数字电子技术基础论文--哈尔滨工业大学

Harbin Institute of Technology
课程设计说明书（论文）

课程名称：数字电子技术基础
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：
设计时间：

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学课程设计任务书
姓 名： 院 （系）：
专 业：测控技术与仪器（电子测量） 班 号：
任务起至日期： 年 月 日至 年 月 日

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：
一、任务
设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。
二、基本要求
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。

工作量：
一、设计电路图，研究电路原理
二、在brand板上，进行电路连接
三、调试检测，实现功能
四、利用示波器，观察输出波形
五、撰写实验报告
工作计划安排
：
一、设计电路图，研究电路原理（2天）
二、在brand板上，进行电路连接（2天）
三、调试检测，实现功能（2天）
四、利用示波器，观察输出波形（0.5天）
五、撰写实验报告（0.5天）

同组设计者及分工：
（我）：连接电路模拟部分，包括：声音信号的两级放大电路，以及通过555定时器构成整形电路、
单稳态触发器电路和发光二极管电路的连接以及功能调试。
： 连接电路数字部分，包括：利用555构成的多谐振荡器电路，利用74ls90构成的计数电路、
利用74ls47构成的译码电路和数码管电路的连接以及功能调试。
共同部分：总的功能调试，以及最后利用示波器，观察输出波形

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
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目录

一、概述
（一）、任务
（二）、基本要求
二、方案说明
1．总述
2．单稳延时电路
3．多谐振荡器电路
4．计数译码电路
5. 整体电路图
6. 硬件电路图
三、性能测试
四、结论和评估
五、设计体会
六、参考文献
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声控开关的设计与制作
一、概述
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，解
决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。
设计任务技术指标：
（一）、任务
设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。
（二）、基本要求
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。
二、方案说明
1．总述
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，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。
原理框图如图1所示。

图1 声控开关原理框图
两级放大电路 门电路 多谐振荡器 计 数 器 译码显示 驻极体话筒 整形
电路

单稳
态触
发器

Vcc
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从以上方案中可知，方案设有信号发生电路，放大整形电路，单稳延时电路，实基电
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。

2．单稳延时电路
用555定时器构成的单稳态触发器起单稳延时作用，高电平触发，其中tw=1.1RC。
时间是0—10s可调，C取100uF，可计算出R为0—100千欧的电位器。如图3电路所示。

图3 单稳延时电路原理框图
3. 多谐振荡器电路
用555定时器构成多谐振荡器，控制单位时间，t=（R1+2R2）Cln2，C取100F。如
图4电路所示。
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图4 时基电路原理框图
4. 计数译码电路
该电路将根据单稳延时电路和时基电路决定的主脉冲给计数器。计数器由十进制计
数器74ls90构成，译码器由74ls47构成。如图5电路所示。
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图5 计数译码电路原理框图
5.整体电路图

图 6 整体电路原理框图
6.硬件电路图
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四、性能的测试
1.声音信号波形
发出声音信号，单驻极体话筒把声信号转化为电信号，是一个尖顶脉冲，电脉冲如下
图：

图6 声音信号波形
2.经过一级放大电路后的信号波形
经过一级晶体管放大电路，振幅放大，相位相反，波形如下图：

图7
经过一级放大电路后的信号波形
3.经过两级放多大电路后的信号波形
经过两级晶体管放大电路，振幅进一步放大，相位再次相反，波形如下图：
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图8两级放多大电路后的信号波形
4.时基电路性能测试
由555定时器构成的多谐振荡器，产生矩形脉冲，为74ls90构成的计数器提供时钟脉冲，
调节滑动变阻器的值，就可以调节脉冲频率，波形如下：

图9 多谐振荡器输出波形
5.通过在硬件电路上的性能测试，得到如下的表格
从表格中可以看出：电路实现了技术指标要求，且误差在可以接受的范围内。
Rw Tw 实测值 误差
10k 0.11s 0.10s 0.09
20k 0.22s 0.19s 0.14
50k 0.55s 0.57s 0.04
100k 1.1s 0.8s 0.27

五、结论和评估
该声控开关电路实现了任务书中的性能指标，具有亮灯功能，数码管计数，非常直
观。由上表可知，该电路误差不大，符合标准。
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该电路主要用到了晶体管9013，555定时器，74ls90计数器，74ls47译码器这几钟器
件，各元件功能明确联系紧密，对声控原理的实现简明易了。所用元器件种类较少性价
比比较合适。

七、课设体会
通过此次设计，我们进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了的声控开
关的设计与制作方法。更加熟练的运用仿真软件protues，并学习了运用软件测试、调试、
改进电路。培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。
在设计过程，经常会遇到这样那样的情况，但是经过努力，问题一定会被解决的。
在调试过程中，感受到了科学研究的艰辛与乐趣，当自己的制作，运行正常后，心里充
满了喜悦。
在本次设计中，我发现了自己知识结构上存在的一些问题，为我今后弥补自己的不
足，提供了方向。通过本次的课程设计我学到了很多的知识，学会了PROTUES的一些基
本使用方法，培养了自己独立思考问题解决问题的能力，加深了自己对数电、模电知识
的理解和运用，巩固了学习的知识，提高了动手能力。
总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，不仅丰富了知识，同时对我以后
的学习也有很大的帮助和指导。

参考文献
[1] 杨春玲.数字电子技术基础。[M]北京：高等教育出版社，2011年
[2] 阎石. 数字电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年
[3] 付家才. 电子实验与实践. [M]北京：高等教育出版社，2004年