数字电路课程设计 楼道声控灯

第一章绪论

1.1 楼道声光控制

随着社会的发展，国家“十一五”规划把节能和环保作为两个主题，而且国家节能中长期专项规划明确提出照明用电占全国用电量的13%，可见照明节能显得非常重要。这就要求更加节能和环保的声、光双控延时开光照明灯的出现，以满足人们对高质量生活的需求。

本课题研究的内容是楼道照明灯控制电路设计。通过对声光延时控制电路的电路组成、电路原理、单元电路设计、电路调试与选择以及数据与分析等几方面的研究，实现了声光延时楼道照明灯在白天不工作，而夜晚收到突发声响信号时自动开灯，并延时5s后自动熄灭的控制要求。减小了无效电能的损耗，达到了节能的效果。

第二章系统方案认证

2.1设计目的

1.了解声光控照明灯工作原理。

2.能够利用仿真软件对所设计的声光控照明电路进行仿真。

3.掌握基本元件的使用。其中宝库光敏电阻，驻极体话筒，运算放大器，LM358，NE555定时器构成的施密特触发器及74LS122单稳态触发器. 1

Rf

1R

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2.2方案设计要求

本次课程设计的题目是楼道声光控制灯设计，要求是在夜间（黑罩模拟）有声音信号时。使灯（用LED发光管模拟）点亮：无声时延迟5秒后熄灭，声音间隔小于5秒则LED持续点亮，白天有声无声均不点亮。

2.3方案的设计与论证

方案论证：利用声控，光控电路将声音信号，光信号转化为电信号，其中的运放LM358将信号放大，用555构成的施密特触发器对波形整形，使输出为方波，用74122单稳态触发器控制延时时间，接LED发光二极管，从而实现整个电路的设计。

2.4声光控制灯设计所需要的器件

这次课程设计主要用了74122、LM358和NES555三个集成器件，发光二极管，光敏电阻，驻极体话筒以及一些基本电路元器件。下面介绍一下主要元件：

①LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供的使用运算放大器的场合。

LM358是2输入-二运算放大器集成电路，其内部电路及管脚排布如下：

图2-1 LM358内部电路及管脚排布

② 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。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 或者模拟电平兼容。 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。

NE555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。

NE555内部结构、引脚排列及功能表如下列图所示：

图2-2 NE555内部结构及引脚排列

Q ↑d R 1A 2A 1B 2B Q ⨯H L

⨯⨯H H H H H H ↑

⨯⨯⨯⨯L H H H ⨯⨯L H L H L

H

⨯⨯⨯⨯⨯⨯L L L ⨯H ↑L ⨯H ↑L ⨯H ↑L ⨯H ↑H H H H H H H H H H

H L ⨯

↓↓↓↓H ⨯L 表2-1 NE555功能表

③ 74122是可重复单稳态触发器，它的功能表见表1-4-1，d R 是直接清“0”

端，2121B B A A 、和、是触发输入端，其中21A A 、是低电平信号触发端，21B B 和是高电平信号触发端，Q Q 和是输出端，R int 和C int 是外接定时电阻和定时电容的接入端。

当d R =0时，单稳态触发器清零，Q =0。功能表中的符号↑和↓表示触发信号的触发边沿，2121B B A A 、和、都可以做触发输入端使用，d R 除了做清零端使用外，也可以做触发端使用，见功能表的最后二行。功能表中的符号表

示单稳工作状态。

74122是一个TTL 可再触发单稳态多谐振荡器集成电路，它的引脚排布如下：

表2-274122功能表

图2-3 74122引脚排列图

表2-3 其他电路元件

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

图2-4 发光二极管

⑤驻极体话筒：驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。驻极体话筒如图：

图2-5 驻极体话筒

⑥光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。光敏电阻如下图：

图2-6 光敏电阻