聲光控路燈電路

1、1 軟件簡介1.1 protel的簡介早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1M內(nèi)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(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到PROTEL99（網(wǎng)絡(luò)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環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)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(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有C

2、lient/Server（客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB的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(shè)計、PCB設(shè)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(shè)計。本次課設(shè)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(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單

3、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(nèi)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(yīng)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(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)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EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）原理布圖 （

4、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(shè)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(zhuǎn)換的關(guān)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，引起電容量C發(fā)生變化，因為駐極體兩側(cè)的電荷來變，因此電容兩端的電壓

5、（UC=QC）發(fā)生變化，從而實現(xiàn)了聲電轉(zhuǎn)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(yīng)管進行放大，提高話筒的靈敏度，同時場效應(yīng)管還可以與音頻放大器匹配。駐極體話筒的外形和內(nèi)部電路如圖2.1所示：（a） 外形圖 （b） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2.1 駐極體話筒的外形與結(jié)構(gòu)2.2光敏電阻光敏電阻器是利用半導體的光電效應(yīng)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)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，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

6、，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達110M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(yīng)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(shù)的發(fā)展，8031單片機取得了長足的進展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系

7、列的兼容機型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機即是基礎(chǔ)入門的一個單片機，還是應(yīng)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(qū)動電路。3.1電源電路本課程設(shè)計使用的是V雙電源和+5V單電源的兩級電路。如圖所示：圖3.1 直流電源電路電源電路由變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四部分構(gòu)成。變壓電路由普通的電源變壓器組成，將220V的交流電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成脈動直流電；濾波電路由濾波電容C1和C2構(gòu)成，濾除交流成分，增加直流成分；穩(wěn)壓電路主要由7812，7912

8、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(gòu)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(yīng)，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(gòu)成，如圖所示：圖3.2 光控電路拾音電路將聲音轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號。然后，微弱的電壓信號經(jīng)過兩級放大成伏級的電壓，電壓通過遲滯比較器轉(zhuǎn)變成單片機識別的方波信號,經(jīng)過雙向穩(wěn)壓管變成V的方波，然后傳給單片機的外部中

9、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(qū)動電流；兩級放大電路由兩級共射單管放大組成，前級是NPN管，后級是PNP管；遲滯比較器的正向閾值電壓為： 負向閾值電壓為： 由圖而知，故： （式3.2） 可以通過閾值電壓的設(shè)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,非常大，延長電容放電時間。3.3光控電路由光敏電阻，滑動變阻器，電阻，NPN三極管及運算放大器LM358組成，如下圖所示：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

10、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(diào)節(jié)變阻器R15能夠改變基極電流，從而控制發(fā)射結(jié)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 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(qū)動電路相連。由于沒有外部ROM，所以與外部電源相接，置高平，直接讀取內(nèi)部ROM。本次課設(shè)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：#in

11、clude<reg52.h>#define uint unsigned intsbit JD=P17;sbit GM=P16;void delay(uint z);main()TMOD=0x10;EA=1;ET1=1;JD=0;GM=0;while(1) if(JD= =1) delay(10000); JD=0; void counter1( ) interrupt 3 if(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(qū)動及燈泡照明電路發(fā)射結(jié)接地型開關(guān)電路

12、由限流電阻，負載及NPN管構(gòu)成，VCC為5伏直流電源。如圖所示：圖 開關(guān)電路當輸入端為0V（低電平），三極管的基極沒有合適的偏置電壓，三極管處于截止狀態(tài)；當輸入端為5V（高電平），使，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(qū)動將開關(guān)電路的負載改為繼電器，即變成繼電器驅(qū)動電路。如圖所示：圖繼電器驅(qū)動及照明電路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(qū)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(guān)作用來

13、驅(qū)動繼電器。當開關(guān)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(yīng)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左右，防止三極管被擊穿。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(gòu)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(gòu)成），繼電器驅(qū)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(zhuǎn)換

14、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。4參數(shù)計算4.1電源電路由于集成穩(wěn)壓器輸出端為V和5V，則輸入端至少為15V，因此選擇220V轉(zhuǎn)V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(yīng)，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

15、駐極體話筒將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，其大小為幾毫伏，話筒使用5V電源驅(qū)動，電阻R2為限流電阻。電阻太大，導致驅(qū)動電流太小；電阻太小，導致電流太大，故設(shè)定電阻為2K。兩級直接耦合放大電路放大倍數(shù)；而（為二級的輸入電阻）; （式4.2）設(shè)定，=，,取,則,又因基極電流比較小，故?。???； =2.8K，=1.5K；在輸入交流信號時，電容接通，電阻被短接，此時；代入（式4.2）得：，而取，則=1K，=7.1K，取。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，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(shè)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

16、為5mV左右，需要加遲滯比較器，設(shè)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(shè)為，=。因此，在遲滯比較器的輸出端加上的穩(wěn)壓管，并加上限流電阻，取1K。設(shè)電阻=10K,由式3.2得：則電阻=200K，滑動變阻器設(shè)為150K，根據(jù)外面聲音信號的大小來調(diào)節(jié)閾值電壓的值。4.3光控電路 將基極電流設(shè)為0.1mA，當有光照射時，,=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。選擇100K的滑動變阻器來替代50K，讓基極電流可調(diào)，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(qū)動電路單片

17、機高電平時輸出拉電流，大概是，表明52的輸出能力很弱，因此需要加驅(qū)動，本次采用UA741構(gòu)成電壓跟隨器，提高帶負載的能力。繼電器選擇5V電壓供電，觸點電流為1A，吸合電流電流設(shè)為50mA，將基極電流控制在0.5mA，故選擇三極管的，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要大于5V，即，三極管9013完全滿足要求，參數(shù)為集電極-基極擊穿電壓為30 V，集電極-發(fā)射極擊穿電壓為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(qū)動電路的輸入

18、端為5V，由圖可知，以5V減去基極與發(fā)射極的結(jié)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。此外，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(yīng)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(jié)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(diào)試與小結(jié)本次設(shè)計過程中，遇到了許多問題，但經(jīng)過調(diào)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)過過零比較器轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲?，但由于兩級放大存在很大的噪聲，導致輸出端是一條直線，沒有方波出現(xiàn)。后來在過零