聲光控制照明燈電路.doc

課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 電子0803班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：聲光控延時照明燈電路的設(shè)計初始條件：具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式有一定的了解；具備晶體管電路的基本設(shè)計及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實驗儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測；使用適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行仿真和制作PCB板圖。要求完成的主要任務(wù)： 1.采用晶體管設(shè)計電路完成一個簡易聲光控?zé)舻脑O(shè)計；2.利用仿真軟件Pspice或Multisim仿真電路，并學(xué)習(xí)PROTEL軟件，并用其繪制電路的原理圖和PCB圖，要求圖紙繪制清晰，布線合理，符合繪圖規(guī)范；4.完成課程設(shè)計報告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計總結(jié)）。時間安排：12011年6月10日分班集中，布置課程設(shè)計任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實施計劃與課程設(shè)計報告格式的要求；課設(shè)答疑事項。22011年6月10日 至2010年6月22日完成資料查閱、設(shè)計、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計報告撰寫。3. 2011年6月23日提交課程設(shè)計報告，進(jìn)行課程設(shè)計驗收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘 要IAbstractII1緒論12電路的工作原理與設(shè)計22.1光控控制部分22.2聲控控制部分22.3延時控制部分42.4總電路圖63電路仿真及PCB版圖的制作73.1電路仿真73.2 PCB版圖的制作83.3硬件調(diào)試94總結(jié)體會105參考文獻(xiàn)11附錄一 原件清單12武漢理工大學(xué)晶體管器件課程設(shè)計說明書摘 要本次課設(shè)采用Multisim10對簡易聲控?zé)綦娐愤M(jìn)行繪制電路圖及仿真工作以及protel進(jìn)行繪制電路圖制作PCB 板。主要介紹了聲控?zé)舻闹谱髟硪约癕ultisim10和protel的一些基本的操作和用法。電路分塊清晰，PCB板美觀、模塊清晰。經(jīng)仿真電路原理正確。達(dá)到任務(wù)要求。運用PROTEL軟件繪制最小系統(tǒng)原理圖及部分外圍擴(kuò)展，在使用該軟件當(dāng)中，學(xué)會創(chuàng)建設(shè)計文檔管理庫，加載元件庫，繪制電路圖，放置電源部件，修改元件參數(shù)，生成網(wǎng)絡(luò)表文件，同時還要將自己設(shè)計的電路原理圖生成PCB電路板圖等方法。在此基礎(chǔ)之上將自己設(shè)計的電路進(jìn)行仿真，并對其波形及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實驗原理大體如下：聲音信號經(jīng)Q1、Q4和倍壓整流電路（D1、D2、C4構(gòu)成）放大后，加到555的觸發(fā)端2腳，通過充電放電的過程達(dá)到延時的效果，從而通過555的3端口控制發(fā)光二極管的導(dǎo)通和截止。如果光線強，即使進(jìn)行聲控，照明燈電路也不工作。在日常生活中，節(jié)電節(jié)能。關(guān)鍵詞：Multisim，protel，聲控?zé)?，PCBAbstractThe class is located using simple voice-activated lights on Multisim10 draw circuit diagrams and circuit simulation work and to draw circuit diagrams produced protel PCB board. Introduces the principles of voice production of light and Multisim10 and protel some of the basic operation and usage. Clear the circuit block, PCB board appearance, the module definition. The simulation circuit is correct. Meet mission requirements. PROTEL software minimum system using the schematic drawing and some peripheral expansion in the use of the software, I learned to create the design document management library, load libraries, drawing schematics, place the power components, modify component parameters, generate a netlist file, but also their design of the circuit board PCB schematic diagram generation and other methods. On this basis, the design of their circuit simulation, and its waveforms and data analysis. Experimental works roughly as follows: the sound signal by Q1, Q4 and doubler rectifier circuit (D1, D2, C4 form) amplified, added to the trigger end of 2 555 feet, through charge and discharge process to achieve the effect of delay, thereby 555 3-port control of light-emitting diode turn-on and cut-off. If the light is strong, even if the voice, lighting circuit not working. In daily life, saving energy. Keywords: Multisim, protel, voice-activated lights, PCB12武漢理工大學(xué)晶體管器件課程設(shè)計說明書1緒論晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開關(guān)，和一般機(jī)械開關(guān)（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號來控制，而且開關(guān)速度可以非常之快，在實驗室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。晶體管，本名是半導(dǎo)體三極管，是內(nèi)部含有兩個PN結(jié)，外部通常為三個引出電極的半導(dǎo)體器件。它對電信號有放大和開關(guān)等作用，應(yīng)用十分廣泛。輸入級和輸出級都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管晶體管邏輯電路，書刊和實用中都簡稱為TTL電路，它屬于半導(dǎo)體集成電路的一種，其中用得最普遍的是TTL與非門。TTL與非門是將若干個晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上，封裝成一個獨立的元件.晶體管是半導(dǎo)體三極管中應(yīng)用最廣泛的器件之一，在電路中用“V”或“VT”（舊文字符號為“Q”、“GB”等）表示。 晶體管被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一，在重要性方面可以與印刷術(shù)，汽車和電話等的發(fā)明相提并論。晶體管實際上是所有現(xiàn)代電器的關(guān)鍵活動（active）元件。晶體管在當(dāng)今社會的重要性主要是因為晶體管可以使用高度自動化的過程進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的能力，因而可以不可思議地達(dá)到極低的單位成本。本實用新型涉及一種照明用燈，是一種由自然光控制其熄與亮的光控?zé)?。本實用新型是利用觸發(fā)元件、開關(guān)控制元件及對自然光敏感的光敏電阻組成開關(guān)控制線路，控制照明用燈的開關(guān)，該實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、容易調(diào)試、成本低等特點，適用于任何可用自然光控制熄、亮的環(huán)境，特別是公共場合，它可減少人工開關(guān)電燈的麻煩，也避免了忘記關(guān)燈而造成的用電浪費。2電路的工作原理與設(shè)計2.1光控控制部分電路如下圖2.1所示：圖2.1 光控控制電路圖光線強時，光敏電阻RL的阻值變小，R9、RL導(dǎo)通，555定時器的復(fù)位端4至于低電平；光線弱時，光敏電阻RL的阻值變大，R10導(dǎo)通，555定時器的復(fù)位端4至于高電平。光控控制電路對電路起總控制作用。2.2聲控控制部分電路圖如下圖2.2所示：圖2.2聲控控制部分MIC接收到足夠的聲強時，電路產(chǎn)生諧振并輸出一個微弱脈沖，從而將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信信號。MIC輸出信號是一個非常微弱的信號，為了后續(xù)電路能夠?qū)β晱娦盘栠M(jìn)行處理，必須加入信號放大電路。圖中所示信號放大電路是由電阻R1R4、T1、T2和C1C3構(gòu)成，電路中采用了雙三極管構(gòu)成的放大電路，這樣可以使電路的放大的倍數(shù)比單管當(dāng)打電路的倍數(shù)增加b 倍，從而得到適合的信號。R2和R3為放大電路的集電極偏置電阻，C1和C2為放大電路的濾波電容。R1和R4為放大電路的反饋電阻，它們的功能是保證放大電路有一個穩(wěn)定的靜態(tài)工作點和穩(wěn)定的輸出電壓，C3的作用是減小電路中加入反饋電阻對放大倍數(shù)的影響。電路中的延時控制電路一般采用電平信號觸發(fā)，因此有必要對放大的交流信號進(jìn)行整流。上圖中采用了由C4、D1和D2構(gòu)成的倍壓整流電路，倍壓整流電路不但能夠完成整流的任務(wù)，同時還可以將輸出電壓增大一倍，這樣當(dāng)MIC接受到了足夠大的勝強后，聲強信號處理電路通過放大和整流就輸出了一個高電平信號V。2.3延時控制部分延時電路的核心是555定時器，電路圖如下：圖2.3 延遲控制部分555集成電路的引腳圖和功能表如下圖2.4及表1所示，集成電路共有8個引腳，引腳1為接地端，引腳8為電源端，引腳2為觸發(fā)電平端，引腳3為輸出端，引腳4為清零端，引腳5為控制電平端，引腳6為閥值輸入端，引腳7為放電端。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短的狀態(tài)；同時它還具有儲存信號的功能，因此555集成電路的應(yīng)用十分廣泛。需注意是控制電平端CV01t,當(dāng)它接入任意電壓Vcv01t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）Vcv01t和Vcv01t。圖2.4 555定時器引腳圖表1 555定時器的功能表閥值輸入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(2/3)Vcc(1/3)Vcc10導(dǎo)通(1/3)Vcc1不變不變?nèi)鐖D2.3所示，延時控制電路包括兩部分：第一部分是由三極管構(gòu)成的觸發(fā)信號產(chǎn)生電路；第二部分是由555定時器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。首先，聲強信號處理電路的輸出信號V1接三極管T3的基極。因為MIC接收到了足夠大的聲強后，V1為高電平，則三極管T3飽和，使三極管T3的集電極和發(fā)射極之間的Vce約為0.3V,Vce接入555集成電路的TRIG端作為觸發(fā)電平。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(1/3)Vcc,Q=0,放電管導(dǎo)通。當(dāng)Vtrig=Vce=0.3V時，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，此時Q=1，放電管截止。同時直流電源通過可變電阻R6對電容C5充電，使得Vthr的值漸漸上升，當(dāng)Vthr的值大于（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，即C5的充電時間取決于可變電阻R6和電容C5的數(shù)值，其計算公式為（設(shè)可變電阻R6=1M）： t=Tw=(1.1R6*C5=1.1*1000000*50)/1000000=55S當(dāng)MIC持續(xù)接收到足夠大的聲強時，那麼V1一直為高電平，T3始終飽和導(dǎo)通，Vce持續(xù)為0.3V，這樣使T4始終導(dǎo)通，電容C5就可以T2進(jìn)行放電，電路將無法對電容C5進(jìn)行充電。這樣電路就一直處于暫穩(wěn)態(tài)，知道聲強信號消失，電路才能重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，從而可以滿足設(shè)計要求。2.4總電路圖綜上所述，總電路圖如下：圖2.5 總電路圖總結(jié)一下，其工作過程大體如下所示：光線強時，光敏電阻RL的阻值變小，R9、RL導(dǎo)通，555定時器的復(fù)位端4至于低電平；光線弱時，光敏電阻RL的阻值變大，R10導(dǎo)通，555定時器的復(fù)位端4至于高電平。MIC接收到足夠的聲強時產(chǎn)生諧振并輸出一個微弱脈沖，將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信信號，T1、T2和C1C3構(gòu)成，電路中采用了雙三極管構(gòu)成的放大電路，C4、D1和D2構(gòu)成的倍壓整流電路，輸出了一個高電平信號V。V作用在T3上時，T3飽和，E-C之間0.3v，使VTRIG(2/3) Vcc.使Q端輸出為1，照明燈亮。此時DIS截止，使C5充電，當(dāng)其兩端電壓大于（2/3）Vcc時，VTRIG(1/3)Vcc。使555定時器的輸出端為0，及使開關(guān)斷開（放電的過程）。當(dāng)VTRIG(1/3)Vcc，VTHR(2/3) Vcc，555定時器的3端保持，照明燈電路不亮，達(dá)到延時的功能。調(diào)節(jié)變阻器R6的大小可以改變照明電路的照明時間。當(dāng)在次給其一生源時，重復(fù)上述過程，則照明燈還會再次點亮。從而達(dá)到聲光雙控延時照明燈電路的目的。3電路仿真及PCB版圖的制作3.1電路仿真電路仿真是運用Multisim軟件來實現(xiàn)的，因軟件中找不到9013的三極管，因此用2N2222來代替，用Multisim畫原理圖要比ORCAD簡單的多，主要是ORCAD的原件太難找了，因此選擇Multisim來仿真，仿真原理圖如下：圖3.1 Multisim原理圖當(dāng)閉合開關(guān)前，輸入端是接地的，LED燈不發(fā)光。如下圖3.1：圖3.1 LED的初始狀態(tài)當(dāng)閉合開關(guān)，并立即斷開開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)LED燈發(fā)光了一段時間，隨后熄滅。如下圖所示：圖3.2 LED燈開始工作仿真的結(jié)果符合要求，仿真成功。3.2 PCB版圖的制作打開Protel 99SE，新建一個設(shè)計，輸入名稱*.ddb，然后點擊文件，新建一個Schematic Document文件，然后利用畫圖元件按照圖2.5連接，連接完成，如圖3.3所示。然后分別填寫各個元件的封裝號。圖3.3 protel連接圖然后點擊“工具”下的“電氣規(guī)則檢查”，檢驗自己的電路是否出錯。沒有錯會出現(xiàn)下面的顯示。圖3.4 電氣規(guī)則檢查結(jié)果然后點擊“設(shè)計”下面的“創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表”的選項，就可以生成網(wǎng)絡(luò)表，檢驗電路連接元件完整。然后新建一個PCB文檔，進(jìn)入后在“設(shè)計”下選擇“網(wǎng)絡(luò)表”選項，網(wǎng)絡(luò)表就載入了PCB，畫一個框，然后將元件放進(jìn)去并緊密合適，然后點擊“自動布線”下的“全部”選項，全部自動布線，完成如圖3.5所示的PCB版圖。圖3.5 PCB版圖3.3硬件調(diào)試按照原理圖連接好各原件，然后焊接完成即可，焊接完后會有話筒輸入端和電源端，電源端一端接電源，一段接地，剛開始用燈光照射，發(fā)現(xiàn)LED燈不亮，然后將光敏電阻遮住，結(jié)果LED燈發(fā)光了，接著測試聲控部分，對著話筒用手拍一下手掌，發(fā)現(xiàn)當(dāng)掌聲超過一定的響度時LED燈就會發(fā)光，并持續(xù)一段時間就熄滅，這與設(shè)計的內(nèi)容基本符合。4總結(jié)體會此次課程設(shè)計是有關(guān)晶體管器件的課程設(shè)計，再經(jīng)過了大量的查閱書籍，網(wǎng)絡(luò)資料后，我選擇了聲光控延時照明燈電路的設(shè)計這個題目，首先進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計，然后再Multisim上進(jìn)行繪制原理圖并仿真，然后對電路中的各個部分進(jìn)行調(diào)整修改，成功后我對它進(jìn)行了PCB版圖制作，按照設(shè)計的電路原理圖完成實物的連接，連接后在實驗室不斷地調(diào)試、修改，最后得到所需要的結(jié)果。此次晶體管器件的課程設(shè)計對我們的總體電路的設(shè)計的要求更嚴(yán)格，需要通過翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過的知識確立實驗總體的設(shè)計方案，然后進(jìn)行各模塊的設(shè)計，還有就是在仿真中總會有大大小小的問題導(dǎo)致得不到所要求的結(jié)果，因此需要我們不斷的變換參數(shù)，這兩周下來，我對三極管的原理及555定時器的工作過程有了更深的了解，也對Multisim和prote