即拍亮小夜燈模電課設(shè)報告

1、即拍亮小夜燈模電課設(shè)報告 作者： 日期：2 個人收集整理 勿做商業(yè)用途課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 模擬電路課程設(shè)計 課程設(shè)計題目: 即拍亮小夜燈 學(xué) 院 名 稱： 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 專業(yè): 通信工程 班級： 學(xué)號： 姓名： 評分： 教師： 2013 年 3 月 11 日 模擬電路 課程設(shè)計任務(wù)書20122013 學(xué)年第 2學(xué)期第 1 周 3 周 題目即拍亮延時小夜燈內(nèi)容及要求 聲控; 延時點亮小夜燈。進度安排第1周:查閱資料，到機房學(xué)習(xí)仿真軟件,確定方案,完成原理圖設(shè)計及仿真;第2周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備,制作、焊接、調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計；第3周：檢查設(shè)計結(jié)果、撰寫課設(shè)報告。學(xué)生姓

2、名： 指導(dǎo)時間:周一、周三、周四下午指導(dǎo)地點：E 樓 311室任務(wù)下達(dá)2013 年2月25日任務(wù)完成2013 年 3 月15日考核方式1.評閱 2。答辯 3.實際操作 4.其它指導(dǎo)教師系(部)主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。摘要本次課題是設(shè)計一簡單的即拍延時小夜燈,它實際上是一個“聲控延時小燈”。設(shè)計采用壓電陶瓷片、晶體三極管構(gòu)成聲音采集信號電路，通過555電路對信號放大并同時由RC充放電路進行延時,最后再由晶體三極管對電流進行放大，采用5。0V的直流供電，使小電珠發(fā)光，以達(dá)到

3、實驗?zāi)康摹４嗽O(shè)計能很好地控制燈的亮滅,即在有聲音或震蕩的情況下燈亮，其他情況下燈滅,從而達(dá)到節(jié)能的效果。 關(guān)鍵詞：聲控脈沖觸發(fā)器；時基;延時目錄前言1第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求2第二章 電路方案選擇32.1 方案一32.2 方案二4第三章 系統(tǒng)組成及工作原理53。1聲控電路53.2 延時電路8第四章 參數(shù)設(shè)計104。1 聲控脈沖觸發(fā)電路104。2 單穩(wěn)態(tài)延時電路104.3 功率驅(qū)動放大電路10第五章 實驗調(diào)試及測試結(jié)果分析11第六章 結(jié)論12參考文獻(xiàn)13附錄14附錄一 仿真圖14附圖二 原件清單14附錄三 實物圖14前言自1879年愛迪生點燃了第一盞真正有廣泛實用價值的電燈后，電燈就被人類廣泛的應(yīng)

4、用，然而我們經(jīng)常使用的燈泡都是人為機械地控制它的，這對于當(dāng)今社會各種智能化的建筑來說是非常不實用的。當(dāng)夜晚走在漆黑的樓道,是否在為找不到開關(guān)而絞盡腦汁？在日常生活中可以發(fā)現(xiàn)很多時候我們需要燈的時候卻沒有或者不能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制,而聲控?zé)舻脑O(shè)計就能夠滿足人們的需求。 科技發(fā)展給我們帶來了許多方便,同樣在燈光控制方面它也給我們帶來便利。公共場所照明越來越朝著智能化、人性化的方向發(fā)展。現(xiàn)在市場上不僅有聲光控開關(guān),還有微波感應(yīng)開關(guān)和熱釋遠(yuǎn)紅外感應(yīng)開關(guān).目前,微波感應(yīng)開關(guān)的抗干擾性能尚不理想，紅外感應(yīng)開關(guān)在性能上較為理想，但安裝復(fù)雜，價格也偏高.而聲光控不僅價格低廉，安裝方便,而且也能有很好的控制效果,因

5、此聲光控可以有一個很好的應(yīng)用前景. 本次課題設(shè)計是聲光控?zé)艨刂葡到y(tǒng)設(shè)計的前身設(shè)計聲控?zé)粝到y(tǒng)，此控制燈系統(tǒng)的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由聲控電路,延時電路組成.在設(shè)計此控制系統(tǒng)時,采用模塊化的設(shè)計思想，使設(shè)計起來更加簡單、容易、條理清晰。這種設(shè)計思路可以應(yīng)用于以后的大型產(chǎn)品設(shè)計中，團隊分配工作中發(fā)揮重要作用，能夠大大的降低難度也不會因為一個小模塊沒出來而影響總體的進度。 聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)有對聲音信號進行識別并通過延時電路使燈泡亮的功能.利用5V直流穩(wěn)壓電源供電，用壓電陶瓷片檢測聲音信號并通過555時基集成芯 片對信號進行放大，對聲音信號進行邏輯分析,RC充放電電路控制驅(qū)動燈泡。當(dāng)有聲音會亮，無聲音則

6、不亮,該聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)能很好的實現(xiàn)設(shè)計要求，相比市場上的一些產(chǎn)品而言,具有成本低廉性能良好的優(yōu)點。 同時,為了更清楚地理解怎樣通過所學(xué)的知識和動手實踐能力來掌握對模擬電路知識的應(yīng)用，為今后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)和對本專業(yè)的深入認(rèn)識，為步入社會做一定的基礎(chǔ)。而且本實驗著重在于對如何做到用聲音來控制電路,從而將其更好的應(yīng)用至日常生活中來,對于專業(yè)而言并不是在紙上如何談兵而需要的是實踐操作能力的提升。通過一定的知識和動手能力,達(dá)到初步了解即拍延時小夜燈的原理,繼而才可以再次擴寬視野。第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求基本要求：1、聲控 2、延時點亮小夜燈提高要求：1、電路板布局合理，能夠得到充分利用,元器件擺放平行、整

7、齊，焊接美觀，線要走直。 2、做出的產(chǎn)品在實際中能夠經(jīng)久耐用。第二章 電路方案選擇2.1 方案一 電路原理圖如圖2。1.1所示：圖2.1。1方案一原理圖“一拍亮”延時小夜燈的電路實際上是一個“聲控延時小燈”電路。壓電陶瓷片B與晶體三極管VT1，電阻R1,和電阻R2等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路，時基集成電路IC與電阻R3，電容器C等組成了典型單穩(wěn)態(tài)延時電路，晶體三極管VT2，VT3和電阻R4，R5等組成了小電珠H的功率驅(qū)動放大電路.整個電路的電源由直流穩(wěn)壓電源提供。  平時，由于晶體三極管VT1的偏流電阻R1取值較大，所以VT1趨于截止?fàn)顟B(tài)，其集電極輸出電壓高于1/3VDD=1。5V（VD

8、D等于電源電壓，即4。5V），與之相連的時基集成電路IC的低電位觸發(fā)端2腳處于高電平,單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài).電容器兩端通過IC的7，1腳被IC內(nèi)部導(dǎo)通的三極管短路,IC的3腳輸出低電平，VT2，VT3均無偏流而截止，小電珠H不發(fā)光。  當(dāng)在有效距離范圍內(nèi)拍一下手掌時，突發(fā)的聲波被壓電陶瓷片B接收,并轉(zhuǎn)換成微弱的電信號,該信號的正半周經(jīng)VT1放大后,從其集電極輸出負(fù)脈沖，時基集成電路IC的2腳獲得瞬間低于1/3VDD=1.5V 的低電平觸發(fā)信號，使IC組成的單穩(wěn)態(tài)電路受觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)(即延時狀態(tài)）,IC的3腳輸出高電平,VT2獲得適合的偏流而導(dǎo)通,VT3進入完全飽和導(dǎo)通狀態(tài)，小

9、電珠通電發(fā)出亮光，隨著IC的3腳變成高電平,IC內(nèi)部導(dǎo)通的三極管截止，解除對電容器C的短路，電池GB通過電阻R3向電容器C開始充電，當(dāng)C兩端的充電電壓(即IC的高電位觸發(fā)端6腳電位)達(dá)到2/3VDD=3V時，單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，IC內(nèi)部三極管重新導(dǎo)通,C通過IC的7，1腳放電并被再次短路，IC的3腳重新輸出低電平，導(dǎo)通到VT2,VT3失去偏流而截止,H斷電自動熄滅。  電路中,小電珠H每次延時點亮的時間長短，取決于單穩(wěn)態(tài)電路中電阻器R3，電容器C的時間常數(shù)，具體可以通過公式：T=1。1R3C來估算.按圖選擇R3和C的值，H延時點亮的時間約為5s。在晶體三極管VT1電流放大系數(shù)，R

10、1電阻值確定的情況下，通過改變R2的電阻值，可調(diào)整靜態(tài)時IC的2腳電位高低,也就是說，通過適當(dāng)調(diào)整R2的電阻值,可以控制聲控靈敏度。 本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途個人收集整理，勿做商業(yè)用途2. 2 方案二 電路原理圖如圖2.2.1所示：圖2.2。1 方案二原理圖方案二采用咪頭進行聲電轉(zhuǎn)換，咪頭可當(dāng)做一個聲音傳感器,與R1組成聲控電路,將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號.芯片LM324與電阻等連成一個兩級電壓放大電路，同時，電路中還有連接耦合電容起旁路作用.NE555定時器與電阻、電容連接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，實驗時應(yīng)選擇靈敏度較高的發(fā)光二級管等元器件，延時可通過調(diào)節(jié)電容、電阻來實現(xiàn)，但一般不要使

11、延時時間過長。整個電路的電源由5V直流穩(wěn)壓電源提供。比較方案一和方案二,方案一所用的元器件更為常用，且方案一的電路更為簡單,在焊接操作過程中更易操作.因此，選擇方案一。第三章 系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成聲控?zé)糁饕且罁?jù)聲控原理來設(shè)計的，利用聲控電路是為了節(jié)約能源.整個電路由電聲控電路、延時電路等部分組成。電源由實驗提供穩(wěn)壓電壓。通過聲控電路使燈泡自動點亮,聲控電路主要將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?從而來實現(xiàn)自動控制,延時電路聲音消失后延長一段光照時間?？傮w方框圖如圖3。1所示聲控脈沖觸發(fā)電路單穩(wěn)態(tài)延時電路功率驅(qū)動放大電路圖3。1系統(tǒng)總體方框圖3。1 聲控電路圖3.1.1 聲控部分電路聲控脈沖觸發(fā)電路

12、為聲音信號采集電路,利用壓電陶瓷片在聲音變化下電壓發(fā)生改變的特性。當(dāng)聲音達(dá)到4.1KHZ以上的諧振頻率時在out端將輸出一個大于2V的高電平，當(dāng)?shù)陀?。1KHZ或沒有聲音時在out端產(chǎn)生一個小于0。8V的低電平.在聲控脈沖觸發(fā)電路中，使用壓電陶瓷片作為驅(qū)動方式，它是種新型的電子元件，其用途十分廣泛，是以鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料制成。主要用于壓電揚聲器、傳聲器、超聲延遲線、測量振動和測量壓力的傳感器、電話中的送受話器等方面作機械能(聲能)轉(zhuǎn)換成電能，或在低功率下由電能轉(zhuǎn)換成機械能的換能元件；也可應(yīng)用于超聲波清洗焊接、探傷、超聲診斷、超聲醫(yī)療、水聲發(fā)射、引燃、引爆等作高壓強功率時將電能轉(zhuǎn)換成機械能的換

13、能元件.壓電陶瓷片原理與特性:壓電效應(yīng)具有可逆性:若在壓電陶瓷片上施以音頻電壓，就能產(chǎn)生機械振動，發(fā)出聲響;反之，壓電陶瓷片受到機械振動(或壓力）時，片上就產(chǎn)生一定數(shù)量的電荷Q，從電極上可輸出電壓信號。目前比較常見的鍺鈦酸鉛壓電陶瓷片(PZT)，是用鋯、鈦、鉛的氧化物配制后燒結(jié)而成的。鑒于人耳對頻率約為3kHz的音響最敏感，所以通常將壓電陶瓷片的諧振頻率f0設(shè)計在3kHz左右.考慮到在低頻下工作，僅用一片壓電陶瓷片難以滿足頻率要求，般采用雙膜片結(jié)構(gòu)，其外形與符號如圖2.1.2所示。它是把直徑為d的壓電陶瓷片與直徑為D的金屬振動片復(fù)合而成的。D一般為1540mm，復(fù)合振動片的總厚度為h。圖3.1

14、.2壓電陶瓷片結(jié)構(gòu)和圖形符號當(dāng)壓電材料-定時,諧振頻率與h成正比，與(D/2)2成反比。諧振頻率fo與復(fù)合振動片的直徑D呈指數(shù)關(guān)系，如圖3.1。3（a)所示.顯然D愈大，低頻特性愈好。壓電陶瓷片作傳聲器使用時，工作頻率約為300Hz5kHz。壓電陶瓷片的阻抗Z取決于d/D之比，由圖3.1.3(b）可見，阻抗隨d/D比值的增大而降低。圖3。1。3壓電陶瓷片頻率特性曲線壓電陶瓷片有兩種驅(qū)動方式。第一種是自激振蕩式驅(qū)動。其電路原理是通過晶體管放大器提供正反饋，構(gòu)成壓電晶體振蕩器,使壓電陶瓷片工作在諧振頻率fo上而發(fā)聲。此時壓電陶瓷片呈低阻抗，輸出音量受輸入電流控制，因此亦稱為電流驅(qū)動型。第二種為他激

15、振蕩式驅(qū)動,利用方波（或短形波)振蕩器來激勵發(fā)聲。這時壓電陶瓷片一般工作于fo之外的頻率上，因此阻抗較高,輸入電流較小，它居于電壓驅(qū)動式.其優(yōu)點是音域較寬.音色較好.3。2 延時電路單穩(wěn)態(tài)延時電路主要由555芯片及電容、電阻組成。功率驅(qū)動放大電路由晶體三極管及電阻組成。這兩部分電路可統(tǒng)稱為延時電路。如圖3.2.1所示圖3。2。1 延時電路延時電路采用RC充放電電路作為延時部分，通過555內(nèi)部結(jié)構(gòu)（與非或關(guān)系）等使充電放電電路分開。這樣極短的聲音刺激就能實現(xiàn)電路的延時工作。信號由FT-27經(jīng)9014單向C1充電。所以充電后555芯片的7腳電位高于1腳，3腳就輸出正電位，此時輸出小于2V，此時三極

16、管VT2開啟，繼而VT3也導(dǎo)通，點亮小燈泡H。在聲音信號刺激結(jié)束后，電容向電阻R3、R4、R5等放電。其中NE555芯片是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件.一般用雙極性工藝制作的稱為555。NE555芯片成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面.NE555芯片的電源電壓范圍寬,可在 4.5V16V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。555 定時器的內(nèi)部包括兩個電壓比較器,三個等值串聯(lián)電阻

17、，一個 RS 觸發(fā)器,一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3。NE555芯片的功能主要由兩個比較器決定.兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3,則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 R

18、S 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。個人收集整理，勿做商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途圖3。2。2 NE555實物圖 圖3。2.3 NE555內(nèi)部功能框圖它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳:低觸發(fā)端3腳：輸出端Vo 4腳:是直接清零端.當(dāng)端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓,則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時,應(yīng)將該端串入一只0。01F電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端7腳：放電端。該端與放電管集電極相連,用做定時器時電容

19、的放電。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4。5 16V,CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。 第四章 參數(shù)設(shè)計4.1聲控脈沖觸發(fā)電路B用27mm壓電陶瓷片，F(xiàn)T-27型。VT1選用9014（集電極允許最大電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310mW)NPN小功率三極管，要求VT1的電流放大系數(shù)200。R1選用10M的電阻，R2主要用于控制靈敏度，因此可選用10 K電阻。4。2 單穩(wěn)態(tài)延時電路IC選用靜態(tài)功耗很小的CMOS時基集成電路(又稱“555時基集成電路）型等，這種CMOS時基集成電路的靜態(tài)電流很小,只有75uA左右(4。5V工作電壓下

20、測定），而且工作電壓低（實測不低于2V就能工作）。電阻R3與電容C共同控制小電珠亮的時間，由公式T=1。1*R3C可知，為使小電珠亮5秒左右，應(yīng)該選擇47µF的電解電容和100 K的電阻R3。4.3 功率驅(qū)動放大電路VT2選用9014（集電極允許最大電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310mW）NPN小功率三極管， VT2的電流放大系數(shù)100，VT3選用9012（ICM=-0。5A，PCM=625mW） PNP中功率晶體三極管，要求電流放大系數(shù)>50。 R4、R5的阻值分別為10K、及360。H用手電筒常用的3.8V/0。3A小電珠（三節(jié)干電池供電的手電

21、筒專用)。GB用三節(jié)5號干電池串聯(lián)（須配塑料電池架)而成，電壓4.5V，或直接接入5V直流穩(wěn)壓電源。根據(jù)實驗原理圖及設(shè)計的參數(shù)進行仿真，仿真結(jié)果見附錄一。第五章 實驗調(diào)試及測試結(jié)果分析整個課程設(shè)計工作原理比較簡單，在查閱大量資料以后，確定下了實驗的電路圖。為防止由于考慮不夠周到而導(dǎo)致錯誤出現(xiàn)，故而焊接之前用Multism進行了仿真，仿真結(jié)果和課題要求符合,說明電路設(shè)計部分沒有問題,可以開始著手焊接。雖然之前做過類似的焊接工作，對于焊接時要注意的問題都很清楚，但為了能一次性成功還是進行了周密的電路連接分析。其實在第一次焊接完電路，測試時，發(fā)現(xiàn)沒有達(dá)到預(yù)期的效果，燈不會亮.為了找出問題的所在，在分

22、模塊分別調(diào)試成功的前提下,按照電路圖將分模塊連接好，檢查是否正確連接，連接正確時則可以接上3.0V的直流穩(wěn)壓電源。如果當(dāng)拍掌時燈泡沒亮,說明電路有問題，如萬用表和示波器逐個檢測信號，再檢查是否存在虛焊的問題；檢查芯片是否沒連接錯；燈泡是否已燒壞；仔細(xì)對照電路圖檢查等原因。如果拍掌時燈泡亮,再等一段時間看燈泡是否會自動熄滅,如不會，則再依照前面檢查的步驟來.沒有問題，則基本上符合了設(shè)計要求. 在以上基礎(chǔ)上，還需要多次上電調(diào)試，觀察電路是否有其他狀況，是否有不穩(wěn)定的情況發(fā)生。如果電路不穩(wěn)定擇應(yīng)立即排查原因，特別的應(yīng)該注意虛焊的問題，最終發(fā)現(xiàn)了問題的源頭。原來還是因為555芯片5管腳應(yīng)該懸空，斷開5管腳與地直接的連接后再進行測試，小電珠在聲控之后亮了,并持續(xù)了5秒左右的時間.而本次設(shè)計中延時由NE555外圍的元件決定，延時1。11.1100K*47µF5。17秒，基本滿足設(shè)計要求.造成一定誤差的原因可能是各元件自身精確度有限,特別是電容元件誤差比較大，也可能受周圍聲音影響.實驗表明，要使延時精度和穩(wěn)定度更高一些，電阻，電容的值不應(yīng)過大或過小，還要適當(dāng)控制信號的放大倍數(shù)，以免造成過于靈敏。第六章 結(jié)論本次設(shè)計主要采用的電路原理基于模擬電子電路的基本知識,對于信號的放大用555芯片內(nèi)部的系統(tǒng)做一個放大，然后由感應(yīng)信號和555芯片并放大，從而實現(xiàn)設(shè)計要求。主要通過模塊化思想