聲控LED三穩(wěn)態(tài)控制設(shè)計

1、聲控直流電機控制器設(shè)計報告關(guān)鍵詞:聲控、信號放大、三穩(wěn)態(tài)一. 設(shè)計要求設(shè)計聲音接收電路,當拍一次手時,控制電機(用紅綠兩個發(fā)光二極管模擬正轉(zhuǎn)紅燈亮,當連續(xù)拍兩次手時,電機反轉(zhuǎn)綠燈亮,當連續(xù)拍三次手時,電機停下不亮。(1遙控距離:2m以上;(2連續(xù)拍手時間間隔:0.5秒左右。(3用兩種不同的發(fā)光管顯示電機不同的工作狀態(tài)。二. 方案選擇及電路的工作原理(一.前級聲音信號處理:方案一:聲音信號用麥克風(咪頭采集,使用三極管作第一級信號放大,采用LM358進行第二級信號放大,LM358采用雙電源供電。方案二:聲音信號放大直接采用LM358進行兩級放大,LM358采用單電源供電。然后采用電容整流,使用比

2、較器輸出脈沖。由于此設(shè)計題目不用考慮信號的失真,以及考慮到放大倍數(shù)可調(diào)性,最終選擇方案二。(二.后級邏輯電路處理方案一:采用數(shù)字芯片移位寄存器74LS194,搭建后級觸發(fā)電路。方案二:采用數(shù)字芯片4017。方案三:使用三極管反相器搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路控制LED發(fā)光?？紤]到此實驗是模擬電路設(shè)計,所以最終選擇方案三使用三極管搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路控制LED發(fā)光。三.單元電路設(shè)計計算與元器件的選擇1.電源選擇:此系統(tǒng)采用的是12V直流單電源供電2.麥克風參數(shù)設(shè)定:經(jīng)實驗得知麥克風(咪頭工作在6.5V左右的聲音信號最良好。3.聲音信號放大處理:聲音信號放大處理采用運放LM358做兩級放大處理,第一級采用正向

3、放大,放大倍數(shù)為100倍。然后采用RC整流電路,對信號進行整流,再進行第二級信號放大。4.比較電路:比較電路采用專用比較器LM393對信號處理,使輸出信號為脈沖信號。5.三穩(wěn)態(tài)電路:三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路采用三極管搭建。6.元器件選擇:LM358、LM393、三極管、開關(guān)二極管、LED、普通電容、電阻。LM358:LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器,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算放大器的場合。LM393:LM393 是雙電

4、壓比較器集成電路。工作電源電壓范圍寬,單電源、雙電源均可工作,單電源: 2 36V,雙電源:±1±18V;消耗電流小, ICC=0.8mA;輸入失調(diào)電壓小,VIO=±2mV;共模輸入電壓范圍寬, VIC=0VCC-1.5V;輸出與TTL,DTL,MOS,CMOS 等兼容。四.設(shè)計的具體實現(xiàn)1.系統(tǒng)概述(1、系統(tǒng)框圖 圖一:(2系統(tǒng)設(shè)計思路系統(tǒng)設(shè)計思路:系統(tǒng)設(shè)計主要是采用傳統(tǒng)模擬電子電路設(shè)計方法,對聲音信號進行采集、放大、整流、比較處理后將聲音信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號。后級電路主要是采用的三極管搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。系統(tǒng)主要是包括六個模塊:(1.聲音信號采集、(2信號放大、

5、(3信號整流、(4比較電路、(5三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路2. 單元電路設(shè)計、仿真與分析(1.聲音信號采集 聲音信號采集是采用麥克風(咪頭將聲音信號轉(zhuǎn) 化為電信號,經(jīng)查資料和實驗得知咪頭的最佳工作電壓為6.5V ,工作靜態(tài)直流為0.8mA 左右。電容C1主要是隔直通交電容 (2第一級信號放大 第一級信號放大處理采用的是單電源供電的LM358正向放大,由深度負反饋可知: 放大倍數(shù):5R 2RP Af=100電容C2 作用為防止運放自激 (3整流電路整流電路采用的是RC 整流,利用電 容兩端的電壓不能突變的原理。 經(jīng)過實驗可得電容C3為47uF電阻R3為2K 是實驗效果比較好 (4第二級放大電路 二級放大電路

6、同樣是采用單電源供電的LM358,利用LM358的同相放大放大倍數(shù):7R 3Rp A f (5比較電路比較電路采用的是單電源供電的LM393組成的單限正向比較器,由于LM393是TTL 器件,故接了一個上拉電阻R8,當輸入電壓高于門限電壓時,輸出為高電平+12V 。(6三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 圖七:三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路:用三極管搭建反相器組成三穩(wěn)態(tài)電路圖七所示三穩(wěn)態(tài)電路可以通過輸入脈沖電路Ui 來使三極管的穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn),例如:設(shè)電路原來處于穩(wěn)態(tài)一(Uce1截止,Uce2、Uce3導通;當Ui 輸入一個脈沖時,此時穩(wěn)態(tài)電路將會發(fā)生翻轉(zhuǎn),將會達到穩(wěn)態(tài)二(Uce1導通、Uce2截止、Uce3導通;當Ui 再輸入一個脈

7、沖時,穩(wěn)態(tài)將繼續(xù)翻轉(zhuǎn),將會圖五:達到穩(wěn)態(tài)三(Uce1、Uce2導通,Uce3截止。如圖八U i U ce1U ce2U ce312V6V6V6V圖八三穩(wěn)態(tài)電路仿真: 圖九仿真結(jié)果如下所示: 3.電路的安裝與調(diào)試介紹電路安裝調(diào)試過程中所遇到的主要技術(shù)問題,給出現(xiàn)象記錄、原因分析、解決措施及效果,詳細介紹電路的性能指標或功能的測試方法、步驟、儀器設(shè)備、記錄的圖表和數(shù)據(jù)。電路板調(diào)試主要技術(shù)問題:1、前級聲音信號轉(zhuǎn)換電信號不理想原因分析:麥克風端電壓較小,聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號較弱解決措施:通過查資料得知麥克風的最佳工作電壓為6.5V左右,調(diào)節(jié)分壓電阻阻值,使麥克風工作在最佳的狀態(tài)。2、放大電路放大倍數(shù)

8、不夠原因分析:LM358采用的是單電源供電的正向放大,放大倍數(shù)有負方的兩個電阻決定。解決措施:將負方向的反饋電阻加大,使其放大倍數(shù)加大,已達到凡達效果,所以此處使用電位器以方便后級電路的調(diào)試。3、無信號輸入時,仍有信號輸出原因分析:LM358的放大倍數(shù)太大,電路產(chǎn)生自激震蕩。解決措施:在反饋電阻上并聯(lián)一個1000pF的電容,使交流小信號不能夠放大。4、比較器電壓輸出為0.8V原因分析:經(jīng)過電路的檢查,沒有發(fā)現(xiàn)電路連接問題,初步分析為LM393可能被燒壞。解決措施:換一個LM393電路正常工作。5、三穩(wěn)態(tài)電路燈的亮滅不符合題目要求現(xiàn)象:調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)三個LED的亮滅與題目要求是相反的,即有兩個燈

9、亮,一個燈滅,依次循環(huán)下去。原因分析:如果三極管不并聯(lián)LED時,三極管的導通截止是一個截止,兩個導通。而并聯(lián)上LED后,三極管導通截止的平衡被LED破壞,LED的導通壓降為1.8V,而三極管截止時應該 有6V左右。解決措施:方案一,不直接接LED,使用三極管搭建反相器,減小對前級電路的影響。方案二,在并聯(lián)的LED上串聯(lián)上一個500歐左右的電阻,分的一定的電壓,是三極管的電截止電壓能在6V左右。如圖所示:6、整流電路效果不是很好現(xiàn)象:通過數(shù)字式示波器觀察知道,拍掌時希望能產(chǎn)生一個方波電路,但是事與愿違,出來的波形總是不令人滿意。出來的波形總是不止一個脈沖信號。原因分析:整流電路的整流效果不好,電

10、容的取值比較小,整流電路是采用的比較簡單的RC整流電路,效果不是很好。以及后級的比較電路方案選擇不是很好。解決措施:增大電容的容值,經(jīng)過調(diào)試最終選擇47uF,其次調(diào)節(jié)門限比較器的門限電壓,門限電壓比較電壓設(shè)定為2.2V比較合理。電路測試方法:電路調(diào)試過程使用的是信號追蹤的方法,即根據(jù)信號的流向,逐級進行調(diào)試。有時也可根據(jù)實際情況從后級向前檢測。系統(tǒng)缺點:信號處理不穩(wěn)定,使得觸發(fā)電路具有不確定性。改進方法:將比較器改為遲滯比較器。電路板參數(shù): 五.心得體會及建議趙江鴻:通過這次電子實驗課程設(shè)計,再一次對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)作了回顧;對運算放大器的使用又進一步的掌握,加深了對電路性能和信號保護的考慮;

11、熟悉了protel 99SE及Altium designer 6軟件的使用。學會了自己制作電路板。調(diào)試電路過程中,由于是自己搭建的三穩(wěn)態(tài)電路,不是很穩(wěn)定,出現(xiàn)了信號的干擾。實驗本身很簡單,只是由于沒有數(shù)字芯片,所以調(diào)試了很久;希望以后的實驗,不要規(guī)定方法,只要能夠?qū)崿F(xiàn)功能就應該被允許。趙勛:通過此次課程設(shè)計,我學到了很多東西,這不僅僅是從理論到實踐的飛躍,更重要的是我的動手能力的到了鍛煉。學習不僅僅是書本上的,更重要的是將書本上的知識應用到實踐當中。電子系統(tǒng)設(shè)計提供了一個很好的平臺,這次的設(shè)計題目是聲控直流電機,關(guān)于這個題目,可以說我是一步步的見證了它的成長。由最初的查找資料、方案論證、調(diào)試電

12、路、到方案選擇、原理圖繪制、PCB 繪制、電路板制作焊接等等一系列的工作。在這個過程中對于制作電路板沒有太多經(jīng)驗的我來說,學到了很多。在這個過程中雖然有幾次失敗制作了三塊電路板,但是做每一塊電路板我都是懷著期待與興奮的心情。這也是我為什么能夠在調(diào)試板子過程中一次次堅持下來的原因。在設(shè)計過程中遇到了許多的問題,第一次方案沒有論證好,就很匆忙的做了快電路板,結(jié)果可想而知失敗。第二次方案論證好,可是實際與理論是有差距的,又一次的失敗了。在一次次的失敗中我們堅持到了最后。通過查資料,問老師、學長來充實自己,完成電子系統(tǒng)的設(shè)計。畫PCB心得元件一定要根據(jù)信號的走向來布局。通過電子系統(tǒng)設(shè)計我們小組學到了很多,不僅是將我自己學到的東西用于設(shè)計,更重要的是我用自己學到的東西幫助了同學。我的建議:希望電子實驗中心能夠支持這種課程,能夠在平時也能夠為同學們提供開放實驗室,以讓同學們能夠有地方法調(diào)試、焊接電路板,六.附錄電路原理圖: PCB 3D顯示效果(正面 電路板實物圖 電源 跳線冒 LED 麥克風 元件明細表： C9013 LED LM358、LM393 精密滑動變阻器 三支 兩支 各一支 4支 咪頭（麥克風） 電容 電阻 開關(guān)二極管 一支 33uF、104pF 若干 3只 七參考文獻