即拍亮延时小夜灯模电课设报告.docx

1、即拍亮延时小夜灯模电课设报告 课程设计说明书课程设计名称： 模拟电路课程设计 课程设计题目： 即拍亮延时小夜灯 学 院 名 称： 南昌航空大学信息工程学院 专业： 通信工程 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 2013 年 3 月 6 日 模拟电路 课程设计任务书20122013 学年第 2学期第 1 周 3 周 题目即拍亮延时小夜灯内容及要求 声控； 延时点亮小夜灯。进度安排第1周：查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；第2周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计；第3周：检查设计结果、撰写课设报告。学生姓名： 指导时间：周一、周三、周四下午指

2、导地点：E 楼 311室任务下达2013 年2月25日任务完成2013 年 3 月15日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师 系（部）主任 摘要在我们日常生活中，随着我们人性化的理念，响应科学减排和节能科学发展的号召，很多地方都是用声控灯照明。一来可以节约资源减少不必要的浪费，二来给生活也带来了诸多方便。本次课题设计的目的是：设计一简单的即拍延时小夜灯，它可以利用压电陶瓷片将声音信号转化为电信号。压电陶瓷片与晶体三极管、电阻等组成了声控脉冲触发电路，555时基集成电路与电阻、电容等组成典型的单稳态延时电路。晶体三极管和电阻等组成了小灯泡功率驱动放大电路。采用3.0V的直流

3、供电，RC充放电执行。此设计能够很好的控制等的亮与灭，即在有声音或者震动的情况下，小灯泡会亮，否则就不会亮。关键字：555时基、延时、单稳态电路 目录前言.5第一章 设计任务.61.1 基本要求.61.2 提高要求.6第二章 设计方案.6第三章 系统组成及工作原理.83.1 总体设计思路.83.2 电路各模块设计简介.83.2.1 声控电路.83.2.2 延时电路.8第四章 综合控制模块的设计.9 4.1 综合控制模块的设计思路.10 4.2 延时控制模块原理.10 4.3 555集成电路框图及工作原理.10 4.4 总体结构.11 4.5 设计方法与参数的确定.11 4.6 电路仿真图.12

4、第五章 电路的焊接与调试.13 5.1 电路的安装与焊接.13 5.2 综合控制模块的调试.13第六章 系统调试.14小结.15参考文献.16附录一 原件清单.17附录二 实物图.18前 言 自1879 年爱迪生点燃了第一盏真正有广泛实用价值的电灯后,电灯就被人类广泛的应 用，然而我们经常使用的灯泡都是人为机械地控制它的，这对于当今社会各种智能化的建 筑来说是非常不实用的。随着人类社会的进步和电子科技的发展，人们想到并做到了用声 音来控制灯泡的点亮，使得人来灯亮，人走灯熄。这一方面迎合了当今所提倡的科学发展 观，节省电能，另一方面也体现了科技的进步以及人类的聪明才智。因此，我们首先要设计出一个

5、接收设备，专门用来接听声音信号并将声音信号转化 为电信号传送到下一级电路。但是声控电路对声音信号的要求是既不能太强也不能太弱， 太强难以控制，太弱则会使电路过于复杂，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板 声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大，这就要用到功放 电路、运放电路、差分电路等。根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，能提高输 出电压。如今，有了声音传感器，可以直接将声信号转换为电信号，大大简化了电路结构， 使声控电路的设计更加容易。完成了声信号到电信号的转换后，我们可以用产生的电信号 去触发触发器使电路导通。电路对元器件的要求也较高，特别是半导体器件要有

6、较高的灵 敏度。只有各电参数精确稳定，才能使电路高效稳定的工作。 目前，声控技术更是引领着科技的发展和时代的潮流。如现在最新的 iphone4s 智能手 机，其最大的特色就在于语音控制。我们声控技术今后能更广泛更深入地被人类应用，造福人类第一章 设计任务1.1 基本要求通过对已学知识的了解，试着设计一个电路。要求：（1）达到用声音控制灯泡的亮灭；（2）一定时间过后小灯泡会自动熄灭。 1.2 提高要求根据RC充放电原理，设计一电位器，从而达到可调试时间即拍延时小夜灯。第二章 设计方案本方案利用压电陶瓷片、555时基集成电路等，基本电路图如图1.1所示 图1.1 压电陶瓷片 B 与晶体三极管 VT

7、1，电阻 R1，和电阻 R2 等组成了声控脉冲触发电路， 时基集成电路 IC 与电阻 R3，电容器 C 等组成了典型单稳态延时电路，晶体三极管 VT2， VT3 和电阻 R4，R5 等组成了小电珠 H 的功率驱动放大电路。整个电路的电源由干电池 GB 提供。 平时，由于晶体三极管 VT1 的偏流电阻 R1 取值较大，所以 VT1 趋于截止状态，其集 电极输出电压高于 1/3VDD=1.5V，与之相连的时基集成电路 IC 的低电位触发端 2 脚处于 高电平，单稳态电路处于稳态。电容器两端通过 IC 的 7，1 脚被 IC 内部导通的三极管 短路，IC 的 3 脚输出低电平，VT2，VT3 均无偏

8、流而截止，小电珠 H 不发光。 当在有效距离范围内拍一下手掌时，突发的声波被压电陶瓷片 B 接收，并转换成微弱 的电信号，该信号的正半周经 VT1 放大后，从其集电极输出负脉冲，时基集成电路 IC 的 2 脚获得瞬间低于 1/3VDD=1.5V 的低电平触发信号,使 IC 组成的单稳态电路受触发进入暂 稳态(即延时状态),IC 的 3 脚输出高电平,VT2 获得适合的偏流而导通,VT3 进入完全饱和导 通状态,小电珠通电发出亮光，随着 IC的 3 脚变成高电平，IC 内部导通的三极管截止，解 除对电容器 C 的短路，电池 GB 通过电阻 R3 向电容器 C 开始充电，当 C 两端的充电电压 （

9、即 IC 的高电位触发端 6 脚电位）达到 2/3VDD=3V 时，单稳态电路翻转恢复稳态，IC 内部三极管重新导通， 通过 IC 的 7， 脚放电并被再次短路， 的 3 脚重新输出低电平， C 1 IC 导通到 VT2，VT3 失去偏流而截止，H 断电自动熄灭。 电路中，小电珠 H 每次延时点亮的时间长短，取决于单稳态电路中电阻器 R3，电容 器 C 的时间常数，具体可以通过公式：T=1.1R3C 来估算。按图选择 R3 和 C 的值，H 延时点亮的时间约为 1min。在晶体三极管 VT1 电流放大系数 ，R1 电阻值确定的情况下， 通过改变 R2 的电阻值，可调整静态时 IC 的 2 脚电

10、位高低，也就是说，通过适当调整 R2 的电阻值，可以控制声控灵敏度。 第三章 统组成及工作原理3.1 总体设计思路 系统组成及工作原理声控灯主要是依据声控原理来设计的。利用声控电路是为了节约能源。整个电路 由电声控电路、延时电路等部分组成。电源由实验提供稳压电压。通过声控电路使灯 泡自动点亮，声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而来实现自动控制，延时电 路声音消失后延长一段光照时间。总体方框图如图1.2所示。 图1.23.2 电路各模块设计简介3.2.1 声控电路 如图1.3所示声控电路为声音信号采集电路， 利用压电陶瓷片在声音变化下电压发 生改变的特性。当声音达到4.1KHZ以上的谐振频率

11、时在out端将输出一个大于2V 的高电平，当低于4.1KHZ或没有声音时在out端产生一个小于0.8V的低电平。图1.33.2.2 延时电路本延时电路采用RC充放电电路作为延时部分，通过555内部结构（与非或关系）等使充电放电电路分开。这样极短的声音刺激就能实现电路的延时工作。信号由 FT-27经9014单向C1充电。所以充电后555芯片的7脚电位高于1脚，3脚就输出 正电位，此时输出小于2V，此时三极管VT2开启，继而VT3也导通，点亮小灯泡H。 在声音信号刺激结束后，电容向电阻R3R4R5等放电，其中R3为1M电位器，使其放 电时间为0s到51.7s可调。如图1.4所示：图1.4 第四章

12、综合控制模块的设计4.1 综合控制模块的设计思路在设计之初， 首先要明确所设计电路的功能为在保证充分电的条件下还要能做到 延时性、精确性好，即信号不失真。根据这一设计思路，在有声音时将产生大于2V 的信号，而实际也是要求这种情况下控制灯亮。给555时基集成电路的输出端3管脚 一个不大于3V的高电平信号，才能控制灯亮，而在其他情况下都将产生低电平，约 接近于0V。根据这些，选择9014,9012三极管等就能达到设计要求。4.2延时控制模块原理 声控夜灯的延时控制模块总体参考方案图如图1.5所示。它包括RC电路和555 芯片两个个模块组成。从外界进行信号识别，从而达到灯泡发亮的功能。图1.5 声控

13、夜灯控制系统延时控制模块设计框图4.3 555集成电路的框图及工作原理555集成电路开始是作定时器应用的。 但后来经过开发， 它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉 冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲 调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中， 555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以 及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图1.6所示。 图1.6555集成电路是8脚封装，双列直插型。其中6脚称为阈值端（TH）

14、是上比较器的输入；2脚称为触发端，是下比较器的输入。3脚是输出端，它有0和1两种状态。7脚是放电端；4脚是复位端。4.4 总体结构总体结构如图1.7所示： 图1.7 4.5设计方法与参数的确定IC选用静态功耗很小的CMOS时基集成电路（又称“555时基集成电路），这种 CMOS时基集成电路的静态电流很小，而且工作电压低（实测不低于2V就能工作）。 常用的普通TTL工艺生产的“555”时基集成电路，因其功耗大，要求工作电压较高， 所以不适宜在本制作中使用。 VT1，VT2均选用9014（集电极允许最大电流ICM=0.1A，集电极最大允许功耗 PCM=310mW），要求VT1的电流放大系数200，

15、VT2的电流放大系数100，VT3 选用9012（ICM=-0.5A,PCM=625mW),要求电流放大系数50。 R1-R5均选用RTX-1/8W型碳膜电阻器。C用漏电很小的优质CD11-10V型电解电容 器。B用27mm压电陶瓷片FT-27，要求配上简易塑料或金属共振腔盒，当助鸣箱。 H用手电筒常用的2.0V小电泡。电压用实验室的直流稳压电源3.0V.4.6 电路仿真图因实验仿真软件中没有压电陶瓷片（FT-27） ，所以通过一个开关和一个信号触发来达 到同样的效果。接入电源，当开关闭合时，小夜灯亮；接着断开开关，小夜灯在30S 左右后才会自动熄灭。电路仿真图如图1.8所示： 图1.8第五章

16、 电路的焊接与调试5.1 电路的安装与焊接电路安装要注意几个原则： 1.先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等； 2.一定要注意排版，不能东倒西歪，方向应尽量一致； 3. 布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用； 4. 最好分模块安装。此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊， 因为有些器件，不能耐高温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留太久；同时过 焊铜片将脱落，给焊接带来不必要的麻烦、也将影响板子的视觉效果。 5.在焊完之后，不要忙于去调试，而应该用万用表来查其电路是否接触良好、是 否与电路图的布置一致、是否有器件在焊接的过程中烧坏了等。5.2 分模块的

17、调试本实验调试，首先单独分模块进行调试，也就是焊接完，分别对声控部分和延 时部分进行分别调试，输入一3.0V的直流电压信号，用万用表检测555芯片的3管 脚其输出电压是否约等于2.0V。 如果没有,说明在声控这一块上有焊接错误， 如短接、 接触不好、管脚连接错误等；若达到2.0V则声控部分没有问题；接着用万用表检测 延时部分以及总体部分，如果对照电路图出现线未连、引脚接触不良好等问题，则进 行修改。再重新检查一遍没问题，将焊板上的正负极正确接好，则基本上符合了设计 要求。第六章 系统调试在分模块分别调试成功的前提下，按照电路图将分模块连接好，检查是否正确连 接，连接正确时则可以接上3.0V的直

18、流稳压电源。如果当拍掌时灯泡没亮，说明电 路有问题，如万用表和示波器逐个检测信号，再检查是否存在虚焊的问题；检查芯片 是否没连接错；灯泡是否已烧坏；仔细对照电路图检查等原因。如果拍掌时灯泡亮， 再等一段时间看灯泡是否会自动熄灭。如不会，则再依照前面检查的步骤来；如没问 题，则再调解电压器，看是否在不同的R3下有不同的延时。没有问题，则基本上符 合了设计要求。 在以上基础上，还需要多次上电调试，观察电路是否有其他状况，是否有不稳定 的情况发生。如果电路不稳定择应立即排查原因，特别的应该注意虚焊的问题。小结在为期两周的模拟电路课程设计实验中，完成了“即拍延时小夜灯的设计”。本 系统可以控制路灯、楼

19、梯、库房等灯光的智能照明，即当有声音时灯亮并且会延时一 定的时间，无声音灯不亮。从而实现节能节电的效果。由于此电路在光线较暗时是否 接通取决于声音的强弱，通过放大器对信号进行放大。本设计主要通过模块化思想， 逐步实现设计所需达到的功能要求：声音检测放大模块是对外界声音信号的感应系 统。LC充放电路为延时部分，三极管起到开关作用。 本课程设计主要采用的电路原理基于模拟电子电路的基本知识， 对于信号的放大 用55芯片5内部的一个放大系统做。然后由感应信号和555芯片并放大。从而实现 设计要求。 本课设过程中一开始就出现芯片的焊接错误， 其实在焊接前就问同学芯片的管脚 是从哪开始数。但在线路的布置时

20、，却不知而然的顺时针数，后来发现要重新把芯片 的焊点吸出，所以觉得麻烦，而且浪费时间和影响美观等，接着想到把芯片引脚倒过 来插。所以今后做如此的焊接实验时必须更仔细点。在压电陶瓷片这一块，以为直接 焊上去就可以达到灯亮和延时的效果，结果没达到理想效果，通过网上查阅才知道需 要一个简易塑料或金属共振腔盒，当助鸣箱。在最后过程中，老师提出应该用不同的 延时时间，所以就将R3改为电位器；同时老师在检查时提到原理问题时，其实在做 之前是看过、查阅过的，只不过因为当时头脑一热，只有几个词语，所以一言不语， 当时也不明白555芯片的具体结构组成以及其目的等 （认为这是在实验报告中要完成 的任务） ，所以在

21、今后还是要做好充分的准备工作，做到细心、谨慎、负责。 通过实验意识到要从现在开始养成那种细心的好习惯。还有由于知识的局限性， 对一些深层次的问题还是有所欠缺。这对以后的课程设计、毕业设计甚至是今后工作 上都非常有帮助。再者通过这次实习锻炼了自己的动手及查资料的能力，也体会到了 成功带来了的喜悦和自己的不足之处，可以说是受益匪浅。 参考文献1、王港元.电工电子实践指导（第二版）.江西科学技术出版社，2005.2、张友汉.电子线路设计应用手册.福建科学技术出版社，2000.3、郝鸿安等.555集成电路实用大全.上海科学普及出版社.附录一 元器件清单名称型号个数芯片NE5551压电陶瓷片FT-271电容47F1电阻100K110K33601 附录二 实物图