聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

1、一、引言2二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2三、原理描述3四、元器件的選擇44.1 駐級(jí)話(huà)筒44.1.1駐級(jí)話(huà)筒的結(jié)構(gòu)44.1.2駐級(jí)話(huà)筒的接法54.1.3駐級(jí)話(huà)筒的輸出方式54.1.4駐極體話(huà)筒的特性參數(shù)64.1.5駐級(jí)話(huà)筒的極性判別64.1.6駐級(jí)話(huà)筒的特性參數(shù)74.2光敏電阻器84.2.1光敏電阻的檢測(cè)84.4 CD401194.5 555定時(shí)器104.5.1 555定時(shí)器的功能。10555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(shí)，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

2、 /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(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。104.5.2 555的引腳104.6發(fā)光二極管114.6.1LED芯片的發(fā)展114.7三極管11五、電路模塊135.1 聲光檢測(cè)模塊135.1.1聲音放大電路135.1.2光控制電路135.2邏輯門(mén)145.3 555延時(shí)環(huán)節(jié)145.4 被控制電路15六、PCB板的制作與調(diào)試156.1 pcb的繪

3、制156.2 pcb板的制作16七 課程設(shè)計(jì)總結(jié)16八、參考文獻(xiàn)17一、引言作為對(duì)過(guò)去一段時(shí)間學(xué)習(xí)傳感器的成功的檢驗(yàn) ，開(kāi)展了這次傳感器課程設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)共有六十個(gè)題目可供選擇，專(zhuān)業(yè)的每一位同學(xué)都會(huì)有一個(gè)題目，并且由自己獨(dú)立完成，題目最后由抽簽決定，我抽到的是聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)。聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)用非常廣泛，也是比較常見(jiàn)的一種開(kāi)關(guān)。樓梯口和走廊一般都會(huì)安置這樣的裝置，白天燈是不會(huì)亮的，只有等到晚上，而且有外界聲音的輸入才會(huì)使開(kāi)關(guān)打開(kāi)并控制燈亮。這種裝置需要的元器件不多，只要很少的模塊就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。但是，這種裝置作用卻非常大，而且可以節(jié)約用電，起到了對(duì)資源合理利用的作用。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)光接收被控

4、制電路555延時(shí)邏輯門(mén)聲音接收 圖1 聲光控開(kāi)關(guān)系統(tǒng)圖該系統(tǒng)流程為聲光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)流程圖，具體原理如下：系統(tǒng)受光照信號(hào)和聲音信號(hào)共同控制，只有兩者同時(shí)滿(mǎn)足條件才能使邏輯門(mén)輸出有用的信號(hào)，從而控制555輸出高電平并延時(shí)一段時(shí)間，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)被控制電路的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。三、原理描述  圖2 聲光控開(kāi)關(guān)原理圖聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)在白天呈關(guān)閉狀態(tài)，只有在晚上且存在聲響情況下（如人的腳步聲等）才開(kāi)啟，開(kāi)啟后延時(shí)一段時(shí)間后又能自動(dòng)關(guān)閉。這種開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于樓梯、走廊、公廁等公共場(chǎng)合作照明燈自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)。 聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)電路方框組成如圖1所示，包括聲音檢測(cè)、亮度檢測(cè)、判別電路、延時(shí)電路和被控制

5、電路等幾個(gè)主要部分。 其工作原理如下：白天時(shí)，光敏電阻阻值很小，約為1k歐，與光敏電阻R7串聯(lián)的分壓電阻是遠(yuǎn)大于R7的，因此光敏電阻輸出的是低電平，即4011的6輸入端輸入的為低電平。此時(shí)不管有沒(méi)有聲音輸入，4011輸出的都是高電平，由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器必須要有下降沿的輸入才能輸出一段脈沖，因此，白天時(shí)，不管有沒(méi)有聲音輸入，燈都不會(huì)亮。 在晚間，光線(xiàn)很暗，光敏電阻R7呈現(xiàn)較高的阻值，使與非門(mén)輸入端6腳變?yōu)楦唠娖健４藭r(shí)與非門(mén)的輸出狀態(tài)將由第5腳的電平控制，這為聲音的開(kāi)通創(chuàng)造了條件。在沒(méi)有聲音信號(hào)時(shí)，三極管Q1工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，故與非門(mén)的第5腳為低電平，555沒(méi)有下降沿的輸入，故

6、會(huì)輸出低電平，發(fā)光二極管仍然處于熄滅狀態(tài)。當(dāng)附近有人說(shuō)話(huà)或者走路等聲響時(shí)，駐級(jí)話(huà)筒mic拾取聲音信號(hào)，經(jīng)過(guò)C1送到Q1的基極，Q1將由飽和狀態(tài)進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)相當(dāng)于斷路故三極管的集電極輸出高電平。與非門(mén)的兩個(gè)輸入端都變?yōu)楦唠娖剑瑒t其輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，?55單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入端由高電平變?yōu)榈碗娖?，輸出端?huì)輸出一個(gè)單脈沖，脈沖時(shí)間和電阻R4和電容C3的大小有關(guān)。555輸出高電平會(huì)點(diǎn)亮發(fā)光二極管并使之延時(shí)一段時(shí)間。四、元器件的選擇根據(jù)電路圖，選擇合適的元器件，所選元器件如下表所示：名稱(chēng)編號(hào)規(guī)格名稱(chēng)編號(hào)規(guī)格電阻R110K光敏電阻R7電阻R220K駐級(jí)話(huà)筒MIC電阻R31M三極管Q19013電阻

7、R4100K發(fā)光二極管LED1綠光電阻R51K瓷片電容C10.1uF電阻R620K集成電路555與非門(mén)4011電解電容C3100uF4.1 駐級(jí)話(huà)筒駐極體話(huà)筒簡(jiǎn)稱(chēng)ECM，通稱(chēng)MIC（Microphone），是一種常用的能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的聲電轉(zhuǎn)換器件。它的突出特點(diǎn)是體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、壽命長(zhǎng)、頻響寬、靈敏度高，且價(jià)格也比較低廉。因而被廣泛應(yīng)用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線(xiàn)話(huà)筒及聲控開(kāi)關(guān)等電子電路中。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話(huà)筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話(huà)筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。4.1.1駐級(jí)話(huà)筒的結(jié)構(gòu)圖3駐級(jí)話(huà)筒結(jié)構(gòu)圖極體話(huà)筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻

8、抗變換兩部分組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開(kāi)。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容兩端的電場(chǎng)發(fā)生變化，從 而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc=1/2tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話(huà)筒內(nèi)接入一只結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。場(chǎng)效應(yīng)

9、管的特點(diǎn)是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場(chǎng)效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個(gè)極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再?gòu)?fù)合一只二極管的專(zhuān)用場(chǎng)效應(yīng)管。接二極管的目的是在場(chǎng)效應(yīng)管受強(qiáng)信號(hào)沖擊時(shí)起保護(hù)作用。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話(huà)筒的輸出線(xiàn)便有兩根。即源極S，一般用藍(lán)色塑線(xiàn)，漏極D，一般用紅色塑料線(xiàn)和連接金屬外殼的編織屏蔽線(xiàn)。4.1.2駐級(jí)話(huà)筒的接法駐極體話(huà)筒與電路的接法有兩種：源極輸出與漏極輸出。源極輸出類(lèi)似晶體三極管的射極輸出。需用三根引出線(xiàn)。漏極D接電源正極。源極S與地之間接一電阻Rs來(lái)提供源極電壓，信號(hào)由源極經(jīng)電容C輸出。編織線(xiàn)接地起屏蔽作用。源極輸出的輸出阻抗小于2k

10、，電路比較穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)范圍大。但輸出信號(hào)比漏極輸出小。漏極輸出類(lèi)似晶體三極管的共發(fā)射極放入。只需兩根引出線(xiàn)。漏極D與電源正極間接一漏極電阻RD，信號(hào)由漏極D經(jīng)電容C輸出。源極S與編織線(xiàn)一起接地。漏極輸出有電壓增益，因而話(huà)筒靈敏度比源極輸出時(shí)要高，但電路動(dòng)態(tài)范圍略小。Rs和RD的大小要根據(jù)電源電壓大小來(lái)決定。一般可在2251k間選用。例如電源電壓為6V時(shí)，Rs為47k，RD為2。2k。輸出電路中，若電源為正極接地時(shí)，只須將D、S對(duì)換一下，仍可成為源、漏極輸出。一聲控電路前置放大級(jí)中駐極體話(huà)筒的源極輸出和漏極輸出的兩種不同的接法，最后要說(shuō)明一點(diǎn)，不管是源極輸出或漏極輸出，駐極體話(huà)筒必須提供直流電壓才

11、能工作，因?yàn)樗鼉?nèi)部裝有場(chǎng)效應(yīng)管4.1.3駐級(jí)話(huà)筒的輸出方式機(jī)內(nèi)型駐極體話(huà)筒有四種連接方式，對(duì)應(yīng)的話(huà)筒引出端分為兩端式和三端式兩種， R是場(chǎng)效應(yīng)管的負(fù)載電阻，它的取值直接關(guān)系到話(huà)筒的直流偏置，對(duì)話(huà)筒的靈敏度等工作參數(shù)有較大的影響。1 二 端輸出方式是將場(chǎng)效應(yīng)管接成漏極輸出電路，類(lèi)似晶體三極管的共發(fā)射極放大電路。只需兩根引出線(xiàn)，漏極D與電源正極之間接一漏極電阻R，信號(hào)由漏極輸出有一 定的電壓增益，因而話(huà)筒的靈敏度比較高，但動(dòng)態(tài)范圍比較小。市售的駐極體話(huà)筒大多是這種方式連接。（SONY用在MD上的話(huà)筒也是這類(lèi)）三端 輸出方式是將場(chǎng)效應(yīng)管接成源極輸出方式，類(lèi)似晶體三極管的射極輸出電路，需要用

12、三根引線(xiàn)。漏極D接電源正極，源極S與地之間接一電阻R來(lái)提供源極電壓，信 號(hào)由源極經(jīng)電容C輸出。源極輸出的輸出阻抗小于2K，電路比較穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)范圍大，但輸出信號(hào)比漏極輸出小。三端輸出式話(huà)筒市場(chǎng)上比較少見(jiàn)。無(wú)論何種接法，駐極體話(huà)筒必須滿(mǎn)足一定的偏置條件才能正常工作。（實(shí)際上就是保證內(nèi)置場(chǎng)效應(yīng)管始終處于放大狀態(tài)）4.1.4駐極體話(huà)筒的特性參數(shù)工作電壓Uds 1.512V，常用的有1.5V，3V，4.5V三種工作電流Ids 0.11mA之間輸出阻抗 一般小于2K（歐姆）靈敏度 單位：伏/帕，國(guó)產(chǎn)的分為4檔，紅點(diǎn)（靈敏度最高）黃點(diǎn)，藍(lán)點(diǎn)，白點(diǎn)（靈敏度最低）頻率響應(yīng) 一般較為平坦指向性 全向等效噪聲級(jí) 小

13、于35分貝4.1.5駐級(jí)話(huà)筒的極性判別關(guān)于駐極體電容式話(huà)筒的檢測(cè)方法是：首先檢查引腳有無(wú)斷線(xiàn)情況，然后檢測(cè)駐極體電容式話(huà)筒圖4 駐級(jí)話(huà)筒體話(huà)筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。駐極體話(huà)筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。由聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和場(chǎng)效應(yīng)管兩部分組成。它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有三根引出線(xiàn)，漏極D接電源正極，源極S經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出；漏極輸出有兩根引出線(xiàn)，漏極D經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出，源極S直接接地。所以，在使用駐極體話(huà)筒之前首先要對(duì)其進(jìn)行極性的判別。在場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向電阻特性來(lái)

14、判別駐極體話(huà)筒的漏極D和源極S。將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對(duì)調(diào)兩表筆，比較兩次測(cè)量結(jié)果，阻值較小時(shí)，黑表筆接的是源極，紅表筆接的是漏極。在收錄機(jī)、電話(huà)機(jī)等電器中廣泛應(yīng)用的駐極體話(huà)筒，其靈敏度直接影響送話(huà)和錄放效果。這類(lèi)話(huà)筒靈敏度的高低可用萬(wàn)用表進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試。4.1.6駐級(jí)話(huà)筒的特性參數(shù)（1）工作電壓（UDS）。這是指駐極體話(huà)筒正常工作時(shí)，所必須施加在話(huà)筒兩端的最小直流工作電壓。該參數(shù)視型號(hào)不同而有所不同，即使是同一種型號(hào)也有較大的將模擬式萬(wàn)用表?yè)苤罵×100檔，兩表筆分別接話(huà)筒兩電極（注意不能錯(cuò)接到話(huà)筒的接地極），待萬(wàn)用表顯示一定讀數(shù)后，用嘴

15、對(duì)準(zhǔn)話(huà)筒輕輕吹氣（吹氣速度慢而均勻），邊吹氣邊觀察表針的擺動(dòng)幅度。吹氣瞬間表針擺動(dòng)幅度越大，話(huà)筒靈敏度就越高，送話(huà)、錄音效果就越好。若擺動(dòng)幅度不大（微動(dòng)）或根本不擺動(dòng)，說(shuō)明此話(huà)筒性能差，不宜應(yīng)用。對(duì)于三根引腳駐極體電容式話(huà)筒檢測(cè)方法同上，只是黑表棒接輸出引腳2腳，紅表棒接引腳3腳。駐極體話(huà)筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。高分子極化膜上生產(chǎn)時(shí)就注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒(méi)有放電回路，這個(gè)電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動(dòng)，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。我們知道電容上電荷的公式是Q=C·U，反之U=Q/

16、C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的升高，反之電容量增加時(shí)電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的降低。最后再通過(guò)阻抗非常高的場(chǎng)效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來(lái)，同時(shí)進(jìn)行放大，我們就可以得到和聲音對(duì)應(yīng)的電壓了。由于場(chǎng)效應(yīng)管是有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話(huà)筒都要加一個(gè)直流偏置才能工作。表征駐極體話(huà)筒各項(xiàng)性能指標(biāo)的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：離散性，通常廠家給出的典型值有1.5V、3V和4.5V這3種。（2）工作電流（IDS）。這是指駐極體話(huà)筒靜態(tài)時(shí)所通過(guò)的直流電流，它實(shí)際上就是內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的靜態(tài)電流。和工作電壓類(lèi)似，工

17、作電流的離散性也較大，通常在0.11mA。（3）最大工作電壓（UMDS）。這是指駐極體話(huà)筒內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管漏、源極兩端所能夠承受的最大直流電壓。超過(guò)該極限電壓時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管就會(huì)被擊穿損壞。（4）靈敏度。這是指話(huà)筒在一定的外部聲壓作用下所能產(chǎn)生音頻信號(hào)電壓的大小，其單位通常用mV/Pa（毫伏/帕）或dB（1dB=1000mV /Pa）。一般駐極體話(huà)筒的靈敏度多在0.510mV/Pa或-66-40dB范圍內(nèi)。話(huà)筒靈敏度越高，在相同大小的聲音下所輸出的音頻信號(hào)幅度也越大。（5）頻率響應(yīng)。也稱(chēng)頻率特性，是指話(huà)筒的靈敏度隨聲音頻率變化而變化的特性，常用曲線(xiàn)來(lái)表示。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)聲音頻率超出廠家給出的上、下限頻率

18、時(shí)，話(huà)筒的靈敏度會(huì)明顯下降。駐極體話(huà)筒的頻率響應(yīng)一般較為平坦，其普通產(chǎn)品頻率響應(yīng)較好（即靈敏度比較均衡）的范圍在100Hz10kHz，質(zhì)量較好的話(huà)筒為 40Hz15kHz，優(yōu)質(zhì)話(huà)筒可達(dá)20Hz20kHz。（6）輸出阻抗。這是指話(huà)筒在一定的頻率（1kHz）下輸出端所具有的交流阻抗。駐極體話(huà)筒經(jīng)過(guò)內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的阻抗變換，其輸出阻抗一般小于3k。（7）固有噪聲。這是指在沒(méi)有外界聲音時(shí)話(huà)筒所輸出的噪聲信號(hào)電壓。話(huà)筒的固有噪聲越大，工作時(shí)輸出信號(hào)中混有的噪聲就越大。一般駐極體話(huà)筒的固有噪聲都很小，為微伏級(jí)電壓。（8）指向性。也叫方向性，是指話(huà)筒靈敏度隨聲波入射方向變化而變化的特性。話(huà)筒的指向性分單向性、

19、雙向性和全向性3種。單向性話(huà)筒的正面對(duì)聲波的靈敏度明顯高于其他方向，并且根據(jù)指向特性曲線(xiàn)形狀，可細(xì)分為心形、超心形和超指向形3種；雙向性話(huà)筒在前、后方向的靈敏度均高于其他方向；全向性話(huà)筒對(duì)來(lái)自四面八方的聲波都有基本相同的靈敏度。常用的機(jī)裝型駐極體話(huà)筒絕大多數(shù)是全向性話(huà)筒。2  4.2光敏電阻器光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)制成的一種特殊電阻器,由玻璃基片、光敏層、電極等部分組成。為了利于吸收更多的光能，光敏電阻體通常都制成薄片結(jié)構(gòu)。  根據(jù)制作光敏層所用的材料，光敏電阻可以分為多晶光敏電阻器和單晶光敏電阻器。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，又可分為紫外光光敏電阻

20、器、可見(jiàn)光光敏電阻器以及紅外光光敏電阻器等。 光敏電阻的特點(diǎn)是對(duì)光線(xiàn)非常敏感。無(wú)光線(xiàn)照射時(shí)，光敏電阻呈高阻狀態(tài)，當(dāng)有光線(xiàn)照射時(shí)，電阻值迅速減小。在沒(méi)有光照時(shí)，即E=0，光敏電阻的阻值稱(chēng)為暗阻，用RR表示。一般產(chǎn)品此值為一百k至幾十M。在規(guī)定照度（例如E=1000Lx)下，電阻值降至幾千歐，甚至幾百歐姆，此值稱(chēng)之為亮阻，用RL表示。顯然，暗阻RR越大越好，而亮阻RL，則越小越好。4.2.1光敏電阻的檢測(cè) 光敏電阻的檢測(cè)方法：檢測(cè)光敏電阻時(shí)，將萬(wàn)用表置于R×1k擋，兩表筆分別任意各接光敏電阻的一個(gè)引腳，然后分別進(jìn)行暗阻、亮阻和靈敏性測(cè)試。 檢測(cè)暗阻：用一黑紙

21、片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時(shí)萬(wàn)用表的指針基本保持不動(dòng)，阻值接近。此值越大說(shuō)明光敏電阻性能越好。若此值很小或接近為零，說(shuō)明光敏電阻已燒穿損壞。 檢測(cè)亮阻：將一光源對(duì)準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時(shí)萬(wàn)用表的指針應(yīng)有較大幅度的擺動(dòng)，阻值明顯減小。此值越小說(shuō)明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至為，表明光敏電阻內(nèi)部開(kāi)路損壞。 檢測(cè)靈敏性：將光敏電阻透光窗口對(duì)準(zhǔn)入射光線(xiàn)，用小黑紙片在光敏電阻的透光窗上部晃動(dòng)，使其間斷受光，此時(shí)萬(wàn)用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動(dòng)而左右擺動(dòng)。如果萬(wàn)用表指針始終停在某一位置不隨紙片晃動(dòng)而擺動(dòng)，說(shuō)明光敏電阻的光敏材料已損壞。用上述方法對(duì)光敏電阻的亮阻和暗阻進(jìn)行測(cè)量，將萬(wàn)用

22、表歐姆擋調(diào)到k歐擋，不擋光處理，測(cè)得光敏電阻的亮阻為0.8k歐；對(duì)光敏電阻進(jìn)行擋光處理，測(cè)得電阻值為1.3M歐。由于電路中光敏電阻起分壓作用，當(dāng)白天時(shí)基本不分壓，晚上時(shí)，電阻R2基本不分壓。即要求白天R2阻值遠(yuǎn)大于光敏電阻阻值，晚上暗阻遠(yuǎn)大于R2.綜上選擇R2的阻值為20k。4.4 CD4011圖5 4011引腳圖CD4011是一種集成的四與非門(mén)，其工作電壓為0.5-18v，其具體工作原理如下：1)當(dāng)X=0、Y=0時(shí)，將使兩個(gè)NAND門(mén)之輸出均為1，違反觸發(fā)器之功用，故禁止使用。  (2)當(dāng)X=0、Y=1時(shí)，由于X=1導(dǎo)致NAND-A的輸出為”1”，使得NAND-B的兩個(gè)輸

23、入均為”1”，因此NAND-B的輸出為”0”。 (3)當(dāng)X=1、Y=0時(shí)，由于Y=0導(dǎo)致NAND-B的輸出為”1”，使得NAND-1的兩個(gè)輸入均為”1，因此NAND-A的輸出為”0”。  (4)當(dāng)X=1、Y=1時(shí)，因?yàn)橐粋€(gè)”1不影響NAND門(mén)的輸出，所以?xún)蓚€(gè)NAND門(mén)的輸出均不改變狀態(tài)。4.5 555定時(shí)器555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱(chēng)為 555，用 互補(bǔ)金屬氧化物（CMOS ）工藝制作的稱(chēng)為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V-1

24、6V 工作，7555 可在 3-18V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)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(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3 和2VCC/3。4.5.1 555定時(shí)器的功能。圖6 555定時(shí)器555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管

25、的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，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(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。4.5.2 555的引腳它的各個(gè)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TR。3腳：輸出端Vo4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接

26、低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)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?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：高觸發(fā)端TH。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。4.6發(fā)光二極管光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極

27、管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無(wú)機(jī)發(fā)光二極管LED。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極4.6.1LED芯片的發(fā)展發(fā)光二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)

28、出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。4.7三極管NPN型三極管，由三塊半導(dǎo)體構(gòu)成，其中兩塊N型和一塊P型半導(dǎo)體組成，P型半導(dǎo)體在中間，兩塊N型半導(dǎo)體在兩側(cè)。三極管是電子電路中最重要的器件，它最主要的功能是電流 放大和開(kāi)關(guān)作用。半導(dǎo)體三極管也稱(chēng)為晶體三極管，可以說(shuō)它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開(kāi)關(guān)作用。 三極管顧名思義具有三個(gè)電極。二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個(gè)電極成為三極管的基極（用字母B表示B取自英文Basic，基本(的）、基礎(chǔ)（的），其他的兩個(gè)電極成為集電極（用字母C表示C取自英文

29、Collect，收集）和發(fā)射極（用字母E表示 E取自英文Emission，發(fā)射）。三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號(hào)變成一定強(qiáng)度的信號(hào)，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(hào)的能量。三極管有一個(gè)重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)。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電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。圖7 三極管結(jié)構(gòu)9013是一種NPN型小功率三極管。三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)

30、體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。三極管的排列方式有PNP和NPN兩種。非9014,9013系列三極管管腳識(shí)別方法：(a) 判定基極。用萬(wàn)用表R×100或R×1k擋測(cè)量管子三個(gè)電極中每?jī)蓚€(gè)極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個(gè)電極均測(cè)得低阻值時(shí)，則第一根表筆所接的那個(gè)電極即為基極b。這時(shí)，要注意萬(wàn)用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值都較小，則可判定被測(cè)管子為PNP型三極管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時(shí)，

31、測(cè)得的阻值較小，則被測(cè)三極管為NPN型管如9013，9014。(b) 判定三極管集電極c和發(fā)射極e。(以PNP型三極管為例)將萬(wàn)用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個(gè)管腳時(shí)，所測(cè)得的兩個(gè)電阻值會(huì)是一個(gè)大一些，一個(gè)小一些。在阻值小的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。五、電路模塊5.1 聲光檢測(cè)模塊 圖8 聲光檢測(cè)模塊聲光處理電路就是對(duì)采集到的聲音和光進(jìn)行處理后提供給控制電路。5.1.1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

32、路。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 。    其中三極管V是電路的核心，起放大的作用 聲控電路由駐級(jí)話(huà)筒、電阻R3、R1、R6，晶體管VT、電容C1組成如圖所示駐級(jí)話(huà)筒將聲音信號(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)C1隔直后輸出聲控電路參數(shù)計(jì)算: 一般情況下，人正常說(shuō)話(huà)的聲音的幅度約為50分

33、貝，經(jīng)壓電陶瓷片轉(zhuǎn)化為電信號(hào)有效值約40 mv，要使產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后電壓基本上在5 V左右,放大倍為125倍。由于R6是為駐級(jí)話(huà)筒提供一個(gè)偏置電壓所以選擇阻值為20K的電阻，C1起隔直作用一般選擇電容值為1uF的電容，為使三極管的基極電流為臨界電流，故選擇電阻R6阻值為1M歐，電阻R1選擇阻值為10k歐。5.1.2光控制電路     光控制電路設(shè)計(jì)如圖4所示，電路由電阻R2和光敏電阻R7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

34、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。對(duì)光敏電阻的亮阻和暗阻進(jìn)行測(cè)量，將萬(wàn)用表歐姆擋調(diào)到k歐擋，不擋光處理，測(cè)得光敏電阻的亮阻為0.8k歐；對(duì)光敏電阻進(jìn)行擋光處理，測(cè)得電阻值為1.3M歐。由于電路中光敏電阻起分壓作用，當(dāng)白天時(shí)基本不分壓，晚上時(shí)，電阻R2基本不分壓。即要求白天R2阻值遠(yuǎn)大于光敏電阻阻值，晚上暗阻遠(yuǎn)大于R2.綜上選擇R2的阻值為20k。5.2邏輯門(mén)邏輯門(mén)選擇集成芯片CD4011，他的作用是當(dāng)聲音和光照同時(shí)滿(mǎn)足條件時(shí)控制后續(xù)電路的運(yùn)行。即只要任何一個(gè)環(huán)節(jié)不滿(mǎn)足條件時(shí)，后續(xù)電路是不會(huì)工作的。這樣對(duì)聲光控的實(shí)現(xiàn)提供了可能。5.3

35、555延時(shí)環(huán)節(jié)圖9 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理圖及其波形圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號(hào)之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時(shí)間后，又會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)回原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時(shí)和脈沖整形電路。接通電源后，未加負(fù)脈沖 ，而C充電， Vc上升，當(dāng)Vc=2Vcc/3 時(shí)，RS電路輸出為低電平，放電管T導(dǎo)通，Vc快速放電， 使 Vc= 0。這樣，在加負(fù)脈沖前， 輸出為低電平，即Vo= 0，這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t = t0時(shí)刻 Vi負(fù)跳變（ Vi端電平小于 Vcc/3），而 Vc= 0（TH端電平小于2Vcc/3 ），所以輸出Vo 翻為高電平，

36、T截止，VC充電。 按指數(shù)規(guī)律上升。t = t1時(shí)， 負(fù)脈沖消失。t = t2時(shí) Vc上升到2Vcc/3（此時(shí)TH端電平大于2Vcc/3 ， TR端電平大于Vcc/3 ）， Vo又自動(dòng)翻為低電平。3 在tw這段時(shí)間電路處于暫穩(wěn)態(tài)。t > t2，T導(dǎo)通，C快速放電，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。由分析可得：輸出正脈沖寬度 tW = 1.1RC通過(guò)改變R、C的大小，可使延時(shí)時(shí)間在幾個(gè)微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計(jì)時(shí)器時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來(lái)終止暫態(tài)，重新計(jì)時(shí)。此外需用一個(gè)續(xù)流二極管與繼電器線(xiàn)圈并接，以防繼電器線(xiàn)圈反電勢(shì)損壞內(nèi)部功率管。圖10 被控制電路在本設(shè)計(jì)中，一般會(huì)使燈延時(shí)十幾秒，故選擇電阻R5阻值為100k，電容值為100uF,這里選擇電容為電解電容.5.4 被控制電路被控制電路由上拉電阻R5和發(fā)光二極管組成，上拉電阻起限流作用，用來(lái)保護(hù)二極管通過(guò)大電流而損壞。由于二極管通過(guò)的最大電流為幾十mA，故選擇R5阻值為1k歐，二極管選擇實(shí)驗(yàn)室有的綠光二極管。六、PCB板的制作與調(diào)試6.1 pcb的繪制1、根據(jù)設(shè)計(jì)制作原理圖 2在原理圖編譯通過(guò)后，