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

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書——聲控開關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)：通信工程班級(jí)：姓名：OOXX學(xué)號(hào)：二零一三年一月摘要聲控開關(guān)，全稱是聲控延時(shí)開關(guān)，是一種內(nèi)無接觸點(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)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時(shí)后能自動(dòng)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(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，聲音過后30s電燈又會(huì)自動(dòng)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)”是通過可控硅的通斷來實(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)只涉及了聲控局部和計(jì)數(shù)器局部，對(duì)光控局部不再進(jìn)行分析。本次設(shè)計(jì)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(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，就是利用聲音來控制電路的一種元件，當(dāng)聲音信號(hào)來臨時(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〔電阻變小〕，沒有聲音時(shí)就斷開〔電阻變的很大〕。再通過電路和芯片做個(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)中用的較多的根本邏輯器件，它的根本功能是統(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。關(guān)鍵詞：聲控開關(guān)、計(jì)數(shù)器、設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)一個(gè)聲控開關(guān)，控制對(duì)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(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)時(shí)間。放大放大電路門電路時(shí)基電路計(jì)數(shù)器譯碼顯示駐極體話筒整形電路單穩(wěn)延時(shí)Vcc圖1聲控開關(guān)原理框圖二、設(shè)計(jì)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5~10mA)，延時(shí)時(shí)間在1~10s之間可調(diào)。2．延時(shí)時(shí)間用LED數(shù)碼管顯示，時(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路。5．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)一、概述 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)舾窘M成局部，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。二、方案說明此方案采用74LS160計(jì)數(shù)器，74LS47譯碼器，集成運(yùn)放放點(diǎn)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(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(hào)發(fā)生電路，放大整形電路，單穩(wěn)延時(shí)，實(shí)基電路，計(jì)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(jì)因?yàn)榧蛇\(yùn)放起著放大的作用，所以它的輸出信號(hào)應(yīng)為輸入信號(hào)的101倍。用555定時(shí)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(shí)電路用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器起單穩(wěn)延時(shí)作用，高電平觸發(fā)，其中tw=1.1RC。時(shí)間是0—10s可調(diào)，C取100uF，可計(jì)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(shí)電路原理框圖3.時(shí)基電路用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，控制單位時(shí)間，t=〔R1+2R2〕Cln2，其中t=0.1s，C取10uF，可計(jì)算出R=4.8千歐。如圖4電路所示。圖4時(shí)基電路原理框圖4.計(jì)數(shù)譯碼電路該電路將根據(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74LS160構(gòu)成，譯碼器由74LS47構(gòu)成。如圖5電路所圖5計(jì)數(shù)譯碼電路原理框圖四、性能的測(cè)試1.放大整形電路的性能測(cè)試。放大倍數(shù)為101倍。用信號(hào)發(fā)生器代替聲音信號(hào)。仿真電路如圖6所示。放大電路性能測(cè)試如圖7所示。整形電路性能測(cè)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(cè)試圖圖8整形電路性能測(cè)試圖3.單穩(wěn)延時(shí)電路性能測(cè)試。輸入信號(hào)為1000Hz，幅值為5V的信號(hào)源。仿真電路如圖9所示。性能測(cè)試如圖10所示。圖9單穩(wěn)延時(shí)仿真電路圖10單穩(wěn)延時(shí)電路性能測(cè)試時(shí)基電路性能測(cè)試。時(shí)基仿真電路如圖11所示。時(shí)基電路性能測(cè)試如圖12所示。圖11時(shí)基仿真電路圖12時(shí)基電路性能測(cè)試5.計(jì)數(shù)譯碼器電路性能測(cè)試。用頻率為1000Hz，幅值為10V的信號(hào)發(fā)生器的觸發(fā)脈沖。性能測(cè)試如圖13所示。圖13計(jì)數(shù)譯碼器電路性能測(cè)試通過以上性能測(cè)試，得表1RwTw實(shí)測(cè)值誤差10k20k50k100k150k200k300k400k500k600k調(diào)試時(shí)要用到萬用表測(cè)量各個(gè)點(diǎn)位上的電壓值，將接點(diǎn)分別接在電燈的開關(guān)上，用手輕拍聲音傳感器，燈亮，這時(shí)表示制作成功。五、心得體會(huì)通過此次設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步加深了對(duì)數(shù)字電路知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解，掌握了數(shù)顯頻率計(jì)的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。更加熟練的運(yùn)用仿真軟件，并學(xué)習(xí)了運(yùn)用軟件測(cè)試、調(diào)試、改良電路。培養(yǎng)了獨(dú)立思考、分析、解決問題的能力，并培養(yǎng)了我們的動(dòng)手能力。在設(shè)計(jì)過程，經(jīng)常會(huì)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(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了。在許多方面都還不熟練,不如說對(duì)一些元器件的功能還不完全了解，不能熟練運(yùn)用，因而不能完全的一次性設(shè)計(jì)好該電路。不過通過本次的課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了學(xué)多的知識(shí)，學(xué)會(huì)了Multisim的一些根本使用方法，培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考問題解決問題的能力，加深了我們對(duì)數(shù)電、模電知識(shí)的理解。在設(shè)計(jì)“聲控開關(guān)”的過程中，不但讓我體會(huì)到設(shè)計(jì)的繁瑣與艱辛，同時(shí)也讓我更好地穩(wěn)固了以前所學(xué)的知識(shí)。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(shí)就行，但我們并不一定要知道如何利用利用課本知識(shí)來完成某些設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)它的功能。而通過這次的課程設(shè)計(jì)讓我大大改變了自己以前錯(cuò)誤的想法。雖然這段時(shí)間臨近期末考試，讓我感到時(shí)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(jì)程序和同學(xué)共同來完成設(shè)計(jì)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(jiān)信再難的困難我們也會(huì)努力去克服。通過這次課程設(shè)計(jì)我相信這對(duì)于我在以后的開展中具有深遠(yuǎn)的影響。總之，在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，我收獲了很多，既為我的以后學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)有很大的幫助，也為將來的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。附錄元器