声控开关的设计与制作

声控开关的设计与制作

四川师范大学成都学院电路与电子技术课程设计

—声控开关的设计与制作

学生姓名肖龙学号 2012101137 所在学院通信工程学院专业名称通信工程班级 2012级宽带2班

景文芳指导教师

成绩

四川师范大学成都学院

二?一四年十二月

四川师范大学成都学院课程设计报告

课程设计任务书

肖龙 2012101137 学生姓名学生学号

通信工程 2012级宽带2班学生专业学生班级

景文芳指导教师职称

年月日 2014年 12月 3日发题日期完成日期

声控开关的设计与制作设计题目

设计目的:

设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。

(1)、接受到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管(电流5~10mA)，延时时间在1~15s之间可调。

(2)、延时时间用数字显示(采用共阳极数码管)，时间单位可调，显示时间在1~15s。

具体任务及要求:

给出声音信号后，发光二极管可以发光并维持一段时间，并且维持时间可调;

二极管发光时计数器进行计数，并且可以调节技术的速度，二极管停止发光时，

计数器自动清零。

1、接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管(电流5,10mA)，延时

时间在1,15s之间可调。

2、延时时间用数字显示(采用共阳极数码管)，时间单位可调。

课程设计进度安排:

序号内容安排时间

1 审阅题目，查找相关资料，做好准备工作 2014.10

2 整理资料，拟出大纲 2014.10

3 根据大纲编写相关内容，准备所需器件 2014.11

4 完成课程设计的编写 2014.12

5 检查课程设计，上交 2014.12

课程设计参考文献:

[1]康华光，陈大钦. 电子技术基础—模拟部分(第五版),M]. 北京:高等教育

出版社，2005

[2]黄继昌，郭继忠，张海贵，范伦才，徐巧鱼. 数字集成电路应用300例[M]. 北京:人民邮电出版社,2004

[3]李银华. 电子线路设计指导 [M].北京:北京航空航天大学出版社，2007 [4]姜立华. 常用电工电子线路200列 [M]. 中国电力出版社，2010 [5]张延琪. 常用电子电路280例解析 [M] 中国电力出版社 [6]谢自美. 电子线路设计)实验)测试(第三版) [M].武汉:华中科技大学出版社，2002

指导教院长审核师签字签字

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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开关。

生活中，好多地方都使用声控灯照明，声光双控延时照明灯白天自动关闭，夜间有人走动时，其脚步声或谈话声可使电灯自动点亮，声音过后30s电灯又会自动熄灭。这种延时照明控制开关能有效地消除长明灯、节约电能;声控开关，即采用模电数电混合集成电路，进行逻辑运算，控制电路中电流。其中重要部件光控电子开关，它的“开”和“关”是通过可控硅的通断来实现，而可控硅的通断又受自然光的亮度(或人为亮度)控制，故声控灯又名为声光控灯。该装置适合广泛用于楼梯、走廊、路灯和厕所等场所的照明，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。

由于设计条件限制，该课程设计只涉及了声控部分和计数器部分，对光控部分不再进行分析。本次设计主要是利用三极管基本放大电路、单稳态触发器、多谢振荡器等基本电路，利用,,,,,,、,,,,,,、,,,,,,、,,,等芯片实现电路声控的功能，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。

声控器件，就是利用声音来控制电路的一种元件，当声音信号来临时，电路动作，一般声控器件是对震动敏感的物质，有声音时就接通(电阻变小)，没有声音时就断开(电阻变的很大)。再通过电路和芯片做个延时，就可以使有声音时电路接通一段时间。

计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。

本次直流稳压电源课程设计，使用proteus软件，对原理图进行绘制;借助示

波器和万用表等器械，对电路进行仿真分析。这一设计方案能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证产生，从而缩短建模循环。

关键词:proteus 声控开关集成电路计数器

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目录

前言 ................................................................

1 1任务提出与方案论证 ................................................

1

1.1 任务 (1)

1.2 要求 (1)

1.3 基本工作原理及原理图 ....................................... 1 2 相关芯片介绍 (3)

2.1 集成芯片555 (3)

2.2.1 555定时器的定义 (3)

2.1.2 555集成电路的工作原理 (4)

2.1.3 555芯片管脚介绍 (5)

2.1.4 555定时器的功能表 (5)

2.1.5 典型应用电路 (6)

2.2 十进制计数器74LS90 (6)

2.2.1 74LS90功能:十进制计数器(?2 和?5) (6)

2.3 74LS47芯片 (8)

2.4 两输入与非门74LS00及数码管 ............................... 10 3 总体设计 (10)

3.1 共射极基本放大电路 (10)

3.2 整形电路部分 (11)

3.3 单稳态电路部分 (12)

3.4 多谐振荡器部分 (13)

3.5 计数器以及译码器部分 ...................................... 14 4 总体设计图 . (15)

5 总结 ............................................................. 17参考文献 ...........................................................

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声控开关的设计与制作

前言

声控开关在实际中的应用相当广泛，是一些声控灯基本组成部分，其原理适用于很多声控器械，它涉及到时序逻辑电路如何设计、分析和工作等方面。通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理，从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种电路图，解决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。

本课题要求根据电路原理图装配与调试声控计数器电路。本电路采用声音控制方式进行计数，有数码管显示计数结果，计数范围是0,99，它具有快捷、方便、直观和准确的优点，可用于自动控制、统计等场合。

1任务提出与方案论证

声控开关在实际中的应用相当广泛，是一些声控灯基本组成部分，其原理适用于很多声控器械，它涉及到时序逻辑电路如何设计、分析和工作等方面。通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理，从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种电路图，解决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。

本课题要求根据电路原理图装配与调试声控计数器电路。本电路采用声音控制方式进行计数，有数码管显示计数结果，计数范围是0,99，它具有快捷、方便、直观和准确的优点，可用于自动控制、统计等场合。

1.1 任务

设计一个声控开关，控制对象为发光二极管

1.2 要求

(1)、接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管(电流5,10mA)，延时时间在1,15s之间可调。

(2)、延时时间用数字显示(采用共阳极数码管)，时间单位可调，显示范围为1,15s。

1.3 基本工作原理及原理图

此方案采用74LS90计数器，74ls47译码器，晶体管放大电路，555构成的整形电路，555构成的单稳态触发器和多谐振荡器，还有74ls00等门电路。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，

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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，并用数码管显示延时。

原理图如图1-1:

图1-1

电路图如图1-2:

图1-2

原理设计电路图如图1-3:

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图1-3: 声控开关原理图

2 相关芯片介绍

本课程设计中共用到了555，74LS90，74LS47，74LS00，共阳极数码管五种芯片。现分别介绍如下:

2.1 集成芯片555

2.2.1 555定时器的定义

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规矩集成器件。一般用双极性工艺制作的成为555。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V,16V工作，7555可在3,18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极性和CMOS型两大类，二者的结构和工作原理类似。二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器

广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输

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出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5 脚悬空时，则电压比较器C1 的同相输出端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR 的电压小于VCC/3，则比较器 C2 的输出为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阀值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于

VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

555定时器内部电路图如图2-1:

图2-1: 555定时器内部结构图

2.1.2 555集成电路的工作原理

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

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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。

2.1.3 555芯片管脚介绍

555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图2-2所示，按输入输出的排列可看成如图2-3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。

图2-2: 555集成电路封装图

图2-3: 555管脚图

2.1.4 555定时器的功能表如下:

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2.1.5 典型应用电路

555的应用电路很多，只要改变555集成电路的外部附加电路，就可以构成几百种应用电路，大体上可分为555单稳、555双稳及555无稳(即振荡器)三类。

2.2 十进制计数器74LS90

2.2.1 74LS90功能:十进制计数器(?2 和?5)

原理说明:本电路是由4 个主从触发器和用作除2 计数器及计数周期长度为除5 的3 位2 进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9 输入。

为了利用本计数器的最大计数长度(十进制)，可将B 输入同QA 输出连接，输入计数脉冲可加到输入A 上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。

74LS90 可以获得对称的十分频计数，办法是将QD 输出接到A 输入端，并把输入计数脉冲加到B 输入端，在QA 输出端处产生对称的十分频方波。

图2-4: 74LS90管脚图

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74ls90真值表

Reset Inputs复位输入输出 R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) QD QC QB QA H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L L H

COUNT X L X L

COUNT L X L X COUNT L X X L COUNT X L L X

BCD 计数顺序

输出 Count QD QC QB QA 0 L L L L 1 L L L H 2 L L H L 3 L L H H 4 L H L L 5 L H L H 6 L H H L 7 L H H H 8 H L L L 9 H L L H 5-2 进制计数顺序输出 Count QA QD QC QB 0 L L L L 1 L L L H 2 L L H L 3 L L H H 4 L H L L 5 H L L L 6 H L L H 7 H L H L 8 H L H H 9 H H L L 74LS90逻辑图:

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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，通过它来进行解码，可以直接把数字转换为数码管的数字，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，此类芯片已经少用，大部分情况下都是用动态扫描数码管的形式来实现数码管显示。

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图2-5: 74LS47引脚

译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。常用的译码器电路有二进制译码器、二--十进制译码器和显示译码器。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2.1列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系

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

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字。 74LS47为低电平作用(

2.4 两输入与非门74LS00及数码管

74LS00和数码管管脚图如下:

图2-6: 74LS00管脚图

图2-7: 数码管管脚图

74LS00功能表:

3 总体设计

由上面的原理框图可知方案设有信号发生电路，共射极基本放大电路，整形电路，单稳延时，多谢振荡器电路，计数器以及译码显示。各部分功能明确且之

间的联系容易理解，所以采用这种方案。

3.1 共射极基本放大电路

共射基本放大电路的电压放大倍数可以表示为:

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可见，共射级基本放大电路输出电压与输入电压反相，且具有电压放大的能力，通过调节电阻可以调节电压放大倍数。经两级放大，可以输出放大后的正脉冲。

R6R3R5R447kΩ6.2Ω100kΩ100kΩ

Q2R2驻极体话筒

6.2ΩQ12N2222

2N2222

图3-1: 放大电路

3.2 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,,,芯片构成整形电路，即为斯密特触发器电路，电路如下图:

图3-2: 斯密特触发器

斯密特触发器:

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斯密特触发器又称斯密特非门，是具有滞后特性的数字传输门。该器件既可以像普通“与非”门那样工作，也可以接成斯密特触发器来使用。

它是一种阈值开关电路，具有突变输入——输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化(低于某一阈值)而引起的输出电压的改变。当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-时，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的。

斯密特触发器波形图如下:

3.3 单稳态电路部分

单稳电路指的是该电路的输出信号只能在一种状态(逻辑高或低)下是稳定的，而当电路的输出处在另一种状态下时不能稳定的保持住，会自动的回到稳定的状态。单稳态电路只有一个稳定状态，触发翻转后经过一段时间会回到原来的稳定状态，一般作固定脉冲宽度整形。

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，基本电路如图3-3:

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图3-3:单稳态电路图

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:

,,,,.,,,

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,在实际搭接中选用滑动变阻器。

最后再使用一级三极管共射基本放大电路，将高电平转换成低电平，此时，二极管两端电压满足导通要求，导通发光，发光时间由单稳态电路的高电平时间决定，可以调节电位器来进行调节。二极管发光部分基本单元电路的选用就基本完成了。

3.4 多谐振荡器部分

接下来是数字计数部分的设计，对于数字部分，需要进行计数功能的实现，这就要使用计数器，显示译码器以及数码管。对于计数器，需要时钟信号对其进行触

发，此时，应使用,,,定时器组成的多谐振荡器，产生需要的时钟信号，通过调节,,,可以调节时钟周期，这里选用滑动变阻器代替,,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。多谐振荡器如下图:

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图3-4: 多谢振荡器

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:

tRR,，，0.7，， hAB

低电平时间: