即拍亮延時小夜燈

1、屯乙空士罟科技學(xué)院課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱：模擬電路課程設(shè)計課程設(shè)計題目:即拍亮延時小夜燈學(xué)院名稱：航空大學(xué)科技學(xué)院專業(yè)：M：學(xué)號: :評分：教師：2015年10月16日貞腳科技學(xué)院模擬電路課程設(shè)計任務(wù)書20 15 -20 16學(xué)年第一學(xué)期第1周-4周題目即拍亮延時小夜燈容及要求1、電路板布局合理，能夠得到充分利用，元器件擺放平行、整齊， 焊接美觀，線要走直。2、做出的小夜燈要有延時的效果。進度安排1、2天査找資料、了解各個元器件的作用。2、3天設(shè)計電路，并用仿真軟件制作電路，檢査電路圖是否可用。3、1天購買元器件。4、焊接電路板、請老師指導(dǎo)檢査。5、書寫設(shè)計報告。學(xué)生：思慶指導(dǎo)時間：每周一

2、至周五指導(dǎo)地點：八大樓1門室任務(wù)下達2015年 月 日任務(wù)完成2015年月日考核方式1.評閱口2.答辯口3.實際操作口4.其它口指導(dǎo)教師徐新河系（部）主任鄧洪峰注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單” 一并交院教務(wù)存檔。 貞腳貞腳隨著人類社會的進步和電子科技的發(fā)展，人們想到并做到了用聲音來控制燈泡 的點亮，使得人來燈亮，人走燈熄。這一方面迎合了當(dāng)今所提倡的科學(xué)發(fā)展觀，節(jié)省 電能，另一方面也體現(xiàn)了科技的進步以及人類的聰明才智。一拍即亮?xí)r小夜燈的制作 是為了滿足生活便利的要求，使得生活中的照明系統(tǒng)本實驗通過綜合

3、運用聲控脈沖觸 發(fā)電路，單穩(wěn)態(tài)延時電路和功率驅(qū)動放大電路，通過調(diào)節(jié)電阻阻值來控制小夜燈的延 時時間以及靈敏度，最后通過調(diào)試使其符合實驗要求。關(guān)鍵字：E555、延時、單穩(wěn)態(tài)貞腳摘要1前言3第一章系統(tǒng)組成及工作原理41. 1系統(tǒng)組成41.2工作原理41.2. 1聲控脈沖觸發(fā)電路41.2.2單穩(wěn)態(tài)延時電路51.2.3功率驅(qū)動放大電路6第二章電路方案設(shè)計62. 1電路工作組成62. 2元器件選擇7第三章單元電路分析與設(shè)計83.1單元電路分析83.2單元電路設(shè)計83.2. 1聲控脈沖觸發(fā)電路83.2.2單穩(wěn)態(tài)延時電路83.2.3功率驅(qū)動放大電路8第四章調(diào)試及測試結(jié)果與分析9第五章實驗結(jié)論11第六章參考文

4、獻11元件清單12貞腳科技發(fā)展為我們帶來了許多方便，同樣在燈光控制方面也帶來了很多方便。公共 場所證明越來越朝著智能化，人性化方向發(fā)展。聲控系統(tǒng)不僅價格低廉，安裝方便， 而且也有很好的控制效果，因此聲控?zé)粲幸粋€很好的應(yīng)用前景。生活中，好多地方都 使用聲控?zé)粽彰?，一來?jié)約了電資源，二來使用起來異常方便，不必在黑暗中摸索開 關(guān)。當(dāng)然，實現(xiàn)光控不是一件容易的事，因為聲音是模擬量且是非電信號，無法應(yīng)用 在數(shù)字電路中，所以我們在設(shè)計聲控電路時面臨的最核心的問題就是怎么把模擬量轉(zhuǎn) 化為數(shù)字量，把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。因此，我們首先要設(shè)計出一個接收設(shè)備，專 門用來接聽聲音信號并將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送到下

5、一級電路。但是聲控電路對 聲音信號的要既不能太強也不能太弱，太強難以控制，太弱則會使電路過于復(fù)雜，所 以最好是能接收到如人的講話聲，腳踏地板聲。當(dāng)這類信號轉(zhuǎn)化為電信號時，電信號一般較弱，必須對其進行放大，這就要用到 功放電路、運放電路、差分電路等。根據(jù)電路對信號的要求一般選擇運放電路較好， 能提高輸出電壓。如今，有了聲音傳感器，可以直接將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，大大簡 化了電路結(jié)構(gòu)，使聲控電路的設(shè)訃更加容易。完成了聲信號到電信號的轉(zhuǎn)換后，我們 可以用產(chǎn)生的電信號去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導(dǎo)通。電路對元器件的要求也較高，特別是 半導(dǎo)體器件要有較高的靈敏度。只有各電參數(shù)精確穩(wěn)定，才能使電路高效穩(wěn)定的工作。貞腳

6、第一章系統(tǒng)組成及工作原理1.1系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)：聲控脈沖觸發(fā)電路T單穩(wěn)態(tài)延時電路T功率驅(qū)動放大電路原理總圖:1.2工作原理1.2.1聲控脈沖觸發(fā)電路聲控脈沖觸發(fā)電路要山咪頭，三極管及電阻組成，聲控脈沖觸發(fā)電路為聲音信號 釆集電路，利用咪頭聲音變化下電壓發(fā)生改變的特性。本實驗所用的咪頭如下圖所示:貞腳圖1.2咪頭咪頭，是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件，是和喇叭正好相反的一個器 件（電一聲）。是聲音設(shè)備的兩個終端，咪頭是輸入，喇叭是輸出。又名麥克風(fēng)，話 筒，傳聲器，咪膽等。從其工作原理上可分為炭精粒式、電磁式、電容式、駐極體電 容式、壓電晶體式、壓電瓷式和二氧化硅式等種類，本次采用的是駐

7、極體咪頭。采用咪頭進行聲電轉(zhuǎn)換，咪頭可當(dāng)做一個聲音傳感器，與R1組成聲控電路，將 聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號。芯片LM324與電阻等連成一個兩級電壓放大電路，同時， 電路中還有連接耦合電容起旁路作用。555定時器與電阻、電容連接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器, 實驗時應(yīng)選擇靈敏度較高的發(fā)光二級管等元器件，延時可通過調(diào)節(jié)電容、電阻來實現(xiàn), 但一般不要使延時時間過長。1.2.2單穩(wěn)態(tài)延時電路該延時電路可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個暫穩(wěn)態(tài)。RC延時環(huán)節(jié)的作用，該暫 態(tài)維持一段時間乂回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)， 一個暫穩(wěn)態(tài)。在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)時間取決于RC的參數(shù)值。該電路所用主要元件是N

8、E555芯片，它的功能主要由兩個比較器決定。兩個比 較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓。當(dāng)5腳 頁腳懸空時，則電壓比較器Cl的同相輸入端的電壓為2VCC/3, C2的反相輸入端的電壓 為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC /3,則比較器C2的輸岀為0,可使RS 觸發(fā)器置1,使輸出端OUT=lo如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3,同時TR 端的電壓大于VCC/3,則C1的輸出為0, C2的輸出為1,可將RS觸發(fā)器置0,使 輸出為0電平。1.2.3功率驅(qū)動放大電路功率放大電路是一種以輸出較大功率為L1的的放大電路。它一般直接驅(qū)動負載， 帶載能力要強。

9、功率放大電路通常作為多級放大電路的輸出級。在很多電子設(shè)備 中，要求放大電路的輸出級能夠帶動某種負載。在功率放大電路中，為了輸出 較大的信號功率，管子承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能 性也就比較大，所以功率管的參數(shù)選擇與保護問題也不容忽視，因此設(shè)計的電 路中都需加入限流電阻保護電路。第二章電路方案設(shè)計2.1電路工作組成咪頭與晶體三極管VT1,電阻R1,和電阻R2等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路，時基 集成電路IC與電阻R3,電容器C等組成了典型單穩(wěn)態(tài)延時電路，晶體三極管VT2, VT3和電阻R4, R5等組成了小電珠H的功率驅(qū)動放大電路。整個電路的電源山干 電池GB提供。平時，由于晶體三

10、極管VT1的偏流電阻R1取值較大，所以VT1趨于截止狀態(tài), 其集電極輸出電壓高于1/3VDDT.5V,與之相連的時基集成電路IC的低電位觸發(fā)端 2腳處于高電平，單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)。電容器C兩端通過IC的7, 1腳被IC部導(dǎo) 通的三極管短路，IC的3腳輸出低電平，VT2, VT3均無偏流而截止，小電珠H不 發(fā)光。貞腳當(dāng)在有效距離圍拍一下手掌時，突發(fā)的聲波被咪頭接收，并轉(zhuǎn)換成微弱的電信號, 該信號的正半周經(jīng)VT1放大后，從其集電極輸出負脈沖，時基集成電路IC的2腳獲 得瞬間低于1/3VDD=1.5V的低電平觸發(fā)信號，使IC組成的單穩(wěn)態(tài)電路受觸發(fā)進入暫 穩(wěn)態(tài)（即延時狀態(tài)）,IC的3腳輸出高電平,VT

11、2獲得適合的偏流而導(dǎo)通,VT3進入完全飽 和導(dǎo)通狀態(tài)，小電珠通電發(fā)出亮光，隨著IC的3腳變成高電平，IC部導(dǎo)通的三極管截 止，解除對電容器C的短路，電池GB通過電阻R3向電容器C開始充電，當(dāng)C兩端 的充電電壓（即IC的高電位觸發(fā)端6腳電位）達到2/3VDD=3V時，單穩(wěn)態(tài)電路翻 轉(zhuǎn)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，IC部三極管重新導(dǎo)通，C通過IC的7, 1腳放電并被再次短路，IC的 3腳重新輸出低電平，導(dǎo)通到VT2, VT3失去偏流而截止，H斷電自動熄滅。電路中，小電珠H每次延時點亮的時間長短，取決于單穩(wěn)態(tài)電路中電阻器R3, 電容器C的時間常數(shù)，具體可以通過公式：T=1.1*R3*C來估算。按圖選擇R3和C 的值，H

12、延時點亮的時間約為lmim在晶體三極管VT1電流放大系數(shù)卩，R1電阻值 確定的悄況下，通過改變R2的電阻值，可調(diào)整靜態(tài)時IC的2腳電位高低，也就是 說，通過適當(dāng)調(diào)整R2的電阻值，可以控制聲控靈敬度。2.2元器件選擇本實驗電阻R1的阻值大小選為10MQ, 般來說晶體管VT1的偏流電阻R1取 值較大，VT1趨于截止狀態(tài)，使得單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)。電阻R2的阻值可以調(diào)整靈 敏度，如果嫌聲控靈敬度不高，可以通過適當(dāng)增大電子R2的阻值來加以調(diào)整，反之 可以減小R2的阻值來增加它的靈敏度，經(jīng)過試驗，最后確定用10阪的電阻可以使 靈敬度比較合適。R3的阻值和電容的值可以改變小夜燈延時時間，其計算公式是 t=l

13、.l*R3*C,小夜燈延時時間和電阻阻值大小成正比，實驗中取用的是1OOK的電阻, 使得小夜燈每次亮的時間/1.1x10000x0.047 55。R4和R5兩個電阻的作用是限流 而保護電路，為了輸出較大的信號功率，三極管承受的電壓要高，通過的電流要貞腳 大，功率管損壞的可能性也就比較大，實驗中選用R4為iom,為R5為360Q。 三極管VT1, VT2均選用9014型硅NPN小功率三極管，要求VT1的電流放大 系數(shù)p200, VT2的電流放大系數(shù)p100, VT3選用9012型硅PNP中功率晶體三極 管，要求電流放大系數(shù)卩50。U1選用靜態(tài)功耗很小的“555”時基集成電路，如5D7555或者I

14、CM7555、CB7555、 CH7555. SG7555型等，它是一種模擬、數(shù)字混合集成電路。這種“555”時基集成電 路的靜態(tài)電流非常小，只有75uA左右，而且工作電壓低。第三章單元電路分析與設(shè)計3.1單元電路分析本實驗的總體電路設(shè)訃可以分為三個不同的組成部分來完成，其中山咪頭，三極 管及電阻組成聲控脈沖觸發(fā)電路，它作為聲音信號釆集電路使接收的聲音信號轉(zhuǎn)化為 電信號。而由NE555芯片，電阻等構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)延時電路，可使得電路從一個穩(wěn)態(tài)翻 轉(zhuǎn)到一個暫穩(wěn)態(tài)，并且讓小夜燈保持一定的延時時間。最后，由三極管和電阻等組 成功率驅(qū)動放大電路，可以實現(xiàn)較大的輸出功率，滿足小夜燈的照明要求。3.2單元電路設(shè)

15、計3.2.1聲控脈沖觸發(fā)電路延時小夜燈采用了諧振頻率較高（約4K左右）的咪頭作為聲波傳感器，所以對 猝發(fā)的擊掌聲，硬物相碰撞聲反應(yīng)靈墩，而對于人們的講話聲以及環(huán)境其他低頻率的 嘈雜聲，卻反應(yīng)不靈敏。也就是說，電路具有比較好的防誤觸發(fā)性能。3.2.2單穩(wěn)態(tài)延時電路延時時間是由NE555外圍的電阻R3和極性電容C決定的，延時時間計算公式是 t=l.l*R3*C：改變R3、C的大小就可以控制延時的長短。頁腳本次試驗中選擇R3=100K,C=47uF,使得延時時間a 1.1 x 1 OOOOx0.047心5s。電容、 電阻的取值不應(yīng)太大，隨著t寬度的增加，它的精度和穩(wěn)定度也會下降，同時小電珠 會亮很久

16、，造成資源的浪費。取值太小，效果不明顯，燈很快就滅了。3.2.3功率驅(qū)動放大電路一拍即亮小夜燈山三極管VT2, VT3和電阻R4, R5燈組成了系統(tǒng)的功率驅(qū)動放 大電路，其中兩個三極管組成了放大電路，R4和R5的作用是限流，在功率放大電 路中，為了輸出較大的信號功率，管子承受的電壓要高，通過的電流要大，功 率管損壞的可能性也就比較大，所以功率管的參數(shù)選擇與保護問題也不容忽視， 因此設(shè)計的電路中都需加入限流電阻來保護電路。貞腳第四章調(diào)試及測試結(jié)果與分析該實驗設(shè)汁看起來比較簡單，但實驗前在機房的用multisim仿真時還是遇到了一 些問題。笫一個問題就出現(xiàn)在用何原器件或儀器代替咪頭以實現(xiàn)脈沖觸發(fā)電

17、路的功 能，最后確定可以以函數(shù)信號發(fā)生器代替咪頭。仿真儀器準備好后，連接電路完畢， 卻發(fā)現(xiàn)燈泡并不能夠理想的亮多長時間或者不亮或者一直亮，最后才知道是原理圖里 的原件常數(shù)并不適合本實驗要求，經(jīng)過很多次的改變實驗常數(shù)，終于仿真出了理想的 效果。在連接號好電路后，如果燈亮便可視為實驗成功，否則便可視為實驗失敗。在 調(diào)試的時候，燈泡要能夠有延遲的特點，否則也不算成功的，還可能山于原件的原因，還 有可能電路短路了,應(yīng)仔細檢查。要注意燈泡和其他器件的電壓上限。實驗仿真圖如 下所示，其中用示波器代替了咪頭。圖4.1仿真圖在實驗室領(lǐng)取好元件并排版好后，經(jīng)過小心的焊接，終于做出了成品。接通電源 后，連接好電路

18、后小夜燈并不亮。因為VT3原本要PNP型小功率三極管，但因為一 些原因我們焊上的是NPN型小功率三極管所以導(dǎo)致小夜燈沒有電流通過，不亮。最 終焊出成品如下圖所示：貞腳II蠹 SBS5g?glligd -ooooooqdoggooj 一 (ooooqAQakQgQOS. OOQQQ ;:6ocrcocq 0a10d*QC7OMOOCH00 : 27doboooor 云翳B蠢徳 L kllioBB e;寫：SCOCDOO22OOO J J龍蠱觥爺 八 gyfflt/鑼 /.B溜Bl :./.;.;/,/.門;跖圖4.2實物圖背面貞腳第五章實驗結(jié)論經(jīng)過獨立自主的設(shè)訃電路，翻閱查找各種資料，不僅學(xué)到了關(guān)于555芯片的知識, 更加了解了 555單穩(wěn)態(tài)延時電路，而且增強了運用書本所學(xué)的理論知識到實踐中的能 力，對模擬電路充滿了興趣，從而增加了對模擬電路學(xué)習(xí)的熱情。通過預(yù)先設(shè)計的電 路，然后再參考一些書籍上的電路并經(jīng)過修改和創(chuàng)造，設(shè)計成了最終符合要求的電路 原理圖，并進一步了解和學(xué)習(xí)了整個電路的各個部分的具體工作原理，達到了理論的 要求。在焊接過程中，因為焊接三極管的時候忘了用銀子因熱，導(dǎo)致三極管溫度過高壞 了一個，所以這給了我警示，在以后的實驗操作中必須認認真真，小心