯1.555定時器的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍有哪些？答：555定時器是集單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能和多諧振蕩器功能于一體的集成芯片，由于它使用靈活、方便，在波形轉(zhuǎn)換、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。2. 譯碼器的功能？答：譯碼是編碼的逆過程，在編碼時，每一種二進(jìn)制代碼都賦予了特定的含義，即表示了一個確定的信號或者對象。譯碼器就是將每一組輸入代碼譯為一個特定輸出信號，以表示代碼原意的組合邏輯電路。3. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用？答：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最常見應(yīng)用是整形，在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈