拍手開關(guān)-《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)

瓊州學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：拍手開關(guān)

目錄TOC\o"1-3"\h\z\t"樣式1,1,樣式2,2,樣式3,1"摘要： 21.設(shè)計(jì)要求： 22.整體構(gòu)思： 22.1設(shè)計(jì)思路框圖 22.2電路原理： 23.電路仿真： 43.1multisim介紹 53.2multisim仿真電路 54.電路各模塊工作原理 64.1音頻放大電路 64.2雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和顯示電路 75.電路的焊接安裝與調(diào)試 76.焊接實(shí)物圖及結(jié)果 87.在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施 98.設(shè)計(jì)心得體會(huì) 10參考文獻(xiàn)： 11

拍手開關(guān)（10通信工程1班李增強(qiáng)王劍明）摘要：基于聲控開關(guān)能給生活帶來很大的便利，本次課程設(shè)計(jì)著手設(shè)計(jì)了一個(gè)拍手開關(guān)，即在當(dāng)外界發(fā)生聲音（拍手）時(shí)，控制電路接收聲音信號(hào)并控制LED燈點(diǎn)亮，再次拍手時(shí)控制LED燈熄滅。其組成部分主要是由音頻放大電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路組成。其實(shí)在生活實(shí)用中，LED燈可換用其他輸出元件進(jìn)行提示。這小裝置開關(guān)一定程度上方便了生活，還非常有樂趣。本次課程設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)了模電、數(shù)電等課程的情況下在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的，最后圓滿完成了本次課程設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字：放大電路觸發(fā)電路拍手開關(guān)1.設(shè)計(jì)要求：本次課程設(shè)計(jì)將要制作一個(gè)能實(shí)現(xiàn)拍手即開，再次拍手即關(guān)的小裝置，裝置中的發(fā)光二極管用于觀察開關(guān)實(shí)現(xiàn)2.整體構(gòu)思：2.1設(shè)計(jì)思路框圖音頻接受音頻放大電路音頻接受音頻放大電路雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路顯示電路圖2.1設(shè)計(jì)思路框圖2.2電路原理：2.21電路原理圖圖2.2電路原理圖圖2.2電路原理圖本電路主要由音頻放大電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路組成。Q1和Q2組成二級(jí)音頻放大電路，由MIC接受的音頻信號(hào)經(jīng)C1耦合至Q1的基極，放大后由集電極直接饋至Q2的基極，在Q2的集電極得到一負(fù)方波，用來觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路。R1、C1將電路頻響限制在3kHz左右為高靈敏度范圍。電源接通時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)為Q4截止，Q3飽和，LED1不亮。當(dāng)MIC接到控制信號(hào)，經(jīng)過兩級(jí)放大后輸出一負(fù)方波，經(jīng)過微分處理后負(fù)尖脈沖通過D1加至Q3的基極，使電路迅速翻轉(zhuǎn)，LED1被點(diǎn)亮。當(dāng)MIC再次接到控制信號(hào)，電路又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，LED1熄滅2.22各元器件的的選擇及檢測(cè)方法首先對(duì)元器件好壞進(jìn)行檢查。本次需用到的元器件有電阻、電容、二極管、發(fā)光二極管、三極管、話筒、接線端、電源線、PCB板等。二極管：采用普通的整流二極管IN4148。元件的選擇可靈活掌握，參數(shù)可在一定范圍內(nèi)選用。在測(cè)試時(shí)先把指針表滿偏同時(shí)將指針表打到1K檔，其次：用表筆對(duì)電容進(jìn)行放電，在用表進(jìn)行測(cè)試，用紅筆接負(fù)極，黑筆接正極；最后：看指針的偏轉(zhuǎn)，且還要指針還原，如能還原就表明電容正常，不能回到原位則表明電容漏電。

電容：采用電容值為47μf和1μf的電解電容和103104的瓷片電容。一般來說，電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上；造成電荷的累積儲(chǔ)存，最常見的例子就是兩片平行金屬板。也是電容器的俗稱。電解電容的正負(fù)極性不允許接錯(cuò)，當(dāng)極性接反時(shí)，可能因電解液的反向極化，引起電解電容器的爆裂。當(dāng)極性標(biāo)記無(wú)法辨認(rèn)時(shí)，可根據(jù)正向連接時(shí)漏電電阻大、反向連接時(shí)漏電電阻相對(duì)小的特點(diǎn)判斷極性。交換表筆前后兩次測(cè)量漏電電阻，阻值大的一次，黑表筆接觸的是正極，因?yàn)楹诒砉P與萬(wàn)用表內(nèi)電池正極相接（采用數(shù)字萬(wàn)用表時(shí)，紅表筆接電池正極）。但用這種辦法有時(shí)并不能明顯地區(qū)分正、負(fù)向電阻，所以使用電解電容時(shí)，要注意保護(hù)極性標(biāo)記二極管：采用1N4148主要分為三種：整流二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管；此外，還有開關(guān)二極管。先打磨引腳，再用指針表測(cè)試，因二極管具有單相導(dǎo)電性，所以，在測(cè)試時(shí)，紅筆接負(fù)極，黑筆接正極，若是導(dǎo)通，且紅筆接正極，黑筆接負(fù)極，為截止，則表明二極管是正常的，若不是則表明二極管是壞的。注：發(fā)光二極管用10K，其它用1K檔；發(fā)光二極管的光線是非常微弱的，因此，在觀察是要仔細(xì)。半導(dǎo)體二極管的極性判別一般情況下，二極管有色點(diǎn)的一端為正極,如果是透明玻璃殼二極管，可直接看出極性。三極管：S9013半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個(gè)能相互影響的PN結(jié)，組成一個(gè)PNP（或NPN）結(jié)構(gòu)。中間的N區(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。電阻：2.2K470K47K4.7K10K4701K的電阻。使用萬(wàn)用表可以很容易判斷出電阻的好壞：將萬(wàn)用表調(diào)節(jié)在電阻擋的合適擋位，并將萬(wàn)用表的兩個(gè)表筆放在電阻的兩端，就可以從萬(wàn)用表上讀出電阻的阻值。應(yīng)注意的是，測(cè)試電阻時(shí)手不能接觸到表筆的金屬部分。3.電路仿真：電路元器件選定后，在仿真軟件multisim中調(diào)試電路，接收信號(hào)的MIC元器件用仿真軟件中的電流源替代（如仿真圖），由于三極管2N2102在本電路中的效果可以等效于三極管9013，所以仿真過程中選用2N2102。3.1multisim介紹Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為Windows下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，Multisim是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表3.2multisim仿真電路Multisim無(wú)駐極體話筒，所以用一個(gè)電流源來代替，通過控制電流源的通斷來模擬拍手時(shí)駐極體話筒產(chǎn)生音頻信號(hào)。未拍手（電流源電流為零）時(shí)：發(fā)光二級(jí)管不亮圖3.1未拍手時(shí)圖3.1未拍手時(shí)仿真電路圖1 拍手時(shí)(電流源電流不為零)時(shí)：發(fā)光二級(jí)管亮圖3.2拍手時(shí)仿真電路圖3.2拍手時(shí)仿真電路4.電路各模塊工作原理4.1音頻放大電路圖4.1音頻放大電路圖4.1音頻放大電路Q1和Q2組成二級(jí)音頻放大電路，由MIC接受的音頻信號(hào)經(jīng)C1耦合至Q1的基極，放大后由集電極直接饋至Q2的基極，在Q2的集電極得到一負(fù)方波，用來觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路。R1、C1將電路頻響限制在3kHz左右為高靈敏度范圍4.2雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和顯示電路圖4.2觸發(fā)及顯示電路圖4.2觸發(fā)及顯示電路電源接通時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)為Q4截止，Q3飽和，LED1不亮。當(dāng)MIC接到控制信號(hào)，經(jīng)過兩級(jí)放大后輸出一負(fù)方波，經(jīng)過微分處理后負(fù)尖脈沖通過D1加至Q3的基極，使電路迅速翻轉(zhuǎn)，LED1被點(diǎn)亮。當(dāng)MIC再次接到控制信號(hào)，電路又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，LED1熄滅5.電路的焊接安裝與調(diào)試準(zhǔn)備好全套元件后，用萬(wàn)用表粗略地測(cè)量一下各元件的質(zhì)量，做到心中有數(shù)。焊接時(shí)注意先焊接無(wú)極性的阻容元件，電阻采用臥裝，電容采用直立裝，緊貼電路板，焊接有極性的元件如電解電容、整流二極管、三極管、晶閘管等元件時(shí)千萬(wàn)不要裝反，注意極性的正確，否則電路不能正常工作甚至燒毀元器件。調(diào)式：當(dāng)一個(gè)電路板焊接都完成后，在檢查該電路板是否可以正常工作時(shí)，通常不要直接給電路板供電，而是要按下面的步驟進(jìn)行檢查，確保每一步都沒有問題后在上電也不遲，以免造成不必要的危險(xiǎn)。（1）連線是否正確如今，大家都是使用電路繪制軟件進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)，但是還是建議大家先畫原理圖在生成網(wǎng)絡(luò)表來生成PCB的連接，有很多的初學(xué)者學(xué)習(xí)PCB電路板的軟件是都是直接話PCB(我初學(xué)時(shí)就是這樣的)，在單片機(jī)的入門和設(shè)計(jì)各個(gè)小實(shí)驗(yàn)電路板時(shí)都是直接在元件庫(kù)中拉出元件封裝來話PCB，通常會(huì)導(dǎo)致很多管腳的錯(cuò)連。如果你是使用很規(guī)范的電路設(shè)計(jì)步驟來設(shè)計(jì)的電路板，那么你的原理圖是你檢查的關(guān)鍵，這里需要檢查的地方主要在芯片的電源和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的是否標(biāo)注正確，同時(shí)也要注意網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是否有重疊的現(xiàn)象，這是檢查的重點(diǎn)。另一個(gè)檢查的重點(diǎn)是元件的封裝?，F(xiàn)在很多的芯片的封裝的不同，其引腳的順序也是不同的，以前記得一個(gè)研究生在調(diào)試NEC的處理器是就有類似的事情發(fā)生，我記得他選用的是NEC的UPG78F9222的8位Flash處理器，但是其在設(shè)計(jì)電路時(shí)原理圖中的是DIPPCB的封裝對(duì)應(yīng)的引腳，但是在PCB中是貼片的元件，管叫完全的不對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致上電是老是燒芯片，但是這樣就會(huì)給調(diào)試者誤導(dǎo)以為是自己的電源有問題。（2）電源接口是否有短路現(xiàn)象這里就體現(xiàn)出調(diào)試之前不上電的原因，有的電源接口短路，這樣會(huì)造成你的電源燒壞。有時(shí)會(huì)有電源爆炸的事故發(fā)生。使用萬(wàn)用表測(cè)量一下電源的輸入阻抗。這是必須的步驟。再設(shè)計(jì)是電源部分可以使用一個(gè)0歐姆的電阻來作為調(diào)試方法，上電前先不焊接電阻，檢查電源的電壓正常后在將電阻焊接在PCB上給后面的單元供電。以免造成上電由于電源的電壓不正常而燒毀后面單元的芯片，但是貼片的就更麻煩！電路設(shè)計(jì)中增加保護(hù)電路，比如使用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲等元件。（3）元器件安裝情況主要是檢查有極性的元器件，如發(fā)光二極管，電解電容，整流二極管等。以及三極管的管腳是否對(duì)應(yīng)，對(duì)于三極，同一功能的不同廠家其管教的排序也是不同的。所以最好使用萬(wàn)用表測(cè)試一下！以上檢查到位以后就可以通電調(diào)試了。打開電源，給系統(tǒng)加上激勵(lì)信號(hào)源（如拍手聲、打擊聲），用眼睛直接觀察發(fā)光二級(jí)管是否亮，再次加上激勵(lì)時(shí)看是否熄滅。6.焊接實(shí)物圖及結(jié)果圖6.1通電時(shí)發(fā)光二極管未亮圖6.1通電時(shí)發(fā)光二極管未亮圖6.2拍手時(shí)發(fā)光二極管亮圖6.2拍手時(shí)發(fā)光二極管亮圖6.3再次拍手時(shí)發(fā)光二級(jí)管滅圖6.3再次拍手時(shí)發(fā)光二級(jí)管滅7.在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題及排除措施問題：出現(xiàn)焊接不牢及虛焊的問題。原因：造成焊接質(zhì)量不高的常見原因是:①焊錫用量過多,形成焊點(diǎn)的錫堆積；焊錫過少,不足以包裹焊點(diǎn)。②冷焊。焊接時(shí)烙鐵溫度過低或加熱時(shí)間不足,焊錫未完全熔化、浸潤(rùn)、焊錫表面不光亮(不光滑),有細(xì)小裂紋(如同豆腐渣一樣!)。③夾松香焊接,焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香,造成電連接不良。若夾雜加熱不足的松香,則焊點(diǎn)下有一層黃褐色松香膜；若加熱溫度太高,則焊點(diǎn)下有一層碳化松香的黑色膜。對(duì)于有加熱不足的松香膜的情況,可以用烙鐵進(jìn)行補(bǔ)焊。對(duì)于已形成黑膜的,則要"吃"凈焊錫,清潔被焊元器件或印刷板表面,重新進(jìn)行焊接才行。④焊錫連橋。指焊錫量過多,造成元器件的焊點(diǎn)之間短路。這在對(duì)超小元器件及細(xì)小印刷電路板進(jìn)行焊接時(shí)要尤為注意。⑤焊劑過量,焊點(diǎn)周圍松香殘?jiān)芏唷．?dāng)少量松香殘留時(shí),可以用電烙鐵再輕輕加熱一下,讓松香揮發(fā)掉,也可以用蘸有無(wú)水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊劑。⑥焊點(diǎn)表面的焊錫形成尖銳的突尖。這多是由于加熱溫度不足或焊劑過少,以及烙鐵離開焊點(diǎn)時(shí)角度不當(dāng)造成的。解決辦法：清潔被焊元件處的積塵及油污，焊接新的元器件時(shí),應(yīng)對(duì)元器件的引線鍍錫。若所焊部位焊錫過多將烙鐵頭上的焊錫甩掉用光烙錫頭"沾"些焊錫出來。若焊點(diǎn)焊錫過少、不圓滑時(shí),用電烙鐵頭"蘸"些焊錫對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊。8.設(shè)計(jì)心得體會(huì)在本電路的設(shè)計(jì)中，雖然我花去了很多的時(shí)間和精力，下了很大的功夫，因?yàn)閷?shí)際的元件參數(shù)和外界環(huán)境的影響，和實(shí)際的理論值不太匹配，有些差異，使我明白了實(shí)踐的重要性。該電路從何用到了各種元器件，去圖書館查閱了相關(guān)的資料和書籍，并且上網(wǎng)也查詢了相關(guān)的資料，獲得了許多相關(guān)的信息，使我受益匪淺。同時(shí)元器件的選擇對(duì)本電路的成功與否也起著非常重要的作用。通過本次的設(shè)計(jì)與制作，首先使我了解了設(shè)計(jì)電