《数字电子技术》声控开关课题设计.doc

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1、 2014 2015 学年 第 一 学期 数 字 电 子 技 术 课 程 设 计 报 告 题 目： 声控开关的设计 专 业： 自动化 班 级： 12级自动化2班 姓 名 ： 呵呵 电气工程学院2014年11月24日-2014年11月27日目 录第 1 章 绪论 3 1.1 设计说明 3 1.2 技术指标 4 1.3 设计要求 4 1.4 实验要求 4第 2 章 声控开关的设计5 2.1 概述 5 2.2 方案说明 5 2.3 电路设计 6 2.3.1放大整形电路的设计 6 2.3.2单稳延时电路的设计7 2.3.3时基电路的设计8 2.3.4计数译码器电路的设计8 2.4 电路的性能测试 9

2、2.4.1 放大整形电路的性能测试9 2.4.2 单稳延时电路的性能测试11 2.4.3 时基电路的性能测试13 2.4.4 计数译码器电路的性能测试14 2.5 结论、性价比 16 2.6 课设体会及合理化建议 16附录 17 附录A 参考文献 17 附录B元器件清单17任务书及评分表18第 1 章 绪 论 声控开关介绍声控开关，全称是声控延时开关，是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发拾音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动断开电源的节能电子开关。生活中，好多地方都使用声控灯照明，声光双控延时照明灯白天自动关闭，夜间有人走动时，其脚步声或谈话声可使电灯自动点亮，

3、声音过后30s电灯又会自动熄灭。这种延时照明控制开关能有效地消除长明灯、节约电能；声控开关，即采用模电数电混合集成电路，进行逻辑运算，控制电路中电流。其中重要部件光控电子开关，它的“开”和“关”是通过可控硅的通断来实现，而可控硅的通断又受自然光的亮度（或人为亮度）控制，故声控灯又名为声光控灯。该装置适合广泛用于楼梯、走廊、路灯和厕所等场所的照明，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。声控开关在实际中的应用相当广泛，是一些声控灯基本组成部分，其原理适用于很多声控器械，它涉及到时序逻辑电路如何设计、分析和工作等方面。通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理，从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种

4、电路图，解决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。1.1 设计说明设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。电路原理框图如图1所示。驻极体话筒接收到一定强度的声音信号后，声音信号转换为电压信号，幅度很小，经放大、整形后，触发单稳态延时电路，产生一个宽度可调的脉冲信号，驱动发光二极管显示。同时，这个脉冲信号作为选通信号，使计数器计数，并用数码管显示延时时间。图1 声控开关原理框图1.2 技术指标1、接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管(电流510mA)， 延时时间在1-10s之间可调。2、延时时间用LED数码管显示，时间单位为0.1s，显示范围为0-9.9s。1.3 设计要求1、在选

5、择器件时，应考虑成本。2、根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。3、主要器件：(1)555定时器； (2)计数器74LS90； （3)译码器74LS47； (4)与非门74LS00； (5)LED数码管； (6)晶体管2N2219； （7）电阻和电容。1.4 实验要求1、根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。 2、进行实验数据处理和分析。第二章 声控开关的设计 2.1 概述声控开关在实际中的应用相当广泛，是一些声控灯基本组成部分，其原理适用于很多声控器械，它涉及到时序逻辑电路如何设计、分析和工作等方面。通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理，从而掌握如何根据需要设计满足

6、要求的各种电路图，解决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。设计任务技术指标；1接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管(电流510mA)， 延时时间在110s之间可调。延时时间用LED数码管显示，时间单位为0.1s，显示范围为09.9s。2.2 方案说明此方案采用74ls90计数器，74ls47译码器，集成运放放点电路，555构成的单稳态触发器和多谐振荡器以及施密特触发器，还有74ls00等门电路。驻极体话筒接收到一定强度的声音信号后，声音信号转换为电压信号，幅度很小，经放大、整形后，触发单稳态延时电路，产生一个宽度可调的脉冲信号，驱动发光二极管显示。同时，这个脉冲信号作为选通信号

7、，使计数器计数，并用数码管显示延时时间。原理框图如图1所示。图1 声控开关原理框图从以上方案中可知，方案设有信号发生电路，放大整形电路，单稳延时，实基电路，计数器以及译码显示。各部分功能明确且之间的联系容易理解，所以采用这种方案。2.3 电路设计 2.3.1 放大整形电路 因为集成运放起着放大的作用，所以它的输出信号应为输入信号的101倍。用555定时器构成的施密特触发器起整形作用。如图2电路所示。辅助时钟信号100HZ，占空比50% 图2 放大整形电路原理框图 2.3.2 单稳延时电路 用555定时器构成的单稳态触发器起单稳延时作用，高电平触发，其中tw=1.1RC。时间是010s可调，C取

8、100uF，可计算出R为0900千欧的电位器。如图3电路所示 图3 单稳延时电路原理框图2.3.3 时基电路用555定时器构成多谐振荡器，控制单位时间，t=（R1+2R2）Cln2，其中t=0.1s，C取10uF，可计算出R=4.8千欧。如图4电路所示。图4 时基电路原理框图2.3.4 计数译码电路该电路将根据单稳延时电路和时基电路决定的主脉冲给计数器。计数器由十进制计数器74ls90构成，译码器由74ls47构成。如图5电路所示。图5 计数译码电路原理框图2.4 性能的测试2.4.1 放大整形电路的性能测试 放大倍数为101倍。用信号发生器代替声音信号。仿真电路如图6所示。放大电路性能测试如

9、图7所示。整形电路性能测试如图8所示。图6 放大整形仿真电路图7 放大电路性能测试图图8 整形电路性能测试图 2.4.2 单稳延时电路性能测试输入信号为50Hz，幅值为5V的信号源。仿真电路如图9所示。性能测试如图10所示。图9 单稳延时仿真电路图图10 单稳延时电路性能测试2.4.3 时基电路性能测试 时基仿真电路如图11所示。时基电路性能测试如图12所示。图11 时基仿真电路图12 时基电路性能测试2.4.4 计数译码器电路性能测试。 用频率为50Hz，幅值为5V的信号发生器的触发脉冲。性能测试如图13所示。图13 计数译码器电路总电路图仿真结果：2.5 结论、性价比该声控开关电路实现了任

10、务书中的性能指标，具有亮灯功能，其亮灯时间可以被存储；已输入信号开始计算，输入和输出以及中间计算过程通过LED数码显示器显示出来，非常直观。由表1可知，该电路误差不大，符合标准。该电路主要用到了集成运放，555定时器，74ls90计数器，74ls47译码器这几钟器件，各元件功能明确联系紧密，对声控原理的实现简明易了。所用元器件种类较少性价比比较合适。2.6 课设体会及合理化建议通过此次设计，我们进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了数显频率计的设计、组装与调试方法。更加熟练的运用仿真软件，并学习了运用软件测试、调试、改进电路。培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力

11、。在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。所以这几天的学习中，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。通过查阅资料以及向老师请教，终于想到了更好的连接方法，第一次看到自己做的东西能够运行，心里有种说不出的喜悦。本次设计是第一次运用数字电路模拟实际的东西。因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。不过通过本次的课程设计我们学到了学多的知识，学会了Multisim的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，

12、巩固了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。总之，在这次的课程设计过程中，我们都收获了很多，既为以后的毕业设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。附录附录I 总电路图附录A 附录元器件清单附录I 总电路图序号编号名称型号数量1U1集成运算放大器OPAMP_3T_BASIC12U2，U3，U4555定时器LM555CN33 U5二输入端与非门74lLS0014LED发光二极管LED215U6，U7计数器74LS90D26U8，U9译码器74LS47D27Q1晶体管2N22191附录B 参考文献1 谢自美. 电子线路设计实验测试. M武汉：华中理工大学出版社，2000 年2 阎石

13、. 数字电子技术基础. M北京：高等教育出版社，2006年3 付家才. 电子实验与实践. M北京：高等教育出版社，2004年任务书课题名称声控开关的设计指导教师（职称）倪琳 执行时间2014 2015 学年第 一 学期 第 13 周学生姓名学号承担任务丁萍1209111152声控开关原理图和计数译码器电路设计及仿真陈梦婷1209111151声控开关原理图和放大整形电路的设计及仿真李莉1209111154声控开关原理图和单稳延时电路的设计及仿真王萍1209111158声控开关原理图和时基电路的设计及仿真苏饶1209111157声控开关原理图和放大整形电路的设计及仿真魏亚茹1209111159声控

14、开关原理图和计数译码器电路设计及仿真杨润成1209111138声控开关原理图的设计及LED灯的调试问题答辩1.555定时器的特点及应用范围有哪些？答：555定时器是集单稳态触发器功能和多谐振荡器功能于一体的集成芯片，由于它使用灵活、方便，在波形转换、家用电器等领域应用广泛。2. 译码器的功能？答：译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码都赋予了特定的含义，即表示了一个确定的信号或者对象。译码器就是将每一组输入代码译为一个特定输出信号，以表示代码原意的组合逻辑电路。3. 单稳态触发器的应用？答：单稳态触发器的最常见应用是整形，在单稳态触发器的脉冲整形中，输入脉冲非常不规整，但是能够触发电路，而输出端电压波形中每一个脉冲都是等幅度、等脉宽的，从而达到整形效果。由于它的另一个特点是暂稳态的维持时间不变，从而也可以达到定时/延时的目的，还可以制作典型芯片。4. 由发光二极光管构成的七段数码显示器的种类?答：发光二极管构成的七段显示器有共阴极和共阳极两种，在阴极电路中，七个发光二极管的阴极连在一起接低电平，如果需要某一段发光，就将相应发光二极管的阳极接高电平。共阳极显示器则刚好相反。