聲光控延時開關(guān)PCB版

1、華北科技學(xué)院課程設(shè)計聲光控延時開關(guān)的設(shè)計報吿目 錄一.實習(xí)目的.2二.實習(xí)要求.2三.課程設(shè)計的具體實現(xiàn).23.1 系統(tǒng)概述.23.2 單元電路設(shè)計.33.2.1 電源模塊.33.2.2 電源電路的工作原理及相關(guān)參數(shù)的分析.53.2.3信號收集模塊.6 3.2.4信號處理模塊.83.2.5被控制模塊.10四心得體會及建議.12五. 附錄.13六參考文獻.15一、 實習(xí)目的2、 板的基本原理；3、 掌握Protel(PCB)電路板理解電路設(shè)計的基本思路；4、 理解電路制設(shè)計的方法和步驟。二、 實習(xí)要求1、 學(xué)習(xí)protel軟件的使用方法。2、 利用protel軟件做出電路原理圖和PCB圖。3、

2、分析設(shè)計電路的基本方法。4、 學(xué)會使用protel軟件做庫文件。實習(xí)報告應(yīng)包括設(shè)計電路的基本思路以及印制電路板設(shè)計的基本原（注：實習(xí)報告包括目錄 、實習(xí)目的、實習(xí)任務(wù)、實習(xí)原理：電路原理，制版原則手寫，實習(xí)步驟、實習(xí)結(jié)果、實習(xí)總結(jié)等。）三.課程設(shè)計的具體實現(xiàn) 3.1 系統(tǒng)概述此設(shè)計是為了實現(xiàn)聲控光控延時開關(guān)的功能。在白天時無論是否有聲音，燈泡都不能被點亮。即白天時不需要光照，在夜晚當(dāng)有聲音產(chǎn)生時，燈泡被點亮。且在聲音消失后，燈泡能夠維持一段時間亮度，即在夜晚有人經(jīng)過發(fā)出聲音的時候，燈被點亮，并有足夠的時間讓人通過。 所設(shè)計的電路分為五個模塊：電源模塊，信號收集模塊，信號處理模塊，延時

3、模塊和被控制模塊。電源模塊為整個電路提供穩(wěn)定的直流電源，由市電220V降壓整流輸出穩(wěn)定的10V的驅(qū)動直流電源。它為三極管，芯片74LS00和駐極體話筒等提供工作電壓。信號收集模塊分為聲音信號收集模塊和光信號收集模塊。聲音信號通過駐極體話筒中收集模塊將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐纛l電信號輸入芯片，芯片分析處理作出指令，從而起到控制開關(guān)的作用。光信號收集模塊將光強度的改變轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱母淖冚斎氲叫酒小Ｐ盘柼幚砟K即是芯片74LS00對聲音，光信號導(dǎo)致的電信號的改變進行處理，從而驅(qū)動被控制電路，并作用于延時模塊。延時模塊是在信號處理模塊的作用下工作，通過RC電路起到延時的作用。被控制模塊在信號處理模塊及延時模塊

4、的共同作用下工作。 經(jīng)過以上概況理解，我們可以得到基本的設(shè)計框架如圖3-1。檢聲放大電路邏輯芯片74LS00燈亮控制開關(guān)可控硅延時電路RC電路 感光電路 圖3-1 聲光控延遲開關(guān)結(jié)構(gòu)框圖3.2單元電路設(shè)計（protel仿真與分析）3.2.1 電源模塊電源模塊的以變壓器，單向整流橋，電解電容組成。通過變壓器把市電220V變壓成10V電路穩(wěn)定直流電源。電源電路采用降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓的組合電路如圖3-2。圖3-2 直流穩(wěn)壓電源的方框圖 降壓過程將220V單相交流電壓直接輸入有一定匝數(shù)比的變壓器，得到降壓后的電壓。然后將變壓器副邊的交流電壓通過單相橋式整流電路，得到脈動系數(shù)較大的直流電壓。為了減小

5、電壓的脈動，將經(jīng)過整流橋整流后的直流電壓通入由濾波電容構(gòu)成的濾波電路，使輸出較為平滑的電壓。要得到穩(wěn)定的直流電源需將濾波后的電壓輸入穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓芯片W7805構(gòu)成，利用穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓特性，使得到不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化影響的穩(wěn)定性較高的直流電壓為邏輯芯片74LS00輸出穩(wěn)定工作電壓。3.2.2 電源電路的工作原理及相關(guān)參數(shù)的分析為了得到10V的直流電源，將220V頻率50Hz的正弦波交流電輸入變壓器，穩(wěn)壓電源電路如圖3-3。 圖3-3 穩(wěn)壓電源電路圖 原邊與副邊線圈之比 N1/N2=220/10=22 （1-1） 交流電通入單項橋式整流電路經(jīng)過全波整流得到平均值為的

6、直流電壓，其脈沖系數(shù)相對較小。然后將的直流電壓通入濾波進行濾波，可以得到平均值為的直流電壓。理想情況下可將交流分量全部濾掉，使輸出電壓僅為直流電壓，然而，由于濾電波路為無源電路，所以接入負載后必會影響其濾波效果，要得到穩(wěn)定的直流電源需將濾波后的電壓輸入穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路采用的是w7805芯片。 3.2.3信號收集模塊 3.2.3.1 光信號收集電路  光敏電阻的工作原理； 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(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m的響應(yīng)很接

7、近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化，且當(dāng)有光強時電阻最小，隨著光逐漸變?nèi)酰娮枳兇?。但其受溫度影響較大。 光敏電阻的主要參數(shù)：光電流、亮電阻；暗電流、暗電阻；靈敏度，光譜響應(yīng)，光照特性伏安特性曲線，溫度系數(shù)，額定功率。 光信號電路的設(shè)計 光信號的設(shè)計，要求在白天與晚上光敏電阻D2間的電壓輸出有很大的反差，在白天要求輸出低電平，而在晚上要求輸出高電平。將光敏電阻D2與R4串聯(lián)起來，具體圖見圖3-4 在白天光較強時，光敏電阻D2的阻值較低（約為5k-10k），在電阻R4與光敏電阻D2的兩端加有5V的電壓，白天要求到D2兩端輸出低電平，則不管聲控部分輸出的是高電平或低電平，芯片74LS00

8、最終都輸出低電平。使得被控制電路的晶閘管不導(dǎo)通，繼電器上無電流，燈泡不亮。   在晚上光線較暗時，光敏電阻D2的阻值變大（最大約為0.5M），R4、D2串聯(lián)對5V電壓分壓。晚上要求D2兩端輸出高電平，若此時有聲音即聲控部分輸出高電平，則芯片74LS00最終輸出高電平。使得被控制電路的晶閘管導(dǎo)通，繼電器上有電流，燈泡亮。若無聲音，則聲控部分輸出低電平,最終芯片74LS00輸出低電平，燈泡不亮。 3.2.3.2 聲音信號收集電路 聲音信號收集電路的設(shè)計    聲音信號收集電路由三極管Q2，電容C4、C5，電阻R1、R2、R3和駐

9、極體話筒MK1。具體圖見圖3-4。 聲音信號電路的工作原理及相關(guān)參數(shù)的分析 聲控電路基本工作原理：駐極體話筒接收到聲音信號后轉(zhuǎn)化為微弱的電信號，經(jīng)過電容C4的濾波后再經(jīng)過三極管Q2的放大處理，輸入1腳參與與非門的邏輯控制。R2，R3為三極管放大提供合適的靜態(tài)工作點。其中C4，C5的數(shù)值為經(jīng)典值。 圖3-4 聲控電路與光控電路3.2.4 信號處理模塊  3.2.4.1 芯片74LS00的介紹  74LS00是四個獨立二端輸入的與非門集成芯片.其特點有如下幾點。 1.LS是低功耗肖特基,HC是高速COMS，LS的速度比HC略快。 2.LS是TTL電平。 3.LS輸入開

10、路為高電平。 4.LS輸出下拉強上拉弱。 5.工作電壓LS只能用5V。 6.電平，LS是TTL電平其低電平和高電平分別為0.8和V2.4。 7.驅(qū)動能力,LS一般高電平的驅(qū)動能力為5mA,低電平為20mA。 3.2.4.2 延時電路的設(shè)計及原理  根據(jù)電容的特性，電容兩端的電壓時緩慢變化的。由其時緩慢變化的，電容充放每一個值晶閘管都要經(jīng)歷過，晶閘管控制極電流突然的減小不會突然引起晶閘管截止。晶閘管陽極電流減小到維持電流時存在一定緩沖。根據(jù)這一特性，將電容兩端并聯(lián)一個電阻，從而可以一個延時電路，即設(shè)計電路中由電阻R5和電容C6組成的RC延遲電路。RC延遲電路的工作原理： 當(dāng)1

11、腳為高電平時，2腳為低電平時，3腳為高電平，二極管1無正偏截止。電容器C6正極電壓基本不會變化，13腳和12腳保持為高電平，11腳為低電平晶閘管不導(dǎo)通，燈泡不亮。當(dāng)1腳為高電平時，2腳為高電平時，3腳為低電平。二極管導(dǎo)通，電容放電。電容通過電阻R5放電。由于電阻R5值較大，電容器C6上所充的電需要一定時間才能放完，再加上晶閘管不能立即回到維持電流,而這段時間可以起到延時的作用。燈泡保持發(fā)光。等到電容器C6放電結(jié)束，12腳，13腳將為低電平，經(jīng)過兩個與非門最終使8腳輸出低電平。一段時間后晶閘管截止，燈泡熄滅。晶閘管控制繼電器的工作狀態(tài)以切斷燈泡L的電流回路,實現(xiàn)燈泡L在延時亮一段時間后又自動熄滅

12、如圖3-5。 圖3-5 延時電路 RC電路的放電過程及時間常數(shù)的計算   當(dāng)電容C6已有電壓時，且二極管正向偏置導(dǎo)通時，電容器對電阻R放電，放點開始時的電流為U/R放電電流的實際方向與充電時相反。 放電時的電流i與電容電壓隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減。電壓與電流的數(shù)學(xué)表： （2-3） （2-4） RC電路的時間常數(shù)用表示，=RC。的大小決定了電路充放電時間的快慢。對于充電而言，時間常數(shù)時電容電壓從零增長到63.2%所需而當(dāng)時間。對放電而言，是電容電容從下降到36.8%所需的時間。R5的值為1.3，C6為50uF。 （2-5）所以延遲最多65秒。3.2.5 被控制

13、模塊被控制電路的設(shè)計及相關(guān)參數(shù)的分析  被控制電路晶閘管Q2、繼電器K1、燈泡L1、電阻R6、R7、R8，三極管Q3。在這部分電路中，繼電器K1相當(dāng)于一個開關(guān)，可開通或關(guān)斷燈泡連接的220V交流電壓。當(dāng)晶閘管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)時，繼電器工作，銜鐵吸合，燈泡回路導(dǎo)通如圖3-6。 圖3-6 被控制模塊電路圖 當(dāng)晶閘管Q2處于截止?fàn)顟B(tài)時，繼電器中無電流通過，故而繼電器開關(guān)無法動作，導(dǎo)致燈泡回路開路，無電流通過，燈泡不亮。繼電器K1中銜鐵開關(guān)動作受晶閘管Q2控制，當(dāng)晶閘管Q2控制極大于維持電流時，驅(qū)動繼電器K1中的銜鐵開關(guān)動作，燈泡回路導(dǎo)通。晶閘管Q2控制極小于維持電流時，晶閘管截止，繼電器中

14、無電流通過，其開關(guān)無法動作，燈泡回路關(guān)斷。 如圖3-7為聲光控延遲開關(guān)電路原理圖 圖3-8為 PCB制板圖圖3-7 聲光控延遲開關(guān)電路原理圖圖3-8 PCB制板圖四心得體會及建議在這兩周的時間里的設(shè)計中，讓我對模電知識更近一步的了解，對模電課程中直流穩(wěn)壓電源所涉及的部分元件有了一定的認識；掌握了選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計直流穩(wěn)壓電源，以及對光敏電阻，駐極體話筒，74LS00等有了一定的了解。由于對模電知識學(xué)習(xí)的也不是很透徹，所以有些數(shù)據(jù)的測試是參考資料測試的。在設(shè)計的過程中我需要解決的問題：1、在電源設(shè)計中要根據(jù)主體電路及執(zhí)行機構(gòu)不同進行相應(yīng)的設(shè)計，比如說不同的分支電路

15、工作在不同的電壓下面。5、 在protel仿真的過程中，74LS00雖然是一個二輸入四與非門的集成芯片，實現(xiàn)的是與非門的功能，而且在仿真軟件中也找不到，還有燈泡。自己通過自學(xué)protel軟件自己繪制模型，過程相當(dāng)?shù)钠D辛。因為軟件菜單好多是英文，對于自己的英語是個不小的挑戰(zhàn)。當(dāng)然最終還是繪制出來。成功的喜悅當(dāng)然不言而喻。6、 在設(shè)計電路時對于參數(shù)的選取是我在設(shè)計中遇到的最大難題。對于引腳的電位，電流的選取，高電平，低電平時電流的選取，以及穩(wěn)定電源時的電容，電阻的選擇等。 時間雖然短暫，但卻過得很充實，因為每一步都得自己動手操作，學(xué)到了許多以前沒學(xué)過的東西，這次設(shè)計給了我們一個難得的鍛煉機會，由于

16、所學(xué)知識有限及個人的技術(shù)水平不高，所設(shè)計的電路還存在很多問題。本次課程設(shè)計，培養(yǎng)了我運用互聯(lián)網(wǎng)查找資料和綜合應(yīng)用課本理論知識解決實際問題的能力。啟發(fā)了我，在今后的學(xué)習(xí)過程中不能懶懶散散，學(xué)的要懂不懂，要把課本上的知識學(xué)精通，同時也要多學(xué)習(xí)課外知識來擴張自己的知識面；在計算和動手方面要更加的耐心加細心，才能把事情做得更好。最后還要感謝在本次設(shè)計中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，在我遇到困難停滯不前時是老師和同學(xué)的點撥讓我找到繼續(xù)前進的方向。五. 附錄元件清單1.電源部分器件名稱序號主要參數(shù)數(shù)量備注變壓器T1220v/5v1整流橋D12CZ54A-M1電解電容C0400uF1C21uF1電容C1 0.33

17、uF1穩(wěn)壓管W7805(5V)12.控制部分器件名稱序號主要參數(shù)數(shù)量備注 電阻R14k1RJ-1/2W型金屬膜電阻器R2344K1R31K1R4200K1R51.3M1R623.21R7344K1R81K1 電容C41uF1CT4型獨石電容器C510uF1C650uF1駐極體話筒MK13V，0.5mA1CRZ2-9光敏電阻D2亮（5k）暗（0.5M）13516型號邏輯芯片U274LS001二極管D35V1IN4148型硅管晶閘管Q1Ig十幾毫安1TYN612電磁繼電器K14V/220V1PB1061TR-ND燈泡L1220v/30W1三極管Q21NPN型硅三極管Q3=4001六參考文獻【1】 童詩白，華成英· 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)·高等