数电课程设计--声控开关的设计与制作.doc

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： 声控开关的设计与制作 院 系： 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 工业大学课程设计任务书 课程设计题目：声控开关的设计与制作 已知技术参数和设计要求：1. 能够在接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二级管；2. 灯亮时间在一定范围内连续可调；3. 数字显示延时时间。 工作量：（1）完成电路设计、器件选取、电路搭建、电路联调、实验测试等工作；（2）两周内完成电路验收，并提交课程设计报告。 工作计划安排： 1、11月 21日上午设计理解系统的整体结构框图； 2、 11月22 日下午根据各功能模块的电路图进行仿真分析； 3、 11月23 日下午上课时在面包板上搭电路；4、 11月 23号下午在实验室调试电路 同组设计者及分工：同组人：崔豪豪，李林瞳分工：两人共同进行电路设计、仿真以及搭建任务。 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。目录系统整体结构1模拟电子部分1声音传感器1放大电路1整形电路2单稳态触发器2发光二极管模块3数字电子部分3时钟发生电路3计数器与选通电路4译码器和数码显示管5整体结构分析、仿真与实现6电路调试及各模块波形6设计心得体会7参考文献7 系统整体结构 该系统可以分为两大部分：第一部分为模拟电路，第二部分为数字电路。模拟电路部分主要功能是将声音传感器的产生的脉冲信号进行放大、整形、维持一定时间的暂态使发光二极管工作，并用来控制第二部分的数字电路的工作时间。数字电路部分的主要功能是用数码管显示发光二极管的工作时间。根据模拟电路部分和数字电路部分的功能可设计出系统的整体结构框图如图1所示：图 1 系统的整体结构框图模拟电子部分声音传感器声音传感器为一个驻极体话筒。有两个接口，一个接口与外壳相接，这个接口在电路中应该接地，另一个接一个上拉电阻与5V高电平相接，并作为信号输出端；当有声音信号时声音传感器能产生一个脉冲信号。放大电路由于声音传感器所产生的电信号的电压太小不宜直接进行整形，因此要对该电信号进行适当的放大，我们选用了三极管共射级放大电路，因为共射级放大电路会使输入电信号的相位滞后180度，因此使用两级放大，放大电路如图 2所示。图 2 放大电路整形电路施密特触发器的有一个很重要的应用是脉冲整形，经过施密特触发器的整形之后，脉冲信号可以变成比较理想的举行脉冲信号。施密特触发器电路如图 3所示。图 3 施密特触发器单稳态触发器因为经过整形电路之后的脉冲宽度太窄，使发光二极管工作的时间和计数时间都非常短，为了能够使发光二极管工作的时间和计数时间变长达到10s左右，必须使用单稳态触发器，这里我们选用555定时器构成的单稳态触发器，其电路图以及输出波形分别如图 4所示。因为单稳态触发器的暂态时间为tw=1.1R2C2故取C2 =100uf，使用R2=100k的电位器，使时间可调。图 4 单稳态触发器发光二极管模块发光二极管的功能是，当单稳触发器输出稳态电压时，发光二极管不发光，当单稳态触发器输出暂态电压时，发光二极管发光作为最终输出。数字电子部分时钟发生电路计数器工作时必须有稳定的时钟发生电路为计数器提供时钟信号，在本课程设计中我们使用了555定时器构成的多谐振荡器来产生时钟信号，其电路图如图 5所示，输出时钟信号如图 6所示。时钟电路的输出时钟信号周期等于多谐振荡器的振荡周期，多谐振荡器的振荡周期：T=T1+T2 其中 T1=0.7(RA+RB)C T2=0.7RBC 所以 T=0.7(RA+2RB)C令时钟的周期为1，也即是使计数器每隔1秒钟记一次数，所以 T=0.7(RA+2RB)C=1取 C=100uf、 RA =200欧，则 RB =7.043k，RB 为可调电位器。图 5 555定时器构成的多谐振荡器图 6 输出时钟信号计数器与选通电路我们学过的计数器芯片有很多种，老师给我们提供了两片74LS90芯片，74LS90芯片为上升沿异步计数的十进制计数器，该计数器按照8421BCD码进行计数，因为单稳态触发器的暂态时间tw=1.1R2C2=8秒，时钟周期T=0.7(RA+2RB)C=1秒，计数器必须能记8个数，此电路使用74LS90的级联（电路如图 7所示），用以计十以上的数。 选通器使用的74LS00芯片的与非门，当单稳态触发器1输出稳态电压（低电平）时，单稳态输出与时钟通过与非门接到74LS90的CP端，控制计数开始，单稳态输出1触发另外的一个单稳态时钟2，二者通过或非门控制74LS90的R01、R02清零端；当单稳态触发器1输出暂态电压（高电平）时，与非门输出低电平，计数器开始计数。当单稳态触发器1输出由暂态电压变为稳态电压时，74LS90计数停止，单稳态时钟2受到触发，单稳态触发器1输出与单稳态触发器2输出通过或非门，延时一段时间后对74LS90清零。图 7 74LS90计数器的级联图 8 延时电路译码器和数码显示管本实验中使用74LS47译码器驱动共阳极LED数码管，74LS90计数器输出的是8421BCD码，74LS47译码器是对8421BCD码进行译码，使共阳极LED数码管显示从零到一的数，其电路图如图 9所示图 9 74LS47译码器驱动共阳极LED数码管整体结构分析、仿真与实现根据系统整体结构框图将模拟电路部分和数字电路部分结合起来，绘制整体电路图并在Multisim上进行仿真，将声音传感器用脉冲信号代替，仿真图如图 10所示。仿真结果显示当没有脉冲输入时，两个数码管都显示零，当输入脉冲信号时，发光二极管变亮而且数码显示管从零开始计数，当数码显示管显示到16之后，发光二极管熄灭，计数停止，并保持一段时间后再清零，数码显示管又都变成0。仿真结果符合设计要求。图 10 实验仿真电路电路调试及实际电路图(调试视频见附录)电路调试中解决了如电路图上电阻未标而自己选择阻值过小导致功能无法实现、电路图上为共阴极七位数码管而在本实验中使用的是共阳极数码管、数码管忘记接限流电阻等种种问题后，电路成功实现，实际电路图如下：图 11 实际电路图设计心得体会在这次设计中根据老师给出的电路图，将电路输入Multisim进行分析仿真，并修改各元器件的参数查看效果。在所有功能模块的电路都设计好之后，再将所模块连接在一起，验证其功能，并在面包板上搭连起来，到实验室进行调试，测量各模块的输出波形，验证电路的功能。虽然实验中遇到了诸如电路图上电阻未标而自己选择阻值过小导致功能无法实现、电路图上为共阴极七位数码管而在本实验中使用的是共阳极数码管、数码管忘记接限流电阻等种种问题，但整个实验的过程也是解决问题的过程，很高兴我们能作为全班第一个将电路成功搭出的小组。而这次实验在巩固模拟电子技术基础和数字电子技术基础两门课