声控灯的设计与制作哈工大电子技术课程设计

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: 电气工程及其自动化

班级:

设计者: 赵元胜

学号: 1140610319

指导教师: 吕超

设计时间:2016年12月5-18日

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学课程设计任务书

声控灯的设计与制作

1设计任务及原理

设计任务基本要求:设计一个声控开关,控制对象为发光二极管,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。

扩展要求:发光二极管点亮时间延时显示。

1.1设计原理

声控灯就是将声音信号转换为电信号、电信号再转换为光信号的装置。

输入部分可由一个驻极体话筒实现。话筒的高分子极化膜生产时就注入了一定的永久电荷。在声波的作用下,极化膜随着声音震动,电容就是随声波变化。于就是电容两极间的电压就会成反比的变化。将电容两端的电压取出来,就可以得到与声音对应的电压了。但就是这个电压信号非常小,不能驱动LED灯。对这个电压信号进行放大、整形,才能得到足够大的电压。

声控灯的延时可以由一个单稳态触发电路实现。单稳态电路的暂态时间就就是发光二极管的发光持续时间。用前面经放大的电压作为触发脉冲输送给单稳态触发电路,会得到一个持续特定时间的电压输出。这个输出来驱动发光二极管,就达到了声控、发光的目的。

计数器部分首先需要一个时钟源。时钟源脉冲可由多谐振荡器获得。将单稳态电路的输出与时基脉冲结合,控制计数器的计数与清零,就可以使计数部分与发光部分同步工作。

计数结果再经译码输送给共阳极数码管,显示出来。

2设计过程

2.1声控灯电路原理:

当驻极体话筒接受到一定强度的声音信号时,声音信号转换为电压信号,经三极管放大、施密特触发器整形后,触发单稳态延时电路,产生一个宽度可调的脉冲信号,驱动发光二极管发光。同时,该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时间。电路的流程图如图1所示:

图

2.2 电路设计

2.2.1 放大电路设计:

由于声音传感器所产生的电信号的电压太小不宜直接进行整形,因此要对该电信号进行适当的放大,我们选用了三极管共射级放大电路,因为共射级放大电路会使输入电信号的相位滞后180度,因此使用两级放大 2.2.2 整形电路设计

整形电路由555定时器构成的施密特触发器实现,放大后的尖峰脉冲经整形

电路后,得到的波形接近方波,当尖峰脉冲信号大于3cc 时,输出为低电平;当尖

峰脉冲信号小于13cc V 时,输出为高电平;当尖峰脉冲信号大于13cc V 小于2

3cc V 时,

输出为保持原电平。 2.2.3 单稳态延时电路设计

单稳态延时电路由555定时器构成的单稳态触发器实现,高电平触发,其中

1.1w t RC =,通过调节滑动变阻器,时间可调。

2.2.4 时基电路设计

时基电路由555定时器构成的多谐振荡器实现,0.7(2)A B T R R C ≈+,占空比为100%2A B

A B

R R D R R +=

⨯+。

时基电路产生方波,为计数器提供时钟脉冲。通过调节滑动变阻器,可以改变输出方波的占空比,进而计数器的计数快慢。

2.2.5计数译码显示电路设计

计数译码器显示电路将根据单稳态延时电路、门电路及时基电路决定的主脉冲给计数器。计数器由74LS90构成,译码器由74LS47构成,显示电路由数码管构成。

最终设计完成的电路如图2所示。

图2

3对电路图仿真

根据以上所述设计的声控灯仿真电路如图3所示。

图 3 4电路搭建

搭建完成的电路如下图所示。

图 4

5电路检测与调试

分别检测从话筒输出的波形、经第一级放大后的波形以及经过第二级放大后的波形与第三个555定时器产生的方波,示波器显示分别如下所示。

图 5 话筒输出的波形

图 6 第一级放大后的波形

图7 第二级放大后的波形

图8 多谐振荡器输出地波形

6设计总结与心得

本次实验中,我们在搭建电路中出现了很多问题,例如74ls90芯片的清零信号忘记接高电平,数码管忘记接高电平,二极管的正负极插反,导致调试中浪费了非常多的时间,不仅如此,在A/D转换的电路图中,由于所设置的电阻过大,导致三极管截止,无法正常工作,在老师的指导下,我们利用反相器,将高电平反向成为低电平使三极管能正常工作。通过这次声控灯的课程设计,我了解了声控灯的原理,体会到了理论知识在实际生活中的应用,提高了我学习课程的热情。在这次的实验中,我学习到了如何使用面包板搭建电路,并且如何才能简化电路与美化电路。在排除故障的过程中,我深刻认识到了理论知识的重要性,并且要有耐心,逐步排查故障,不能害怕困难,对我的学习与生活都有很大的启迪作用。