數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(聲控開關(guān))

數(shù)字電路課程設(shè)計任務(wù)書——聲控開關(guān)設(shè)計專業(yè)：通信工程班級：姓名：OOXX學(xué)號：二零一三年一月摘要聲控開關(guān)，全稱是聲控延時開關(guān)，是一種內(nèi)無接觸點，在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)拾音器進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時后能自動斷開電源的節(jié)能電子開關(guān)。生活中，好多地方都使用聲控?zé)粽彰?，聲光雙控延時照明燈白天自動關(guān)閉，夜間有人走動時，其腳步聲或談話聲可使電燈自動點亮，聲音過后30s電燈又會自動熄滅。這種延時照明控制開關(guān)能有效地消除長明燈、節(jié)約電能；聲控開關(guān)，即采用模電數(shù)電混合集成電路，進(jìn)行邏輯運算，控制電路中電流。其中重要部件光控電子開關(guān)，它的“開”和“關(guān)”是通過可控硅的通斷來實現(xiàn)，而可控硅的通斷又受自然光的亮度〔或人為亮度〕控制，故聲控?zé)粲置麨槁暪饪責(zé)?。該裝置適合廣泛用于樓梯、走廊、路燈和廁所等場所的照明，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。由于設(shè)計條件限制，該課程設(shè)計只涉及了聲控局部和計數(shù)器局部，對光控局部不再進(jìn)行分析。本次設(shè)計主要是利用三極管根本放大電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等根本電路，利用74LS160、74LS47、74LS00、555等芯片實現(xiàn)電路聲控的功能，做到聲音信號發(fā)出時，二極管可以指示發(fā)光，計數(shù)器可以同步計數(shù)，聲音信號消失時，二極管熄滅，計數(shù)停止進(jìn)行清零。聲控器件，就是利用聲音來控制電路的一種元件，當(dāng)聲音信號來臨時，電路動作，一般聲控器件是對震動敏感的物質(zhì)，有聲音時就接通〔電阻變小〕，沒有聲音時就斷開〔電阻變的很大〕。再通過電路和芯片做個延時，就可以使有聲音時電路接通一段時間。計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中用的較多的根本邏輯器件，它的根本功能是統(tǒng)計時鐘脈沖的個數(shù)，即實現(xiàn)計數(shù)操作，它也可用與分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列等。例如，計算機(jī)中的時序發(fā)生器、分頻器、指令計數(shù)器等都要使用計數(shù)器。關(guān)鍵詞：聲控開關(guān)、計數(shù)器、設(shè)計設(shè)計說明設(shè)計一個聲控開關(guān)，控制對象為發(fā)光二極管。電路原理框圖如圖1所示。駐極體話筒接收到一定強(qiáng)度的聲音信號后，聲音信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，幅度很小，經(jīng)放大、整形后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時電路，產(chǎn)生一個寬度可調(diào)的脈沖信號，驅(qū)動發(fā)光二極管顯示。同時，這個脈沖信號作為選通信號，使計數(shù)器計數(shù)，并用數(shù)碼管顯示延時時間。放大放大電路門電路時基電路計數(shù)器譯碼顯示駐極體話筒整形電路單穩(wěn)延時Vcc圖1聲控開關(guān)原理框圖二、設(shè)計要求1．接收到一定強(qiáng)度的聲音后，聲控開關(guān)點亮發(fā)光二極管(電流5~10mA)，延時時間在1~10s之間可調(diào)。2．延時時間用LED數(shù)碼管顯示，時間單位為0.1s，顯示范圍為0~9.9s。3．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)通過分析計算確定電路形式和元器件參數(shù)。4．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路。5．進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。聲控開關(guān)的設(shè)計一、概述 聲控開關(guān)在實際中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是一些聲控?zé)舾窘M成局部，其原理適用于很多聲控器械，它涉及到時序邏輯電路如何設(shè)計、分析和工作等方面。通過此電路更深刻的了解時序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計滿足要求的各種電路圖，解決生活中的實際問題，將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐中。二、方案說明此方案采用74LS160計數(shù)器，74LS47譯碼器，集成運放放點電路，555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器以及施密特觸發(fā)器，還有74LS00等間電路。駐極體話筒接收到一定強(qiáng)度的聲音信號后，聲音信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，幅度很小，經(jīng)放大、整形后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時電路，產(chǎn)生一個寬度可調(diào)的脈沖信號，驅(qū)動發(fā)光二極管顯示。同時，這個脈沖信號作為選通信號，使計數(shù)器計數(shù)，并用數(shù)碼管顯示延原理圖如圖1所示。圖1聲控開關(guān)原理圖從以上方案中可知，方案設(shè)有信號發(fā)生電路，放大整形電路，單穩(wěn)延時，實基電路，計數(shù)器以及譯碼顯示。各局部功能明確且之間的聯(lián)系容易理解，所以采用這種方案。三、電路設(shè)計因為集成運放起著放大的作用，所以它的輸出信號應(yīng)為輸入信號的101倍。用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器起整形作用。如圖2電路所示。圖2放大整形電路原理框圖2.單穩(wěn)延時電路用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器起單穩(wěn)延時作用，高電平觸發(fā)，其中tw=1.1RC。時間是0—10s可調(diào)，C取100uF，可計算出R為0—900千歐的電位器。如圖3電路所示。圖3單穩(wěn)延時電路原理框圖3.時基電路用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，控制單位時間，t=〔R1+2R2〕Cln2，其中t=0.1s，C取10uF，可計算出R=4.8千歐。如圖4電路所示。圖4時基電路原理框圖4.計數(shù)譯碼電路該電路將根據(jù)單穩(wěn)延時電路和時基電路決定的主脈沖給計數(shù)器。計數(shù)器由十進(jìn)制計數(shù)器74LS160構(gòu)成，譯碼器由74LS47構(gòu)成。如圖5電路所圖5計數(shù)譯碼電路原理框圖四、性能的測試1.放大整形電路的性能測試。放大倍數(shù)為101倍。用信號發(fā)生器代替聲音信號。仿真電路如圖6所示。放大電路性能測試如圖7所示。整形電路性能測試如圖8所示。圖6放大整形仿真電路圖7放大電路性能測試圖圖8整形電路性能測試圖3.單穩(wěn)延時電路性能測試。輸入信號為1000Hz，幅值為5V的信號源。仿真電路如圖9所示。性能測試如圖10所示。圖9單穩(wěn)延時仿真電路圖10單穩(wěn)延時電路性能測試時基電路性能測試。時基仿真電路如圖11所示。時基電路性能測試如圖12所示。圖11時基仿真電路圖12時基電路性能測試5.計數(shù)譯碼器電路性能測試。用頻率為1000Hz，幅值為10V的信號發(fā)生器的觸發(fā)脈沖。性能測試如圖13所示。圖13計數(shù)譯碼器電路性能測試通過以上性能測試，得表1RwTw實測值誤差10k20k50k100k150k200k300k400k500k600k調(diào)試時要用到萬用表測量各個點位上的電壓值，將接點分別接在電燈的開關(guān)上，用手輕拍聲音傳感器，燈亮，這時表示制作成功。五、心得體會通過此次設(shè)計，我進(jìn)一步加深了對數(shù)字電路知識的認(rèn)識與理解，掌握了數(shù)顯頻率計的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。更加熟練的運用仿真軟件，并學(xué)習(xí)了運用軟件測試、調(diào)試、改良電路。培養(yǎng)了獨立思考、分析、解決問題的能力，并培養(yǎng)了我們的動手能力。在設(shè)計過程，經(jīng)常會遇到這樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了。在許多方面都還不熟練,不如說對一些元器件的功能還不完全了解，不能熟練運用，因而不能完全的一次性設(shè)計好該電路。不過通過本次的課程設(shè)計我學(xué)到了學(xué)多的知識，學(xué)會了Multisim的一些根本使用方法，培養(yǎng)了我們獨立思考問題解決問題的能力，加深了我們對數(shù)電、模電知識的理解。在設(shè)計“聲控開關(guān)”的過程中，不但讓我體會到設(shè)計的繁瑣與艱辛，同時也讓我更好地穩(wěn)固了以前所學(xué)的知識。以前我一直這樣認(rèn)為，我們只要學(xué)好課本的專業(yè)知識就行，但我們并不一定要知道如何利用利用課本知識來完成某些設(shè)計，并實現(xiàn)它的功能。而通過這次的課程設(shè)計讓我大大改變了自己以前錯誤的想法。雖然這段時間臨近期末考試，讓我感到時間非常的緊迫，人也很疲憊，但當(dāng)我通過自己的努力，去圖書館找資料，上網(wǎng)參考其他人的設(shè)計程序和同學(xué)共同來完成設(shè)計的那一刻，所有的緊張，所有的疲憊都忘記了。我想這就是所說的成就感吧！這次我不但收獲了努力的成果——“聲控開關(guān)”，還從中充分感受到了“只要功夫深，鐵杵磨成針”。并堅信再難的困難我們也會努力去克服。通過這次課程設(shè)計我相信這對于我在以后的開展中具有深遠(yuǎn)的影響?？傊?，在這次的課程設(shè)計過程中，我收獲了很多，既為我的以后學(xué)習(xí)設(shè)計有很大的幫助，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。附錄元器