楼道声控灯Word格式.docx

楼道声控灯Word格式.docx

《楼道声控灯Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《楼道声控灯Word格式.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

利用声控，光控电路将声音信号，光信号转化为电信号，其中的运放LM358将信号放大，用555构成的施密特触发器对波形整形，使输出为方波，用74122单稳态触发器控制延时时间，接LED发光二极管，从而实现整个电路的设计。

3、声光控制灯设计所需要的器件

这次课程设计主要用了74122、LM358和NES555三个集成器件，发光二极管，光敏电阻，驻极体话筒以及一些基本电路元器件。

下面介绍一下主要元件：

①74122是可重复单稳态触发器，它的功能表见表1-4-1，

是直接清“0”端，

是触发输入端，其中

是低电平信号触发端，

是高电平信号触发端，

是输出端，Rint和Cint是外接定时电阻和定时电容的接入端。

当

=0时，单稳态触发器清零，Q=0。

功能表中的符号↑和↓表示触发信号的触发边沿，

都可以做触发输入端使用，

除了做清零端使用外，也可以做触发端使用，见功能表的最后二行。

功能表中的符号

表示单稳工作状态。

74122是一个TTL可再触发单稳态多谐振荡器集成电路，它的引脚排布如下：

表2-174122功能表

图2-174122引脚排列图

②555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电平兼容。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

NE555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。

NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。

NE555内部结构、引脚排列及功能表如下列图所示：

图2-2NE555内部结构及引脚排列

表2-2NE555功能表

UTH

T的状态

×

导通

1

保持

不变

截止

③LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供的使用运算放大器的场合。

LM358是2输入-二运算放大器集成电路，其内部电路及管脚排布如下：

图2-3LM358内部结构及引脚排列

用到一些基本电路元件，如下表：

表2-3其他电路元件

元件名称

类别及数量

光敏电阻

阻值与光强成反比（1个）

驻极体话筒

声音信号输入（1个）

发光LED

发光二极管（1个）

电容

10uf（2个）47uf（1个）

电阻

4.7k（4个）150k（2个）330（1个）10k（1个）1k（2个）

④发光二极管简称为LED。

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

图2-4发光二极管

⑤驻极体话筒：

驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。

属于最常用的电容话筒。

由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。

驻极体话筒如图：

图2-5驻极体话筒

⑥光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。

入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

光敏电阻如下图：

图2-6光敏电阻

第三章声光控制灯设计原理

1、声光控制灯的电路原理图

①用LM358接成的声控放大电路原理图：

图3-1声控放大电路

②用LM358接成电压跟随器，光控电路原理图：

图3-2光控电路

③将NE555的6脚和2脚相连作为信号输入端即可构成施密特触发器。

施密特触发器可对输入波形进行变换和整形，最重要的特点是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲，它的电压传输特性是一条具有滞回特性的曲线，即触发器输出由低电平变为高电平和由高电平变为低电平所对应的阈值电压是不同的。

其内部电路和波形如下图所示：

图3-3555构成的施密特触发器

④用74122为可重复单稳态触发器，根据其输出脉冲宽度

实现延时5s。

图3-474LS122构成的单稳态触发器

⑤总的电路的设计是将声控放大电路、光控电路、555构成的施密特触发器和74122构成的单稳态触发器组合起来，这样即可以实现声控、光控、波形整形和延时的功能。

整体电路原理图如下图所示：

图3-5声光控制灯电路原理图

⑥为方便在PCB板上布线，可用ProtelDXP软件对电路原理图进行封装，如下图：

图3-6PCB封装图

2、电路工作原理及参数计算

应用LM358集成电路的5脚和6脚作为输入，7脚作为输出接成声控放大电路，2脚和3脚作为输入，1脚作为输出接成光控电路。

将NE555电路2引脚和6引脚连在一起使其具有施密特触发器功能，后一并与接成放大电路的LM358集成块7引脚相连，NE555电路控制端4引脚与接成放大器电路的LM358集成块1引脚相连。

分别将74122可重复触发单稳态触发器的1、2引脚，3、4引脚相连，将1、2引脚与NE555电路输出端相连，3、4引脚与电源高电平相连，6脚接发光二极管和电阻。

电路的延时功能体现在单稳态触发器的波形整理功能及连接在其11和13引脚的电容与电阻的适当组合上，本次课程设计使用的是低功耗实验电路所以选择150K欧及47uF电容串联方式，经计算其延时时间约为5秒。

当光线充足时，光敏电阻阻值很小，LM358的3脚分压小，电压比较器输出1脚为低电平。

NE555电路4引脚为低电平有效，此时不管2脚和6脚输入为高或低，OUT输出端直接复位为0。

74122的1脚和2脚也为低，其Q端输出也为低，Q’端为高电平，发光二极管负端为高，灯不会亮。

当光线不充足时，光敏电阻阻值很大，LM358的3脚分压大，故电压比较器反相输入，输出为高电平，NE555的直接复位端4脚无效。

这时若有声音信号通过驻极体话筒输入，通过电容滤波后输入LM358声控放大电路，经放大后输入NE555的2脚和6脚，正弦波形被施密特变换为反相矩形波。

NE555的2脚和6脚输入大于

的电压，3脚输出OUT由低变为高，74122的1脚和2脚接收到一个上升沿脉冲，输入到74122单稳态触发器后再次经波形变换，Q端产生一个上升沿脉冲。

由于LED接入74122的Q’引脚，故其在Q’引脚是一个下降沿脉冲，此时发光二极管负端为低，灯会亮，亮时延迟时间为脉冲宽度

。

声音信号消失，Q端上升沿维持5s后灯会自动熄灭。

74122为可重复触发单稳态触发器，其主要特点就是可重复触发性，它能使计时装置重新计时，以达到延长灯亮时间的目的。

只要是在无光有声的情况下给声音信号，灯就会亮。

要使LM358的声控放大电路的放大倍数为30～50，

即

可选用

=4.7K

、

=150

，此时算得

，要使LM358的2脚和5脚的电压为

，必须选用两对阻值一样的电阻，这里在5引脚选用4.7K

，在2引脚选用1K

要使延时时间为5s，即使

=5s，选用150

的电阻和47uF的电容，即在11脚和13脚间接入47uF的电容，在13脚和

间接入150

第四章硬件制作过程和调试

1、电路板的焊接

焊接工序是电子厂中最普遍也是最关键的工序,其质量的好坏直接影响设计的进度与电路的质量。

①焊接的概念

焊接，一般是用加热的方式使两件金属物体结合起来，所加熔上去的第三种物质称为“焊料”。

按焊料熔点的高低分为“硬焊”和“软钎焊”，通常以450℃为界，低于450℃的称为“软钎焊”。

电子产品安装工艺中的所谓“焊接”就是软钎焊的一种,主要用锡、铅等低熔点合金做焊料，因此俗称“锡焊”。

②电烙铁的使用和原理

电烙铁在手工锡焊过程中担任着加热焊区各被焊金属，熔化焊料、运载焊料和调节焊料用量的多重任务。

电烙铁的构造很简单，其主要结构有五部分:

手柄用木头或较耐热的塑料制成，中空腔，可以打开，空腔中有电热丝与电源线的连接端子，电源线由手柄后端的橡胶护套中穿出之前由一个塑料螺栓或卡子锁住，可以承受一定的拉力，以利安全。

手柄前有铁管做成的烙铁身，管身中紧靠前端装有发热的烙铁心，烙铁心是用细电炉丝分层间绕在云母片绝缘的薄铁管上，烙铁头尾部伸人到薄铁管中，薄铁管的前端嵌死在一段结合用的套筒里，套筒上横栓着一大一小两颗螺钉，小的较短，用来紧固烙铁心与管身，大的较长，用来栓死烙铁头，调节烙铁工作温度时就是要旋松较长的这颗螺钉。

烙铁头是用单位体积热容量较大、导热率高的紫铜制成。

电烙铁的工作电压、功率等参数一般都标示在手柄上，供选用时辨认。

电烙铁的工作原理简单地说就是一个电热器在电能的作用下，发热、传热和散热的过程，接通电源后，在额定电压下，由烙铁心以电热丝阻值所决定的功率发热。

热量优先传给烙铁头，使其温度上升，再由烙铁头的表面向周围环境中散发。

当达到一定的温度后，散热的功率就会等于发热的功率而达到一种动态平衡,停止升温，电烙铁的预热阶段完成。

焊接操作时，当烙铁头的工作面与焊料、工件接触时、，原来的平衡关系就被打破，热量马上通过热阻比空气小得多的接触部位传向焊接工作区，使得焊锡、工件的温度很快地上升。

只要烙铁头的热容量足够大，就可以在极短的时间内使焊锡和工件焊接部位的温度超过焊锡的熔点而完成焊接的过程，而其本身的温度却下降很少。

③焊料

焊料又名钎料，在锡焊工艺中所用的焊料就是焊锡，它通常是锡（sn）与另一种低熔点金属——铅（Pb）所组成的合金。

为了提高焊锡的理化性能，有时还有意地掺人少量的锑（Sb）、铋（Bi）、银（As）等金属。

锡和铅按不同的比例配制成的锡铅焊料，其熔点和机械强度等物理性能也会不同。

锡铅焊料中的含锡量越高，其浸润性越强。

而含铅量越高时，焊点表面耐腐蚀性能越佳。

手工焊接应尽量选用共晶焊料。

④焊接过程

先在纸上画出或用ProtelDXP制出电路布线图，仔细检查PCB板。

将几个大集成块插在板上，在合适的位置固定好，再按从左至右从上至下的顺序将电阻电容等焊接在板上，注意与集成块引脚的连接和电容正负极，所有地线和电源线在同一水平线上。

2、电路的安装与调试

在电路板焊接完成后，先用万用表检查各接线是否焊接良好，是否有松动和漏焊。

把焊接好的电路板接到5V电源上，在接入电源的时候正负极及地线一定要接对，如果担心线路有错误而把电路板烧坏，可以先用万用表测LM358的2脚、3脚以及5脚、6脚电压是否为2.5V或用示波器测1脚和7脚的波形。

3、出现的问题及解决方法

接好5V电源后灯一直没有亮，检查电路，发现555的一个管脚与该连接的器件未接触好。

仔细焊接后，再次接电源，灯亮了但不符合条件，即有光无光灯一直是亮的且没有延时，重新检查下发现光敏电阻的焊接处开了，与74122相接的电容的正负极也接反了，重新焊接又接到电源上，电路板终于能够正常工作。

第五章总结与展望

1、课程设计的收获体会

通过本次设计，我学到了很多东西。

首先认识了一个新的集成器件——TTL可再触发单稳态多谐振荡器“74122”，并运用它的触发功能来实现设计的要求。

在设计中让我觉得最困难的是电路的控制部分。

在光线较强时不管有无声音输入电路都不工作，在光线暗的时候有声音信号输入时灯亮，如果有重复声音信号输入，灯亮时间延长。

回顾此次课程设计，两周时间里，从理论到实践，不仅巩固了以前所学的知识，而且学到了很多书本上学不到的东西。

通过课程设计使我懂得了理论与实践相结合非常重要，光有理论知识是远远不够的，从理论和实践中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

以前没有接触过焊接，都不知道电烙铁和吸锡器如何使用，通过课设使用到了作为电子信息专业的学生以后会用到的工具，对以后有很多帮助。

焊接电路板和安装调试中难免会遇到很多困难，但不应想到放弃，必须坚持做下去，才能最终得到正确的结果。

在设计过程中还发现了自己的很多不足之处，应该以积极的心态去改正。

此外，这次课程设计与我们的日常生活是息息相关的，以前只知道学习书本知识，都不知道我们将来毕业会从事什么工作。

这次课设使我知道我们将来或许可以做出比楼道声光控制灯更加智能更加灵敏的现代科技产品，我很期待也很兴奋，我觉得学好专业课学好一技之长非常重要。

2、对课程设计的意见和建议

有少数工具如电烙铁和剥线钳因使用时间过长而不太灵敏，设计过程中连线和焊接不太美观。

在设计过程中遇到了一个问题即仔细检查所有连线和器件后连上电源灯还是不亮，于是拆了重新连接。

检查拆下来的LED发光二极管，由于是绿色的其发光相当微弱，几乎觉察不出来，换用红色的LED发光二极管，事先检查其发光的亮度，重新焊接后电路终于能正常工作。

不过在第二次焊接过程中进一步加深了印象，明白了焊接和连线原理，也算是一种收获。

电工实验室是我校专业的电子实验室及课程设计实验室，实验设备非常齐全，室内环境良好，有专业的教师辅导监督我们的课程设计。

焊接电路板时老师耐心讲解和示范，写任务书和课程设计报告时老师细心指导和更正，调试电路时老师仔细检查并修改错误。

我们不仅感受到实验时良好的学术氛围和老师们渊博的学识和平易近人的学者风范。

参考文献:

【1】阎石、《数字电子技术基础》（第五版）、北京、高等教育出版社、2004

【2】康华光、《电子技术基础》（模拟部分）（第五版）、北京、高等教育出版社、2005

【3】欧大生、杨杉、《电路设计与制作--ProtelDXP实用教程》、西安电子科技大学出版社、2004

【4】《标准集成电路数据手册TTL电路》、电子工业出版社、2000

【5】王毓银主编、《数字电路与逻辑设计》、高等教育出版社、2002

第一章绪论1

第二章楼道声光控制灯的电路设计2

1、声光控制灯课程设计的目的和要求2

2、声光控制灯设计方案论证2

3、声光控制灯设计所需要的器件3

第三章声光控制灯设计原理8

1、声光控制灯的电路原理图8

2、电路工作原理及参数计算10

第四章硬件制作过程和调试13

1、电路板的焊接13

2、电路的安装与调试15

第五章总结与展望16

18

数字电路课程设计论文

——楼道声光控制照明灯

院系：

信息工程学院

专业：

通信工程

班级：

通信二班

姓名：

冯贺

学号：

31号

指导教师：

邵丙新王军

2011年06月30日