即拍延時小夜燈.doc

1、 課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱： 模擬電路課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 即拍延時小夜燈 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 電子信息專業(yè) 班級： 100414 學(xué)號： 姓名： 評分： 教師： 張 南 20 12 年 4 月 1 日 模擬電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20 11 20 12 學(xué)年 第 二 學(xué)期第 一 周 二 周 題目即拍延時小夜燈內(nèi)容及要求通過所學(xué)知識，設(shè)計(jì)一電路使其達(dá)到聲控，延時點(diǎn)亮小夜燈。進(jìn)度安排1、 根據(jù)其要求，在網(wǎng)上、課本上查找關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)圖等，分析各元件所起的作用；2、 對其進(jìn)行仿真，看能否達(dá)到其效果；3、 寫實(shí)驗(yàn)方案，列出實(shí)驗(yàn)所用元件；4、 焊接電路，調(diào)試實(shí)驗(yàn)；5、

2、 寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：指導(dǎo)時間指導(dǎo)地點(diǎn)： 樓 室任務(wù)下達(dá)20 12 年 2 月 13 日任務(wù)完成20 12 年 2 月 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師張系（部）主任摘要在我們?nèi)粘Ｉ钪?，隨著人們?nèi)诵曰纳罾砟?，響?yīng)科學(xué)減排和節(jié)能科學(xué)發(fā)展的號召，很多地方都是用聲控?zé)粽彰鳎粊砉?jié)約了電資源，二來使用用起來非常方便，不必在黑夜中摸索開關(guān)。本次課題設(shè)計(jì)的目的是：設(shè)計(jì)一簡單的即拍延時小夜燈，它實(shí)際上是一個“聲控延時小燈”。壓電陶瓷片與晶體三極管、電阻等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路，555時基集成電路與電阻、電容器等組成了典型單穩(wěn)態(tài)延時電路，晶體三極管和電阻等組成了小燈泡的功率驅(qū)

3、動放大電路。采用3.0V的直流供電，由RC充放電執(zhí)行。此設(shè)計(jì)能很好地控制燈的亮滅，即在有聲音或震蕩的情況下燈亮，其他情況下燈滅，從而達(dá)到節(jié)能的效果。關(guān)鍵字：聲控脈沖觸發(fā)器、555時基集成電路、RC充放電目錄前言4第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)51.1 基本要求51.2 提高要求5第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇62.1 方案一62.2 方案二6第三章 系統(tǒng)組成及工作原理73.1 總體設(shè)計(jì)思路73.2 電路各模塊設(shè)計(jì)簡介73.2.1 聲控電路73.2.2 延時電路8第四章 綜合控制模塊的設(shè)計(jì)94.1 綜合控制模塊的設(shè)計(jì)思路94.2 延時控制模塊原理94.3 555集成電路的框圖及工作原理94.4 總體結(jié)構(gòu)104.5

4、設(shè)計(jì)方法與參數(shù)的確定114.6 電路仿真圖12第五章 電路的焊接與調(diào)試135.1 電路的安裝與焊接135.2 綜合控制模塊的調(diào)試13第六章 系統(tǒng)調(diào)試14結(jié)論15參考文獻(xiàn)16附錄一 電路原理圖17附錄二 清單18前言  當(dāng)你夜晚走在大街小巷、上廁所等，是否在為找不到開關(guān)而絞盡腦汁？是的，在日常生活中我們可以發(fā)現(xiàn)很多時候我們需要燈的時候卻沒有或者不能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制，而聲控?zé)舻脑O(shè)計(jì)就能夠滿足人們的需求?？萍及l(fā)展為我們帶來了許多方便，同樣在燈光控制方面它也給我們帶來便利。公共場所照明越來越朝著智能化、人性化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在市場上不僅有聲光控開關(guān)，還有微波感應(yīng)開關(guān)和熱釋遠(yuǎn)紅外感應(yīng)開關(guān)。目前，微

5、波感應(yīng)開關(guān)的抗干擾性能尚不理想，紅外感應(yīng)開關(guān)在性能上較為理想，但安裝復(fù)雜，價格也偏高。而聲光控不僅價格低廉，安裝方便，而且也能有很好的控制效果，因此聲光控可以有一個很好的應(yīng)用前景。本次課題設(shè)計(jì)是聲光控?zé)艨刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的前身設(shè)計(jì)聲控?zé)粝到y(tǒng)，此控制燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要有聲控電路，延時電路等。在設(shè)計(jì)此控制系統(tǒng)時，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)起來更加簡單、容易、條理清晰。這種設(shè)計(jì)思路可以應(yīng)用于以后的大型產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，團(tuán)隊(duì)分配工作中發(fā)揮重要作用，能夠大大的降低難度也不會因?yàn)橐粋€小模塊沒出來而影響總體的進(jìn)度。聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)有對聲音信號進(jìn)行識別并通過延時電路使燈泡亮的功能。利用3V直流穩(wěn)壓電源供電，

6、用壓電陶瓷片檢測聲音信號并通過555時基集成芯片對信號進(jìn)行放大，對聲音信號進(jìn)行邏輯分析，RC充放電電路控制驅(qū)動燈泡。當(dāng)有聲音會亮，無聲音則不亮，該聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)能很好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，相比市場上的一些產(chǎn)品而言，具有成本低廉性能良好的優(yōu)點(diǎn)。同時，為了讓我們更清楚地理解怎樣通過所學(xué)的知識和自己的動手實(shí)踐能力來掌握對模擬電路知識的應(yīng)用，為我們今后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)和對自己專業(yè)的深入認(rèn)識，為自己步入社會做一定的基礎(chǔ)。而且本實(shí)驗(yàn)著重在于對如何做到用聲音來控制電路，從而將其更好的應(yīng)用至我們的日常生活中來，對于我們專業(yè)而言并不是在紙上如何談兵而需要的是實(shí)踐操作能力的提升。通過一定的知識和動手能力，達(dá)到初步了解即拍

7、延時小夜燈的原理，繼而才可以再次擴(kuò)寬自己的視野。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 基本要求通過對模擬電路這本書的知識掌握，來設(shè)計(jì)一電路，一來可以達(dá)到用聲音控制燈泡的亮滅；二來可以在亮后一定時間內(nèi)燈泡會自動熄滅。1.2提高要求根據(jù)RC充放電原理，可以設(shè)計(jì)一電位器，從而達(dá)到可調(diào)式時間即拍延時小夜燈。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇2.1 方案一本方案是在網(wǎng)上的一電路，即利用FT-27壓電陶瓷片，555時基集成電路等，基本電路圖如下所示：2.2方案二本方案是在開放性實(shí)驗(yàn)中老師要求的一電路，就是將壓電陶瓷片改成咪頭（話筒），其原理大致是相同的。如圖：將兩方案進(jìn)行比較，其實(shí)原理都一樣，只是因?yàn)橄Ｍ鸵郧暗膶?shí)驗(yàn)有所改變，進(jìn)

8、而再了解一下不同的振蕩源（發(fā)生裝置）產(chǎn)生的效果。所以采用方案一，看看其是否能夠有同樣的效果。第三章 系統(tǒng)組成及工作原理3.1 總體設(shè)計(jì)思路聲控?zé)糁饕且罁?jù)聲控原理來設(shè)計(jì)的。利用聲控電路是為了節(jié)約能源。整個電路由電聲控電路、延時電路等部分組成。電源由實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)壓電壓。通過聲控電路使燈泡自動點(diǎn)亮，聲控電路主要將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而來?shí)現(xiàn)自動控制，延時電路聲音消失后延長一段光照時間?？傮w方框圖如圖3.1.1所示。圖3.1.1聲控夜燈原理組成方框圖 3.2 電路各模塊設(shè)計(jì)簡介3.2.1 聲控電路如圖3.2.1聲控電路為聲音信號采集電路，利用壓電陶瓷片在聲音變化下電壓發(fā)生改變的特性。當(dāng)聲音達(dá)到4.

9、1KHZ以上的諧振頻率時在out端將輸出一個大于2V的高電平，當(dāng)?shù)陀?.1KHZ或沒有聲音時在out端產(chǎn)生一個小于0.8V的低電平。圖3.2.1聲控電路 3.2.2 延時電路 本延時電路采用RC充放電電路作為延時部分，通過555內(nèi)部結(jié)構(gòu)（與非或關(guān)系）等使充電放電電路分開。這樣極短的聲音刺激就能實(shí)現(xiàn)電路的延時工作。信號由FT-27經(jīng)9014單向C1充電。所以充電后555芯片的7腳電位高于1腳，3腳就輸出正電位，此時輸出小于2V，此時三極管VT2開啟，繼而VT3也導(dǎo)通，點(diǎn)亮小燈泡H。在聲音信號刺激結(jié)束后，電容向電阻R3R4R5等放電，其中R3為1M電位器，使其放電時間為0s到51.7s可調(diào)。如圖：

10、圖3.2.2 延時電路第四章 綜合控制模塊的設(shè)計(jì)4.1 綜合控制模塊的設(shè)計(jì)思路在設(shè)計(jì)之初，首先要明確所設(shè)計(jì)電路的功能為在保證充分電的條件下還要能做到延時性、精確性好，即信號不失真。根據(jù)這一設(shè)計(jì)思路，在有聲音時將產(chǎn)生大于2V的信號，而實(shí)際也是要求這種情況下控制燈亮。給555時基集成電路的輸出端3管腳一個不大于3V的高電平信號，才能控制燈亮，而在其他情況下都將產(chǎn)生低電平，約接近于0V。根據(jù)這些，選擇9014,9012三極管等就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4.2延時控制模塊原理 聲控夜燈的延時控制模塊總體參考方案圖如圖4.2所示。它包括RC電路和555芯片兩個個模塊組成。從外界進(jìn)行信號識別，從而達(dá)到燈泡發(fā)亮的功

11、能。夜燈亮暗RC充放電路、555芯片聲控部分圖4.2 聲控夜燈控制系統(tǒng)延時控制模塊設(shè)計(jì)框圖4.3 555集成電路的框圖及工作原理 555集成電路開始是作定時器應(yīng)用的。但后來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時延時控制外，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。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，如圖4.3所示。圖4.3 555芯片內(nèi)部結(jié)

12、構(gòu)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(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。4.4 總體結(jié)構(gòu)圖4.4 總體圖形  由于晶體三極管VT1的偏流電阻R1取值較大，所以VT1趨于截止?fàn)顟B(tài)，其集電極輸出電

13、壓高于1/3VDD=1.0V（VDD等于電源電壓，即3.0V），與之相連的時基集成電路IC的低電位觸發(fā)端2腳處于高電平，單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)。電容器兩端通過IC的7，1腳被IC內(nèi)部導(dǎo)通的三極管短路，IC的3腳輸出低電平，VT2，VT3均無偏流而截止，小燈泡H不發(fā)光。  當(dāng)在有效距離范圍內(nèi)拍一下手掌時，突發(fā)的聲波被壓電陶瓷片B接收，并轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，該信號的正半周經(jīng)VT1放大后，從其集電極輸出負(fù)脈沖，時基集成電路IC的2腳獲得瞬間低于1/3VDD=1.0V 的低電平觸發(fā)信號,使IC組成的單穩(wěn)態(tài)電路受觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)(即延時狀態(tài)),IC的3腳輸出高電平,VT2獲得適合的偏流而導(dǎo)

14、通,VT3進(jìn)入完全飽和導(dǎo)通狀態(tài),小燈泡通電發(fā)出亮光，隨著IC的3腳變成高電平，IC內(nèi)部導(dǎo)通的三極管截止，解除對電容器C的短路，電池GB通過電阻R3向電容器C開始充電，當(dāng)C兩端的充電電壓（即IC的高電位觸發(fā)端6腳電位）達(dá)到2/3VDD=2V時，單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，IC內(nèi)部三極管重新導(dǎo)通，C通過IC的7，1腳放電并被再次短路，IC的3腳重新輸出低電平，導(dǎo)通到VT2，VT3失去偏流而截止，H斷電自動熄滅。   電路中，小燈泡H每次延時點(diǎn)亮的時間長短，取決于單穩(wěn)態(tài)電路中電阻器R3，電容器C的時間常數(shù)，具體可以通過公式：T=1.1R3C可通過一電位器來達(dá)到對延時時間的長

15、短。在晶體三極管VT1電流放大系數(shù)，R1電阻值確定的情況下，通過改變R2的電阻值，可調(diào)整靜態(tài)時IC的2腳電位高低，也就是說，通過適當(dāng)調(diào)整R 2的電阻值，可以控制聲控靈敏度。4.5設(shè)計(jì)方法與參數(shù)的確定IC選用靜態(tài)功耗很小的CMOS時基集成電路（又稱“555時基集成電路），這種CMOS時基集成電路的靜態(tài)電流很小，而且工作電壓低（實(shí)測不低于2V就能工作）。常用的普通TTL工藝生產(chǎn)的“555”時基集成電路，因其功耗大，要求工作電壓較高，所以不適宜在本制作中使用。   VT1，VT2均選用9014（集電極允許最大電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310mW），要求VT1

16、的電流放大系數(shù)>200，VT2的電流放大系數(shù)>100，VT3選用9012（ICM=-0.5A,PCM=625mW),要求電流放大系數(shù)>50。   R1-R5均選用RTX-1/8W型碳膜電阻器。C用漏電很小的優(yōu)質(zhì)CD11-10V型電解電容器。B用27mm壓電陶瓷片F(xiàn)T-27，要求配上簡易塑料或金屬共振腔盒，當(dāng)助鳴箱。H用手電筒常用的2.0V小電泡。電壓用實(shí)驗(yàn)室的直流穩(wěn)壓電源3.0V.4.6 電路仿真圖圖4.4仿真圖因?qū)嶒?yàn)仿真軟件中沒有壓電陶瓷片（FT-27），所以通過一個開關(guān)和一個信號觸發(fā)來達(dá)到同樣的效果。接入電源，當(dāng)開關(guān)閉合時，小夜燈亮；接著斷開

17、開關(guān)，小夜燈在30S左右后才會自動熄滅。第五章 電路的焊接與調(diào)試5.1 電路的安裝與焊接電路安裝要注意幾個原則：1.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等；2.一定要注意排版，不能東倒西歪，方向應(yīng)盡量一致；3. 布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；4. 最好分模塊安裝。此外焊接時不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因?yàn)橛行┢骷?，不能耐高溫，比如焊接三極管時，電烙鐵絕對不能停留太久；同時過焊銅片將脫落，給焊接帶來不必要的麻煩、也將影響板子的視覺效果。5.在焊完之后，不要忙于去調(diào)試，而應(yīng)該用萬用表來查其電路是否接觸良好、是否與電路圖的布置一致、是否有器件在焊接的過

18、程中燒壞了等。5.2 分模塊的調(diào)試 本實(shí)驗(yàn)調(diào)試，首先單獨(dú)分模塊進(jìn)行調(diào)試，也就是焊接完，分別對聲控部分和延時部分進(jìn)行分別調(diào)試，輸入一3.0V的直流電壓信號，用萬用表檢測555芯片的3管腳其輸出電壓是否約等于2.0V。如果沒有,說明在聲控這一塊上有焊接錯誤，如短接、接觸不好、管腳連接錯誤等；若達(dá)到2.0V則聲控部分沒有問題；接著用萬用表檢測延時部分以及總體部分，如果對照電路圖出現(xiàn)線未連、引腳接觸不良好等問題，則進(jìn)行修改。再重新檢查一遍沒問題，將焊板上的正負(fù)極正確接好，則基本上符合了設(shè)計(jì)要求。第六章 系統(tǒng)調(diào)試在分模塊分別調(diào)試成功的前提下，按照電路圖將分模塊連接好，檢查是否正確連接，連接正確

19、時則可以接上3.0V的直流穩(wěn)壓電源。如果當(dāng)拍掌時燈泡沒亮，說明電路有問題，如萬用表和示波器逐個檢測信號，再檢查是否存在虛焊的問題；檢查芯片是否沒連接錯；燈泡是否已燒壞；仔細(xì)對照電路圖檢查等原因。如果拍掌時燈泡亮，再等一段時間看燈泡是否會自動熄滅。如不會，則再依照前面檢查的步驟來；如沒問題，則再調(diào)解電壓器，看是否在不同的R3下有不同的延時。沒有問題，則基本上符合了設(shè)計(jì)要求。在以上基礎(chǔ)上，還需要多次上電調(diào)試，觀察電路是否有其他狀況，是否有不穩(wěn)定的情況發(fā)生。如果電路不穩(wěn)定擇應(yīng)立即排查原因，特別的應(yīng)該注意虛焊的問題。小結(jié)在為期兩周的模擬電路課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，完成了“即拍延時小夜燈的設(shè)計(jì)”。本系統(tǒng)可以控制

20、路燈、樓梯、庫房等燈光的智能照明，即當(dāng)有聲音時燈亮并且會延時一定的時間，無聲音燈不亮。從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)電的效果。由于此電路在光線較暗時是否接通取決于聲音的強(qiáng)弱，通過放大器對信號進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)主要通過模塊化思想，逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需達(dá)到的功能要求：聲音檢測放大模塊是對外界聲音信號的感應(yīng)系統(tǒng)。LC充放電路為延時部分，三極管起到開關(guān)作用。 本課程設(shè)計(jì)主要采用的電路原理基于模擬電子電路的基本知識，對于信號的放大用55芯片5內(nèi)部的一個放大系統(tǒng)做。然后由感應(yīng)信號和555芯片并放大。從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。本課設(shè)過程中一開始就出現(xiàn)芯片的焊接錯誤，其實(shí)在焊接前就問同學(xué)芯片的管腳是從哪開始數(shù)。但在線路的布置時，卻不知而然的順時針數(shù)，后來發(fā)現(xiàn)要重新把芯片的焊點(diǎn)吸出，所以覺得麻煩，而