聲光控路燈電路

1、1 軟件簡介1.1 protel 的簡介早期的PROTE住要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS境，對硬件的要求很低，在無硬盤286 機的1M 內存下就能運行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設計功能，具印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEIE發(fā)展到PROTEL99（網(wǎng)絡上可下載到它的測試板），是個龐大的 EDA軟件，完全安裝有 200M它工作在WINDOWS95境下，是個完整的板級全方位電子設計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有

2、 Client/Server（客戶 / 服務器） 體系結構，同時還兼容一些其它設計軟件的文件格式，如 ORCA，DPSPICE，EXCELS,其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB勺100%布通率。1.2 protel 的功能Protel99 SE 共分 5個模塊，分別是原理圖設計、PCB 設計（包含信號完整性分析） 、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD 設計。本次課設主要利用其繪制原理圖的功能。1.3 proteus 的簡介Proteus 軟件是英國Labcenter electronics 公司出版的EDA 工具軟件 （該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它

3、EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus 是世界上著名的EDA 工具 （ 仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB 設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。在編譯方面，它也支持IAR 、 Keil 和 MPLAB等多種編譯器。1.4 proteus 的功能Proteus軟件具有其它EDAT具軟件（例

4、：multisim ）的功能。這些功能是: （ 1）原理布圖(2) PCB自動或人工布線(3) SPICE電路仿真革命性的特點：(1)互動的電路仿真用戶甚至可以實時采用諸如 RAM ROM鍵盤，馬達，LED LCD AD/DA部分SPI器 件，部分IIC器件。(2)仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR PIC、ARM等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的 虛擬原型本課設主要用到其強大的仿真功能。2電路中用到的新元器件2.1 駐極體話筒駐極體話筒屬于電容式話筒的一種，聲電轉換的關鍵元件是駐極體振動膜。當聲波輸 入時，駐極體膜片隨聲波的強弱而振動，使電容極板間的距離發(fā)生變化，引起電容

5、量 C發(fā) 生變化，因為駐極體兩側的電荷來變，因此電容兩端的電壓(UC=Q/C)發(fā)生變化，從而實現(xiàn)了聲電轉換。由于振動引起的輸出電壓的變化量較小，所以要在電容的后面加一個效 應管進行放大，提高話筒的靈敏度，同時場效應管還可以與音頻放大器匹配。駐極體話筒的外形和內部電路如圖 2.1所示：背楣 背橫肢 場敕應管(a)外形圖(b)內部結構圖圖2.1駐極體話筒的外形與結構2.2 光敏電阻光敏電阻器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、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光

6、敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達170M歐，在強光條件（100LX） 下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性） 與人眼對可見光的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。圖2.2光敏電阻原理圖2.3 51單片機51單片機是對目前所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始 祖是Intel的8031單片機。后來隨著Flash Rom技術的發(fā)展，8031單片機取得了長足的進 展，成為目前應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是 ATMEL公

7、司的AT89系列， 它廣泛應用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內將占有大量市場。51單片機即是基礎入門的一個單片機，還是應 用最廣泛的一種。3聲光控節(jié)能燈電路的組成下面將總電路分為以下五個模塊： 電源電路，光控電路，聲控電路，單片機控制電路, 繼電器驅動電路。3.1 電源電路本課程設計使用的是 12V雙電源和+5V單電源的兩級電路。如圖所示:Tn iiar縣 0圖3.1直流電源電路nk電源電路由變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四部分構成。變壓電路由普通的電源變壓器組成，將220V的交流電轉換成低壓交流電；整流電路由一個橋式整流組成，將低壓交流電轉換

8、成脈動直流電；濾波電路由濾波電容 C1和C2構成，濾除交流成分，增加直流成分；穩(wěn)壓 電路主要由7812, 7912及7805三個集成穩(wěn)壓器，輸入端電容C5和C6和輸出端電容C3, C4, C7, C8構成，集成穩(wěn)壓器利用負反饋進一步穩(wěn)定經(jīng)過濾波后的電壓，輸出端電容用以改善負載的瞬態(tài)效應，消除電路的高頻噪聲，同時具有消振的作用；發(fā)光二極管D2作為電源指示，電阻R1作為限流電阻保護發(fā)光二極管。除此之外，單排 J1, J2, J3和J4作 為電源和地的輸出端。3.2 聲控電路光控電路由拾音電路，兩級放大電路和遲滯比較器構成，如圖所示:圖3.2光控電路拾音電路將聲音轉換成微弱的電壓信號。然后，微弱的電

9、壓信號經(jīng)過兩級放大成伏級的電壓，電壓通過遲滯比較器轉變成單片機識別的方波信號，經(jīng)過雙向穩(wěn)壓管變成 5V的方波，然后傳給單片機的外部中斷 P3.4 口。拾音電路由小型麥克和限流電阻組成，自制 5V電源向其提供驅動電流；兩級放大電 路由兩級共射單管放大組成，前級是 NPNt,后級是PNPt;遲滯比較器的正向閾值電壓 為：Vth% R11 % jVzR11 R12R11 R12負向閾值電壓為：、/R10 R11 Ra”R10 、/VthV REF -V VZR11 R12R11 RI2由圖而知，Vref 0V ,故:VthR10R11R2VzVthR10R11R12Vz（式 3.2）可以通過閾值電壓

10、的設置來消除兩級放大的噪聲，防止噪聲對產(chǎn)生方波信號的干擾, 從而消除噪聲對單片機的干擾，增強對有用信號的識別。電阻k 200K ,非常大，延長電容放電時間。3.3 光控電路圖3.3光控電路當光敏電阻受光照時，電阻減小，運放同向輸入端為低電平；當光照較弱時，電阻增 加，運放同向輸入端為高電平。光控電路的輸出信號經(jīng)過電壓跟隨器后，將比較微弱的電 流信號放大到單片機能夠識別的電流，然后由運放輸出端將放大后的信號傳給單片機的P1.6 口。電路圖中的集電極電阻R16作為限流電阻，保護三極管；調節(jié)變阻器R15能夠改變基 極電流ib,從而控制發(fā)射結和集電極電流，進而控制整個光控電路對光信號的靈敏度。3.4

11、單片機控制電路單片機最小系統(tǒng)如下圖所示：圖3.4單片機最小系統(tǒng)P1.6作為光控信號的輸入口， P3.4是聲控信號的輸入端，P1.7是作為輸出端，與繼電 器驅動電路相連。由于沒有外部 ROM,所以EA與外部電源相接，置高平，直接讀取內部ROM。本次課設通過單片機來完成延時電路和與電路的功能。程序原理如下所示：#include<reg52.h>#define uint unsigned intsbit JD=P1A7;sbit GM=P1A6;void delay(uint z);main()TMOD=0x10;EA=1;ET1=1;JD=0;GM=0;while(1)if(JD= =

12、1)delay(10000);JD=0;void counter1( ) interrupt 3if(GM=1)JD=1;void delay(uint z)uint x,y;for(x=110;x>0;x-)for(y=z;y>0;y-);3.5 繼電器驅動及燈泡照明電路3.5.1 發(fā)射結接地型開關電路由限流電阻R,負載R及NPN管構成，VCC為5伏直流電源。如圖所示:當輸入端為0V （低電平），三極管的基極沒有合適的偏置電壓 Vbe 0.7V ,三極管處于 截止狀態(tài)；當輸入端為5V （高電平），使Vbe 0.7V,基極-發(fā)射極處于導通，即三極管導 通。如果不加限流電阻 R1,會

13、有非常大的基極電流通過。因此如圖所示，加上限流電阻 R1。3.5.2 繼電器驅動運放同相輸入端與單片機 P1.7 口相連，電壓跟隨器將微弱的單片機I0 口輸出電流放大，提高帶負載能力，使電流能夠驅動三極管，但為防止電流過大燒壞三極管，因此加上 限流電阻R13,從而通過三極管的開關作用來驅動繼電器。當開關的負載為電動機或者繼電器等感性負載時，在截斷流過負載的電流時（晶體管 進入截止狀態(tài)時），會產(chǎn)生感應電動勢（楞次定律）。這時產(chǎn)生的電壓非常大。當這種電壓 超過晶體管的VCBO，VCEO時，晶體管將會被擊穿。因此給繼電器并上一個二極管，將集電極 的電位鉗制在（Vcc 0.5）V左右，防止三極管被擊穿

14、。3.6 原理總圖原理圖如下所示：圖3.6原理總圖由圖可知，聲光控節(jié)能燈電路聲控電路（由聲音拾取電路、放大電路、滯回比較器構成），光控電路（電壓跟隨器），單片機控制電路（由延時電路和邏輯與電路構成），繼電器驅動電路及電源電路等部分組成。其中聲控電路和光控電路是整個電路的核心部分，作用是將MIC輸出的微弱聲音信號進行放大，并轉換成方 波信號。最后通過單片機的比較輸出來控制繼電器的導通，進而控制燈的亮滅4.1 電源電路由于集成穩(wěn)壓器輸出端為 12V和5V,則輸入端至少為15V,因此選擇220V轉15V 的變壓器和7815, 7915和7805的集成穩(wěn)壓管。因為本次電路的電流都為毫安級別的，選 擇最

15、大輸出電流為1A的集成穩(wěn)壓管，能完全達到電路要求。濾波電容一般越大越好，一般選取 2200U或1000U,在這里選擇1000U的電容；輸入 端電容C5和C6用以抵消輸入端的電感效應，以此防止自激震蕩和電源高平脈沖的干擾， 一般取0.1u至1u,在這里選取0.33u的電容。輸出端電容一般取一大一小，選取 0.1u和 100u的電容。4.2 聲控電路駐極體話筒將聲音信號轉換為電信號，具大小為幾毫伏，話筒使用5V電源驅動，電阻R2為限流電阻。電阻太大，導致驅動電流太??；電阻太小，導致電流太大，故設定電 阻為2K。兩級直接耦合放大電路放大倍數(shù) A A1A/2 ;而WR】）200 11 26mv）（幾為

16、二級的輸入電阻）；1 %11 Re Iq,AV 2Rc2（rbe2 200 1 2 "mv）（式 4.2）皿 12 Re22Ie2設定 AV 2000, Ic1= Ic2 1mA, Ib2 3mA, 12 100VbR3/R3R6Vcc,取Vb0.83V，則R35 ,又因基極電流比較小，故取R6 150K,R3 30K ;R.1 R7 Vb Vbe /Ie 130，取 R7 100;rbe 200 1126mV/IE =2.8K,幾 rbe2 200 12 26mV/匕=1.5K ；在輸入交流信號時，電容接通，電阻被短接，此時Re2 0；代入（式4.2）得：RL1 RL27100K（

17、RLR,/ /RC1, RL2RL2/RC2）,而取RC15K,則R1=1K,RL2=7.1K,取RC215K。三極管采用互補對稱的9013與9012完全滿足要求。將其代入電路算得 A 2092,仿真為700倍左右，經(jīng)檢驗實際放大倍數(shù)為 500左右； 因此設計遲滯比較器時，采用實際值。由于兩級放大電路存在噪聲，經(jīng)測量大約為5mV左右，需要加遲滯比較器，設置合適的閾值電壓，將此段噪聲濾掉。而經(jīng)測量聲音信號經(jīng)兩級放大后為 0.5V左右，因此將閾 值電壓設為0.25V ,Vref 0V , Vz= 5V0因此，在遲滯比較器的輸出端加上 5V的穩(wěn)壓管， 并加上限流電阻R5,取1K。設電阻Rio=10K

18、,由式3.2得：則電阻Rii=200K,滑動變阻器 設為150K,根據(jù)外面聲音信號的大小來調節(jié)閾值電壓的值。4.3 光控電路將基極電流設為0.1mA,當有光照射時，R15 Vcc Vce /Ib，R,5=50K,與光敏電阻此 時的阻值（約為1K到10K）相比,光敏電阻可以忽略。選if¥ 100K的滑動變阻器來替代50K, 讓基極電流可調，從而控制射級電流和控制光控電路的靈敏度。集電極電阻為限流電阻， 取值為22K。4.4 繼電器驅動電路單片機高電平時輸出拉電流，大概是 0.08-0.16mA,表明52的輸出能力很弱，因此需 要加驅動，本次采用UA741構成電壓跟隨器，提高帶負載的能力

19、。繼電器選擇5V電壓供電，觸點電流為1A,吸合電流電流設為50mA,將基極電流控制在0.5mA,故選擇三極管 的 100,基極電流所以三極管的集電極電流（負載電流）的額點值要大于50mA,三極管的集電極-發(fā)射極和集電極-基極間的最大額定值Vcbo ,Vceo要大于5V ,即 Ic 50mA,100, Vcbo 5V,Vceo 5V ,三極管9013完全滿足要求，參數(shù)為集電極-基極擊穿電壓Vcbo為30 V ,集電極-發(fā)射極擊穿電壓Vce。為25 V,集電極電流為500 mA ,基 極電流為50mA,放大倍數(shù)滿足要求。單片機P1.7輸出信號為5V高電平時，三極管導通。繼電器驅動電路的輸入端為 5

20、V, 由圖可知，以5V減去基極與發(fā)射極的結電壓0.7V,得到限流電阻上的分壓為4.3V,然后 代入R=U/I公式，4.3V/0.5mA=8.6K。所以使用8.6K的限流電阻就可以了。但 8.6K不在 四環(huán)電阻的系列值里，可以使用 8.2K代替。止匕外，UA741的最大輸出電流為40mA,完全可以滿足基極電流的輸出；繼電器在三 極管斷開的瞬間產(chǎn)生的感應電動勢很大，一般為一百伏或幾百伏，因此選擇反向電壓達 1000V的1N4007,能夠達到要求。5仿真(1)聲控部分仿真電路圖，如圖所示:圖5.1仿真原理圖(2)聲控部分仿真結果，如圖所示:圖5.2 聲控電路仿真如圖所示：第一條為50HZ的交流信號來替代人的聲音信號，輸入電壓為峰峰值為6mv, 兩級放大后為4v， 放大倍數(shù)為667 倍， 經(jīng)過遲滯比較器后輸出5V 的方波， 完全符合要求。在失真的情況下，電路所消耗的能量最小。6 調試與小結本次設計過程中，遇到了許多問題，但經(jīng)過調試解決。光控部分：經(jīng)過兩級放大的聲音信號，開始是直接經(jīng)過過零比