声控开关课程设计.docx
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声控开关课程设计
HarbinInstituteofTechnology
课程设计说明书（论文）
课程名称：
电子技术课程设计
设计题目：
声控开关
院系：
英才学院
班级：
1036***
设计者：
******
学号：
6100******
指导教师：
张岩
设计时间：
2013.2.26-3.2
哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学课程设计任务书
姓名：
院（系）：
英才学院
专业：
电气工程及其自动化班号：
1036303
任务起至日期：
2013年2月26日至2013年3月2日
课程设计题目：
声控开关设计
已知技术参数和设计要求：
已知技术参数：
驻极式话筒、NPN三极管、D5011A/B、E555P、SN74LS90、74LS00、74LS47、
设计要求：
1.设计一个声控开关，敲击驻极式话筒，数码管在二极管灯亮的时间计数。
二极管灯
灭后数码管示数再显示一会并自动清零。
2.联线简单，安排合理；
3.能调整二极管亮度和数码管显示频率。
工作量：
1.利用仿真软件进行仿真；
2.按照设计的电路图，实体连接各部分；
3.根据设计构思扩展部分，寻求解决方案；
4.调试电路并能正常工作。
工作计划安排：
1.分析电路图，分析电路原理（第一天）
2.利用软件进行仿真（第二天）
3.电路的实现与调试（第三、四天）
4.扩展部分的设计（第五天）
5.扩展部分的实现，总体电路的调试（第六天）
6.演示及验收
同组设计者及分工：
（本人）：
时钟部分，选通电路，计数器，译码器及显示器的原理分析与实现，总电路的调试。
（同组人）：
驻极式话筒，信号放大，单稳态触发及发光部分的分析与实现，扩展部分的设计及实现。
指导教师签字___________________
年月日
教研室主任意见：
教研室主任签字___________________
年月日
*注：
此任务书由课程设计指导教师填写
一、声控开关
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。
二、整体要求
实验要求：
设计一个声控开关，敲击驻极式话筒，通过延时电路使发光二级管点亮并保持一会儿，同时数码管在灯亮的时间内计数。
拓展要求：
计数结束后数码管显示所记数字保持一会。
验收标准：
功能完善，垂直水平走线，减少跨接；各处波形测试符合要求；发光时间可调；计数频率可调。
三、主要元器件NE555的应用
NE555为8脚时基集成电路，是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。
只需少数的电阻和电容，便可产生特定的振荡延时作用。
本次的课程设计主要需运用NE555构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等多种应用电路。
1.
图1施密特触发器
斯密特触发器：
在
上升过程中，
时
为高电平，
时
为低电平；在
下降过程中，
时
为低电平，
时
为高电平。
在下面的设计中，将利用该触发器对驻极式话筒产生的脉冲信号转换成稳定的矩形波。
2.
单稳态触发器：
R、C是定时元件；
起滤波作用，消除高频干扰。
单稳态时间
。
本次设计，将利用单稳态触发器，使点亮的发光二极管达到预期的延时效果。
图2单稳态触发器
3.多谐振荡器：
振荡周期：
本次设计，将利用多谐振荡器产生的周期信号作为74LS90计数芯片的输入时钟信号。
图3多谐振荡器
四、设计方案
图4声控开关设计方案
五、电路的实现
1.具体电路设计如下：
图5声控开关电路图
2.利用Multisim仿真软件分析，由于Multisim的元件库中没有驻极式话筒，故采用一阻值较大的滑动变阻器替代，得到如下的仿真结果：
图6Multisim仿真结果
图7仿真波形图
3.仿真结果分析：
滑动模拟驻极式话筒的滑动变阻器，得到一个脉冲信号，再经过三极管构成的两级放大电路使脉冲信号得到加强。
由第一片555计时器构成的施密特触发器对该脉冲信号进行处理，触发后面的单稳态延时电路，使之输出高电平，导通发光二极管。
同时，这个高电平经由门电路选通定时计数器开始工作。
当单稳态延时电路的输出由高电平变为低电平的时候，发光二级管熄灭，定时计数器停止工作。
从上面的仿真波形图，我们可以看出单稳态延时电路，经过7个振荡周期后，由高电平变为了低电平。
同时，定时计数器停止计数，经由74LS47译码器，在数码管显示出07，说明该声控电路的设计是合理的。
六、电路的搭建与调试
图8声控开关实物图
按照前文图5设计的电路图，在面包板上搭建电路实物图，并进行调试，完成后如图8所示。
七、各部分分析及计算：
1、前级放大电路：
图9前级放大电路
驻极式话筒在接受到声音信号后，产生一个短时尖脉冲。
测试波形如下：
图10驻极式话筒脉冲波形
经三极管Q1、Q2两次放大后，测试波形如下：
图12放大后的脉冲信号
2、单稳态触发器：
当触发脉冲为负脉冲时，且低电平低于
，高电平高于
时，电平宽度小于暂稳态时间
时，产生暂稳态。
图13单稳态触发器
其中输入电平宽度约小于1ms，
（滑动变阻器阻值
）
在声控开关实物调试中，用示波器测得由Ne555构成的单稳态延时电路的触发波形如下图所示：
图14单稳态波形
3、多谐振荡器：
如图15所示，给电容C2充电的时间为：
放电的时间为：
所以，多谐振荡器的周期为：
其中
，则我们可以得到：
图15多谐振荡器
经测试声控开关的多谐振荡器模块，得到如下波形
图16多谐振荡器的波形图
4、计数器等器件：
两片异步计数器74LS90级联构成一百进制的计数器，然后外接74LS47译码器，最后接到共阳极的数码管。
多谐振荡器的时钟信号从第一片74LS90计数器的第14引脚INA端输入。
当单稳态延时电路受到触发后，第2、3引脚R01、R02受门电路控制变为低电平，计数器开始正常工作，并通过74LS47译码器在共阳极数码管上实时显示出当前的计数状态。
图17计数器
八、实验结果：
敲击驻极式话筒，发光二极管点亮，灯亮期间，两片数码管显示计数，灯灭后，计数不变。
调节单稳态触发器外接的滑动变阻器，可以调节发光时间；调节多谢振荡器的滑动变阻器，可以调节计数的快慢。
图18数码管显示
九、缺点和不足：
1.设计前期，整个布局过于紊乱，而且有些线没有插实，导致电路失效，结果重新做了一遍，耽误了大量时间。
2.扩展部分做的不够好，理解有点偏差，以为是计时结束暂停显示即可，没有自动清零；自动清零设置在下次灯亮的开始阶段，会有一定的误差。
一十、心得和体会：
1.动手之前，应该做好前期准备工作，包括电路整体分析设计，弄清原理，并准备好所需的工具；
2.在搭电路之前，对整体的布局应该有一个大致的构思，这样可以减轻后面的工作量，同时能够保证电路的简洁好看；
3.调试电路时，做好一个模块之后，最好验证一下这个模块的功能能不能顺利实现，可以大大提高调试的效率；
4.这是一次两人合作的课程设计，和组员明确好分工非常重要，各司其职，同时，也应注意沟通，才能顺利完成任务。
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