樓道聲控?zé)粽n程設(shè)計(jì)

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)論文數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)論文 樓道聲光控制照明燈設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 鐘鐘 心心 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 王王 軍軍 專專 業(yè)：業(yè)：測控技術(shù)與儀器測控技術(shù)與儀器 班班 級：級：測測 控控 10421042 學(xué)學(xué) 號：號： 2323 設(shè)計(jì)時(shí)間：設(shè)計(jì)時(shí)間：20122012 年年 6 6 月月 1111 日日 至至 20122012 年年 7 7 月月 1 1 日日 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：新實(shí)驗(yàn)樓新實(shí)驗(yàn)樓 410410 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論.1 一、樓道聲控?zé)粢?、樓道聲控?zé)?.1 二、音頻放大器二、音頻放大器 .2 第二章第二章 系統(tǒng)方案認(rèn)證系統(tǒng)方案認(rèn)證.3

2、 一、樓道聲控?zé)粢?、樓道聲控?zé)?.3 二、音頻放大器二、音頻放大器 .4 第三章第三章 原理圖設(shè)計(jì)及仿真原理圖設(shè)計(jì)及仿真.6 一、樓道聲控?zé)粢?、樓道聲控?zé)?.6 二、音頻放大器二、音頻放大器.10 第第四四章章 硬硬件件電電路路的的安安裝裝調(diào)調(diào)試試 .12 4 41 1 電路的調(diào)試電路的調(diào)試 .12 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.14 第六章第六章 附頁附頁.15 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .15 附圖附圖.16 第一章第一章 緒論緒論 一、樓道聲控?zé)粢?、樓道聲控?zé)?光控電路有著廣泛的應(yīng)用。比如城市中的路燈或樓道照明等 一般都是由人工操作的,如果采用光控電路,根據(jù)光線的強(qiáng)弱來自 動開啟和關(guān)閉照明

3、燈,做到無人自動控制,可以減輕工人的勞動強(qiáng) 度,有效的節(jié)約能源。但光控電路有其缺陷,就是夜晚無光線的時(shí) 候,照明燈將一直工作著,這樣會造成資源的浪費(fèi),也會縮短照明 燈的壽命。 這時(shí)若在光控電路的基礎(chǔ)上添加一個(gè)聲控電路,使得照明電 路在無光線的時(shí)候,只受聲音的控制,當(dāng)有腳步聲或其它較強(qiáng)聲響 的時(shí)候,照明電路自動工作。當(dāng)聲音消失的時(shí)候,照明燈自動熄滅,這 就需要在光控電路和聲控電路聯(lián)合工作的條件下添加一個(gè)延時(shí)電 路,使照明燈點(diǎn)亮后,延時(shí)一定時(shí)間后自動熄滅。 聲控?zé)舻闹谱髂康氖峭ㄟ^聲控?zé)舻闹谱?，提高學(xué)習(xí)電路知 識的興趣，掌握元器件的測試方法，掌握自己制作印制電路板的 方法，鍛煉實(shí)際動手操作能力。 目

4、前許多聲控開關(guān)的平均使用壽命不長，主要是因?yàn)殡娐纷黝l 繁的開關(guān)，啟動電流非常大，導(dǎo)致功率元件可控硅由于過載而損 壞。本文中采用開關(guān)電壓過零保護(hù)技術(shù)，可消除白熾燈開啟瞬間 的大電流沖擊，有效地防止可控硅元件啟動時(shí)的電流過載，大大 地延長了開關(guān)的使用壽命，并且可以起到保護(hù)燈泡的作用。 本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是樓道聲控?zé)簦鶕?jù)模擬電子和數(shù)字電 子所學(xué)的知識自主設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)下以小組為單位組裝實(shí)物 并調(diào)試。如今，人們對聲控技術(shù)越來越熟悉。用聲音代替肢體動 作給人們帶來了很多的好處和便利。因此，越來越多的聲控設(shè)備 廣泛地應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中。 二、音頻放大器二、音頻放大器 各種便攜式的電子設(shè)備稱為了電子

5、設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨 勢。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂設(shè)備的 mp3 播放器，已 經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。陸續(xù)將要普及的還有 便攜式電視機(jī)，便攜式 dvd 等扽。所有這些便攜式的電子設(shè)備的 一個(gè)共同點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個(gè)音頻放大 器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的 使用壽命。就是在這種需求的背景下，d 類放大器別開發(fā)出來。 它的最大特點(diǎn)就是能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。 高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功 率的電子設(shè)備中也需要。因?yàn)?，功率越大，效率也就越重要。?隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和

6、更高檔的家庭影 院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦 的音頻功率。這時(shí)，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的 關(guān)鍵部件。 音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音 頻信號，信號音量和功率級都要理想如實(shí)、有效且失真低。 音頻范圍為約 20hz20khz，因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好 的頻率響應(yīng)。根據(jù)應(yīng)用的不同，功率大小差異很大，從耳機(jī)的毫 瓦級到 tv 或 pc 音頻的數(shù)瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車音 響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上， 大到能滿足整個(gè)電影院或禮堂的聲音要求。 第二章第二章 系統(tǒng)方案認(rèn)證系統(tǒng)方案認(rèn)證 一、樓道聲控?zé)粢?/p>

7、、樓道聲控?zé)?電路由聲控電路、光控電路及放大電路、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路組 成，下面對其功能進(jìn)行逐一分析并確定電路結(jié)構(gòu)。 光控電路是根據(jù)光線的強(qiáng)弱來優(yōu)先決定電燈的亮滅。聲音信 號由駐極體話筒 bm 接收，經(jīng)過反比放大，放大的信號送到 ne555 定時(shí)器的 2,6 腳。該電路可以對聲控延時(shí)電路進(jìn)行控制， 在白天光線較強(qiáng)時(shí)，該電路在光控電路的作用下，處于關(guān)閉狀態(tài)， 對任何聲音信號都不響應(yīng)，在晚上光線較弱時(shí)，光控電路將該電 路的功能打開，使得該電路能根據(jù)外界聲音信號做出相應(yīng)的響應(yīng)。 ne555 定時(shí)器的輸出去控制 74hc123 聲控延時(shí)電路。該電路主 要在光線較弱時(shí)起作用。這主要是通過光控電路的輸出來控制

8、的。 準(zhǔn)確說我們說的的聲控?zé)魬?yīng)該全名為-聲光控?zé)簟Ｒ驗(yàn)楹凸?線也有關(guān)系。白天 你放鞭炮它都不會亮。 光控電子開關(guān)，它的“開”和“關(guān)”是靠可控硅的導(dǎo)通和阻 斷來實(shí)現(xiàn)的，而可控硅的導(dǎo)通和阻斷又是受自然光的亮度（或人 為亮度）的大小所控制的。該裝置適合作為街道、宿舍走廊或其 它公共場所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。 2 21 1 設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)設(shè)計(jì)的目的和任務(wù) 1鞏固加深對模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識的理 解，提高綜合利用所學(xué)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題，解 決問題的能力。 2通過查找資料、選方案、設(shè)計(jì)電路、仿真和調(diào)試、寫報(bào) 告等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，熟悉設(shè)計(jì)過程、步驟。為今后從事電

9、子線路的 設(shè)計(jì)，研制電子產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。 3設(shè)計(jì)模擬和數(shù)字混合電路，實(shí)現(xiàn)特定功能，學(xué)習(xí)這一技 能，積累這一方面的經(jīng)驗(yàn)。 2 22 2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 1設(shè)計(jì)辦公大樓、寫字樓或居民住宅樓內(nèi)應(yīng)用的聲控?zé)簟?2在白天 c 亮度較高的時(shí)候，即樓道內(nèi)光線充足時(shí)此開關(guān)關(guān)閉， 燈熄滅。 3夜晚樓道內(nèi)光線很暗時(shí)，若樓道內(nèi)充分安靜，此燈不啟動。 4若在光線很暗的樓道內(nèi)，有人發(fā)出聲響，此燈會自動開啟發(fā) 亮。 二、音頻放大器二、音頻放大器 2.32.3 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 確定各級的增益分配 放大倍數(shù) vs. db 數(shù) 0db：一般將信號電平（0db）即 0.775v 作為衡量放大器靈敏度的參考標(biāo)準(zhǔn)。 5mv 的 d

10、b 數(shù)為： db44)775. 0/005 . 0 lg(20 。 因?yàn)椴捎玫募尚酒?lm386，其輸出功率為 20w，則負(fù)載上 的電壓 ：為 vrpu lol 13 6 . 12 又話筒輸入為 5mv，則整個(gè)電路的增益為 20lg（13/0.005） =68db?？紤]到音調(diào)級必要的衰減，增益為2db 左右。所以取 整個(gè)電路的增益為 70db。則各級的增益如下： * 功放級：26db（廠家給定的） * 音調(diào)控制級：-2db。 * 前置放大級：44db。 前置放大 級 功率放大 級 自制穩(wěn)壓電源 負(fù)載 圖 2-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 第三章第三章 原理圖原理圖設(shè)計(jì)及仿真設(shè)計(jì)及仿真 一、樓道聲控?zé)粢弧?/p>

11、樓道聲控?zé)?3 31 1 電路原理圖電路原理圖 見附頁 圖 61 3 32 2 元器件清單元器件清單 ne555 一個(gè) 74hc123 一塊 lm358 一個(gè) 駐極體話筒一個(gè) 電阻：330/1;1k/2;4.7k/5;10k/1;150k/1 電容：5v 47uf 一個(gè)；5v 10uf 兩個(gè)； 光敏電阻；發(fā)光二極管 led 一個(gè)； 3 33 3 元器件簡介元器件簡介 3.3.1 ne555 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理 圖 31 ne555 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 555 定時(shí)器由 3 個(gè)阻值為 5k 的電阻組成的分壓器、兩個(gè) 電壓比較器 c1 和 c2、基本 rs 觸發(fā)器、放電三極管 td 和緩沖反 相器 g4 組

12、成。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號。其中，1 腳為接 地端；2 腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6 腳為 高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4 腳為復(fù)位端，輸入 負(fù)脈沖（或使其電壓低于 0.7v）可使 555 定時(shí)器直接復(fù)位；5 腳 為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不 用時(shí)，經(jīng) 0.01uf 的電容接地，以防止引入干擾；7 腳為放電端， 555 定時(shí)器輸出低電平時(shí)，放電晶體管 td 導(dǎo)通，外接電容元件 通過 td 放電；3 腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓 1v 3v，輸出電流可達(dá) 200ma，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、 指示燈等；8 腳為電源端，可

13、在 5v18v 范圍內(nèi)使用。 555 定時(shí)器工作時(shí)過程分析如下： 5 腳經(jīng) 0.01uf 電容接地，比較器 c1 和 c2 的比較電壓為： ur1=2/3vcc、ur2=1/3vcc。 當(dāng) vi12/3vcc，vi21/3vcc 時(shí)，比較器 c1 輸出低電平， 比較器 c2 輸出高電平，基本 rs 觸發(fā)器置 0，g3 輸出高電平，放 電三極管 td 導(dǎo)通，定時(shí)器輸出低電平。 當(dāng) vi12/3vcc，vi21/3vcc 時(shí)，比較器 c1 輸出高電平， 比較器 c2 輸出高電平，基本 rs 觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555 定 時(shí)器輸出狀態(tài)保持不來。 當(dāng) vi12/3vcc，vi21/3vcc 時(shí)，比

14、較器 c1 輸出低電平， 比較器 c2 輸出低電平，基本 rs 觸發(fā)器兩端都被置 1，g3 輸出低 電平，放電三極管 td 截止，定時(shí)器輸出高電平。 當(dāng) vi12/3vcc，vi21/3vcc 時(shí)，比較器 c1 輸出高電平， 比較器 c2 輸出低電平，基本 rs 觸發(fā)器置 1，g3 輸出低電平，放 電三極管 td 截止，定時(shí)器輸出高電平。 ne555 引腳圖: 圖 32 ne555 引腳圖 3.3.2 74hc123 引腳圖及功能 圖 33 sm74hc123 引腳圖 74hc123 是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其 rxcx (7,15) 和 cx 端 (6,14) 接定時(shí)的電阻和電容, 即決定觸發(fā)后 q

15、 端產(chǎn)生的單脈沖 寬度. rbar (3,11) 是低電平復(fù)零, 不作復(fù)零時(shí)為高電平。abar (1,9) 是下降沿觸發(fā)輸入端, 通過 abar 用負(fù)脈沖觸發(fā), 不用時(shí) 保持高電平. b (2,10) 是上升沿觸發(fā)輸入端, 通過 b 用正脈沖 觸發(fā), 不用時(shí)置低.。q (5,13) 與 qbar (4,12) 分別輸出正負(fù) 定時(shí)單脈沖。 器件中單穩(wěn)觸發(fā)器作用是不管觸發(fā)信號持續(xù)多長時(shí)間，只固 定維持外圍阻容給定的一段時(shí)間就恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)，外圍電阻電 容決定單穩(wěn)時(shí)間，因?yàn)橛|發(fā)是由邊緣觸發(fā)，上升或下降沿。可再 觸發(fā)單穩(wěn)不同之處是前次觸發(fā)后的單穩(wěn)沒有恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)而又 有觸發(fā)信號時(shí)，可再觸發(fā)單穩(wěn)將在觸

16、發(fā)邊緣開始繼續(xù)維持阻容給 定的單穩(wěn)時(shí)間，而單穩(wěn)是不理會在翻轉(zhuǎn)后的觸發(fā)信號的。此芯片 也可做多諧振蕩器用。 3.3.3 光敏電阻結(jié)構(gòu)圖及原理 圖 34 光敏結(jié)構(gòu)圖 光敏電阻器是利用半導(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量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換 （將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化） 。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏 電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光 線（可見光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗 阻）可達(dá) 110m 歐,在強(qiáng)光條件（100lx）下，它阻值（亮阻）僅 有幾百至數(shù)千歐姆。光敏

17、電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與 人眼對可見光（0.40.76）m 的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受 的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈 泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡化。 3.3.4 運(yùn)放 lm358 圖 36 運(yùn)放 lm358 結(jié)構(gòu)圖 lm358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)?雙運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適 用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源 電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其 他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。 二、音頻放大器二、音頻放大器 3 3. .4 4

18、電電路路原原理理圖圖 見附錄圖 6-2 3 3. .5 5 元元器器件件清清單單 實(shí)驗(yàn)電路板： 1 塊 電阻 8 個(gè) 電容 5 個(gè) 揚(yáng)聲器 1 個(gè) 麥克 1 個(gè) 滑動變阻器 1 個(gè) 三極管 2 個(gè) 電位器 2 個(gè) 3 3. .6 6 元元器器件件簡簡介介 3.5.1 三極管性能的簡易測量 (1) 用萬用表電阻檔測iceo和 基極開路，萬用表黑表筆接 npn 管的集電極 c、紅表筆接發(fā) 射極 e(pnp 管相反)，此時(shí) c、e 間電阻值大則表明iceo小，電阻 值小則表明iceo大。 用手指代替基極電阻rb，用上法測 c、e 間電阻，若阻值比 基極開路時(shí)小得多則表明 值大。 (2) 用萬用表 h

19、fe 檔測 有的萬用表有 hfe 檔，按表上規(guī)定的極型插入三極管即可測 得電流放大系數(shù) ，若 很小或?yàn)榱?，表明三極管己損壞，可 用電阻檔分別測兩個(gè) pn 結(jié)，確認(rèn)是否有擊穿或斷路。 3.5.2 前置放大極 采用共射極放大電路構(gòu)成前置年放大極，三極管最基本的作 用是放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強(qiáng)度的信號，當(dāng) 然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號 的能量罷了。三極管有一個(gè)重要參數(shù)就是電流放大系數(shù) b。當(dāng)三 極管的基極上加一個(gè)微小的電流時(shí)，在集電極上可以得到一個(gè)是 注入電流 b 倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流 的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集

20、電極電流很 大的變化，這就是三極管的放大作用。 第第四四章章 硬硬件件電電路路的的安安裝裝調(diào)調(diào)試試 4 41 1 電路的調(diào)試電路的調(diào)試 在進(jìn)行硬件安裝的過程中，我們遇到了很多的問題。第一次 使用電路板，對它內(nèi)部的連接并不熟悉，從而出現(xiàn)了很多的錯(cuò)誤。 首先是安裝元件，把他們的位置擺放好。兩兩之間的關(guān)系在 電路板上有一個(gè)好的體現(xiàn)，使人一目了然，而且要達(dá)到美觀和線 路連接簡易，盡量用到最少的線，是它看起來不亂。 然后要做的就是分析電路圖，在電路板上配線，用到的工具 有各種鉗子，鑷子等。焊接，一般常用焊錫做焊料。它具有較好 的流動性和附著性。在一定溫度、濕度及振動沖擊下有足夠的機(jī) 械強(qiáng)度。而且具有耐腐

21、蝕性，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 焊劑：作用是除去油污，防止焊件受熱氧化，增強(qiáng)焊錫的流 動性。 常用的電烙鐵有外熱式、內(nèi)熱式和速熱式三種。一般功率不 能過大，若選用的功率過大，不易掌握火候，很容易使元件過熱 而損壞。 先測量，作好記錄、清潔、掛錫焊接、最后在檢查測量。 焊接方法： 1、右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。 焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，及帶上一定 量焊錫。 2、將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。電烙鐵與水平面大約成 60 度角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處 停留的時(shí)間控制在 23 秒鐘。 3、抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動。待焊點(diǎn)處的錫冷卻凝 固后，才可松開左手。 4、用鑷子轉(zhuǎn)動引線，確認(rèn)不松動，然后可用偏口鉗剪去多 余的引線。 待線路連接好了之后，進(jìn)行調(diào)試。正確的現(xiàn)象是接通電源燈 亮一會熄滅，將光敏電阻遮住，拍一下手，燈亮，過幾秒之后燈 滅。但在我們的設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤：首先是線路有短路，沒 有測量好電路板的內(nèi)部連接，接地線沒有接到一起。 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 在這周的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中，我做的課題是“聲光控制 開關(guān)” 。這是一種聲音和光照雙控照明燈，它可以用于樓梯、過 道、庫房的場合。白天光照好，不管過路者發(fā)出多大聲音，都 不會是燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測到有碎發(fā) 聲響，就