課程設(shè)計報告--即拍亮延時小夜燈

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　關(guān)鍵字：555時基、延時、單穩(wěn)態(tài)電路</p><p>　　本次課題是設(shè)計一簡單的即拍延時小夜燈,它實際上是一個“聲控延時小燈”。設(shè)計采用壓電陶瓷片、晶體三極管構(gòu)成聲音采集信號電路，通過555電路對信號放大并同

2、時由RC充放電路進行延時，最后再由晶體三極管對電流進行放大，采用5.0V的直流供電，使小電珠發(fā)光，以達到實驗?zāi)康摹４嗽O(shè)計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,從而達到節(jié)能的效果。</p><p>　　本次課題設(shè)計的目的是：設(shè)計一簡單的即拍延時小夜燈，它可以利用壓電陶瓷片將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。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、電容等組成典

3、型的單穩(wěn)態(tài)延時電路。晶體三極管和電阻等組成了小燈泡功率驅(qū)動放大電路。采用3.0V的直流供電，RC充放電執(zhí)行。此設(shè)計能夠很好的控制等的亮與滅，即在有聲音或者震動的情況下，小燈泡會亮，否則就不會亮。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　目

4、錄2</b></p><p><b>　　前 言3</b></p><p>　　第一章 任務(wù)要求及方案論證3</p><p><b>　　1.1基本要求3</b></p><p>　　1.2設(shè)計方案一4</p><p>　　第二章 設(shè)計原理5</

5、p><p>　　2.1 總體設(shè)計思路5</p><p>　　2.2 電路各模塊設(shè)計簡介6</p><p>　　第三章 器件的選擇及其原理分析7</p><p>　　3.1 綜合控制模塊的設(shè)計思路7</p><p>　　3.2延時控制模塊原理7</p><p>　　3.3 555集成電路的

6、框圖及工作原理7</p><p>　　3.4設(shè)計方法與參數(shù)的確定8</p><p>　　第四章 電路的焊接與調(diào)試9</p><p>　　4.1 電路的安裝與焊接9</p><p>　　4.2 分模塊的調(diào)試9</p><p>　　第五章 實驗結(jié)論及體會9</p><p><b&g

7、t;　　參考文獻10</b></p><p><b>　　附錄10</b></p><p>　　附錄1：元器件清單10</p><p>　　附錄2：電路原理總圖11</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　自1879 年愛迪生點燃了

8、第一盞真正有廣泛實用價值的電燈后,電燈就被人類廣泛的應(yīng) 用，然而我們經(jīng)常使用的燈泡都是人為機械地控制它的，這對于當(dāng)今社會各種智能化的建 筑來說是非常不實用的。隨著人類社會的進步和電子科技的發(fā)展，人們想到并做到了用聲 音來控制燈泡的點亮，使得人來燈亮，人走燈熄。這一方面迎合了當(dāng)今所提倡的科學(xué)發(fā)展 觀，節(jié)省電能，另一方面也體現(xiàn)了科技的進步以及人類的聰明才智。因此，我們首先要設(shè)計出一個接收設(shè)備，專門用來接聽聲音信號并將聲音信號轉(zhuǎn)化 為電信號傳

9、送到下一級電路。但是聲控電路對聲音信號的要求是既不能太強也不能太弱， 太強難以控制，太弱則會使電路過于復(fù)雜，所以最好是能接收到如人的講話聲，腳踏地板 聲。當(dāng)這類信號轉(zhuǎn)化為電信號時，電信號一般較弱，必須對其進行放大，這就要用到功放 電路、運放電路、差分電路等。根據(jù)電路對信號的要求一般選擇運放電路較好，能提高輸 出電壓。如今，有了聲音傳感器，可以直接將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，大大簡化了電路結(jié)構(gòu)， 使聲控電路的設(shè)計更加容易。完成了聲信號到電信號的

10、轉(zhuǎn)換后，我們可以用產(chǎn)生的電信號 去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導(dǎo)通。電路對元器件的要求也較高，特別是半導(dǎo)體</p><p>　　第一章 任務(wù)要求及方案論證</p><p><b>　　1.1基本要求</b></p><p>　　通過對已學(xué)知識的了解，試著設(shè)計一個電路。要求：（1）達到用聲音控制燈泡的亮滅；（2）一定時間過后小燈泡會自動熄滅。</p&

11、gt;<p><b>　　1.2設(shè)計方案一</b></p><p>　　本方案利用壓電陶瓷片、555時基集成電路等，基本電路圖如圖1.1所示</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p>　　壓電陶瓷片 B 與晶體三極管 VT1，電阻 R1，和電阻 R2 等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路， 時基集成

12、電路 IC 與電阻 R3，電容器 C 等組成了典型單穩(wěn)態(tài)延時電路，晶體三極管 VT2， VT3 和電阻 R4，R5 等組成了小電珠 H 的功率驅(qū)動放大電路。整個電路的電源由干電池 GB 提供。 平時，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 電極輸出電壓高于 1/3VDD=1.5V，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Ｃ兩端通過 IC 的

13、 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，小電珠 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，從其集電極輸出負脈沖，時基集成電路 IC 的 2 腳獲得瞬間低于 1/3VDD=1.5V 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)進入暫 穩(wěn)態(tài)(即延時狀態(tài)),IC 的 3 腳輸出

14、高電平,VT2 獲得</p><p><b>　　設(shè)計方案二</b></p><p>　　方案二采用咪頭進行聲電轉(zhuǎn)換，咪頭可當(dāng)做一個聲音傳感器，與R1組成聲控電路，將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號。芯片LM324與電阻等連成一個兩級電壓放大電路，同時，電路中還有連接耦合電容起旁路作用。NE555定時器與電阻、電容連接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，實驗時應(yīng)選擇靈敏度較高的發(fā)光二級管等元器件，延

15、時可通過調(diào)節(jié)電容、電阻來實現(xiàn)，但一般不要使延時時間過長。整個電路的電源由5V直流穩(wěn)壓電源提供。</p><p>　　比較方案一和方案二，方案一所用的元器件更為常用，且方案一的電路更為簡單，在焊接操作過程中更易操作。因此，選擇方案一。</p><p><b>　　第二章 設(shè)計原理</b></p><p>　　2.1 總體設(shè)計思路</p>

16、;<p><b>　　系統(tǒng)組成及工作原理</b></p><p>　　聲控?zé)糁饕且罁?jù)聲控原理來設(shè)計的。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。電源由實驗提供穩(wěn)壓電壓。通過聲控電路使燈 泡自動點亮，聲控電路主要將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑥亩鴣韺崿F(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1.2所示。</p><

17、;p><b>　　圖1.2</b></p><p>　　2.2 電路各模塊設(shè)計簡介</p><p>　　聲控電路 如圖1.3所示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)聲音達到4.1KHZ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。<

18、/p><p><b>　　圖1.3</b></p><p>　　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，點亮

19、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)。</p><p>　　第三章 器件的選擇及其原理分析</p><p>　　3.1 綜合控制模塊的設(shè)計思路</p><p>　　在設(shè)計之初， 首先要明確所設(shè)計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

20、思路，在有聲音時將產(chǎn)生大于2V 的信號，而實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到設(shè)計要求。</p><p>　　3.2延時控制模塊原理</p><p>　　聲控夜燈的延時控制模塊總體參考方案圖如圖1.5所示。它包括RC電路和

21、555 芯片兩個個模塊組成。從外界進行信號識別，從而達到燈泡發(fā)亮的功能。</p><p>　　圖1.5 聲控夜燈控制系統(tǒng)延時控制模塊設(shè)計框圖</p><p>　　3.3 555集成電路的框圖及工作原理</p><p>　　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)速等多種控制及計量檢測。此外，還可以組

22、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1.6所示。</p><p><b>　　圖1.6</b></p><p&g

23、t;　　555集成電路是8腳封裝，雙列直插型。其中6腳稱為閾值端（TH）是上比較器的輸入；2腳稱為觸發(fā)端，是下比較器的輸入。3腳是輸出端，它有0和1兩種狀態(tài)。7腳是放電端；4腳是復(fù)位端。</p><p>　　3.4設(shè)計方法與參數(shù)的確定</p><p>　　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（實測不

24、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的電流放大系數(shù)β>200，VT2的電流放大系數(shù)β>100，VT3 選用9012（ICM=-0.5A,PCM=625mW),要求電流放大系數(shù)β>50。 R1-R5均選用RTX

25、-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φ27mm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。電壓用實驗室的直流穩(wěn)壓電源3.0V.</p><p>　　第四章 電路的焊接與調(diào)試</p><p>　　4.1 電路的安裝與焊接</p><p>　　電路安裝要注意幾個原則： 1.先

26、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驗電路板的周邊，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， 因為有些器件，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

27、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程中燒壞了等。</p><p>　　4.2 分模塊的調(diào)試</p><p>　　本實驗調(diào)試，首先單獨分模塊進行調(diào)試，也就是焊接完，分別對聲控部分和延 時部分進行分別調(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

28、等；若達到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 行修改。再重新檢查一遍沒問題，將焊板上的正負極正確接好，則基本上符合了設(shè)計 要求。</p><p>　　第五章 實驗結(jié)論及體會</p><p>　　本次設(shè)計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555芯片內(nèi)部的系統(tǒng)做一個放大，然后由感應(yīng)

29、信號和555芯片并放大，從而實現(xiàn)設(shè)計要求。主要通過模塊化思想，逐步實現(xiàn)設(shè)計所需達到的功能要求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。</p><p>　　經(jīng)過獨立自主的設(shè)計電路，翻閱查找各種資料，不僅學(xué)到了關(guān)于555芯片的知識，更加了解了NE555單穩(wěn)態(tài)延時電路，而且增強了運用書本所學(xué)的理論知識到實踐中的能力，對模擬電路充滿了興趣，從而增加了對模擬電路學(xué)習(xí)的熱情。

30、通過預(yù)先設(shè)計的電路，然后再參考一些書籍上的電路并經(jīng)過修改和創(chuàng)造，設(shè)計成了最終符合要求的電路原理圖，并進一步了解和學(xué)習(xí)了整個電路的各個部分的具體工作原理，達到了理論的要求。最后用Multisim軟件對電路圖進行了部分仿真。經(jīng)過對前面部分電路的仿真掌握了仿真的基本方法。在課程設(shè)計過程中，有很多不懂的問題，通過與指導(dǎo)老師的溝通及向同學(xué)的請教，終于完成了課程設(shè)計的要求的電路圖部分和仿真部分。</p><p>　　本次設(shè)計

31、系統(tǒng)能夠在聲音控制下使小夜燈點亮并能延時5秒左右，當(dāng)然還存在諸多不足，本次設(shè)計的聲控小夜燈靈敏度無法調(diào)節(jié)，若能把R3電阻用電位器代替，則可調(diào)節(jié)小夜燈的靈敏度。另外本次課題只是要求聲控，但是如果還能再加入光敏電阻、與門電路，使小電珠在弱光且有聲音控制下才亮，那樣就能更加節(jié)能。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、王港元.電工電子實踐指導(dǎo)

32、（第二版）.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.</p><p>　　2、張友漢.電子線路設(shè)計應(yīng)用手冊.福建科學(xué)技術(shù)出版社，2000.</p><p>　　3、郝鴻安等.555集成電路實用大全.上?？茖W(xué)普及出版社.</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1：元器件清單</b&