聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作

1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計(jì)說明書（論文）課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作 院 系：航天學(xué)院控制科學(xué)與工程系 班 級(jí)： 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013.11.25- 2013.12.13 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 姓 名： 院 （系）：航天學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 號(hào)： 任務(wù)起至日期： 2013年11月25日 至 2013年12月13日 課程設(shè)計(jì)題目：聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)聲控開關(guān)，控制對象為發(fā)光二極管；（2）采用施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、

2、和多諧振蕩器等電路實(shí)現(xiàn)整形、延時(shí)和時(shí)基電路。（3）發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r間具有計(jì)時(shí)功能，計(jì)數(shù)采用級(jí)聯(lián)方式；（4）計(jì)數(shù)通過顯示譯碼器和數(shù)碼管構(gòu)成選擇顯示電路；（5）可擴(kuò)展部分：發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r間延時(shí)顯示。 工作量：（1）完成電路設(shè)計(jì)、器件選取、電路搭建、電路聯(lián)調(diào)、實(shí)驗(yàn)測試等工作；（2）一周內(nèi)完成電路驗(yàn)收，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 工作計(jì)劃安排：1.依據(jù)功能完成電路圖的設(shè)計(jì)2.分模塊搭接電路3.各模塊電路的合并與調(diào)試4.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄與分析5.完成電路驗(yàn)收 同組設(shè)計(jì)者及分工：1. 電路圖的設(shè)計(jì)由兩人共同完成2. 負(fù)責(zé)整形、延時(shí)、二極管點(diǎn)亮部分電路的搭建3. 負(fù)責(zé)時(shí)基、計(jì)數(shù)、選擇顯示電路部分電路的搭建4. 各模

3、塊電路的合并及調(diào)試由兩人共同完成 指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師填寫。哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（論文） 聲控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作 摘  要    聲控開關(guān)，全稱是聲控延時(shí)開關(guān)，是一種內(nèi)無接觸點(diǎn)，在特定環(huán)境光線下采用聲響效果激發(fā)拾音器進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換來控制用電器的開啟，并經(jīng)過延時(shí)后能自動(dòng)斷開電源的節(jié)能電子開關(guān)。    生活中，好多地方都使用聲控開關(guān)， 如用聲控開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，

4、發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。聲控開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，適合廣大電子愛好者自制。人們對聲控技術(shù)越來越熟悉。用聲音代替肢體動(dòng)作給人們帶來了很多的好處和便利。因此，越來越多的聲控設(shè)備廣泛地應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中。   本課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了聲控部分和計(jì)數(shù)器部分。主要由三極管基本放大電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多謝振蕩器，計(jì)數(shù)器電路，譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路等基本電路組成，利用駐極體話筒、三極管、二極管和、等

5、芯片實(shí)現(xiàn)電路聲控的功能，利用、和數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。做到聲音信號(hào)發(fā)出時(shí)，二極管可以指示發(fā)光，計(jì)數(shù)器可以同步計(jì)數(shù)，聲音信號(hào)消失時(shí)，二極管熄滅，計(jì)數(shù)停止進(jìn)行清零。 關(guān)鍵詞：   聲控開關(guān)   集成電路  計(jì)數(shù)器1.課題總體介紹1.1  設(shè)計(jì)任務(wù)技術(shù)指標(biāo)： 1. 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)聲控開關(guān)，控制對象為發(fā)光二極管。 2.基本要求   接收到一定強(qiáng)度的聲音后，聲控開關(guān)點(diǎn)亮發(fā)光二級(jí)管，燈亮?xí)r間可調(diào)?？刂蒲訒r(shí)時(shí)間用數(shù)字顯示。3.拓展要求 發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r

6、間延時(shí)顯示。1.2 基本工作原理及原理圖  設(shè)計(jì)的原理框圖如下：駐極體話筒接收到一定強(qiáng)度的聲音信號(hào)后，聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，幅度很小，經(jīng)放大、整形后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，產(chǎn)生一個(gè)寬度可調(diào)的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示。同時(shí)，這個(gè)脈沖信號(hào)作為選通信號(hào)，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，555組成的多諧振蕩器為計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器采用兩個(gè)十進(jìn)制的74LS90串聯(lián)組成一百進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器通過譯碼器74LS47譯碼并用數(shù)碼管顯示延時(shí)。 圖1 聲控開關(guān)原理框圖  基于上述框圖及原理設(shè)計(jì)電路圖如下： 圖2聲控開關(guān)原理圖2 相關(guān)芯片介紹本課程設(shè)計(jì)中共用到了74LS00，74LS90，7

7、4LS47，555，共陽極數(shù)碼管五種芯片。現(xiàn)分別介紹如下： 2.1  集成芯片555 工作原理 555集成電路開始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路。但后來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體

8、。 其管腳圖如下圖所示， 其中6腳稱閾值端(TH)，是上比較器的輸入；2腳稱觸發(fā)端(TR)，是下比較器的輸入；3腳是輸出端(Vo)，它有O和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7腳是放電端(DIS)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4腳是復(fù)位端(MR)，加上低電平時(shí)可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端(Vc),可用它改變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端，1腳是地端。 圖3 555管腳圖2.2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90  74LS90是二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)時(shí)將CPA接時(shí)鐘輸入端，QA接CPB，即組成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，兩個(gè)計(jì)數(shù)器串聯(lián)可以組成

9、一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。管腳圖如下所示：  圖4 74LS90管腳圖 2.3   74LS47芯片      74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器， 74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過它解碼， 可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字， 從而簡化了程序，節(jié)約了 單片機(jī)的IO開銷。 因此是一個(gè)非常好的芯片！但是由于目前從節(jié)約成本的角度考慮， 此類芯片已較少用， 大部份情況下都是用動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的形式來實(shí)現(xiàn)數(shù)

10、碼管顯示。其管腳圖與74LS48相同，如下所示： 圖5 74LS47管腳圖2.4 兩輸入與非門 74LS00及數(shù)碼管74LS00和數(shù)碼管管腳圖如下： 圖5 74LS00管腳圖 圖5 數(shù)碼管管腳圖3.電路設(shè)計(jì)說明3.1單穩(wěn)態(tài)電路部分 輸入的脈沖信號(hào)經(jīng)過電路整形，變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的負(fù)的方波脈沖信號(hào)，接下來還要進(jìn)一步將信號(hào)時(shí)間延長，這就要使用單穩(wěn)態(tài)電路，將負(fù)的方波脈沖轉(zhuǎn)化為正的方波脈沖，同時(shí)延長穩(wěn)態(tài)時(shí)間，來使二極管穩(wěn)定發(fā)光，基本電路如下圖： 圖6 單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以將輸入的負(fù)的方波脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成為正的方波脈沖信號(hào)，高電平時(shí)間： .  故可以通過調(diào)節(jié)電阻和電容，

11、調(diào)節(jié)脈沖時(shí)間，以此調(diào)節(jié)二極管發(fā)光時(shí)間以及芯片計(jì)數(shù)時(shí)間，作為控制信號(hào)使用。電路要求時(shí)間可調(diào)，故在實(shí)際搭接中選用滑動(dòng)變阻器。3.2多諧振蕩器部分 對于計(jì)數(shù)器，需要時(shí)鐘信號(hào)對其進(jìn)行觸發(fā)，此時(shí)，應(yīng)使用定時(shí)器組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生需要的時(shí)鐘信號(hào)，通過調(diào)節(jié),可以調(diào)節(jié)時(shí)鐘周期，這里選用滑動(dòng)變阻器代替來對始終周期進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的速度，從而可以調(diào)節(jié)顯示的數(shù)字大小。多諧振蕩器電路如下圖： 圖7 多諧振蕩器電路該電路是一個(gè)多諧振蕩器，有555定時(shí)器產(chǎn)生，由于5腳接地，因此多諧振蕩器的高電平觸發(fā)信號(hào)和低電平觸發(fā)信號(hào)分別為2/3Vcc和1/3Vcc，根據(jù)三要素法則可近似得到如下公式高電平時(shí)間

12、： 低電平時(shí)間：3.3 譯碼及數(shù)碼顯示電路 完成計(jì)數(shù)功能后，要進(jìn)行顯示，這里使用顯示譯碼器以及共陽極數(shù)碼管組合進(jìn)行數(shù)字的顯示，兩片芯片分別接芯片的高位以及低位芯片，再接入相應(yīng)的共陽極數(shù)碼管，同時(shí)接入保護(hù)電阻即可完成數(shù)字部分的功能實(shí)現(xiàn)。譯碼及顯示部分電路圖如下：圖8 譯碼顯示電路 3.4放大電路 駐極體話筒接收并轉(zhuǎn)換的信號(hào)通過兩級(jí)放大電路進(jìn)行了初步的放大。 放大電路如下： 圖9 放大電路 3.5整形電路部分 聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)經(jīng)過放大后持續(xù)時(shí)間還是較短，仍為一瞬間出現(xiàn)的脈沖信號(hào)，為了使二極管可以穩(wěn)定發(fā)光，因此使用整形電路將較大的正脈沖整形成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)的方波信號(hào)，這要使用芯片構(gòu)成

13、整形電路，即為施密特觸發(fā)器電路，電路如下圖： 圖10 整形電路4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)收4.1 聲控開關(guān)工作過程波形圖4.1.1 放大電路輸出波形4.1.2 施密特觸發(fā)器輸出波形4.1.3 延時(shí)電路輸出波形4.1.4 多諧振蕩器輸出波形4.2 聲控開關(guān)效果圖5.心得體會(huì) 在設(shè)計(jì)和連接電路圖的過程中，我們遇到了很多問題如：芯片毀壞導(dǎo)致功能無法實(shí)現(xiàn)，檢查時(shí)又查不出問題所在；接入電源時(shí)忘記確定電源輸出是不是要求輸出而導(dǎo)致電路電壓過載而燒壞。在解決這些問題的過程中我們也學(xué)到了很多東西。總結(jié)如下：1. 在使用芯片前，一定要測試芯片是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)想功能。2. 接入電源前一定要用示波器測量好電源輸出電壓，避免接入電壓過高。3. 在電路連接好后，如果不能實(shí)現(xiàn)預(yù)想功能，一定要平心靜氣，認(rèn)真的檢查是什么原因，并改正。 總之，在這次課程設(shè)計(jì)中，我受益匪淺，學(xué)到了很多書本上所沒有的東西，懂得了理論和實(shí)際聯(lián)系的重要性。在以后的學(xué)習(xí)中，我不僅要把理論知