簡易聲光控延時照明燈電路設(shè)計

1、電子課程設(shè)計 簡易聲光控延時照明燈電路設(shè)計 學(xué)院：電子信息工程學(xué)院 專業(yè)、班級：電氣091501班 姓名：安琪 學(xué)號：200915010102 指導(dǎo)教師：閆曉梅 2011年12月 14 目錄電子課程設(shè)計1簡易聲光控延時照明燈電路設(shè)計3一、設(shè)計任務(wù)與要求3二、 總體框圖31、總體框圖32、電路方案的選擇（延時電路的選擇）33、電路的基本組成及功能.4三、 選擇器件5四、 功能模塊91、電源模塊92、光控模塊93、聲控模塊104、延時照明模塊11五、 總體設(shè)計電路111、總體電路圖仿真圖122、各模塊間的連接.123、在模擬、數(shù)字實驗箱上實驗實現(xiàn).12六、 設(shè)計心得12 簡易聲光控延時照明燈電路設(shè)

2、計1、 設(shè)計任務(wù)與要求： 1、設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個簡易聲光控延時照明燈電路。同時設(shè)計一與電路相配合的穩(wěn)壓電源電路。 2、設(shè)計功能及要求：（1） 具有光控功能，白天光線較亮，即使有聲音時路燈也不亮，光線較暗、有聲音時路燈點亮。（2） 具有聲控功能，晚上光線較暗，有聲音時路燈點亮，聲音消失后延時照明一段時間t后自動熄滅；并且時間t可以手動調(diào)節(jié)。（3） 要求電如果在照明燈點亮期間又有新的生源出現(xiàn)，照明燈應(yīng)重新通電時間t。（4） 采用高亮度LED作為照明光源。2、 總體框圖： 1、總體框圖：照明燈電路延時控制電路聲強信號處理電路聲強檢測電路光強檢測電路 電源電路 電路采用聲光兩級控制照明電路。照明燈開關(guān)

3、對光線強弱的感應(yīng)控制照明燈的第一級開關(guān)，對聲強的感應(yīng)控制第二級開關(guān)。光信號的感應(yīng)通過光敏三極管來實現(xiàn)，使得光控電路在光強時輸出低電位，光弱時輸出高電位。對于聲強信號的處理市利用音頻集成功率放大器，把聲信號變?yōu)殡娦盘枺ㄟ^對聲強信號的處理可得一個電平信號，為控制電路準(zhǔn)備。延時控制功能通過555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路來實現(xiàn)。將光控電路的輸出作為555定時器的復(fù)位端輸入。將聲控輸出端作為延時電路的輸入，從而可以實現(xiàn)在光線強的情況下，即使有足夠強的聲信號，照明燈電路也不工作。而在光線弱的情況下，可以通過聲信號來控制照明。 2、電路方案的選擇（延時電路的選擇）： 方案一：RC電路延時：由一個電阻和一

4、個電容并聯(lián)組成的RC延時電路。但輸入電壓為高時，電容充電，但輸入電壓為低時電容放電。達(dá)到延時目的。 方案二： 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：電路個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)。在觸發(fā)信號作用下，電路將由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)是一個不能長久保持的狀態(tài)，由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。 方案選擇：由RC并聯(lián)的電路延時不穩(wěn)定，延時時間不精確。而且各次延時時間不盡相同，輸出電壓幅度較大。555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時時間比較精確，各次延時時間基本一致，輸出電壓穩(wěn)定。因此選擇555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。3、 電路的基本組成及功能：該電路主要由四部分電路組成，分別為：電源電路、光控電路、聲控電路、延

5、時照明電路。 （1）電源電路：電源電路主要為控制電路提供工作電壓，直接從電網(wǎng)得到的220V交流電壓，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將該交流電轉(zhuǎn)化為+12V的直流電壓。電路中變壓器的常規(guī)鐵心變壓器，其作用是將市電進(jìn)行降壓處理變成整流橋所需要的交流電壓；整流電路采用二極管橋式整流電路，將變壓器的輸出電壓進(jìn)行全波整流；C1、C2和C3完成濾波功能，用來濾除整流橋輸出電壓中的紋波；穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路7812來實現(xiàn)。 （2）光控電路：光控電路部分主要由U2非門、U4與非門、光敏三極管和電阻R6組成。光敏三級管和電阻R6串聯(lián)分壓：當(dāng)有強光照射時，光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，節(jié)點31輸出

6、電壓較低，為低電平；當(dāng)無光照或者光線較弱時，光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，節(jié)點31輸出電壓較高，為高電平。放大信號從U2輸入，光控信號從U4輸出：當(dāng)節(jié)點31輸出低電平時，U4門關(guān)閉，放大信號無法輸入，照明燈不受聲音信號控制；當(dāng)節(jié)點31輸出高點平時，U4門打開放大信號可以輸入，聲音信號控制照明燈的開關(guān)。光控控制電路對整體電路起總控制作用。 （3）聲控電路：聲控電路由低壓音頻集成功率放大器LM386構(gòu)成，當(dāng)光線較弱，有聲音時，照明燈就會亮起。同時用信號發(fā)生器代替聲音信號，音頻功率放大器將脈沖信號放大，輸出較大電壓的信號。 （4）延時電路：延時電路的核心部分是555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，來實現(xiàn)當(dāng)光線

7、較弱且有聲音時，照明燈點亮，一段時間后，照明燈自動熄滅；但當(dāng)照明燈點亮?xí)r有新的聲音出現(xiàn)，照明燈會重新通電同樣的時間。由555定時器構(gòu)成的此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，為保證該電路上電后，引腳3輸出低電平，增加了R21和C13組成的上電復(fù)位電路。復(fù)位電路可保證上電后，復(fù)位引腳4為低電平，引腳3輸出為低電平，LED燈沒有電流通過，不會被點亮。當(dāng)節(jié)點8輸入脈沖下降沿（即555定時器的引腳2有脈沖下降沿）時，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，引腳3輸出高電平，使LED燈有電流通過，而被電亮。當(dāng)定時器555內(nèi)部放電管截止，電源通過電位器R20、電阻R23向電容C11充電，當(dāng)引腳6的電壓超過2/3Vcc時，引腳3輸出為低電平

8、，LED燈中不再有電流通過，此時燈熄滅，555定時器返回上電后的初始狀態(tài)，等待再一次脈沖下降沿的到來。3、 選擇器件：所需元器件： 器件名稱 型號 數(shù)量電阻R16電位器Rp3電容C11二極管IN4001GP2三極管2N2222(NPN)/2N3906(PNP)10光敏三極管PHOTO-TRANSISTOR-RATED1LED燈LED1開關(guān)SWITCH1信號發(fā)生器XFG1非門74LS041二輸入與非門74LS001220V交流電源1鐵芯變壓器TS-AUDIO-10-TO1整流電橋VD1VD41三端集成穩(wěn)壓器W78121555定時器5551直流電源Vcc3 1、555定時器：555定時器是一種多功

9、能集成電路，只要在外部接上幾個電阻和電容，即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。本次設(shè)計中，采用定時器555組成的延時電路為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。定時器555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖、邏輯符號圖和邏輯功能表如下圖所示。 定時器555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 定時器555的邏輯符號圖 定時器555的邏輯功能表閥值輸入THR觸發(fā)輸入TRIG復(fù)位端輸出端Q放電管DIS任意值任意值00導(dǎo)通<(2/3)Vcc<(1/3)Vcc11截止>(2/3)Vcc>(1/3)Vcc10導(dǎo)通<(2/3)Vcc>(1/3)Vcc1不變不變 由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖可知，它由比較器1、比較器2、非門G1與G2

10、組成的SR鎖存器和放電三極管Q1組成。由其功能表和管腳圖可知，集成電路共有8個引腳，引腳1 接地，引腳8為電源端，引腳5為控制電平端，引腳6為閥什輸入端，引腳7為放電端，引腳2為觸發(fā)電平端，引腳3為輸出端，引腳4為清零端。從功能表中可以看出：555集成 電路 通過改變THR和TRIG端的電壓值，來影響輸出端和放電端的狀態(tài)，同時它還具有儲存信號功能。需要注意的是控制電平端CV01T，當(dāng)它接入任意電壓時，THR和TRIG端的變化分界點就不再是（1/3)VCC和(2/3)VCC，而是（1/2）VCC01t和VCC01t。555集成電路構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)時，Vthr<（2/3）

11、VCC, Vthr>（1/3）VCC，Q=0，放電管導(dǎo)通。當(dāng)Vtring=VCC=0.3V時，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，此時Q=1,放電管截止。同時直流電源通電阻R對電容C進(jìn)行充電，使得Vthr的什漸漸上升，當(dāng)Vthr和什大于（2/3）VCC時，電路重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，Q=0，放電管導(dǎo)通。電路暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間， C的充電時間取決于電阻R數(shù)值，其脈沖寬度計算公式為tw=R*C，2、 三端集成穩(wěn)壓器W7812：型號為W7812系列的三端穩(wěn)壓器為固定式穩(wěn)壓電路，其輸出電壓有5V，6V,9V,12V,15V,18VHE 24V七個擋次，型號后面的兩個數(shù)字表示輸出的電壓值。本次設(shè)計中，采用型號為W7812的三端集

12、成穩(wěn)壓器為輸出電壓12V。三端集成穩(wěn)壓器W7812的電路原理圖、管腳圖和功能表如下圖所示。 三端集成穩(wěn)壓器W7812外形及管腳圖 三端集成穩(wěn)壓器W7812電路原理圖 三端集成穩(wěn)壓器W7812功能表正常輸出直流電壓（V）輸出電壓變化范圍（V）輸入電壓允許范圍（V）輸出電流（A）電壓調(diào)整率最小最大12.011.512.515.017.00.10.510mV/V3、 非門74LS04與二輸入與非門74LS00： 74LS系列門電路是最大使用的數(shù)字集成電路芯片：74LS04是非門，又稱為反相器，是實現(xiàn)邏輯非運算的邏輯電路。74LS00是與非門，其可實現(xiàn)與門和非門的復(fù)合運算。非門和與非門的邏輯符號、管腳

13、圖和功能表如下圖所示。 1 74LS04非門的邏輯符號 74LS04非門的管腳圖 74LS04非門的功能表 輸 入 輸 出 A Y 0 1 1 0 74LS00與非門的邏輯符號 74LS00與非門的管腳圖 74LS00與非門的功能表 輸 入 輸 出 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 74LS00與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 4、 功能模塊：1、 電源模塊：電源電路主要為控制電路提供工作電壓，直接從電網(wǎng)得到的220V交流電壓，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將該交流電轉(zhuǎn)化為+12V的直流電壓。電路中變壓器的常規(guī)鐵心變壓器，其作用是將市電進(jìn)行降壓處理變成整流橋所需要的交

14、流電壓；整流電路采用二極管橋式整流電路，將變壓器的輸出電壓進(jìn)行全波整流；C1、C2和C3完成濾波功能，用來濾除整流橋輸出電壓中的紋波；穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路7812來實現(xiàn)。電源電路仿真圖為：2、 光控模塊： 光控電路部分主要由U2非門、U4與非門、光敏三極管和電阻R6組成。光敏三級管和電阻R6串聯(lián)分壓：當(dāng)有強光照射時，光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，節(jié)點31輸出電壓較低，為低電平；當(dāng)無光照或者光線較弱時，光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，節(jié)點31輸出電壓較高，為高電平。放大信號從U2輸入，光控信號從U4輸出：當(dāng)節(jié)點31輸出低電平時，U4門關(guān)閉，放大信號無法輸入，照明燈不受聲音信號控制；當(dāng)節(jié)點31輸出高點平

15、時，U4門打開放大信號可以輸入，聲音信號控制照明燈的開關(guān)。光控控制電路對整體電路起總控制作用。放大信號輸入 光控電路仿真圖為：光控信號輸出3、 聲控模塊：聲控電路由低壓音頻集成功率放大器LM386構(gòu)成，當(dāng)光線較弱，有聲音時，照明燈就會亮起。同時用信號發(fā)生器代替聲音信號，音頻功率放大器將脈沖信號放大，輸出較大電壓的信號。該音頻集成放大器是一個三級放大電路：第一級為差分放大電路，Q1、和Q3、Q2和Q4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的方大管；Q5和Q6組成鏡像電流源，作為Q1和Q2的有源負(fù)載；信號從Q3和Q4管的基極輸入，從Q2的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大

16、電路的有源負(fù)載，可使單端輸出電路增益近似等于雙端輸出電路的增益。第二級為共射放大電路，Q7為放大管，恒流源作為有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。第三級中Q8和Q9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管Q10構(gòu)成準(zhǔn)互補輸出級。二級管D2和D3為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。聲控電路仿真圖為：輸出端 信號發(fā)生器輸入信號、示波器顯示輸入信號與輸出信號波形圖為：4、 延時照明模塊： 延時電路的核心部分是555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，來實現(xiàn)當(dāng)光線較弱且有聲音時，照明燈點亮，一段時間后，照明燈自動熄滅；但當(dāng)照明燈點亮?xí)r有新的聲音出現(xiàn)，照明燈會重新通電同樣的時間。由555定時器構(gòu)成的此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，為

17、保證該電路上電后，引腳3輸出低電平，增加了R21和C13組成的上電復(fù)位電路。復(fù)位電路可保證上電后，復(fù)位引腳4為低電平，引腳3輸出為低電平，LED燈沒有電流通過，不會被點亮。當(dāng)節(jié)點8輸入脈沖下降沿（即555定時器的引腳2有脈沖下降沿）時，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，引腳3輸出高電平，使LED燈有電流通過，而被電亮。當(dāng)定時器555內(nèi)部放電管截止，電源通過電位器R20、電阻R23向電容C11充電，當(dāng)引腳6的電壓超過2/3Vcc時，引腳3輸出為低電平，LED燈中不再有電流通過，此時燈熄滅，555定時器返回上電后的初始狀態(tài)，等待再一次脈沖下降沿的到來。延時照明仿真圖為：信號輸入當(dāng)光線弱，有聲音時，照明燈點

18、亮，經(jīng)過一段時間后自動熄滅，該燈點亮?xí)r間（延時照明電路的延時時間）為：5、 總體設(shè)計電路：1、總體電路圖仿真圖：仿真結(jié)果：光線弱且有聲音時，LED燈亮。2、各模塊間的連接：電源電路中從電網(wǎng)中輸出的220V交流電源，經(jīng)過降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓輸出+12V電壓，提供電路中的直流電源。聲控電路中用信號發(fā)生器代替聲音信號，當(dāng)有聲響時，信號經(jīng)過音頻放大器得到穩(wěn)定放大的電壓信號，連接到一個單刀雙擲開關(guān)，連接到非門的輸入端，和光控信號共同作用。光控電路中用光敏三極管控制電路，當(dāng)光線較強時，光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，與非門輸入高電平，放大的聲音信號不起作用；當(dāng)光線較弱或無光照時，光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，與非門輸入低電平，放大的聲音信號作用，與非門輸出從高電平變?yōu)榈?/p>