聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)1

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作課 程：電子線路課程設(shè)計(jì)專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2012年 11月 15日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級(jí)）電子信息科學(xué)與技術(shù) 設(shè)計(jì)題目聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)電阻 200 100k 6.2k 4.7k 300 1 k電位器 100k 瓷片電容器 0.01F電解電容器 100F 555定時(shí)器 74LS90 74LS47共陽(yáng)極數(shù)碼管 發(fā)光二極管 話筒設(shè)計(jì)要求給出聲音信號(hào)后，發(fā)光二極管可以發(fā)光并維持一段時(shí)間，并且維持時(shí)間可調(diào)；二

2、極管發(fā)光時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且可以調(diào)節(jié)技術(shù)的速度，二極管停止發(fā)光時(shí)，數(shù)器自動(dòng)清零。1、接收到一定強(qiáng)度的聲音后，聲控開關(guān)點(diǎn)亮發(fā)光二極管（電流510mA），延時(shí)時(shí)間在115s之間可調(diào)。2、延時(shí)時(shí)間用數(shù)字顯示（采用共陽(yáng)極數(shù)碼管），時(shí)間單位可調(diào)，顯參考資料1康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20052 黃繼昌，郭繼忠，張海貴，范倫才，徐巧魚. 數(shù)字集成電路應(yīng)用300例 M. 北京：人民郵電出版社,20043李銀華. 電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo) M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20074姜立華. 常用電工電子線路200列 M. 中國(guó)電力出版社，20105張延琪. 常用電

3、子電路280例解析 M 中國(guó)電力出版社6謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試(第三版) M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002 2012年11月15日 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)（班級(jí)）：電子信息科學(xué)與技術(shù) 課程設(shè)計(jì)題目：聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日信息工程系課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表摘 要聲控開關(guān)，全稱是聲控延時(shí)開關(guān)，是一種內(nèi)無(wú)接觸點(diǎn)，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(lái)控制用電器的開啟，并經(jīng)過(guò)延時(shí)后能自動(dòng)斷開電源的節(jié)能開關(guān)。 生活中，好多地方都使用聲控?zé)粽彰?，聲光雙控延時(shí)照明燈白天自動(dòng)關(guān)閉，夜間有人走動(dòng)時(shí)，其腳步聲或談話聲可使電燈自動(dòng)點(diǎn)亮，聲音過(guò)后30s電燈又會(huì)自動(dòng)

4、熄滅。這種延時(shí)照明控制開關(guān)能有效地消除長(zhǎng)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(yùn)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(guò)可控硅的通斷來(lái)實(shí)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(chǎng)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(jì)條件限制，該課程設(shè)計(jì)只涉及了聲控部分和計(jì)數(shù)器部分，對(duì)光控部分不再進(jìn)行分析。本次設(shè)計(jì)主要是利用三極管基本放大電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多謝振蕩器等基本電路，利用、等芯片實(shí)現(xiàn)電路聲控的功能，做到聲音信號(hào)發(fā)出時(shí)，二極管可以指示發(fā)光，計(jì)數(shù)器可以同

5、步計(jì)數(shù)，聲音信號(hào)消失時(shí)，二極管熄滅，計(jì)數(shù)停止進(jìn)行清零。聲控器件，就是利用聲音來(lái)控制電路的一種元件，當(dāng)聲音信號(hào)來(lái)臨時(shí)，電路動(dòng)作，一般聲控器件是對(duì)震動(dòng)敏感的物質(zhì)，有聲音時(shí)就接通（電阻變?。瑳]有聲音時(shí)就斷開（電阻變的很大）。再通過(guò)電路和芯片做個(gè)延時(shí)，就可以使有聲音時(shí)電路接通一段時(shí)間。計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中用的較多的基本邏輯器件，它的基本功能是統(tǒng)計(jì)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)，即實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作，它也可用與分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列等。例如，計(jì)算機(jī)中的時(shí)序發(fā)生器、分頻器、指令計(jì)數(shù)器等都要使用計(jì)數(shù)器。 本次直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)，使用proteus軟件，對(duì)原理圖進(jìn)行繪制；借助示波器和萬(wàn)用表等器械，對(duì)電路進(jìn)行仿真分析。

6、這一設(shè)計(jì)方案能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證產(chǎn)生，從而縮短建模循環(huán)。關(guān)鍵詞：proteus 聲控開關(guān) 集成電路 計(jì)數(shù)器15目 錄1任務(wù)提出與方案論證51.1任務(wù)61.2 要求61.3 基本工作原理及原理圖62 相關(guān)芯片介紹82.1 集成芯片55582.2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS9092.3 74LS47芯片103 總體設(shè)計(jì)123.1 二級(jí)標(biāo)題共射極基本放大電路123.2 整形電路部分123.3 單穩(wěn)態(tài)電路部分133.4 多諧振蕩器部分133.5 計(jì)數(shù)器以及譯碼器部分144 總體設(shè)計(jì)圖155 總結(jié)16參考文獻(xiàn)171任務(wù)提出與方案論證聲控開關(guān)在實(shí)際中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是一些聲控?zé)艋窘M成部分

7、，其原理適用于很多聲控器械，它涉及到時(shí)序邏輯電路如何設(shè)計(jì)、分析和工作等方面。通過(guò)此電路更深刻的了解時(shí)序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計(jì)滿足要求的各種電路圖，解決生活中的實(shí)際問題，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中。本課題要求根據(jù)電路原理圖裝配與調(diào)試聲控計(jì)數(shù)器電路。本電路采用聲音控制方式進(jìn)行計(jì)數(shù)，有數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)結(jié)果，計(jì)數(shù)范圍是099，它具有快捷、方便、直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，可用于自動(dòng)控制、統(tǒng)計(jì)等場(chǎng)合。1.1任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)聲控開關(guān)，控制對(duì)象為發(fā)光二極管1.2 要求 1、接收到一定強(qiáng)度的聲音后，聲控開關(guān)點(diǎn)亮發(fā)光二極管（電流510mA），延時(shí)時(shí)間在115s之間可調(diào)。 2、延時(shí)時(shí)間用數(shù)字顯示（采用共陽(yáng)極數(shù)碼

8、管），時(shí)間單位可調(diào)，顯示范圍為115s。1.3 基本工作原理及原理圖此方案采用74LS90計(jì)數(shù)器，74ls47譯碼器，晶體管放大電路，555構(gòu)成的整形電路，555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，還有74ls00等門電路。駐極體話筒接收到一定強(qiáng)度的聲音信號(hào)后，聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，幅度很小，經(jīng)放大、整形后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，產(chǎn)生一個(gè)寬度可調(diào)的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示。同時(shí)，這個(gè)脈沖信號(hào)作為選通信號(hào)，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并用數(shù)碼管顯示延時(shí)。原理圖：兩級(jí)放大電路電路門電路時(shí)基電路計(jì)數(shù) 器譯碼顯示話筒整形電路單穩(wěn)延時(shí)Vcc圖1.1電路圖：圖1.22 相關(guān)芯片介紹2.1 集成芯片5552.1.1 55

9、5集成電路的工作原理555集成電路開始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路。但后來(lái)經(jīng)過(guò)開發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。2.1.2 555芯片管腳介紹555集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖2(A)所示，按輸入輸出的排列可看成如圖2

10、(B)所示。其中6腳稱閾值端(TH)，是上比較器的輸入；2腳稱觸發(fā)端(TR)，是下比較器的輸入；3腳是輸出端(Vo)，它有O和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7腳是放電端(DIS)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4腳是復(fù)位端(MR)，加上低電平時(shí)可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端(Vc),可用它改變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端，1腳是地端。圖2.1 555集成電路封裝圖2.1.3 典型應(yīng)用電路555的應(yīng)用電路很多，只要改變555集成電路的外部附加電路，就可以構(gòu)成幾百種應(yīng)用電路，大體上可分為555單穩(wěn)、555雙穩(wěn)及555無(wú)穩(wěn)(即振蕩器)三類。2.2 十進(jìn)

11、制計(jì)數(shù)器74LS902.2.1 74LS90功能：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（÷2 和÷5）原理說(shuō)明：本電路是由4 個(gè)主從觸發(fā)器和用作除2 計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)周期長(zhǎng)度為除5 的3 位2 進(jìn)制計(jì)數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復(fù)位和置9 輸入。為了利用本計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)長(zhǎng)度（十進(jìn)制），可將B 輸入同QA 輸出連接，輸入計(jì)數(shù)脈沖可加到輸入A 上，此時(shí)輸出就如相應(yīng)的功能表上所要求的那樣。LS90 可以獲得對(duì)稱的十分頻計(jì)數(shù)，辦法是將QD 輸出接到A 輸入端，并把輸入計(jì)數(shù)脈沖加到B 輸入端，在QA 輸出端處產(chǎn)生對(duì)稱的十分頻方波。2.1.2 74ls90真值表Reset Inputs復(fù)位輸入輸出R0(

12、1)R0(2)R9(1)R9(2)QDQCQBQAHHLXLLLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXLCOUNTCOUNTCOUNTCOUNTLXLXLXXLXLLX表2.1 74ls90真值表BCD 計(jì)數(shù)順序Count輸出QDQCQBQA0LLLL1LLLH2LLHL3LLHH4LHLL5LHLH6LHHL7LHHH8HLLL9HLLH表2.2 BCD 計(jì)數(shù)順序5-2 進(jìn)制計(jì)數(shù)順序Count輸出QAQDQCQB0LLLL1LLLH2LLHL3LLHH4LHLL5HLLL6HLLH7HLHL8HLHH9HHLL表2.3 5-2 進(jìn)制計(jì)數(shù)順序2.3 74LS47芯片74LS47是BCD-7段

13、數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過(guò)它解碼， 可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字，從而簡(jiǎn)化了程序，節(jié)約了 單片機(jī)的IO開銷。因此是一個(gè)非常好的芯片！但是由于目前從節(jié)約成本的角度考慮，此類芯片已較少用，大部份情況下都是用動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示。圖2.2 74LS47引腳圖2.3 74LS47內(nèi)部結(jié)3 總體設(shè)計(jì)由上面的原理框圖可知方案設(shè)有信號(hào)發(fā)生電路，共射極基本放大電路，整形電路，單穩(wěn)延時(shí)，多謝振蕩器電路，計(jì)數(shù)器以及譯碼顯示。各部分功能明確且之間的聯(lián)系容易理解，所以采用這種方案。3.1 二級(jí)標(biāo)題共射極基本放大電路共射基本放大電路的電壓放大

14、倍數(shù)可以表示為： 可見，共射級(jí)基本放大電路輸出電壓與輸入電壓反相，且具有電壓放大的能力，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻可以調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。經(jīng)兩級(jí)放大，可以輸出放大后的正脈沖。3.2 整形電路部分聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后持續(xù)時(shí)間還是較短，仍為一瞬間出現(xiàn)的脈沖信號(hào)，為了使二極管可以穩(wěn)定發(fā)光，因此使用整形電路將較大的正脈沖整形成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)的方波信號(hào)，這要使用芯片構(gòu)成整形電路，即為施密特觸發(fā)器電路，電路如下圖： 圖2.4 斯密特觸發(fā)器3.3 單穩(wěn)態(tài)電路部分輸入的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)電路整形，變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的負(fù)的方波脈沖信號(hào)，接下來(lái)還要進(jìn)一步將信號(hào)時(shí)間延長(zhǎng)，這就要使用單穩(wěn)態(tài)電路，將負(fù)的方波脈沖轉(zhuǎn)化為正的方波脈沖，同時(shí)延長(zhǎng)

15、穩(wěn)態(tài)時(shí)間，來(lái)使二極管穩(wěn)定發(fā)光，基本電路如下圖：圖2.5單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以將輸入的負(fù)的方波脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成為正的方波脈沖信號(hào)，高電平時(shí)間：.故可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻和電容，調(diào)節(jié)脈沖時(shí)間，以此調(diào)節(jié)二極管發(fā)光時(shí)間以及芯片計(jì)數(shù)時(shí)間，作為控制信號(hào)使用。電路要求時(shí)間可調(diào)，故在實(shí)際搭接中選用滑動(dòng)變阻器。最后再使用一級(jí)三極管共射基本放大電路，將高電平轉(zhuǎn)換成低電平，此時(shí)，二極管兩端電壓滿足導(dǎo)通要求，導(dǎo)通發(fā)光，發(fā)光時(shí)間由單穩(wěn)態(tài)電路的高電平時(shí)間決定，可以調(diào)節(jié)電位器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。二極管發(fā)光部分基本單元電路的選用就基本完成了。3.4 多諧振蕩器部分接下來(lái)是數(shù)字計(jì)數(shù)部分的設(shè)計(jì)，對(duì)于數(shù)字部分，需要進(jìn)行計(jì)數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)，這就要使

16、用計(jì)數(shù)器，顯示譯碼器以及數(shù)碼管。對(duì)于計(jì)數(shù)器，需要時(shí)鐘信號(hào)對(duì)其進(jìn)行觸發(fā)，此時(shí)，應(yīng)使用定時(shí)器組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生需要的時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié),可以調(diào)節(jié)時(shí)鐘周期，這里選用滑動(dòng)變阻器代替來(lái)對(duì)始終周期進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的速度，從而可以調(diào)節(jié)顯示的數(shù)字大小。多諧振蕩器電路如下圖：圖2.6 多謝振蕩器多諧振蕩器的輸出波形如下圖所示，其中：.（+）,=.，故通過(guò)調(diào)節(jié)電阻和電容值可以設(shè)定的值，來(lái)產(chǎn)生滿足要求的時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。3.5 計(jì)數(shù)器以及譯碼器部分該電路將根據(jù)單穩(wěn)延時(shí)電路和時(shí)基電路決定的主脈沖給計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90構(gòu)成，譯碼器由74ls47構(gòu)成。時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生后，應(yīng)接入計(jì)

17、數(shù)器，由于一般采用的芯片為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這時(shí)要進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，由十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成為百進(jìn)制，要對(duì)芯片進(jìn)行級(jí)聯(lián)。由于百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，個(gè)位與十位均要計(jì)滿十個(gè)數(shù)，因此可以直接將第一個(gè)芯片的高位端接入下一片芯片的端，作為高位計(jì)數(shù)芯片的時(shí)鐘輸入信號(hào)，這樣百進(jìn)制計(jì)數(shù)器就完成了。完成計(jì)數(shù)功能后，要進(jìn)行顯示，這里使用顯示譯碼器以及共陽(yáng)極數(shù)碼管組合進(jìn)行數(shù)字的顯示，兩片芯片分別接芯片的高位以及低位芯片，再接入相應(yīng)的共陽(yáng)極數(shù)碼管，同時(shí)接入保護(hù)電阻即可完成數(shù)字部分的功能實(shí)現(xiàn)。數(shù)字部分與二極管控制部分要實(shí)現(xiàn)對(duì)接，以實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)對(duì)于計(jì)數(shù)器裝置的控制，這時(shí)，可以將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的正的方波脈沖信號(hào)作為清零端的控制信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)

18、數(shù)與清零的控制，結(jié)束一次的聲音顯示。由于是高電平信號(hào)清零，低電平信號(hào)計(jì)數(shù)，因此，要實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)出現(xiàn)時(shí)計(jì)數(shù)，就要使高電平的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為低電平信號(hào)，這里使用與非門芯片實(shí)現(xiàn)，將芯片的置九端直接接地，將與非門輸出信號(hào)接入清零端，這樣，在控制信號(hào)來(lái)臨時(shí)，清零端輸入低電平，芯片進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，計(jì)數(shù)器的清零端懸空，相當(dāng)于接入高電平，計(jì)數(shù)器清零，這樣就完成了預(yù)期的數(shù)字部分的功能。4 總體設(shè)計(jì)圖此方案采用74LS90計(jì)數(shù)器，74ls47譯碼器，晶體管放大電路，555構(gòu)成的整形電路，555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，還有74ls00等門電路。駐極體話筒接收到一定強(qiáng)度的聲音信號(hào)后，聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，幅度很小，經(jīng)放大、整形后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，產(chǎn)生一個(gè)寬度可調(diào)的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示。同時(shí)，這個(gè)脈沖信號(hào)作為選通信號(hào)，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并用數(shù)碼管顯示延時(shí)。5 總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力和分析能力。通過(guò)跟老師和同學(xué)的交流，也通過(guò)自己的努力，我按時(shí)完成了這次課程設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，我學(xué)會(huì)了很多，也看到了很多自己的不足之處。在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，完善自我，為將來(lái)的發(fā)展做好充分的準(zhǔn)備?？傊?，在這次課程設(shè)計(jì)中，我受益匪淺，學(xué)到了很多書本上所沒