声控开关的设计与制作

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
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：航天学院控制科学与工程系
班级：
设计者：
学号：
指导教师：
设计时间：2013.11.25- 2013.12.13
哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学课程设计任务书
声控开关的设计与制作
摘要
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。

生活中，好多地方都使用声控开关，如用声控开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。

声控开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合广大电子爱好者自制。

人们对声控技术越来越熟悉。

用声音代替肢体动作给人们带来了很多的好处和便利。

因此，越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中。

本课程设计设计了声控部分和计数器部分。

主要由三极管基本放大电路、单稳态触发器、多谢振荡器，计数器电路，译码器电路和数码管显示电路等基本电路组成，利用驻极体话筒、三极管、二极管和７４ＬＳ００、５５５等芯片实现电路声控的功能，利用７４ＬＳ９０、７４ＬＳ４７、５５５和数码管实现计数功能。

做到声音信号发出时，二极管可以指示发光，计数器可以同步计数，声音信号消失时，二极管熄灭，计数停止进行清零。

关键词：声控开关集成电路计数器
1.课题总体介绍
1.1 设计任务技术指标：
1. 任务：设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。

2.基本要求
接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二级管，灯亮时间可调。

控制延时时间用数字显示。

3.拓展要求
发光二极管点亮时间延时显示。

1.2 基本工作原理及原理图
设计的原理框图如下：
驻极体话筒接收到一定强度的声音信号后，声音信号转换为电压信号，幅度很小，经放大、整形后，触发单稳态延时电路，产生一个宽度可调的脉冲信号，驱动发光二极管显示。

同时，这个脉冲信号作为选通信号，使计数器计数，555组成的多谐振荡器为计数器提供时钟脉冲，计数器采用两个十进制的74LS90串联组成一百进制的计数器，计数器通过译码器74LS47译码并用数码管显示延时。

图1 声控开关原理框图
基于上述框图及原理设计电路图如下：
图2声控开关原理图
2 相关芯片介绍
本课程设计中共用到了74LS00，74LS90，74LS47，555，共阳极数码管五种芯片。

现分别介绍如下：
2.1 集成芯片555 工作原理
555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。

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。

其管脚图如下图所示，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(V o)，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。

图3 555管脚图
2.2 十进制计数器74LS90
74LS90是二五十进制计数器，计数时将CPA接时钟输入端，QA接CPB，即组成十进制计数器，两个计数器串联可以组成一百进制计数器。

管脚图如下所示：
图4 74LS90管脚图
2.3 74LS47芯片
74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器， 74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了单片机的IO开销。

因此是一个非常好的芯片！但是由于目前从节约成本的角度考虑，此类芯片已较少用，大部份情况下都是用动态扫描数码管的形式来实现数码管显示。

其管脚图与74LS48相同，如下所示：
图 5 74LS47管脚图
2.4 两输入与非门 74LS00及数码管
74LS00和数码管管脚图如下：
图5 74LS00管脚图 图5 数码管管脚图
3.电路设计说明
3.1单稳态电路部分
输入的脉冲信号经过电路整形，变为标准的负的方波脉冲信号，接下来还要进一步将信号时间延长，这就要使用单稳态电路，将负的方波脉冲转化为正的方波脉冲，同时延长稳态时间，来使二极管稳定发光，基本电路如下图：
A3
555_VIRTUAL
GND
DIS OUT
RST VCC THR CON
TRI
R9
100kΩ
Key=A
50%
C2100µF
C3
0.01µF
5V
图6 单稳态电路
单稳态触发器可以将输入的负的方波脉冲信号转换成为正的方波脉冲信号，高电平时间：
ｔｗ＝１.１ＲＣ
故可以通过调节电阻和电容，调节脉冲时间，以此调节二极管发光时间以及芯片计数时间，作为控制信号使用。

电路要求时间可调，故Ｒ在实际搭接中选用滑动变阻器。

3.2多谐振荡器部分
对于计数器，需要时钟信号对其进行触发，此时，应使用５５５定时器组成的多谐振荡器，产生需要的时钟信号，通过调节Ｒ,Ｃ可以调节时钟周期，这里选用滑动变阻器代替ＲＢ来对始终周期进行调节，从而可以调节计数器计数的速度，从而可以调节显示的数字大小。

多谐振荡器电路如下图：
图7 多谐振荡器电路
该电路是一个多谐振荡器，有555定时器产生，由于5脚接地，因此多谐振荡器的
高电平触发信号和低电平触发信号分别为2/3Vcc 和1/3Vcc ，根据三要素法则可近似得到如下公式
高电平时间：
()0.7h
A B t R R =⨯+
低电平时间：
0.7l B t R =⨯
3.3 译码及数码显示电路
完成计数功能后，要进行显示，这里使用显示译码器７４ＬＳ４７以及共阳极数码管
组合进行数字的显示，两片７４ＬＳ４７芯片分别接７４ＬＳ９０芯片的高位以及低位芯片，再接入相应的共阳极数码管，同时接入保护电阻即可完成数字部分的功能实现。

译码及显示部分电路图如下：
图8 译码显示电路
3.4放大电路
驻极体话筒接收并转换的信号通过两级放大电路进行了初步的放大。

放大电路如下：
驻极体话筒
Q1
2N2222
Q2
2N2222
R26.2Ω
R36.2ΩR4100kΩR5100kΩ
R647kΩ 图9 放大电路
3.5
整形电路部分
声音信号转化成的电信号经过放大后持续时间还是较短，仍为一瞬间出现的脉冲信号，为了使二极管可以稳定发光，因此使用整形电路将较大的正脉冲整形成为一个标准的负的方波信号，这要使用５５５芯片构成整形电路，即为施密特触发器电路，电路如下图：
C10.01µF
A1
555_VIRTUAL
GND
DIS OUT
RST VCC THR CON
TRI VCC
5V
图10 整形电路
4.实验结果验收
4.1 声控开关工作过程波形图
4.1.1 放大电路输出波形
4.1.2 施密特触发器输出波形
4.1.3 延时电路输出波形4.1.4 多谐振荡器输出波形
4.2 声控开关效果图
5.心得体会
在设计和连接电路图的过程中，我们遇到了很多问题如：芯片毁坏导致功能无法
实现，检查时又查不出问题所在；接入电源时忘记确定电源输出是不是要求输出而导致电路电压过载而烧坏。

在解决这些问题的过程中我们也学到了很多东西。

总结如下：
1.在使用芯片前，一定要测试芯片是否能实现预想功能。

2.接入电源前一定要用示波器测量好电源输出电压，避免接入电压过高。

3.在电路连接好后，如果不能实现预想功能，一定要平心静气，认真的检查是什么
原因，并改正。

总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。

在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力和分析能力。

6.参考文献
1模拟电子技术基础王淑娟蔡惟铮齐明高等教育出版社
2 数字电子技术基础杨春玲王淑娟高等教育出版社
3电子技术基础实验教程廉玉欣机械工业出版社。