聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)

聲光控路燈延時(shí)開(kāi)關(guān)摘要：聲光雙控延時(shí)開(kāi)光不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公室、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，它具有體積小，外形美觀，制作容易，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且降低能耗，節(jié)約能源，注重環(huán)保是當(dāng)今世界的主潮流。此外，它在一定的場(chǎng)所使用還可起防盜作用。它是公共場(chǎng)所照明開(kāi)關(guān)的理想選擇，被人們譽(yù)為“長(zhǎng)明燈的克星〞。本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)靈敏度較高的聲光控制開(kāi)關(guān)，行人只要拍個(gè)巴掌就能電路觸發(fā)。本電路僅使用一只CMOS門電路TC4081BP、一個(gè)CRZ2-113F型小型駐極體式電容話筒、一個(gè)CdS型光敏電阻器以及假設(shè)干電阻、電容配合就能將電路觸發(fā)，使其導(dǎo)通，將電燈翻開(kāi)。它不需要發(fā)送關(guān)閉信號(hào)，由電路自身的延時(shí)電路將燈關(guān)閉。當(dāng)燈被翻開(kāi)后，延時(shí)電路延時(shí)約25s后將燈自動(dòng)關(guān)閉。該電路還具有自動(dòng)光控作用，在白天由光敏電阻器控制著電路。即使受到聲音信號(hào)的觸發(fā)，開(kāi)關(guān)也不會(huì)翻開(kāi)。關(guān)鍵詞：聲光控與非門RC延時(shí)Proteus仿真AbstractAcousto-opticdualcontroldelaydedicationappliesnotonlytoresidentialbuilding,butalsoapplytofactory,officebuildings,andotherpublicplaces,ithassmall,beautifulappearance,easytowork,reliability,andreduceenergyconsumption,energysaving,payattentiontoenvironmentalprotectionisthemaintrendintoday'sworld.Inaddition,itmustusethesitecanalsoupsecurityrole.Itispubliclightingswitchidealchoiceandwaspraisedas"ever-burninglampsofconquerors.Thisdesignisasensitivityhighlightcontrolswitch,pedestriansonlytakeaslapcantriggercircuit.ThiscircuitusingonlyaCMOSgateTC4081BP,asmallCRZ2-113Ftypeinamicrophone,aposturecapacitorandresistorofphotosensitiveCdSwithresistor,capacitorcantriggercircuit,theelectricconduction,willopen.Itdoesnotneedtosendasignalbyitself,closethecircuitwilldelaycircuitswitchedoff.Whenthelightswereopened,delaycircuitwilldelay25saboutlightautomaticallyshutoff.Thiscircuithasautomaticopticaleffectinthedaytime,controlcircuitofphotosensitiveresistors.Eventhevoicesignalistriggered,switchalsowon'topen.Keywords:目錄TOC\o"1-3"\h\u10757第1章緒論128543第2章單元電路設(shè)計(jì)268972.1設(shè)計(jì)方框圖27502.2聲光處理電路設(shè)計(jì)2128422.2.1聲音放大電路2154332.2.2聲控電路設(shè)計(jì)4118132.2.3光控制電路5247902.3燈光控制電路設(shè)計(jì)6177032.3.1器件選擇690782.3.2延時(shí)電路設(shè)計(jì)795912.4電源電路設(shè)計(jì)9196032.4.1整流電路910432.4.2濾波電路10313732.4.3電源電路工作原理1256012.5整機(jī)電路131677第3章電路仿真15286113.1軟件介紹15145623.2NIMultisim電路仿真1627638第4章PCB板制作1944364.1軟件介紹19265234.2制作過(guò)程2019222第5章實(shí)物制作213525.1元器件檢測(cè)21167025.2裝配焊接2227245.3調(diào)試2216353總結(jié)239868參考文獻(xiàn)2428498致謝2511999附錄12611999附錄227第1章緒論根據(jù)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)，我國(guó)照明電器行業(yè)的高速增長(zhǎng)還將繼續(xù)。進(jìn)一步提高照明產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，這既是當(dāng)前擺在我們面前的課題，也是全行業(yè)共同努力的目標(biāo)。就國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求而言，人們生活水平逐步提高，對(duì)生存環(huán)境質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，對(duì)照明電器產(chǎn)品提出更高的要求。新的建筑照明標(biāo)準(zhǔn)已執(zhí)行，新標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際接軌，對(duì)不同場(chǎng)合的照明提高了要求，也需要我們生產(chǎn)企業(yè)適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，為各類照明場(chǎng)所提供相應(yīng)的產(chǎn)品。我國(guó)目前已成為世界照明電器產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)，目標(biāo)是要成為照明電器產(chǎn)品生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)，我們與興旺國(guó)家在照明電器產(chǎn)品的質(zhì)量、檔次、生產(chǎn)工藝、設(shè)備、材料以及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力等方面均存在明顯差距。在節(jié)約能源降低能耗方面我國(guó)也與興旺國(guó)家有明顯差距。降低能耗、節(jié)約能源不僅是我國(guó)的潮流也是當(dāng)今世界的主潮流，高能耗且會(huì)加劇溫室效應(yīng)的白熾燈越來(lái)越不受歡送。繼公布“歐盟后年封殺白熾燈〞的時(shí)間表后，世界各地陸續(xù)拋棄白熾燈已成定局，環(huán)保型節(jié)能熒光燈是白熾燈的替代者。節(jié)能熒光燈VS白熾燈，勝券在握已無(wú)懸念，但樓道照明卻限制了熒光燈的使用，因?yàn)闃堑勒彰魇欠浅掷m(xù)性的，有人經(jīng)過(guò)才需要光亮，而不斷的開(kāi)關(guān)通斷會(huì)影響熒光燈的使用壽命，所以聲光控?zé)粼跇堑勒彰黝I(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。節(jié)電是我們每一個(gè)人的責(zé)任，首先就應(yīng)當(dāng)從自己做起因而設(shè)計(jì)了一個(gè)具有節(jié)電功能的聲光控開(kāi)關(guān)。聲光控開(kāi)關(guān)是只有在滿足了無(wú)光線和有聲音才可以啟動(dòng)開(kāi)關(guān)使燈泡點(diǎn)亮一段時(shí)間，無(wú)需人去手動(dòng)的翻開(kāi)和關(guān)閉燈泡開(kāi)關(guān)方便了人們，同時(shí)防止了燈泡常亮的情況因而到達(dá)了節(jié)電的目的。第2章單元電路設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方框圖聲光控開(kāi)關(guān)在晚上且有聲音時(shí)使燈泡亮，其它情況下燈泡不亮。它由電源電路、聲光處理電路和控制電路組成。電路方框圖如圖2-1所示。電源電路聲光處理電路市電電源電路聲光處理電路市電照明燈控制電路照明燈控制電路圖2-1設(shè)計(jì)方框圖2.2聲光處理電路設(shè)計(jì)聲光處理電路就是對(duì)采集到的聲音和光進(jìn)行處理后提供應(yīng)控制電路。聲音放大電路聲音放大電路的核心元器件是三極管，三極管的工作方式有三種分別是共射電路、共集電路、共基電路。1．共射電路共射電路如圖2-2所示，其中三極管V是電路的核心，起放大的作用。圖2-2共射放大電路直流電源VCC一方面通過(guò)RC、Rb為三極管提供適宜的靜態(tài)偏置電壓，另一方面為電路提供能量，一般為幾伏至幾十伏。其中C1、C2為耦合電容，起到傳遞交流，隔斷直流的作用。C1、C2一般為電解電容器，一般為幾微法到幾十微法。Rc是集電極直流負(fù)載電阻，保證三極管有適宜的靜態(tài)偏置外，還可將三極管的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。Rc一般為幾百歐到幾千歐。信號(hào)有三極管的基極輸入、輸出?；鶚O與發(fā)射極構(gòu)成輸出回路，而發(fā)射極是輸出、輸入的公共端，共射工作方式具有電壓和電流的放大作用，放大關(guān)系是U0=βUi，電流同樣如此。2．共集電路共集電路如圖2-3所示，信號(hào)從基極輸入，從發(fā)射極輸出，集電極是輸入、輸出回路的公共端，共集電路因此而得名。圖2-3共集放大電路電源VCC給三極管V提供反偏電壓，又通過(guò)基極偏置電阻Rb給發(fā)射結(jié)提供正偏電壓，使三極管V工作在放大區(qū)。輸入信號(hào)電壓Ui通過(guò)輸入耦合電容C1加到三極管V的基極，輸出信號(hào)電壓U0從發(fā)射極通過(guò)輸出耦合電容C2送到負(fù)載RL上。共集電路具有電流的放大作用但是沒(méi)有電壓的放大主作用，所以又叫做射擊跟隨器。3．共基電路共基電路如圖2-4所示，其中Rc為集電極電阻，Re為發(fā)射極偏置電阻，Rb1、Rb2為基極分壓偏置電阻，他們共同構(gòu)成分壓式偏置電路。圖2-4共基放大電路大電容Cb使基極對(duì)地交流短路。其信號(hào)從發(fā)射極輸出，基極是輸入、輸出回路的公共端。共基電路的輸入電流大于輸出電流，沒(méi)有電流放大作用，但電壓放大倍數(shù)較大。由于本次設(shè)計(jì)中聲音信號(hào)產(chǎn)生的電壓信號(hào)很小，因而只能用具有電壓放大的電路，然而共集電路沒(méi)有電壓放大的作用不選用，而共基電路雖然有電壓放大的作用但是電路相比于共射電路較復(fù)雜，所以聲音處理電路選擇共射放大電路。聲控電路設(shè)計(jì)聲控電路由壓電陶瓷片BM、電阻R3、R4、R5，晶體管VT、電容C3、C4組成如圖2-5所示。壓電陶瓷片將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，微弱的電信號(hào)經(jīng)C4濾波后導(dǎo)入由三極管VT組成的共射放大器進(jìn)行放大，放大后的電信號(hào)經(jīng)C3隔直后輸出。圖2-5聲光處理電路聲控電路參數(shù)計(jì)算:一般情況下，人正常說(shuō)話的聲音的幅度約為50分貝，經(jīng)壓電陶瓷片轉(zhuǎn)化為電信號(hào)有效值約為UBM≈40mV，要使產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后電壓根本上在5V左右,放大倍為:〔2-1〕放大倍數(shù)有125倍的三極管有9011、9013、9014、9015等。這些都是較為常見(jiàn)的三極管，任意一種都可以用于這次設(shè)計(jì)，我選用9014型三極管，9014參數(shù)如表2-1所示。表2-19014參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)典型值單位集電極耗散功率Pcm300mW集電極最大電流Icm100mA電流放大系數(shù)β60～300特征頻率fT150MHz根據(jù)三極管放大公式：〔2-2〕由于9014允許最大電流Icm為100mA所以：〔2-3〕根據(jù)歐姆定律：〔2-4〕所以：〔2-5〕由于聲音信號(hào)電流的疊加選擇電阻R4為150。電阻R4的功率：〔2-6〕要保證三極管輸出電壓在5V左右，那么Uce電壓就應(yīng)當(dāng)為5V左右。所以UR3電壓為7V左右。又由于Icm為100mA，同樣根據(jù)歐姆定律得到R3>70,要盡量使Ic小些，所以選擇R3為3.9。所以三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)為：〔2-7〕〔2-8〕〔2-9〕電阻R3的功率：〔2-10〕由于R5是為BM提供一個(gè)偏置電壓所以選擇阻值為3.9的電阻，C2、C3都是起隔直作用一般選擇電容值為33的電容，R8為三極管后的負(fù)載電阻阻值為8。光控制電路光控制電路設(shè)計(jì)如圖2-5所示，電路由電阻R2和RG串聯(lián)進(jìn)行分壓來(lái)提取光信號(hào)。它的核心元件為光敏電阻，光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換，光敏電阻參數(shù)如表2-2所示。表2-2光敏電阻參數(shù)型號(hào)最大電壓〔VDC〕最大功耗〔mw〕環(huán)境溫度光譜峰值(nm)亮電阻〔K〕暗電阻〔M〕MJ20516250500-30～+7056051R2阻值計(jì)算：〔2-11〕〔2-12〕根據(jù)計(jì)算，R2的阻值為1.2。白天光較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值較低〔約為5〕，這時(shí)它和R2〔1.2)的阻值相比擬，R2遠(yuǎn)大于RG，RG上分的電壓根本上為0V，此時(shí)a點(diǎn)輸出電壓為0V〔低電平〕。晚上光線較暗時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大〔約為1〕，R2、RG串聯(lián)對(duì)12V電壓進(jìn)行分壓，此時(shí)a點(diǎn)輸出電壓為5V〔高電位〕。只有在晚上且有聲音時(shí)燈才會(huì)亮，其他情況下燈泡都不會(huì)亮。2.3燈光控制電路設(shè)計(jì)控制電路主要是由控制芯片74LS00，延時(shí)電路，繼電器組成如圖2-6所示。圖2-6控制電路電路器件選擇1．四—二輸入與非門74LS00主控芯片74LS00外形如圖2-7所示，它是采用晶體管制造工藝在硅晶片上生產(chǎn)四個(gè)各自獨(dú)立的二輸入與非門電路如圖2-8所示，然后采用DIP-14標(biāo)準(zhǔn)封裝而成的雙列14腳直插式結(jié)構(gòu)。邏輯關(guān)系為：圖2-774LS00外形圖2-874LS00內(nèi)部排列2．繼電器繼電器功能是用較小的電流和較低的電壓去控制較大電流和較高電壓的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)〞。電磁繼電器一般由電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點(diǎn)等組成，電路如圖2-9所示。圖2-9繼電器結(jié)構(gòu)其工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩局部構(gòu)成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)〔常開(kāi)觸點(diǎn)〕吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)〔常閉觸點(diǎn)〕釋放。這樣吸合、釋放，從而到達(dá)了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。延時(shí)電路設(shè)計(jì)聲光處理電路的光信號(hào)和聲音信號(hào)由a、b端口輸入，經(jīng)過(guò)兩次與非門后由8號(hào)引腳輸出并提供應(yīng)延時(shí)電路C5和R7。延時(shí)電路由C5和R7組成，它是利用電容充放電的原理工作的如圖2-10所示。圖2-10延時(shí)電路電路當(dāng)電容C5已有電壓U0時(shí)，且二極管無(wú)正偏截止時(shí)，電容器立即對(duì)電阻R7驚醒放電，放電開(kāi)始時(shí)的電流為U0/R。放電電流的實(shí)際方向與充電時(shí)相反，放電時(shí)的電流與電容電壓隨時(shí)間均按指數(shù)規(guī)律衰減為零，電流與電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:〔2-13〕〔2-14〕公式〔2-14〕中為電容器的初始電壓。放電時(shí)和的變化曲線如圖2-11所示。圖2-11電容放電曲線RC電路的時(shí)間常數(shù)用表示，，的大小決定了電路充放電時(shí)間的快慢。對(duì)于充電而言，時(shí)間常數(shù)時(shí)電容電壓從零增長(zhǎng)到63.2%U0所需要的時(shí)間；對(duì)放電而言，是電容電壓從下降到36.8%所需的時(shí)間。R7的阻值為250K，C2為100那么有:〔2-15〕所以電路延遲時(shí)間為25s。R6為74LS00保護(hù)電阻，選擇阻值為1KΩ。2.4電源電路設(shè)計(jì)電源局部是整個(gè)電路的重要組成局部是為整個(gè)電路提供能量的源泉，它相當(dāng)于人類的心臟，如果沒(méi)有電源局部那么整個(gè)電路將無(wú)法工作。電源電路一般是由整流、降壓、濾波、穩(wěn)壓電路組成。整流電路整流電路的作用就是將交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電，整流電路分為單相半波整流電路、單相全波整流電路、單相橋式整流電路。1．單相半波整流單相半波整流電路如圖2-12所示，工作原理是市電經(jīng)過(guò)變壓器變成低電壓再經(jīng)過(guò)VD整流，假設(shè)U2的正半周期間二次繞組電壓瞬時(shí)極性上端a為正，下端b為負(fù)，二極管VD正偏通，二極管和負(fù)載上有電流通過(guò)，那么U0=U2。在負(fù)半周期間，二極管的瞬時(shí)極性上端a為負(fù)，下端b為正，VD反偏截止，RL上電壓UD=U2，RL上無(wú)電壓，所以該電路只利用了電源電壓U2的半個(gè)周期，電源利用率不高。整形前后波形如圖2-13所示。圖2-12半波整流電路圖2-13整形前后波形2．單相全波整流單相全波整流電路如圖2-14所示，設(shè)電源電壓二次繞組電壓U2正半周時(shí)瞬時(shí)極性上端為正，下端為負(fù)。二極管VD1正偏導(dǎo)通，VD2反偏截止。負(fù)載電流途徑為a→VD1→RL→c。在U2的負(fù)半周時(shí)瞬時(shí)極性上負(fù)下正，二極管VD1反偏截止，VD2正偏導(dǎo)通。負(fù)載電流途徑為b→VD2→RL→c。整流電路中VD1和VD2輪流導(dǎo)通，所以在交流電的整個(gè)周期內(nèi)都有電壓輸出，提高了電源的利用率,整形前后電路圖如圖2-15所示。圖2-14全波整流電路圖2-15整形前后波形3．單相橋式整流單相橋式整流電路如圖2-16所示，設(shè)電源變壓器二次繞住電壓U2正半周時(shí)瞬時(shí)極性上端a為正，下端b為負(fù)。二極管VD1、VD4正偏導(dǎo)通，VD2、VD3反偏截止。導(dǎo)電回路為a→VD1→RL→VD4→b，負(fù)載上電壓極性為上正下負(fù)。負(fù)半周時(shí)U2瞬時(shí)極性a端為負(fù)，b端為正，二極管VD1、VD4反偏截止，VD2、VD3正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通電路為b→VD2→RL→VD3→a，負(fù)載上電壓極性同樣為上正下負(fù)，這樣在交流電的整個(gè)周期內(nèi)都有電壓輸出，提高了電源的利用率。整流后波形圖如圖2-17所示。圖2-16橋式整流電路圖2-17整形前后波形由于單相半波整流電路負(fù)半周能量都消耗在了二極管上對(duì)電源的利用率較低；單相全波整流電路要用到中心抽頭的變壓器，因而電路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜；單相橋式整流電路對(duì)電源的利用率大且電路簡(jiǎn)單工作穩(wěn)定，因而本設(shè)計(jì)選擇單相橋式整流電路。濾波電路經(jīng)過(guò)整形的交流電變成了脈動(dòng)的直流電，含有較大的脈動(dòng)成分，這種直流電只能用在對(duì)于輸出電壓平滑程度要求不高的電子設(shè)備中。如果用在要求交高的電子設(shè)備中時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重的干擾。因此電路整流后一般都要加濾波電路，濾波電路一般有電容濾波電路、電感電容濾波電路、形濾波電路。1．電容濾波電容濾波電路如圖2-18所示。設(shè)濾波電容C初始電壓值為零，當(dāng)U2由零逐漸上升，在t0～t1期間二極管VD正向?qū)?，電流分成兩路，一路流?jīng)負(fù)載RL，另一路對(duì)電容進(jìn)行充電。設(shè)r為二極管導(dǎo)通的正向電阻及變壓器二次繞組的電阻之和，充電時(shí)間常數(shù)為τrc=〔r∥RL〕C，r很小，一般RL遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于r，所以，τrc≈rC很小。電容器兩端電壓Uc到達(dá)U2的峰值U2。由于二極管的陽(yáng)極電位是隨U2的變化，而陰極電位是隨Uc變化的，t1時(shí)刻，U2=Uc=U2，因此二極管零偏截止。電容C開(kāi)始向負(fù)載RL放電，放電時(shí)間常數(shù)τRc=RLC，由于RL遠(yuǎn)大于τRC，因此放電過(guò)程緩慢即UC下降緩慢，而二極管陽(yáng)極電位卻隨輸入電壓U2的迅速下降，導(dǎo)致二極管在某一段時(shí)間截止?fàn)顟B(tài)，以后輸入電壓自正半周向正半周上升，直到t2時(shí)刻，二極管電位開(kāi)始大于陰極電位，VD開(kāi)始導(dǎo)通，并向電容C迅速充電，在t2～t3期間，U0波形按圖2-19所示變化。到t3時(shí)刻，Uc=U2，二極管有截止，使得電容有對(duì)負(fù)載RL放電。圖2-18電容濾波電路圖圖2-19濾波前后波形2．電感電容濾波電感電容濾波電路如圖2-20所示，工作頻率越高、電感量越大，濾波效率越高。Lc濾波電路適用與電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，尤其適合高頻整流，負(fù)載變化較大且對(duì)輸出電壓的脈動(dòng)程度要求不太高的場(chǎng)合。圖2-20電感電容電路3．RC-π形濾波形濾波電路如圖2-21所示。它是利用電阻和電容對(duì)輸入回路整形后的電壓的交直流分量的不同分壓作用來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波的作用的。電阻R對(duì)交直流分量均有同樣的分壓作用，但是因?yàn)殡娙軨2的交流阻抗很小，這樣電阻R與C2及RL配合以后，使交流分量較多地降在電阻R兩端，而較少地降在負(fù)載RL上，從而起到濾波的作用，R越大，C2越大，濾波效果越好。但R不能太大，R太大將使直流壓降增大，能量無(wú)謂地消耗在R上。圖2-21RC-π濾波電路由于這次的設(shè)計(jì)對(duì)電壓的脈動(dòng)程度交小且形濾波電容電感濾波的電路都沒(méi)有電容濾波的電路簡(jiǎn)單因而選擇電容濾波電路。電源電路工作原理根據(jù)前面整流和濾波的優(yōu)缺點(diǎn)和使用的場(chǎng)合最終確定電源電路如圖2-22所示。二極管VD1～VD4將市電轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)的直流電，再經(jīng)過(guò)R1降壓和電容C1濾波得到直流電，然后通過(guò)穩(wěn)壓二極管VD5得到一個(gè)電壓穩(wěn)定在12V的直流電。U0U0圖2-22電源電路電源電路參數(shù)：由于后級(jí)的負(fù)載電阻RL大約為4,R1的作用主要是起到對(duì)穩(wěn)壓管VD5的保護(hù)作用，R1的阻值取1得到二極管中的電流ID：〔2-16〕最大電流IF：〔2-17〕濾波后輸出電壓U0:〔2-18〕二極管承受的最高反向電壓：〔2-19〕橋式整流電路中的二極管選用最大反向工作電壓為1000V，額定工作電流為1A的硅整流二極管1N4007。由濾波電容選取公式的：〔2-20〕電容耐壓值：〔2-21〕取標(biāo)稱值為400V，電容量為4.7的電容，選擇12V的穩(wěn)壓二極管。2.5整機(jī)電路總結(jié)前面的單元電路設(shè)計(jì)可以得到如圖2-23所示的整機(jī)電路圖。圖2-23整機(jī)電路原理圖工作原理：電陶瓷片BM將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)過(guò)C4隔直耦合后送到VT進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)C3隔直后送入74LS00的13腳，光敏電阻和R2分壓后將光信號(hào)送入12腳。有聲有光時(shí)：74LS00的13號(hào)引腳為高電平12號(hào)引腳為低電平，經(jīng)過(guò)兩次與非后由8腳輸出低電壓，低電壓再經(jīng)過(guò)兩次與非后仍然為低電壓。因而3號(hào)引腳輸出的為電壓為低電壓不能驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)關(guān)閉合，燈泡不亮。有聲無(wú)光時(shí)：74LS00的13號(hào)引腳和12號(hào)引腳都為高電平，經(jīng)過(guò)兩次與非后由8腳輸出高電位。因而3號(hào)引腳輸出的電壓電壓為高電壓驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)關(guān)閉合，燈泡亮，由于RC電路的延時(shí)作用使3腳持續(xù)輸出高電壓，起到延時(shí)的作用。無(wú)聲無(wú)光時(shí)：74LS00的13號(hào)引腳為低電平12號(hào)引腳為高電平，經(jīng)過(guò)兩次與非后由8腳輸出低電壓，低電壓再經(jīng)過(guò)兩次與非后仍然為低電壓。因而3號(hào)引腳輸出的為電壓為低電壓不能驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)關(guān)閉合，燈泡不亮。無(wú)聲有光時(shí)：74LS00的13號(hào)引腳為低電平12號(hào)引腳為低電平，經(jīng)過(guò)兩次與非后由8腳輸出低電壓，低電壓再經(jīng)過(guò)兩次與非后仍然為低電壓。因而3號(hào)引腳輸出的為電壓為低電壓不能驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)關(guān)閉合，燈泡不亮。第3章電路仿真3.1軟件介紹NIMultisim軟件是一個(gè)專門用于電子電路仿真與設(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，NIMultisim是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。NIMultisim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(wèn)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(lái)，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。NIMultisim軟件絕對(duì)是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。直觀的圖形界面，整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來(lái)，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的；豐富的元器件提供了世界主流元件提供商的超過(guò)17000多種元件，同時(shí)能方便的對(duì)元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)立模型等功能，創(chuàng)立自己的元器件。強(qiáng)大的仿真能力以SPICE3F5和Xspice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通過(guò)Electronicworkbench帶有的增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進(jìn)行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向?qū)У裙δ?。它們利用仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，分析范圍很廣，從根本的到極端的到不常見(jiàn)的都有，并可以將一個(gè)分析作為另一個(gè)分析的一局部的自動(dòng)執(zhí)行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)和測(cè)試設(shè)計(jì)，具有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的交互式測(cè)量和分析功能；獨(dú)特的射頻(RF)模塊提供根本射頻電路的設(shè)計(jì)、分析和仿真。射頻模塊由RF-specific〔射頻特殊元件，包括自定義的RFSPICE模型〕、用于創(chuàng)立用戶自定義的RF模型的模型生成器、兩個(gè)RF-specific儀器〔SpectrumAnalyzer頻譜分析儀和NetworkAnalyzer網(wǎng)絡(luò)分析儀〕、一些RF-specific分析〔電路特性、匹配網(wǎng)絡(luò)單元、噪聲系數(shù)〕等組成；強(qiáng)大的MCU模塊。支持4種類型的單片機(jī)芯片,支持對(duì)外部RAM、外部ROM、鍵盤和LCD等外圍設(shè)備的仿真，分別對(duì)4種類型芯片提供匯編和編譯支持；所建工程支持C代碼、匯編代碼以及16進(jìn)制代碼，并兼容第三方工具源代碼；包含設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行、查看和編輯內(nèi)部RAM、特殊功能存放器等高級(jí)調(diào)試功能。完善的后處理，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作類型包括算術(shù)運(yùn)算、三角運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)行、對(duì)數(shù)運(yùn)算、復(fù)合運(yùn)算、向量運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等；詳細(xì)的報(bào)告能夠呈現(xiàn)材料清單、元件詳細(xì)報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表、原理圖統(tǒng)計(jì)報(bào)告、多余門電路報(bào)告、模型數(shù)據(jù)報(bào)告、交叉報(bào)表7種報(bào)告；兼容性好的信息轉(zhuǎn)換，供了轉(zhuǎn)換原理圖和仿真數(shù)據(jù)到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線；輸出仿真結(jié)果到MathCAD、Excel或LabVIEW；輸出網(wǎng)絡(luò)表文件；向前和返回注；提供互聯(lián)網(wǎng)共享文件。3.2NIMultisim電路仿真根據(jù)整機(jī)電路圖繪制仿真電路圖，由于在NIMultisim軟件中并沒(méi)有傳感器類型的元器件，因而在這次的設(shè)計(jì)當(dāng)中就沒(méi)有壓電陶瓷片和光敏電阻這兩種元器件，所以這兩種元器件都要用其它元器件來(lái)替代。用一個(gè)電壓源和一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)代替壓電陶瓷片如圖3-1所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電壓源產(chǎn)生的電壓信號(hào)導(dǎo)人三極管，此時(shí)相當(dāng)于壓電陶瓷片在有聲狀態(tài)下將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)無(wú)電壓信號(hào)導(dǎo)人三極管，此時(shí)相當(dāng)于壓電陶瓷片在無(wú)聲的狀態(tài)下沒(méi)有產(chǎn)生電信號(hào)。圖3-1壓電陶瓷仿真用一個(gè)普通電阻和一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)代替光敏電阻如圖3-2所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)普通電阻短路，此時(shí)相當(dāng)于光敏電阻在有光狀態(tài)下的低電阻值；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)普通電阻導(dǎo)通，此時(shí)相當(dāng)于光敏電阻在無(wú)光狀態(tài)下的高阻值。圖3-2光敏電阻仿真繪制好仿真電路后翻開(kāi)電路仿真的電源開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電路圖中的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路在四種狀態(tài)下來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的功能。開(kāi)關(guān)K1、K2閉合，這時(shí)實(shí)現(xiàn)電路有聲有光時(shí)的電路功能，仿真情況如圖3-3所示；圖3-3有聲有光電路仿真圖開(kāi)關(guān)K1閉合K2斷開(kāi)，這時(shí)實(shí)現(xiàn)電路有聲無(wú)光時(shí)的電路功能，仿真情況如圖3-4所示；圖3-4有聲無(wú)光仿真圖開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)K2閉合，這時(shí)實(shí)現(xiàn)電路無(wú)聲有光時(shí)的電路功能，仿真情況如圖3-5所示；圖3-5無(wú)聲有光仿真圖開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)K2斷開(kāi)，這時(shí)實(shí)現(xiàn)電路無(wú)聲無(wú)光時(shí)的電路功能，仿真情況如圖如圖3-6所示。圖3-6無(wú)聲無(wú)光仿真圖第4章PCB板制作4.1軟件介紹PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國(guó)內(nèi)開(kāi)始使用，在國(guó)內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開(kāi)設(shè)了課程來(lái)學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使用PROTEL。Protel99SE共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)〔包含信號(hào)完整性分析〕、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號(hào)仿真、PLD設(shè)計(jì)。Protel99SE的功能：可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；強(qiáng)大的全局編輯功能；在原理圖中選擇一級(jí)器件，PCB中同樣的器件也將被選中；同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB，在翻開(kāi)的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò)；既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號(hào)〔由原理圖到PCB〕，也可以進(jìn)行反向注釋〔由PCB到原理圖〕，以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計(jì)上的一致性；滿足國(guó)際化設(shè)計(jì)要求〔包括國(guó)標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國(guó)標(biāo)庫(kù)〕；方便易用的數(shù)模混合仿真〔兼容SPICE3f5〕；支持用CUPL語(yǔ)言和原理圖設(shè)計(jì)PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件；PCB可設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層；強(qiáng)大的“規(guī)那么驅(qū)動(dòng)〞設(shè)計(jì)環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)那么檢查；智能覆銅功能，覆鈾可以自動(dòng)重鋪；提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版；放置漢字功能；可以輸入和輸出DXF、DWG格式文件，實(shí)現(xiàn)和AutoCAD等軟件的數(shù)據(jù)交換；智能封裝導(dǎo)航〔對(duì)于建立復(fù)雜的PGA、BGA封裝很有用〕；方便的打印預(yù)覽功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印結(jié)果；獨(dú)特的3D顯示可以在制板之前看到裝配事物的效果；強(qiáng)大的CAM處理使您輕松實(shí)現(xiàn)輸出光繪文件、材料清單、鉆孔文件、貼片機(jī)文件、測(cè)試點(diǎn)報(bào)告等；經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的傳輸線特性和仿真精確計(jì)算的算法，信號(hào)完整性分析直接從PCB啟動(dòng)；反射和串?dāng)_仿真的波形顯示結(jié)果與便利的測(cè)量工具相結(jié)合；專家導(dǎo)航幫您解決信號(hào)完整性問(wèn)題。4.2制作過(guò)程1．電路版設(shè)計(jì)的先期工作〔1〕利用原理圖設(shè)計(jì)工具繪制原理圖，電氣規(guī)那么檢查后生成對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)報(bào)表?！?〕手工更改網(wǎng)絡(luò)表，將一些原理圖和PCB封裝庫(kù)中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫(kù)中的一致，特別是二、三極管等。2．PCB的規(guī)劃PCB板的規(guī)劃主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小，在需要放置固定孔的地方放上適當(dāng)大小的焊盤。〔注意：在繪制電路版地邊框前，一定要將當(dāng)前層設(shè)置成KeepOut層，即禁止布線層〕3．載入網(wǎng)絡(luò)報(bào)表翻開(kāi)所有要用到的PCB庫(kù)文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)報(bào)表文件和修改零件封裝，在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)情況來(lái)修改或補(bǔ)充零件的封裝。當(dāng)然，可以直接在PCB內(nèi)人工生成網(wǎng)絡(luò)表，并且指定零件封裝。4．布置零件封裝的位置進(jìn)行自動(dòng)布局，運(yùn)行“Tools〞下面的“AutoPlace〞。用這個(gè)命令或手動(dòng)布線。手動(dòng)布線是用鼠標(biāo)選中一個(gè)元件，按住鼠標(biāo)左鍵不放，拖住這個(gè)元件到達(dá)目的地，放開(kāi)左鍵，將該元件固定。設(shè)計(jì)好后的PCB如圖4-1所示。圖4-1PCB板圖第5章實(shí)物制作5.1元器件檢測(cè)電阻的檢測(cè)：先打磨引腳再用萬(wàn)用表的檔位打到色環(huán)所表示的電阻值相近的地方，左手拿電阻右手拿表筆分別接兩引腳讀出電阻值并與色環(huán)表示的值是否相等，如果相差不大說(shuō)明這個(gè)電阻是完好的否那么電阻已壞。光敏電阻：先用手拿住兩只引腳，使其對(duì)著光，然后，用萬(wàn)用表測(cè)出值；再用握住使其背光，測(cè)出其值。如果數(shù)值與該器件型號(hào)標(biāo)識(shí)的差不多說(shuō)明是完好的反之為損壞。瓷片電容：先打磨引腳再左手拿電容右手用表筆接觸引腳，如果阻值為無(wú)窮大那么說(shuō)明是好的反之為損壞。電解電容器：先打磨引腳再左手拿電容右手拿表筆，黑表筆接電容的正極紅表筆接負(fù)極觀察指針的變化情況。如果電阻值是先小然后在慢慢的回到無(wú)窮大就說(shuō)明是好的反之是壞的，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)法識(shí)別時(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〕。但用這種方法有時(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。二極管測(cè)試：整流二極管、穩(wěn)壓二極管，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，假設(shè)是導(dǎo)通，且紅筆接正極，黑筆接負(fù)極，為截止，那么說(shuō)明二極管是正常的，假設(shè)不是那么說(shuō)明二極管是壞的。三極管測(cè)試：和所有元件一樣三極管也要打磨引腳，然后在進(jìn)行測(cè)試。用手拿住元件，用指針表來(lái)回測(cè)量六次，判斷出基極、是PNP型還是NPN型。假設(shè)紅筆不動(dòng)—PNP型；黑筆不動(dòng)—NPN型。如果是NPN型，用手捏住三支引腳，用表筆測(cè)試兩邊引腳，并交換表筆；假設(shè)指針偏轉(zhuǎn)較大，黑表筆接的是集電極，另一方那么是發(fā)射集。如果是PNP型，步驟與NPN型一樣，但當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)較大是，黑筆接的是發(fā)射極，另一方那么是集電極。5.2裝配焊接焊接前要先對(duì)元器件和PCB板焊接處進(jìn)行清洗，以保證焊接的質(zhì)量。焊接時(shí)要注意焊接的原那么：先從較低和較小的元器件進(jìn)行裝配和焊接，再對(duì)較大較高的元器件進(jìn)行裝配和焊接。焊接好后的焊點(diǎn)要保證是有光澤的、圓潤(rùn)的。如果焊點(diǎn)不是這樣，那么這個(gè)焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量不是很好或者是虛焊，這樣的焊點(diǎn)要進(jìn)行重新焊接。5.3調(diào)試裝配焊接完成后進(jìn)行調(diào)試是事關(guān)重要的。如果不進(jìn)行調(diào)試，那么電路有可能不能完成相應(yīng)的功能。測(cè)試過(guò)程：將制作通電檢測(cè)三極管是否工作在放大狀態(tài)，檢測(cè)光控部件是否工作正常，檢測(cè)繼電器是否工作正常。如果74LS00芯片的第四個(gè)與非門輸入端與電容C2連接處一直都為低電平那么三極管CE極被擊穿；如果74LS00芯片的第四個(gè)與非門輸入端與RG連接處一直都為低電平，那么光敏電阻被擊穿；如果燈泡亮的時(shí)間過(guò)短，那么延遲電容C4電容被擊穿或者電容發(fā)生漏電現(xiàn)象?？偨Y(jié)在這段時(shí)間里的設(shè)計(jì)中，我做的課題是“聲光控樓道燈控制系統(tǒng)〞。這是一種聲音和光照雙控制的照明燈，它可以用于樓梯，過(guò)道，庫(kù)房的場(chǎng)合。白天光照好，不管過(guò)路者發(fā)出多大聲音，都不會(huì)使燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測(cè)到有碎發(fā)聲音，就會(huì)自動(dòng)為行人照明，過(guò)一會(huì)兒后有自動(dòng)熄滅，節(jié)能節(jié)電。這次的聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)實(shí)踐將我們學(xué)到的只是應(yīng)用到了實(shí)踐，深化了對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)和模擬電子設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，使我們?cè)谠O(shè)計(jì)的實(shí)踐中獲得新知。學(xué)習(xí)了一年的理論知識(shí)和實(shí)踐操作，我不僅僅得到的是課本上的東西，更重要的是我通過(guò)自己的獨(dú)立動(dòng)手，老師和同學(xué)的耐心知道