即拍延时小夜灯.doc

1、 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： 即拍延时小夜灯 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 电子信息专业 班级： 100414 学号： 姓名： 评分： 教师： 张 南 20 12 年 4 月 1 日 模拟电路 课程设计任务书20 11 20 12 学年 第 二 学期第 一 周 二 周 题目即拍延时小夜灯内容及要求通过所学知识，设计一电路使其达到声控，延时点亮小夜灯。进度安排1、 根据其要求，在网上、课本上查找关于该实验的设计原理、设计图等，分析各元件所起的作用；2、 对其进行仿真，看能否达到其效果；3、 写实验方案，列出实验所用元件；4、 焊接电路，调试实验；5、

2、 写实验报告学生姓名：指导时间指导地点： 楼 室任务下达20 12 年 2 月 13 日任务完成20 12 年 2 月 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师张系（部）主任摘要在我们日常生活中，随着人们人性化的生活理念，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，一来节约了电资源，二来使用用起来非常方便，不必在黑夜中摸索开关。本次课题设计的目的是：设计一简单的即拍延时小夜灯，它实际上是一个“声控延时小灯”。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、电容器等组成了典型单稳态延时电路，晶体三极管和电阻等组成了小灯泡的功率驱

3、动放大电路。采用3.0V的直流供电，由RC充放电执行。此设计能很好地控制灯的亮灭，即在有声音或震荡的情况下灯亮，其他情况下灯灭，从而达到节能的效果。关键字：声控脉冲触发器、555时基集成电路、RC充放电目录前言4第一章 设计任务51.1 基本要求51.2 提高要求5第二章 系统设计方案选择62.1 方案一62.2 方案二6第三章 系统组成及工作原理73.1 总体设计思路73.2 电路各模块设计简介73.2.1 声控电路73.2.2 延时电路8第四章 综合控制模块的设计94.1 综合控制模块的设计思路94.2 延时控制模块原理94.3 555集成电路的框图及工作原理94.4 总体结构104.5

4、设计方法与参数的确定114.6 电路仿真图12第五章 电路的焊接与调试135.1 电路的安装与焊接135.2 综合控制模块的调试13第六章 系统调试14结论15参考文献16附录一 电路原理图17附录二 清单18前言  当你夜晚走在大街小巷、上厕所等，是否在为找不到开关而绞尽脑汁？是的，在日常生活中我们可以发现很多时候我们需要灯的时候却没有或者不能够实现智能控制，而声控灯的设计就能够满足人们的需求。科技发展为我们带来了许多方便，同样在灯光控制方面它也给我们带来便利。公共场所照明越来越朝着智能化、人性化的方向发展。现在市场上不仅有声光控开关，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微

5、波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，价格也偏高。而声光控不仅价格低廉，安装方便，而且也能有很好的控制效果，因此声光控可以有一个很好的应用前景。本次课题设计是声光控灯控制系统设计的前身设计声控灯系统，此控制灯系统的设计采用模块化结构，主要有声控电路，延时电路等。在设计此控制系统时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、容易、条理清晰。这种设计思路可以应用于以后的大型产品设计中，团队分配工作中发挥重要作用，能够大大的降低难度也不会因为一个小模块没出来而影响总体的进度。声控灯控制系统有对声音信号进行识别并通过延时电路使灯泡亮的功能。利用3V直流稳压电源供电，

6、用压电陶瓷片检测声音信号并通过555时基集成芯片对信号进行放大，对声音信号进行逻辑分析，RC充放电电路控制驱动灯泡。当有声音会亮，无声音则不亮，该声控灯控制系统能很好的实现设计要求，相比市场上的一些产品而言，具有成本低廉性能良好的优点。同时，为了让我们更清楚地理解怎样通过所学的知识和自己的动手实践能力来掌握对模拟电路知识的应用，为我们今后的学习奠定基础和对自己专业的深入认识，为自己步入社会做一定的基础。而且本实验着重在于对如何做到用声音来控制电路，从而将其更好的应用至我们的日常生活中来，对于我们专业而言并不是在纸上如何谈兵而需要的是实践操作能力的提升。通过一定的知识和动手能力，达到初步了解即拍

7、延时小夜灯的原理，继而才可以再次扩宽自己的视野。第一章 设计任务1.1 基本要求通过对模拟电路这本书的知识掌握，来设计一电路，一来可以达到用声音控制灯泡的亮灭；二来可以在亮后一定时间内灯泡会自动熄灭。1.2提高要求根据RC充放电原理，可以设计一电位器，从而达到可调式时间即拍延时小夜灯。第二章 系统设计方案选择2.1 方案一本方案是在网上的一电路，即利用FT-27压电陶瓷片，555时基集成电路等，基本电路图如下所示：2.2方案二本方案是在开放性实验中老师要求的一电路，就是将压电陶瓷片改成咪头（话筒），其原理大致是相同的。如图：将两方案进行比较，其实原理都一样，只是因为希望和以前的实验有所改变，进

8、而再了解一下不同的振荡源（发生装置）产生的效果。所以采用方案一，看看其是否能够有同样的效果。第三章 系统组成及工作原理3.1 总体设计思路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3.1.1所示。图3.1.1声控夜灯原理组成方框图 3.2 电路各模块设计简介3.2.1 声控电路如图3.2.1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.

9、1KHZ以上的谐振频率时在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3.2.1声控电路 3.2.2 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：

10、图3.2.2 延时电路第四章 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4.2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

11、能。夜灯亮暗RC充放电路、555芯片声控部分图4.2 声控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4.3所示。图4.3 555芯片内部结

12、构555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图2(A)所示，按输入输出的排列可看成如图2(B)所示。其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。4.4 总体结构图4.4 总体图形  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

13、压高于1/3VDD=1.0V（VDD等于电源电压，即3.0V），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均无偏流而截止，小灯泡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=1.0V 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

14、通,VT3进入完全饱和导通状态,小灯泡通电发出亮光，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（即IC的高电位触发端6脚电位）达到2/3VDD=2V时，单稳态电路翻转恢复稳态，IC内部三极管重新导通，C通过IC的7，1脚放电并被再次短路，IC的3脚重新输出低电平，导通到VT2，VT3失去偏流而截止，H断电自动熄灭。   电路中，小灯泡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可通过一电位器来达到对延时时间的长

15、短。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脚电位高低，也就是说，通过适当调整R 2的电阻值，可以控制声控灵敏度。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

16、的电流放大系数>200，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 电路仿真图图4.4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

17、开关，小夜灯在30S左右后才会自动熄灭。第五章 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

18、程中烧坏了等。5.2 分模块的调试 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

19、时则可以接上3.0V的直流稳压电源。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

20、路灯、楼梯、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，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