聲控LED三穩(wěn)態(tài)控制設(shè)計(jì)

1、聲控直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)報(bào)告關(guān)鍵詞:聲控、信號(hào)放大、三穩(wěn)態(tài)一. 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)聲音接收電路,當(dāng)拍一次手時(shí),控制電機(jī)(用紅綠兩個(gè)發(fā)光二極管模擬正轉(zhuǎn)紅燈亮,當(dāng)連續(xù)拍兩次手時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn)綠燈亮,當(dāng)連續(xù)拍三次手時(shí),電機(jī)停下不亮。(1遙控距離:2m以上;(2連續(xù)拍手時(shí)間間隔:0.5秒左右。(3用兩種不同的發(fā)光管顯示電機(jī)不同的工作狀態(tài)。二. 方案選擇及電路的工作原理(一.前級(jí)聲音信號(hào)處理:方案一:聲音信號(hào)用麥克風(fēng)(咪頭采集,使用三極管作第一級(jí)信號(hào)放大,采用LM358進(jìn)行第二級(jí)信號(hào)放大,LM358采用雙電源供電。方案二:聲音信號(hào)放大直接采用LM358進(jìn)行兩級(jí)放大,LM358采用單電源供電。然后采用電容整流,使用比

2、較器輸出脈沖。由于此設(shè)計(jì)題目不用考慮信號(hào)的失真,以及考慮到放大倍數(shù)可調(diào)性,最終選擇方案二。(二.后級(jí)邏輯電路處理方案一:采用數(shù)字芯片移位寄存器74LS194,搭建后級(jí)觸發(fā)電路。方案二:采用數(shù)字芯片4017。方案三:使用三極管反相器搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路控制LED發(fā)光。考慮到此實(shí)驗(yàn)是模擬電路設(shè)計(jì),所以最終選擇方案三使用三極管搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路控制LED發(fā)光。三.單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算與元器件的選擇1.電源選擇:此系統(tǒng)采用的是12V直流單電源供電2.麥克風(fēng)參數(shù)設(shè)定:經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知麥克風(fēng)(咪頭工作在6.5V左右的聲音信號(hào)最良好。3.聲音信號(hào)放大處理:聲音信號(hào)放大處理采用運(yùn)放LM358做兩級(jí)放大處理,第一級(jí)采用正向

3、放大,放大倍數(shù)為100倍。然后采用RC整流電路,對(duì)信號(hào)進(jìn)行整流,再進(jìn)行第二級(jí)信號(hào)放大。4.比較電路:比較電路采用專(zhuān)用比較器LM393對(duì)信號(hào)處理,使輸出信號(hào)為脈沖信號(hào)。5.三穩(wěn)態(tài)電路:三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路采用三極管搭建。6.元器件選擇:LM358、LM393、三極管、開(kāi)關(guān)二極管、LED、普通電容、電阻。LM358:LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM393:LM393 是雙電

4、壓比較器集成電路。工作電源電壓范圍寬,單電源、雙電源均可工作,單電源: 2 36V,雙電源:±1±18V;消耗電流小, ICC=0.8mA;輸入失調(diào)電壓小,VIO=±2mV;共模輸入電壓范圍寬, VIC=0VCC-1.5V;輸出與TTL,DTL,MOS,CMOS 等兼容。四.設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)1.系統(tǒng)概述(1、系統(tǒng)框圖 圖一:(2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路:系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是采用傳統(tǒng)模擬電子電路設(shè)計(jì)方法,對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采集、放大、整流、比較處理后將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)。后級(jí)電路主要是采用的三極管搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。系統(tǒng)主要是包括六個(gè)模塊:(1.聲音信號(hào)采集、(2信號(hào)放大、

5、(3信號(hào)整流、(4比較電路、(5三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路2. 單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析(1.聲音信號(hào)采集 聲音信號(hào)采集是采用麥克風(fēng)(咪頭將聲音信號(hào)轉(zhuǎn) 化為電信號(hào),經(jīng)查資料和實(shí)驗(yàn)得知咪頭的最佳工作電壓為6.5V ,工作靜態(tài)直流為0.8mA 左右。電容C1主要是隔直通交電容 (2第一級(jí)信號(hào)放大 第一級(jí)信號(hào)放大處理采用的是單電源供電的LM358正向放大,由深度負(fù)反饋可知: 放大倍數(shù):5R 2RP Af=100電容C2 作用為防止運(yùn)放自激 (3整流電路整流電路采用的是RC 整流,利用電 容兩端的電壓不能突變的原理。 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可得電容C3為47uF電阻R3為2K 是實(shí)驗(yàn)效果比較好 (4第二級(jí)放大電路 二級(jí)放大電路

6、同樣是采用單電源供電的LM358,利用LM358的同相放大放大倍數(shù):7R 3Rp A f (5比較電路比較電路采用的是單電源供電的LM393組成的單限正向比較器,由于LM393是TTL 器件,故接了一個(gè)上拉電阻R8,當(dāng)輸入電壓高于門(mén)限電壓時(shí),輸出為高電平+12V 。(6三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 圖七:三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路:用三極管搭建反相器組成三穩(wěn)態(tài)電路圖七所示三穩(wěn)態(tài)電路可以通過(guò)輸入脈沖電路Ui 來(lái)使三極管的穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn),例如:設(shè)電路原來(lái)處于穩(wěn)態(tài)一(Uce1截止,Uce2、Uce3導(dǎo)通;當(dāng)Ui 輸入一個(gè)脈沖時(shí),此時(shí)穩(wěn)態(tài)電路將會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn),將會(huì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)二(Uce1導(dǎo)通、Uce2截止、Uce3導(dǎo)通;當(dāng)Ui 再輸入一個(gè)脈

7、沖時(shí),穩(wěn)態(tài)將繼續(xù)翻轉(zhuǎn),將會(huì)圖五:達(dá)到穩(wěn)態(tài)三(Uce1、Uce2導(dǎo)通,Uce3截止。如圖八U i U ce1U ce2U ce312V6V6V6V圖八三穩(wěn)態(tài)電路仿真: 圖九仿真結(jié)果如下所示: 3.電路的安裝與調(diào)試介紹電路安裝調(diào)試過(guò)程中所遇到的主要技術(shù)問(wèn)題,給出現(xiàn)象記錄、原因分析、解決措施及效果,詳細(xì)介紹電路的性能指標(biāo)或功能的測(cè)試方法、步驟、儀器設(shè)備、記錄的圖表和數(shù)據(jù)。電路板調(diào)試主要技術(shù)問(wèn)題:1、前級(jí)聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換電信號(hào)不理想原因分析:麥克風(fēng)端電壓較小,聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)較弱解決措施:通過(guò)查資料得知麥克風(fēng)的最佳工作電壓為6.5V左右,調(diào)節(jié)分壓電阻阻值,使麥克風(fēng)工作在最佳的狀態(tài)。2、放大電路放大倍數(shù)

8、不夠原因分析:LM358采用的是單電源供電的正向放大,放大倍數(shù)有負(fù)方的兩個(gè)電阻決定。解決措施:將負(fù)方向的反饋電阻加大,使其放大倍數(shù)加大,已達(dá)到凡達(dá)效果,所以此處使用電位器以方便后級(jí)電路的調(diào)試。3、無(wú)信號(hào)輸入時(shí),仍有信號(hào)輸出原因分析:LM358的放大倍數(shù)太大,電路產(chǎn)生自激震蕩。解決措施:在反饋電阻上并聯(lián)一個(gè)1000pF的電容,使交流小信號(hào)不能夠放大。4、比較器電壓輸出為0.8V原因分析:經(jīng)過(guò)電路的檢查,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電路連接問(wèn)題,初步分析為L(zhǎng)M393可能被燒壞。解決措施:換一個(gè)LM393電路正常工作。5、三穩(wěn)態(tài)電路燈的亮滅不符合題目要求現(xiàn)象:調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)三個(gè)LED的亮滅與題目要求是相反的,即有兩個(gè)燈

9、亮,一個(gè)燈滅,依次循環(huán)下去。原因分析:如果三極管不并聯(lián)LED時(shí),三極管的導(dǎo)通截止是一個(gè)截止,兩個(gè)導(dǎo)通。而并聯(lián)上LED后,三極管導(dǎo)通截止的平衡被LED破壞,LED的導(dǎo)通壓降為1.8V,而三極管截止時(shí)應(yīng)該 有6V左右。解決措施:方案一,不直接接LED,使用三極管搭建反相器,減小對(duì)前級(jí)電路的影響。方案二,在并聯(lián)的LED上串聯(lián)上一個(gè)500歐左右的電阻,分的一定的電壓,是三極管的電截止電壓能在6V左右。如圖所示:6、整流電路效果不是很好現(xiàn)象:通過(guò)數(shù)字式示波器觀察知道,拍掌時(shí)希望能產(chǎn)生一個(gè)方波電路,但是事與愿違,出來(lái)的波形總是不令人滿意。出來(lái)的波形總是不止一個(gè)脈沖信號(hào)。原因分析:整流電路的整流效果不好,電

10、容的取值比較小,整流電路是采用的比較簡(jiǎn)單的RC整流電路,效果不是很好。以及后級(jí)的比較電路方案選擇不是很好。解決措施:增大電容的容值,經(jīng)過(guò)調(diào)試最終選擇47uF,其次調(diào)節(jié)門(mén)限比較器的門(mén)限電壓,門(mén)限電壓比較電壓設(shè)定為2.2V比較合理。電路測(cè)試方法:電路調(diào)試過(guò)程使用的是信號(hào)追蹤的方法,即根據(jù)信號(hào)的流向,逐級(jí)進(jìn)行調(diào)試。有時(shí)也可根據(jù)實(shí)際情況從后級(jí)向前檢測(cè)。系統(tǒng)缺點(diǎn):信號(hào)處理不穩(wěn)定,使得觸發(fā)電路具有不確定性。改進(jìn)方法:將比較器改為遲滯比較器。電路板參數(shù): 五.心得體會(huì)及建議趙江鴻:通過(guò)這次電子實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì),再一次對(duì)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)作了回顧;對(duì)運(yùn)算放大器的使用又進(jìn)一步的掌握,加深了對(duì)電路性能和信號(hào)保護(hù)的考慮;

11、熟悉了protel 99SE及Altium designer 6軟件的使用。學(xué)會(huì)了自己制作電路板。調(diào)試電路過(guò)程中,由于是自己搭建的三穩(wěn)態(tài)電路,不是很穩(wěn)定,出現(xiàn)了信號(hào)的干擾。實(shí)驗(yàn)本身很簡(jiǎn)單,只是由于沒(méi)有數(shù)字芯片,所以調(diào)試了很久;希望以后的實(shí)驗(yàn),不要規(guī)定方法,只要能夠?qū)崿F(xiàn)功能就應(yīng)該被允許。趙勛:通過(guò)此次課程設(shè)計(jì),我學(xué)到了很多東西,這不僅僅是從理論到實(shí)踐的飛躍,更重要的是我的動(dòng)手能力的到了鍛煉。學(xué)習(xí)不僅僅是書(shū)本上的,更重要的是將書(shū)本上的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)很好的平臺(tái),這次的設(shè)計(jì)題目是聲控直流電機(jī),關(guān)于這個(gè)題目,可以說(shuō)我是一步步的見(jiàn)證了它的成長(zhǎng)。由最初的查找資料、方案論證、調(diào)試電

12、路、到方案選擇、原理圖繪制、PCB 繪制、電路板制作焊接等等一系列的工作。在這個(gè)過(guò)程中對(duì)于制作電路板沒(méi)有太多經(jīng)驗(yàn)的我來(lái)說(shuō),學(xué)到了很多。在這個(gè)過(guò)程中雖然有幾次失敗制作了三塊電路板,但是做每一塊電路板我都是懷著期待與興奮的心情。這也是我為什么能夠在調(diào)試板子過(guò)程中一次次堅(jiān)持下來(lái)的原因。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了許多的問(wèn)題,第一次方案沒(méi)有論證好,就很匆忙的做了快電路板,結(jié)果可想而知失敗。第二次方案論證好,可是實(shí)際與理論是有差距的,又一次的失敗了。在一次次的失敗中我們堅(jiān)持到了最后。通過(guò)查資料,問(wèn)老師、學(xué)長(zhǎng)來(lái)充實(shí)自己,完成電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。畫(huà)PCB心得元件一定要根據(jù)信號(hào)的走向來(lái)布局。通過(guò)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)我們小組學(xué)到了很多,不僅是將我自己學(xué)到的東西用于設(shè)計(jì),更重要的是我用自己學(xué)到的東西幫助了同學(xué)。我的建議:希望電子實(shí)驗(yàn)中心能夠支持這種課程,能夠在平時(shí)也能夠?yàn)橥瑢W(xué)們提供開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,以讓同學(xué)們能夠有地方法調(diào)試、焊接電路板,六.附錄電路原理圖: PCB 3D顯示效果(正面 電路板實(shí)物圖 電源 跳線冒 LED 麥克風(fēng) 元件明細(xì)表： C9013 LED LM358、LM393 精密滑動(dòng)變阻器 三支 兩支 各一支 4支 咪頭（麥克風(fēng)） 電容 電阻 開(kāi)關(guān)二極管 一支 33uF、104pF 若干 3只 七參考文獻(xiàn)