數(shù)字電路課程設計樓道聲光控制燈系統(tǒng)設計

1、吉林工程技術師范學院課程設計論文目錄1. 緒 論1. 1 樓道聲光控制 . 11. 系統(tǒng)方案認證2.1 設計目的 . 22.2 方案設計要求 . 22.3 方案的設計與論證 . 22. 4 聲光控制燈設計所需要的器件 . 22. 聲光控制燈設計原理3.1 聲光控制燈的電路原理 . 73. 2 電路工作原理及參數(shù)計算 . 93. 硬件制作過程和調(diào)試4.1 手工焊接 .114. 2、電路的安裝與調(diào)試 . 134. 總結與展望致謝 . 16參考文獻 . 17附錄 . 1吉林工程技術師范學院課程設計論文1. 緒 論1.1 樓道聲光控制隨著社會的發(fā)展，國家“十一五”規(guī)劃把節(jié)能和環(huán)保作為兩個主題，而且 國

2、家節(jié)能中長期專項規(guī)劃明確提出照明用電占全國用電量的 13%，可見照明節(jié) 能顯得非常重要。這就要求更加節(jié)能和環(huán)保的聲、光雙控延時開光照明燈的出 現(xiàn)，以滿足人們對高質(zhì)量生活的需求。本課題研究的內(nèi)容是樓道照明燈控制電路設計。通過對聲光延時控制電路 的電路組成、電路原理、單元電路設計、電路調(diào)試與選擇以及數(shù)據(jù)與分析等幾 方面的研究，實現(xiàn)了聲光延時樓道照明燈在白天不工作，而夜晚收到突發(fā)聲響 信號時自動開燈，并延時 5s 后自動熄滅的控制要求。減小了無效電能的損耗， 達到了節(jié)能的效果。1吉林工程技術師范學院課程設計論文2. 系統(tǒng)方案認證2.1 設計目的（1） 了解聲光控照明燈工作原理。（2） 能夠利用仿真軟

3、件對所設計的聲光控照明電路進行仿真。 （3） 掌握基本元件的使用。其中寶庫光敏電阻，駐極體話筒，運算放大器，lm358，ne555 定時器構成的施密特觸發(fā)器及 74ls122 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器. 1 rf / r12.2 方案設計要求本次課程設計的題目是樓道聲光控制燈設計，要求是在夜間（黑罩模擬） 有聲音信號時。使燈（用 led 發(fā)光管模擬）點亮：無聲時延遲 5 秒后熄滅，聲 音間隔小于 5 秒則 led 持續(xù)點亮，白天有聲無聲均不點亮。2.3 方案的設計與論證方案論證：利用聲控，光控電路將聲音信號，光信號轉(zhuǎn)化為電信號，其中 的運放 lm358 將信號放大，用 555 構成的施密特觸發(fā)器對波形整形

4、，使輸出為 方波，用 74122 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制延時時間，接 led 發(fā)光二極管，從而實現(xiàn)整 個電路的設計。2.4 聲光控制燈設計所需要的器件這次課程設計主要用了 74122、lm358 和 ne555 三個集成器件，發(fā)光二極 管，光敏電阻，駐極體話筒以及一些基本電路元器件。下面介紹一下主要元件：（1） lm358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放 大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式， 在推薦的工 作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放2吉林工程技術師范學院課程設計論文大器、直流增益 模組,音頻放大器、工業(yè)控制、dc增益部件

5、和其他所有可用單 電源供的使用運算放大器的場合。lm358 是 2 輸入-二運算放大器集成電路，其內(nèi)部電路及管腳排布如下：圖 2-1 lm358 內(nèi)部電路及管腳排布（2） 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5v16v 工作，7555 可在 318v 工作，輸 出驅(qū)動電流約為 200ma，因而其輸出可與 ttl、cmos 或者模擬電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩 器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。ne555 是一種應用特別廣泛作用很大的的集成電路于小規(guī)模集成

6、電路， 在很多電子產(chǎn)品中都有應用。 ne555 的作用是用內(nèi)部的定時器來構成時基電 路，給其他的電路提供時序脈沖。ne555 內(nèi)部結構、引腳排列及功能表如下列圖所示：3333333rq和qr吉林工程技術師范學院課程設計論文 圖 2-2 ne555 內(nèi)部結構及引腳排列表 2-1 ne555 功能表ruthutru0t 的狀態(tài)01112 vcc2 vcc2 vcc1 vcc1 vcc00保持1導通導通不變截止（3） 74122是可重復單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它的功能表見表1-4-1， d 是直接清“0”端，a 、a 和b 、b 1 2 1 2是觸發(fā)輸入端，其中a 、a1 2是低電平信號觸發(fā)端，b 和 b1

7、2是高電平信號觸發(fā)端， 是輸出端，rint和cint是外接定時電阻和定時電容的接入端。當 d =0 時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器清零， q=0。功能表中的符號和表示觸發(fā)信號的觸發(fā)邊沿，a 、a 和b 、b 1 2 1 2都可以做觸發(fā)輸入端使用，rd除了做清零端使用外，也可以做觸發(fā)端使用，見功能表的最后二行。功能表中的符號 示單穩(wěn)工作狀態(tài)。表74122 是一個 ttl 可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器集成電路，它的引腳排布如下：表 2-2 74ls122 功能表rda1a2b1b2qql lhhh lhllhhhhhll hll hlhhlhhhhh hh hhh h hlh h4l h h元件名稱光敏電阻吉林工程

8、技術師范學院課程設計論文圖 2-3 74122 引腳排列圖表 2-3 其他電路元件類別及數(shù)量 阻值與光強成反比（1 個）駐極體話筒發(fā)光 led電容電阻聲音信號輸入（1 個）發(fā)光二極管（1 個）10uf（2 個）47uf（1 個）4.7k（4 個） 150k（2 個） 330 （1 個） 10k（1 個） 1k（2個）（4） 發(fā)光二極管簡稱為led。由鎵（ga）與砷（as）、磷（p）的化合物 制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光 二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二 極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導體二極

9、管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，發(fā)光二極管與普通二 極管一樣是由一個 pn 結組成，也具有單向?qū)щ娦浴．斀o發(fā)光二極管加上正向 電壓后，從 p 區(qū)注入到 n 區(qū)的空穴和由 n 區(qū)注入到 p 區(qū)的電子，在 pn 結附近 數(shù)微米內(nèi)分別與 n 區(qū)的電子和 p 區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的 半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的 能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、 綠光或黃光的二極管。（5） 駐極體話筒：駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好、 價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用 的電容話

10、筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設置一個場 效應管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。（6） 光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種 電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器。入射光強，電阻減小，入射光弱，電 阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)5吉林工程技術師范學院課程設計論文換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的光能。 當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對，參與導 電，使電路中電流增強。63.1吉林工程技術師范學院課程設計論文 3. 聲光控制燈設計原理聲光控

11、制燈的電路原理（1） 用 lm358 接成的聲控放大電路原理圖：圖 3-1 聲控放大電路（2） 用 lm358 接成電壓跟隨器，光控電路原理圖：圖 3-2 光控電路（3） 將 ne555 的 6 腳和 2 腳相連作為信號輸入端即可構成施密特觸發(fā) 器。施密特觸發(fā)器可對輸入波形進行變換和整形，最重要的特點是能夠把變化 緩慢的輸入信號整形成邊沿陡峭的矩形脈沖，它的電壓傳輸特性是一條具有滯7vvvv2v3v3vvv吉林工程技術師范學院課程設計論文回特性的曲線，即觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖胶陀筛唠娖阶優(yōu)榈碗娖剿鶎?應的閾值電壓是不同的。其內(nèi)部電路和波形如下圖所示：cccc2viic58ccrd47rv

12、o21cccctvivi1i262555 3o1o11t(a)電路圖 (b)波形圖圖 3-3 555 構成的施密特觸發(fā)器（4） 用 74122 為 可 重 復 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 ， 根 據(jù) 其 輸 出 脈 沖 寬 度twr cextextln 2實現(xiàn)延時 5s。圖 3-4 74ls122 構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（5） 總的電路的設計是將聲控放大電路、光控電路、555 構成的施密特 觸發(fā)器和 74122 構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組合起來，這樣即可以實現(xiàn)聲控、光控、 波形整形和延時的功能。原理圖見附錄。82度 wi3.2吉林工程技術師范學院課程設計論文電路工作原理及參數(shù)計算應用 lm358 集成電路的

13、 5 腳和 6 腳作為輸入，7 腳作為輸出接成聲控放大電路，2 腳和 3 腳作為輸入，1 腳作為輸出接成光控電路。將 ne555 電路 2 引 腳和 6 引腳連在一起使其具有施密特觸發(fā)器功能，后一并與接成放大電路的 lm358 集成塊 7 引腳相連，ne555 電路控制端 4 引腳與接成放大器電路的 lm358 集成塊 1 引腳相連。分別將 74122 可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 1、2 引腳，3、 4 引腳相連，將 1、2 引腳與 ne555 電路輸出端相連，3、4 引腳與電源高電平 相連，6 腳接發(fā)光二極管和電阻。電路的延時功能體現(xiàn)在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形整理功能及連接在其 11 和 13 引腳

14、的電容與電阻的適當組合上，本次課程設計使用的是低功耗實驗電路所以 選擇 150k 歐及 47uf 電容串聯(lián)方式，經(jīng)計算其延時時間約為 5 秒。當光線充足時，光敏電阻阻值很小，lm358 的 3 腳分壓小，電壓比較器輸 出 1 腳為低電平。ne555 電路 4 引腳為低電平有效，此時不管 2 腳和 6 腳輸入 為高或低，out 輸出端直接復位為 0。74122 的 1 腳和 2 腳也為低，其 q 端輸 出也為低，q端為高電平，發(fā)光二極管負端為高，燈不會亮。當光線不充足時，光敏電阻阻值很大，lm358 的 3 腳分壓大，故電壓比較 器反相輸入，輸出為高電平，ne555 的直接復位端 4 腳無效。這

15、時若有聲音信 號通過駐極體話筒輸入，通過電容濾波后輸入 lm358 聲控放大電路，經(jīng)放大后 輸入 ne555 的 2 腳和 6 腳，正弦波形被施密特變換為反相矩形波。ne555 的 21腳和 6 腳輸入大于 v 的電壓，3 腳輸出 out 由低變?yōu)楦撸?4122 的 1 腳和 2cc腳接收到一個上升沿脈沖，輸入到 74122 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后再次經(jīng)波形變換，q 端產(chǎn)生一個上升沿脈沖。由于 led 接入 74122 的 q引腳，故其在 q引腳是 一個下降沿脈沖，此時發(fā)光二極管負端為低，燈會亮，亮時延遲時間為脈沖寬t =5 s。聲音信號消失，q 端上升沿維持 5s 后燈會自動熄滅。74122 為可重

16、復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其主要特點就是可重復觸發(fā)性，它能 使計時裝置重新計時，以達到延長燈亮時間的目的。只要是在無光有聲的情況 下給聲音信號，燈就會亮。要使 lm358 的聲控放大電路的放大倍數(shù)為 3050，rv = 1r +r1fv09vwr r2ccv吉林工程技術師范學院課程設計論文即r a =1 + 1rf,可選用 1 =4.7k 、 f =150kw，此時算得a 32.9v。v =5vcc1v =2.5v，要使 lm358 的 2 腳和 5 腳的電壓為 ，必須選用兩對阻值一樣的電阻，這里在 5 引腳選用 4.7kw，在 2 引腳選用 1kw。要使延時時間為 5s，即使t =r c ln 2

17、 w ext ext=5s，選用 150 kw的電阻和 47uf的電容，即在 11 腳和 13 腳間接入 47uf 的電容，在 13 腳和 cc 電阻。間接入 150kw10吉林工程技術師范學院課程設計論文4. 硬件制作過程和調(diào)試任何電子產(chǎn)品，從幾個零件構成的整流器到成千上萬個零部件組成的計算 機系統(tǒng)，都是由基本的電子元件器件和功能構成，按電路工作原理，用一定的 工藝方法連接而成。雖然連接方法有多種（例如、繞接、壓接、粘接等）但使 用最廣泛的方法是錫焊。4.1手工焊接1. 手工焊接的工具電烙鐵 鉻鐵架2. 錫焊的條件為了提高焊接質(zhì)量，必須注意掌握錫焊的條件。（1） 被焊件必須具備可焊性。（2）

18、 被焊金屬表面應保持清潔。（3） 使用合適的助焊劑。（4） 具有適當?shù)暮附訙囟?。?） 具有合適的焊接時間。3. 焊料與助焊劑凡是用來熔合兩種或兩種以上的金屬面，使之成為一個整體的金屬或合金都叫焊料。這里所說的焊料只針對錫焊所用焊料。常用錫焊材料：（1） 管狀焊錫絲（2） 抗氧化焊錫（3） 含銀的焊錫（4） 焊膏4. 助焊劑的選用。在焊接過程中，由于金屬在加熱的情況下會產(chǎn)生一薄層氧化膜，這將阻礙 焊錫的浸潤，影響焊接點合金的形成，容易出現(xiàn)虛焊、假焊現(xiàn)象。使用助焊劑 可改善焊接性能。助焊劑有松香、松香溶液、焊膏焊油等，可根據(jù)不同的焊接 對象合理選用。焊膏焊油等具有一定的腐蝕性，不可用于焊接電子元

19、器件和電11吉林工程技術師范學院課程設計論文路板，焊接完畢應將焊接處殘留的焊膏焊油等擦拭干凈。元器件引腳鍍錫時應 選用松香作助焊劑。印制電路板上已涂有松香溶液的，元器件焊入時不必再用 助焊劑。5. 手工焊接的注意事項手工錫焊接技術是一項基本功，就是在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，維護和維修 也必須使用手工焊接。因此，必須通過學習和實踐操作練習才能熟練掌握。注 意事項如下：（1） 手握鉻鐵的姿勢掌握正確的操作姿勢，可以保證操作者的身心健 康，減輕勞動傷害。為減少焊劑加熱時揮發(fā)出的化學物質(zhì)對人的危害，減少有 害氣體的吸入量，一般情況下，烙鐵到鼻子的距離應該不少于 20cm ，通常以 30cm 為宜。（2）

20、焊錫絲一般有兩種拿法。由于焊錫絲中含有一定比例的鉛，而鉛 是對人體有害的一種重金屬，因此操作時應該戴手套或在操作后洗手，避免食 入鉛塵。（3） 電烙鐵使用以后，一定要穩(wěn)妥地插放在烙鐵架上，并注意導線等 其他雜物不要碰到烙鐵頭，以免燙傷導線，造成漏電等事故。6. 焊點質(zhì)量及檢查對焊點的質(zhì)量要求，應該包括電氣接觸良好、機械結合牢固和美觀三個方 面。保證焊點質(zhì)量最重要的一點，就是必須避免虛焊。（1） 虛焊產(chǎn)生的原因及其危害虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的，它使焊點成為有接觸 電阻的連接狀態(tài)，導致電路工作不正常，出現(xiàn)連接時好時壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象，噪 聲增加而沒有規(guī)律性，給電路的調(diào)試、使用和維護

21、帶來重大隱患。此外，也有 一部分虛焊點在電路開始工作的一段較長時間內(nèi)，保持接觸尚好，因此不容易 發(fā)現(xiàn)。但在溫度、濕度和振動等環(huán)境條件的作用下，接觸表面逐步被氧化，接 觸慢慢地變得不完全起來。虛焊點的接觸電阻會引起局部發(fā)熱，局部溫度升高 又促使不完全接觸的焊點情況進一步惡化，最終甚至使焊點脫落，電路完全不 能正常工作。這一過程有時可長達一、二年，其原理可以用“原電池”的概念 來解釋：當焊點受潮使水汽滲入間隙后，水分子溶解金屬氧化物和污垢形成電 解液，虛焊點兩側(cè)的銅和鉛錫焊料相當于原電池的兩個電極，鉛錫焊料失去電 子被氧化，銅材獲得電子被還原。在這樣的原電池結構中，虛焊點內(nèi)發(fā)生金屬12吉林工程技術

22、師范學院課程設計論文損耗性腐蝕，局部溫度升高加劇了化學反應，機械振動讓其中的間隙不斷擴大， 直到惡性循環(huán)使虛焊點最終形成斷路。據(jù)統(tǒng)計數(shù)字表明，在電子整機產(chǎn)品的故障中，有將近一半是由于焊接不良 引起的。然而，要從一臺有成千上萬個焊點的電子設備里，找出引起故障的虛 焊點來，實在不是容易的事。所以，虛焊是電路可靠性的重大隱患，必須嚴格 避免。進行手工焊接操作的時候，尤其要加以注意。一般來說，造成虛焊的主要原因是：焊錫質(zhì)量差；助焊劑的還原性不良或 用量不夠；被焊接處表面未預先清潔好，鍍錫不牢；烙鐵頭的溫度過高或過低， 表面有氧化層；焊接時間掌握不好，太長或太短；焊接中焊錫尚未凝固時，焊 接元件松動。（

23、2） 對焊點的要求a)b)c)可靠的電氣連接 足夠的機械強度 光潔整齊的外觀（3） 典型焊點的形成及其外觀在單面和雙面（多層）印制電路板上，焊點的形成是有區(qū)別的：在單面板 上，焊點僅形成在焊接面的焊盤上方；但在雙面板或多層板上，熔融的焊料不 僅浸潤焊盤上方，還由于毛細作用，滲透到金屬化孔內(nèi)，焊點形成的區(qū)域包括 焊接面的焊盤上方、金屬化孔內(nèi)和元件面上的部分焊盤a)形狀為近似圓錐而表面稍微凹陷，呈漫坡狀，以焊接導線為中心，對稱成裙形展開。虛焊點的表面往往向外凸出，可以鑒別出來。b)焊點上，焊料的連接面呈凹形自然過渡，焊錫和焊件的交界處平滑，接觸角盡可能小。c)表面平滑，有金屬光澤。無裂紋、針孔、夾

24、渣。4.2、電路的安裝與調(diào)試在電路板焊接完成后，先用萬用表檢查各接線是否焊接良好，是否有松動 和漏焊。把焊接好的電路板接到 5v 電源上，在接入電源的時候正負極及地線 一定要接對，如果擔心線路有錯誤而把電路板燒壞，可以先用萬用表測 lm358 的 2 腳、3 腳以及 5 腳、6 腳電壓是否為 2.5v 或用示波器測 1 腳和 7 腳的波形。13吉林工程技術師范學院課程設計論文出現(xiàn)的問題及解決方法:接好 5v 電源后燈一直亮，延時電路沒有起到作用。檢查電路，發(fā)現(xiàn)發(fā)光 二極管接了 122 的 8 腳。仔細焊接后，再次接電源，燈亮了但不符合條件，即 通電后有延時但聲控部分不好使，重新檢查下發(fā)現(xiàn)犯了一個很低級的錯誤，原 來 358 的電源和地沒有接號，重新焊接又接到電源上，電路板終于能夠正常工 作。14吉林工程技術師范學院課程設計論文5. 總結與展望回顧此次課程設計，兩周時間里，從理論到實踐，不僅鞏固了以前所學的 知識，而且學到了很多書本上學不到的東西。通過課程設計使我懂得了理論與 實踐相結合非常重要，光有理論知識是遠遠不夠的，從理論和實踐中得出結論， 才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。以前沒有接觸過焊接，都不知道電烙鐵和吸錫器如何使用，通過課設使用 到了作為電子信息專業(yè)的學生以后會用到的