聲光同時(shí)控制的路燈照明電路的研制

1、學(xué)校代碼：12795 密 級(jí)：公 開2014屆本科生畢業(yè)論文聲、光同時(shí)控制的路燈照明電路的研制院 系： 電子與信息學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 姓 名： 鐘文俊 指導(dǎo)教師： 尹建平 答辯日期： 二一四年五月畢業(yè)論文誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文聲、光同時(shí)控制的路燈照明電路的研制是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立研究、寫作的成果。論文中所引用是他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨(dú)自承擔(dān)。 作 者 簽 名： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日摘要本文闡述了一種簡(jiǎn)單的聲、光同時(shí)控制的路燈電路系統(tǒng)的制作。聲、光同時(shí)控制的路燈電路，其功能為能夠自動(dòng)控制白天

2、開關(guān)、夜晚亮燈、人走燈滅。具有靈敏、低耗、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能等多種特點(diǎn)。本文選擇了聲敏傳感器、光敏傳感器作為基本元件，以AT89C2051單片機(jī)為核心，采用串行A/D對(duì)聲音信號(hào)的采集。綜合了聲、光和延時(shí)控制、工作穩(wěn)定、節(jié)電并可延長(zhǎng)燈泡壽命。光敏傳感器,聲控傳感器兩種傳感器形成了聲控、光控兩種控制的電路。利用布局和布線規(guī)則完成了電路板的制作。實(shí)現(xiàn)了電子開關(guān)的兩種控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了燈的控制。研制中應(yīng)用了過零啟動(dòng)技術(shù)，開關(guān)工作在頻繁的開關(guān)狀態(tài)時(shí)不易損壞可控硅。本系統(tǒng)中還加入了看門狗電路，在工作的過程中可以起到抗干擾的作用，大大的加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性及實(shí)用性。本設(shè)計(jì)是由電源電路、聲控電路、光控

3、電路和延時(shí)控制電路組成。電源電路由照明燈、整流二極管VD4VD7 、電阻器R10、穩(wěn)壓二極管VS和濾波電容器C4組成。聲控電路由壓電陶瓷片BC、非門集成電路IC（D1D6）內(nèi)部的D1、D2、電阻器R1R3和電容器C1組成。光控電路由光敏二極管VD1、IC內(nèi)部的D3、D4和電阻器R9等組成。延時(shí)控制電路由電容器C2、C3、電阻器R4R8、IC內(nèi)部的D5、D6、晶體管V和晶閘管VT組成。交流220V電壓經(jīng)EL限流、VD4VD7整流、R10降壓、VS穩(wěn)壓及C4濾波后，為IC提供9V直流電壓?！娟P(guān)鍵詞】：傳感器 聲控 光控 節(jié)能 單片機(jī)AbstractThis paper describes the

4、production of a street circuit simple, light and sound control. Sound, light and lamp circuit control, its function is to control the switch during the day, night lighting, people walk lamp. Sensitive, low consumption, stable performance, long service life, energy saving and other features. This res

5、earch chose acoustic sensors, light sensors as a basic element, use AT89C2051 microcontroller as the core, the serial A/D for voice signal acquisition. Combination of sound, light and delay control, stable work, energy saving and prolonging the service life of the bulb. Photosensitive sensor, acoust

6、ic sensor two sensor form the circuit voice, light two kinds of control. The layout and routing rules to complete the circuit board production. The two control electronic switch, the experimental results achieved control lamp.Study of the application of the start of the technology, the switch is not

7、 easy to damage when in a state of frequent switching thyristor. This system also joined the watchdog circuit, in the process of work can play a role of anti-interference, greatly enhanced the reliability and practicability of the system.This design is from the power circuit, voice circuit, light co

8、ntrol circuit and delay control circuit. Power circuit from the lights, the rectifier diode VD4 VD7, resistor R10, Zener diode VS and filter capacitor C4. A voice circuit of a piezoelectric ceramic BC, door integrated circuit IC (D1 D6) inside the D1, D2, resistors R1 R3 and capacitor C1. By the pho

9、todiode light control circuit VD1, IC internal D3, D4 and resistor R9 and other components. Delay control circuit by the capacitor C2, C3, resistor R4 R8, IC internal D5, D6, transistors and thyristors VT V components. AC 220V voltage by EL limiting, after VD4 VD7 rectified, R10 buck, VS regulator a

10、nd C4 filter for IC provides 9V DC voltage. 【Key Words】：sensor voice optical control energy saving chip microcomputer目錄TOC o 1-3 f h u HYPERLINK l _Toc11426 一、緒論 PAGEREF _Toc11426 1 HYPERLINK l _Toc2052 1.1 課題研究背景及意義 PAGEREF _Toc2052 1 HYPERLINK l _Toc24668 1.2 本文的主要工作 PAGEREF _Toc24668 3 HYPERLINK

11、l _Toc30096 二、總體電路設(shè)計(jì)及其原理說明 PAGEREF _Toc30096 4 HYPERLINK l _Toc555 2.1設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc555 4 HYPERLINK l _Toc17120 2.2總體電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17120 7 HYPERLINK l _Toc11172 三、單元電路設(shè)計(jì)與分析 PAGEREF _Toc11172 1 HYPERLINK l _Toc5476 3.1電源設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc5476 1 HYPERLINK l _Toc15855 3.1.1電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc15855 1

12、 HYPERLINK l _Toc23832 3.1.2 結(jié)構(gòu)原理說明 PAGEREF _Toc23832 1 HYPERLINK l _Toc5809 PAGEREF _Toc5809 2 HYPERLINK l _Toc16474 3.2.1駐極體話筒 PAGEREF _Toc16474 3 HYPERLINK l _Toc11500 3.2.2聲控部分電路工作原理及電路圖 PAGEREF _Toc11500 4 HYPERLINK l _Toc9154 3.3光控部分電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9154 4 HYPERLINK l _Toc24081 3.3.1光敏三極管簡(jiǎn)介 P

13、AGEREF _Toc24081 4 HYPERLINK l _Toc5472 3.3.2光敏三極管功能 PAGEREF _Toc5472 6 HYPERLINK l _Toc13485 3.3.3光控原理 PAGEREF _Toc13485 8 HYPERLINK l _Toc24397 3.4延時(shí)處理部分電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc24397 9 HYPERLINK l _Toc32070 3.4.1 555定時(shí)器 PAGEREF _Toc32070 10 HYPERLINK l _Toc25467 3.4.2延時(shí)電路圖及控制原理 PAGEREF _Toc25467 13 HYPE

14、RLINK l _Toc25454 3.5參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc25454 14 HYPERLINK l _Toc13077 四、電路圖繪制與PCB圖制作 PAGEREF _Toc13077 16 HYPERLINK l _Toc24591 4.1 Protel 99 SE簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc24591 16 HYPERLINK l _Toc9728 4.1.1原理圖設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9728 16 HYPERLINK l _Toc19328 4.2 PCB的生成 PAGEREF _Toc19328 17 HYPERLINK l _Toc6965 4.3 PC

15、B最終生成 PAGEREF _Toc6965 22 HYPERLINK l _Toc14569 結(jié)論 PAGEREF _Toc14569 24 HYPERLINK l _Toc4359 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc4359 26 HYPERLINK l _Toc11759 致謝 PAGEREF _Toc11759 25 HYPERLINK l _Toc8404 附錄一 PAGEREF _Toc8404 27一、 緒論 課題研究背景及意義1.1.1 課題研究的背景隨著千年鐘聲的敲響,歷史的車輪被推進(jìn)了一個(gè)新的世紀(jì)21世紀(jì)。站在新世紀(jì)的門檻上，我們感受到的是高速發(fā)展的現(xiàn)代科技。也因如此，照明

16、燈的需求也在不斷地發(fā)展，人類有意識(shí)地采用各種方法改進(jìn)它。照明，不僅改變了人們“日出而作，日落而息”的生活方式，也充斥豐富了我們的精神世界。是的，也許你不禁要問：“為什么一個(gè)小小的照明燈有如此神奇的功效?！蔽蚁脒@要?dú)w功它的結(jié)構(gòu)及發(fā)明原理?。∵@當(dāng)中到底包含了多少值得我們?nèi)ヌ剿?，發(fā)現(xiàn)的奧秘呢？帶著這個(gè)問題，我們共同選擇了這個(gè)課題，一起從課題研究中找到答案！如今，照明電路的數(shù)量越來越多，使得路燈的用電量占城市用電量的比重越來越大，在用電高峰期時(shí)，電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行，電網(wǎng)電壓都低于額定值，在用電低谷期供電電壓又高于額定值，當(dāng)電壓高時(shí)不但影響照明設(shè)備的使用壽命，而且耗電量也大幅增加，當(dāng)?shù)凸葧r(shí)，照明設(shè)備有不能正

17、常工作。所以，對(duì)城市的路燈的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了當(dāng)務(wù)之急，特別是午夜之后車流量急劇減少時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)?shù)年P(guān)閉路燈，節(jié)約用電。但是我國的既節(jié)能又能延長(zhǎng)路燈壽命的技術(shù)相比國外卻是落后了，因此路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于城市的發(fā)展至關(guān)重要。本論文旨在設(shè)計(jì)一套對(duì)外界光線和電壓信號(hào)的采集來控制路燈的自動(dòng)啟停以及智能調(diào)壓的控制系統(tǒng)，它能對(duì)路燈進(jìn)行穩(wěn)壓、調(diào)壓、自啟動(dòng)并延長(zhǎng)路燈壽命的作用。目前，路燈系統(tǒng)一般采用鈉燈、水銀燈、金鹵燈等燈具。這類燈具有發(fā)光效率高、光色好、安裝簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用，但同時(shí)也存在著諸如：功率因子低、對(duì)電壓要求嚴(yán)格、耗電量大等缺點(diǎn)。我國目前大部分城市都采用全夜燈的方式進(jìn)行照明，普遍存在的問題有兩點(diǎn)：

18、一方面因?yàn)楹蟀胍剐腥讼∩?，采用全夜燈的方式浪費(fèi)太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全滅的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的節(jié)能措施，此種方式雖然節(jié)約了電費(fèi)支出，卻帶來了社會(huì)治安和交通安全問題，不利于城市安全問題。另一方面，在后半夜因行人稀少，而應(yīng)該降低路燈的亮度，以避免光源污染，影響居民的晚間的休息。但由于后半夜是用電低谷期，電力系統(tǒng)電壓升高，路燈反而比白天更亮了。這不僅造成了能源浪費(fèi)，還大大影響了設(shè)備和燈具的使用壽命。目前，路燈照明廣泛采用高壓鈉燈，其設(shè)計(jì)壽命在12000小時(shí)以上，在正常情況下至少可用3年，但是由于超壓使用，現(xiàn)在路燈的使用壽命僅僅只有1年左右，有的甚至只

19、有幾個(gè)月，造成維護(hù)和材料的極大浪費(fèi)。較高的電壓不僅不能讓負(fù)載設(shè)備更好的工作，而且還會(huì)造成發(fā)熱及過早損壞，還會(huì)造成不必要的電費(fèi)開支。作者通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在廠礦企業(yè)、各種機(jī)關(guān)、中心廣場(chǎng)、學(xué)校等單位的公共場(chǎng)所以及居民區(qū)的公共街道和樓道，使用長(zhǎng)明燈的現(xiàn)象司空見慣，這已經(jīng)浪費(fèi)了極大量的能源、資源。與此同時(shí)，作者設(shè)計(jì)了一種電路新穎、節(jié)電安全、構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝便捷、使用時(shí)間長(zhǎng)的聲光雙控白熾燈節(jié)能路燈。1.1.2 課題研究的意義在本設(shè)計(jì)中介紹了聲光控路燈控制器的組成、性能，適用范圍及工作原理，給出各電路原理圖及元件參數(shù)選擇，節(jié)電效果十分明顯，同時(shí)也大大減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好。白天光照好，不管過路者

20、發(fā)出多大聲音，都不會(huì)使燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測(cè)到有碎發(fā)聲響，就會(huì)自動(dòng)亮為行人照明，過幾分鐘后又自動(dòng)熄滅，節(jié)能節(jié)電。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈的自動(dòng)發(fā)亮、節(jié)能節(jié)電、延長(zhǎng)燈的壽命變得越來越重要，而且給人們的生活帶來極大的方便。聲光控制開關(guān)是聲音和光控制電路工作的電子開關(guān)。它將聲音（如擊掌聲）和光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)放大、整形，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)去控制白熾燈的工作，在自動(dòng)控制工業(yè)電器和家用電器方面有著廣泛的用途。因?yàn)榇蟛糠志用窬幼^(qū)和公共場(chǎng)所的公共樓道都在使用機(jī)械手動(dòng)開關(guān)，但同時(shí)由于種種原因經(jīng)常出現(xiàn)許多燈泡點(diǎn)亮就長(zhǎng)明的普遍現(xiàn)象，所以使得燈泡使用時(shí)長(zhǎng)變短,

21、浪費(fèi)電量,為國家、事業(yè)單位、家庭和個(gè)人造成經(jīng)濟(jì)損失。另外由于頻繁關(guān)開或者其他的人為的因素，使得墻壁開關(guān)的損壞率相當(dāng)高，不僅增大了維修工程量、浪費(fèi)了大量資金，還十分容易造成事故隱患。因此，設(shè)計(jì)研制一種電路新穎、安全節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的聲光雙控白熾燈節(jié)能自動(dòng)開關(guān)顯得相當(dāng)有必要。使公共場(chǎng)所和居民居住區(qū)的公共樓道燈在白天時(shí)不亮，晚上聞聲自亮，待人走后，幾十秒后自動(dòng)關(guān)閉，既方便，又省電。以往的聲控開關(guān)大多都是應(yīng)用模擬電子技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分立元件多，不可靠，如今單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，運(yùn)用單片機(jī)可以設(shè)計(jì)出智能型的聲控開關(guān)，電路設(shè)計(jì)好后，運(yùn)用軟件編程來實(shí)現(xiàn)其功能，靈活方便，修改簡(jiǎn)單。1.2 本文的主要工

22、作 研究目標(biāo)在555、光敏三極管、可控硅等基礎(chǔ)上，研究聲光雙控路燈電路，并對(duì)電路進(jìn)行理論和可行性分析，使研究具有一定的理論水平與使用價(jià)值。 研究?jī)?nèi)容本電路為一聲光自動(dòng)控制白熾燈開關(guān)。當(dāng)夜晚或者白天光線比較亮的時(shí)候，光控的部分會(huì)將開關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，則聲控的部分將不起作用。當(dāng)光線比較暗的時(shí)候，光控的部分會(huì)將開關(guān)自動(dòng)開啟，負(fù)載電路的通斷部分則受控于聲控的部分。看電路是否接通，取決于接收到的聲音信號(hào)的強(qiáng)度大小。當(dāng)接收到的聲強(qiáng)達(dá)到一定程度的時(shí)候，路燈電路將自動(dòng)連接，則白熾燈點(diǎn)亮。這樣，通過對(duì)環(huán)境聲光信號(hào)的檢測(cè)與處理，完成對(duì)白熾燈的控制。論文共有4章，其具體安排如下：一、緒論主要介紹本課題的研究背景及意義、研

23、究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容。二、總體電路設(shè)計(jì)及其原理說明部分主要介紹了本課題的設(shè)計(jì)要求以及總體電路的設(shè)計(jì)。三、單元電路設(shè)計(jì)與分析介紹各個(gè)單元電路的結(jié)構(gòu)以及功能。四、電路仿真與PCB圖制作部分利用PROTEL繪制出電路圖，最后生成PCB圖。二、 總體電路設(shè)計(jì)及其原理說明設(shè)計(jì)要求 總體要求 本文設(shè)計(jì)的整個(gè)電路是由聲控電路、光控電路、放大電路、延時(shí)電路和電源電路等部分一起組成的。（1）當(dāng)晚上或者白天光線比較亮的時(shí)候，整個(gè)電路將會(huì)由光控的部分控制，聲控的部分將不起作用。光控電路將輸出與光亮程度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)來完成對(duì)外界光亮程度進(jìn)行的檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了燈泡在白天是不亮的。即便是此刻有聲音被接收到，燈泡也不會(huì)亮的。

24、（2）當(dāng)遇上光線比較暗的時(shí)候，聲控的部分則開始控制負(fù)載電路的通斷。聲控電路主要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，且電路是否處于接通狀態(tài)1，取決于接收到的聲音信號(hào)的強(qiáng)度大小。當(dāng)聲強(qiáng)過小，電路不會(huì)自動(dòng)接通，燈泡自然也不會(huì)亮。而當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定程度的時(shí)候，電路則自動(dòng)接通，燈泡自然也就會(huì)亮了。 （3）然后在白熾燈被點(diǎn)亮后，延時(shí)電路控制延時(shí)36秒，當(dāng)延時(shí)時(shí)間到，再等待下一次聲音信號(hào)觸發(fā)。（4）此外，電路帶強(qiáng)切功能，在特殊情況下強(qiáng)制切斷。 總體方案如下圖圖2-1所示。 聲控電路 聲控電路的主要原理：根據(jù)電子學(xué)和聲學(xué)的原理來看，即用聲音傳感器將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，從而推動(dòng)了觸發(fā)器的觸發(fā)來使電路接通進(jìn)行工作。 如下

25、這些功能是作為一個(gè)智能化聲控電路就應(yīng)該具有的：（1）能在周邊聲音的控制下實(shí)現(xiàn)電路的連接和斷開。（2）聲音的發(fā)出應(yīng)是多方面的如物體打擊聲，動(dòng)物吠聲，腳步聲等。（3）電路反應(yīng)的時(shí)間應(yīng)越快越好。為此作者要為該傳感器設(shè)置傳感條件如聲音的響度必須在20dB以上才能響應(yīng)，同時(shí)在選擇電路元器件時(shí)應(yīng)選擇靈敏度較高的聲音傳感器組成聲控電路控制電路的前端等等。中間端作者采用觸發(fā)器構(gòu)成，利用觸發(fā)器的不觸不發(fā)，一觸即發(fā)的特點(diǎn)去推動(dòng)照明電路運(yùn)行，觸發(fā)器的選擇也應(yīng)選擇響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高的觸發(fā)器如JK觸發(fā)器，D觸發(fā)器等等2。開始燈不亮是否到既定光亮程度？否 是光控部分導(dǎo)通燈不亮是否有聲控信號(hào)輸入有無觸發(fā)555輸入高電平晶

26、閘管導(dǎo)通是燈不亮是否強(qiáng)制切斷？否燈亮延時(shí)燈滅圖2-1 電路設(shè)計(jì)框圖 光控電路 光控電路主要的原理是：利用其光敏元件隨著光照強(qiáng)度的變化，而阻抗發(fā)生變化的特點(diǎn)，去控制電信號(hào)的強(qiáng)和弱，再由傳感器將變化的電信號(hào)傳遞給觸發(fā)器，只要電信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到一定的程度就將觸發(fā)觸發(fā)器使其導(dǎo)通開始工作。這種電路設(shè)計(jì)方法，對(duì)電路元器件的要求也是非常的高，特別是光敏元件。光敏元件是光控電路功能實(shí)現(xiàn)的核心部分，必須保證其各項(xiàng)參數(shù)的穩(wěn)定、精確。半導(dǎo)體光敏元件是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換傳感器，又稱為光電敏感器。采用的是光、電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、快速、無接觸和精確測(cè)量，所以半導(dǎo)體光敏元件還常用來間接測(cè)量能轉(zhuǎn)換成光量的其他化學(xué)或物

27、理量。半導(dǎo)體光敏元件按光電效應(yīng)的不同而分為光生伏打型（見光電式傳感器）和光導(dǎo)型3。光導(dǎo)型即光敏電阻，是一種半導(dǎo)體均質(zhì)結(jié)構(gòu)。光生伏打型包括光控可控硅、光電場(chǎng)效應(yīng)管、光電池、光電三極管、和光電二極管等，它們屬于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)型器件。半導(dǎo)體光敏元件的主要參數(shù)和特性有時(shí)間、光譜特性、伏安特性、光照特性、光照率、探測(cè)率、靈敏度和溫度特性以及頻率響應(yīng)特性等，它們主要由工藝、材料和結(jié)構(gòu)決定。半導(dǎo)體光敏元件廣泛應(yīng)用于安全報(bào)警、質(zhì)量檢查、機(jī)器人、制導(dǎo)、遙感、夜視、攝像、計(jì)算技術(shù)、光通信、精密測(cè)量以及其他測(cè)量和控制裝置中。常見光敏元件有：光敏三極管、光敏二極管、光敏電阻等。 因此，在設(shè)計(jì)時(shí)不僅須考慮方案的穩(wěn)定性、可行

28、性，還必須充分考慮元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度很高的，這樣電路的功能才能比較容易實(shí)現(xiàn)。 2.1.4 延時(shí)電路 延時(shí)電路的主要原理：利用電子計(jì)數(shù)器的原理可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。 延時(shí)電路的構(gòu)成方案一般有三種：（1）硬件的構(gòu)成；（2）軟件的構(gòu)成；（3）軟硬相結(jié)合構(gòu)成。對(duì)于由硬件構(gòu)成的定時(shí)器，一般是用改變C、R元件值控制定時(shí)的，其效率較高，但通用，靈活性較差；而由軟件構(gòu)成的定時(shí)器是用執(zhí)行一段程序來實(shí)現(xiàn)定時(shí)，它的靈活性通用性較高，但效率比較差；因此現(xiàn)在設(shè)計(jì)定時(shí)器一般是采用軟硬相結(jié)合的方法，通過編程來設(shè)定不同的延時(shí)常數(shù)，而由硬件控制定時(shí)過程，比如51單片機(jī)通過編程構(gòu)成計(jì)數(shù)器，大規(guī)模集成電路可編

29、程計(jì)數(shù)器8253等。延時(shí)電路的設(shè)計(jì)主要是為了完善電路的功能，所以在延時(shí)結(jié)束后應(yīng)發(fā)出一個(gè)結(jié)束的信號(hào)，來控制電路是否繼續(xù)導(dǎo)通工作?？傮w電路設(shè)計(jì)原理框圖聲源聲電轉(zhuǎn)換電源放大處理延時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)光源圖 2-2 延時(shí)電路原理框圖 電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求及原理，設(shè)計(jì)出電路原理圖，如圖所示： 圖2-3 延時(shí)電路原理圖 電路主要由555集成電路和聲、光控專用集成電路組成。（1）白天或夜晚光線較亮?xí)r，Q4接收到光信號(hào)，輸出低電平，使得555的3腳輸出低電平，SCR截止，光控部分將開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷，聲控部分不起作用4。（2）當(dāng)光線較暗時(shí)，光控部分將開關(guān)自動(dòng)打開，Q4的b極處于高電平狀態(tài)，高電平再次放大使得Q5的c極為低電平

30、555的4腳接收到高電平，同時(shí)聲音信號(hào)從MIC輸入，經(jīng)三極管放大輸入到555的2腳，觸發(fā)555的3腳輸出高電平觸發(fā)SCR導(dǎo)通，使電源部分導(dǎo)通，燈亮。負(fù)載電路的通斷同時(shí)受控于聲控部分和光控部分。電路是否接通，取決于光照的強(qiáng)度以及聲音信號(hào)強(qiáng)度。當(dāng)光照和聲強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，電路自動(dòng)接通，點(diǎn)亮白熾燈，并開始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到，開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷，等待下一次信號(hào)。三、 單元電路設(shè)計(jì)與分析電源電路的設(shè)計(jì)電路工作是否穩(wěn)定，電路功能是否能實(shí)現(xiàn)，不僅僅取決于電路元器件，還和外加電源有關(guān)。電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電源電路的種類繁多，如端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓；LC、RC濾波；橋式整流全波整流；變壓器降壓等。具體采用什么電路合適，則根據(jù)主體電路及

31、執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同和有效益、價(jià)廉、可靠等要求進(jìn)行選用。 根據(jù)本文廉價(jià)、實(shí)用、安全的特點(diǎn)，其電源的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖3-1所示： 降壓穩(wěn)壓濾波整流圖3-1 電源電路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)原理說明因?yàn)镮C555的供電電壓為直流4.516V，而作者用家用的交流220V供電。所以需要降壓、整流。因?yàn)檎骱蟮牟ㄐ渭y波很大，所以需要濾波5。濾波后得到較平滑的直流，給IC555供電不穩(wěn)定，需進(jìn)一步穩(wěn)壓。此電源比一般簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路更實(shí)用，成本更低，使用壽命更長(zhǎng)。（1）整流橋簡(jiǎn)介整流橋就是將整流管封在一個(gè)殼內(nèi)了，分全橋和半橋。全橋是將連接好的橋式整流電路的四個(gè)二極管封在一起。半橋是將兩個(gè)二極管橋式整流的一半封在一起，用兩個(gè)半

32、橋可組成一個(gè)橋式整流電路，一個(gè)半橋也可以組成變壓器帶中心抽頭的全波整流電路。選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓。整流橋堆一般用在全波整流電路中，它又分為全橋與半橋。全橋是由4只 HYPERLINK :/baike.baidu /view/551959.htm t _blank 整流二極管按橋式全波整流電路的形式連接并封裝為一體構(gòu)成的。 全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規(guī)格。（2）電路圖及原理

33、根據(jù)電源結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)出具體的電源電路，如圖3.1.2所示：圖3-2 電源電路結(jié)構(gòu)圖降壓穩(wěn)流部分由R3C1、整流橋D2,D3,D4,D5和濾波電容C2組成，交流220V輸入，經(jīng)R3(220K)降壓，經(jīng)D2,D3,D4,D5整流橋全波整流6，C6（220F）大電解電容濾波，濾波后得到紋波較大的直流信號(hào)，然后D7與C8對(duì)此信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后得到+9V的電壓，為電燈控制電路提供了工作電壓。聲控部分電路設(shè)計(jì)作為聲控部分的設(shè)計(jì)，必然少不了一個(gè)在無光照和拾取到聲音時(shí)把電路導(dǎo)通，從而達(dá)到點(diǎn)亮燈起到照明作用的電子元件。這個(gè)電子元件就是駐極體話筒MIC。駐極體話筒（1）駐極體話筒的工作原理駐極體話筒一般由結(jié)型場(chǎng)效

34、應(yīng)與駐極體管組合而成。駐極體是由進(jìn)行特殊處理的高分子材料組成，這些高分子材料表面具有永久電荷（Q）。駐極體結(jié)構(gòu)有空隙、背極、振膜三部分，這樣在背極與振膜間形成一個(gè)具有定量電荷的電容結(jié)構(gòu)。當(dāng)說話時(shí)，會(huì)引起背極與振膜間的距離(D)變化，據(jù)C=S/D可知，將使電容(C)變化，據(jù)U=Q/C可知，極板間電壓會(huì)變化，從而引起結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的G、S間電壓變化，在D、 S間產(chǎn)生放大的電信號(hào)。（2）駐極體話筒的結(jié)構(gòu)話筒的基本結(jié)構(gòu)是由一個(gè)上面有若干小孔的金屬電極（背稱為背電極）與一片單面涂有金屬的駐極體薄膜構(gòu)成。背電極與駐極體面相對(duì)，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)以駐極體和空氣隙作絕緣介質(zhì)，以駐極體和背電極上的金

35、屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q=CU 所以當(dāng)C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲電的變換7。駐極體話筒具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，體積小，應(yīng)用非常廣泛的特點(diǎn)。駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。由聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和場(chǎng)效應(yīng)管兩部分組成。它的電路的接法有兩種：漏極輸出和源極輸出。源極輸出有三根引出線，源極S經(jīng)電阻接地，漏極D接電源正極，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出；漏極輸出有兩根引

36、出線，漏極D經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出，源極S直接接地。因此，在使用駐極體話筒之前首先要對(duì)其進(jìn)行極性的判別。（3）駐極體話筒的檢測(cè)方法方法一：因?yàn)樵趫?chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向電阻特性來判別駐極體話筒的漏極D和源極S。將萬用表撥至R1k檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對(duì)調(diào)兩表筆，比較兩次測(cè)量結(jié)果，阻值較小時(shí)黑表筆接的是源極，紅表筆接的是漏極。方法二：將駐極體話筒加上正常的偏置電壓，將萬用表撥到Rx100檔，用兩表筆分別接兩芯線，相當(dāng)于給內(nèi)部漏極、源極間加電壓，此時(shí)，萬用表指針應(yīng)在一定的刻度上。然后對(duì)話筒吹氣，如果指針有一定幅度的擺動(dòng)，說

37、明駐極體話筒完好，如果阻值為零，則話筒內(nèi)部短路。如果直接測(cè)試話筒引線無電阻，說明話筒內(nèi)部可能開路。如果無反映，則該話筒漏電。圖3-3 駐極話筒的結(jié)構(gòu)圖 聲控部分電路工作原理及電路圖白天，因?yàn)楣饪仉娐纷钄?，所以，無論多大聲，燈都不會(huì)亮。到夜晚，光控電路導(dǎo)通，當(dāng)人走動(dòng)的腳步聲傳到傳聲器MIC時(shí)，聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)三極管Q3放大，使燈亮。若聲控靈敏度偏低，可增大R10阻值，或換高放大倍數(shù)的三極管。本系統(tǒng)放大整形電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。光控部分電路的設(shè)計(jì)光敏三極管簡(jiǎn)介以接受光的信號(hào)而將其變換為電氣信號(hào)為目的而制成之晶體管稱為光敏三極管,也叫光電三極管,英文名是Photo Transister。光

38、敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。 通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用8。圖 3-4 放大整形電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖當(dāng)具有光敏特性的PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射極，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極。基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是

39、空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。雖然重點(diǎn)學(xué)習(xí)了晶體管的放大作用，但是作者對(duì)晶體管的開關(guān)作用更感興趣。半導(dǎo)體就像一個(gè)開關(guān)，可以通過導(dǎo)通與截止來控制電路。半導(dǎo)體通過添加一部分微量元素會(huì)使其特性發(fā)生翻天覆地的變化。光敏晶體管就是一種重要的衍生物。視覺是人體最重要的感覺，因此，作者覺得通過光來控制電路真是太精妙了，而光敏的二極管三極管恰好就完成這個(gè)任務(wù)。因?yàn)楣饷羧龢O管由于還具有放大作

40、用，因此應(yīng)用比二極管更加廣泛。 光敏三極管用于測(cè)量光亮度，經(jīng)常與發(fā)光二極管配合使用作為信號(hào)接收裝置。對(duì)于半導(dǎo)體二極管和三極管，通過解了晶體管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種，從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。光敏三極管功能光敏三極管一般在基極開放狀態(tài)使用(外部導(dǎo)線有兩條線的情形比較多)，而將電壓施加至集極、射極的兩個(gè)端子，以便將逆偏壓施至集極接合部。在此

41、狀態(tài)下，光線入射到基極的表面時(shí)，受到反偏壓的基極、集電極間即有光電流(I)流過，發(fā)射極接地的晶體管的情形也一樣，電流以晶體管的電流放大率(hfe)被放大而成為流至外部端子的光電流(Ic)，為便于了解，請(qǐng)參照?qǐng)D3-5 所示達(dá)林頓晶體管工作情況；電流再經(jīng)過次段的晶體管的電流放大率被放大，其結(jié)果流至外部導(dǎo)線的光電流即為初段的基極、集極間所流過的光電流與初段及后段的晶體管的電流放大率三者的積9。 圖3-5 達(dá)林頓晶體管工作情況（1）光敏三極管的結(jié)構(gòu)及外形最普遍的外形如圖3-6 所示。罐形封閉(Can seal)之光敏三極管多半將半導(dǎo)體晶方裝定在TO-18或TO-5封裝引腳座后，利用附有玻璃之凸透鏡及單

42、純的玻璃窗口的金屬罩封閉成密不透氣狀態(tài)。（2）光敏三極管的種類由外觀上如圖.2所示，可以區(qū)分為罐封閉型與樹脂封入型，而各型又可分別分為單純附有窗口的型式及附有透鏡的型式。就半導(dǎo)體晶提來說，材料有鍺(Ge)與硅(Si)，大部份為硅10。在晶方構(gòu)造方面，可分為達(dá)林頓晶體管型與普通晶體管型。再從用途加以分類時(shí)，可以分為需要直線性的光敏三極管與以交換動(dòng)作為目的的光敏三極管，但光敏三極管的主流為交換組件，需要直線性時(shí)，通常使用光二極管。 罐封閉型(玻璃窗口) 罐封閉型(玻璃透鏡)樹脂封入型(平導(dǎo)線透型) 樹脂封入型(單端窗) 圖3-6光敏三極管的結(jié)構(gòu)及外形（2）光敏三極管的種類由外觀上如圖.2所示，可以

43、區(qū)分為罐封閉型與樹脂封入型，而各型又可分別分為附有透鏡的型式及單純附有窗口的型式。就半導(dǎo)體晶提來說，材料有硅(Si)與鍺(Ge)，大部份為硅10。在晶方構(gòu)造方面，可分為普通晶體管型與達(dá)林頓晶體管型。再從用途加以分類時(shí)，可以分為以交換動(dòng)作為目的的光敏三極管與需要直線性的光敏三極管，但光敏三極管的主流為交換組件，需要直線性時(shí)，通常使用光二極管。（3）光敏三極管的選用在實(shí)際選用光敏三極管時(shí)，應(yīng)注意按參數(shù)要求選擇管型。如要求靈敏度高，可選用達(dá)林頓型光敏三極管；如要求響應(yīng)時(shí)間快，對(duì)溫度敏感性小，就不選用光敏三極管而選用光敏二極管。探測(cè)暗光一定要選擇暗電流小的管子，同時(shí)可考慮有基極引出線的光敏三極管，通過

44、偏置取得合適的工作點(diǎn)，提高光電流的放大系數(shù)。例如，探測(cè)10-3勒克斯的弱光，光敏三極管的暗電流必須小于0.1nA。部分國產(chǎn)光敏三極管參數(shù)如下表3-1： 型號(hào)允許功耗mW最高工作電壓 U/V暗電流 I/A光電流 mA峰值響應(yīng)波長(zhǎng) m測(cè)試條件I=IU=U1000IXU=10V3DU1170100.513DU1250303DU13100503DU131001000.513DU213010123DU2250303DU23100503DU31701023DU3250303DU33100503DU513010表3-1 部分國產(chǎn)光敏三極管參數(shù)本文的光敏三極管Q4選用的是暗電流Id較小，光電流Ic較大的3DU

45、51。光控原理所謂光控就是利用光敏三極管對(duì)不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，對(duì)時(shí)基電路555的四腳進(jìn)行高低電平的控制，或處于等待觸發(fā)狀態(tài)，或處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)。夜晚光暗，此時(shí)Q4呈高阻而截止，Q5無偏置電流，呈截止?fàn)顟B(tài)。555的4腳呈高位，使555觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時(shí)如果有聲響，經(jīng)拾音，放大，倍壓整流后，正極性信號(hào)使Q1飽和倒通，下跳變信號(hào)加之555的二腳使555翻轉(zhuǎn)置位11。3腳由原來的低電平變?yōu)楦唠娖剑s+8.5V），經(jīng)R7限流后觸發(fā)雙向可控硅SCR1并倒通，電燈點(diǎn)亮。白天光照Q4呈低阻，Q2正偏置而飽和倒通。其集電極電位，即555的4腳被鉗制在左右，從而是555處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)，此時(shí)不管2

46、腳有多大的觸發(fā)電平，555均不會(huì)翻轉(zhuǎn)置位。可控硅不會(huì)觸發(fā)倒通，電燈無電不亮。電路原理圖如圖3-7所示：圖3-7 光控電路原理圖延時(shí)處理部分電路的設(shè)計(jì)以555為中心的延時(shí)電路多而常見，它電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外圍元件少，工作穩(wěn)定。電容延時(shí)就是RC延時(shí)，利用電容的充放電調(diào)節(jié)RC時(shí)間常數(shù)來完成，一般要配合另外的一個(gè)觸發(fā)電路來達(dá)到延時(shí)控制，實(shí)際上555延時(shí)電路就是用的RC充放電。繼電器延時(shí)在強(qiáng)電領(lǐng)域有時(shí)間繼電器等，利用的是電磁原理。在弱電領(lǐng)域一般以固態(tài)繼電器為主，但是它也只是一種控制器件。另外在數(shù)字電路中，利用震蕩器和計(jì)數(shù)器也可以做成相當(dāng)精確的延時(shí)電路。如果考慮成本，可以直接用RC延時(shí)，另外加上一個(gè)三極管就構(gòu)

47、成了一個(gè)延時(shí)控制電路。如果考慮性能但又不是很高，可以用555。如果是在高精度的場(chǎng)合，如數(shù)字取樣等，那就要用數(shù)字式的延時(shí)電路。根據(jù)本設(shè)計(jì)的思想，應(yīng)該使用更為簡(jiǎn)單，更為便宜而且性能也比較可靠的555延時(shí)電路。3.4.1 555定時(shí)器555定時(shí)器是一種將數(shù)字功能和模擬功能集為一體的中規(guī)模集成電路。它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，使用卻非常靈活，也很方便，可以用它構(gòu)成多諧波振蕩器、施密特觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等。用555定時(shí)器構(gòu)成的各種電路，都是通過定時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生與變換，從而完成其他控制功能。一般用雙極性工藝制作的稱555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。

48、555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。 555 定時(shí)器性能可靠，成本低，只需要外接幾個(gè)電容、電阻，就可以實(shí)現(xiàn)施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及多諧振蕩器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、電子測(cè)量、家用電器及儀器儀表等方面。它內(nèi)部包括一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)，一個(gè)RS觸發(fā)器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，兩個(gè)電壓比較器。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓2VCC/3和VCC/3 555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS放電管和觸發(fā)器的狀態(tài)。在地與電源之間

49、加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器A1的反相輸入端的電壓為 2VCC/3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC/3。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC/3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0電平。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。555定時(shí)器主要是與電阻電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個(gè)比較器來檢測(cè)電容上的電壓以確定輸出電壓的高低和放電開關(guān)管的通斷，可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生電路。（1）555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)

50、各種555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)大同小異，它由比較器C和C、基本觸發(fā)器和輸出級(jí)三個(gè)部分組成，外部共有8根引腳，各腳的名稱和功能如下：1腳為接地端，也是芯片的公共端；8腳為電源端V；3腳為信號(hào)輸出端V；7腳為放電端。如果經(jīng)過一個(gè)足夠大的電阻街道電源上那么放電端可獲得一個(gè)與輸出端相一致的電平。圖3-8 555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4腳為直接復(fù)位端。只要在此輸入低電平，輸出端立即被置為低電平，不受其他輸入狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)接高電平可直接接到電源上126腳為C比較器的信號(hào)輸入端V又稱閾值段TH；2腳為C比較器的信號(hào)輸入端V又稱為觸發(fā)端。它們輸入的信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)也可以是模擬信號(hào)，分別與比較器所設(shè)置的參考電壓

51、進(jìn)行比較便于控制輸出狀態(tài)。5腳為控制電壓輸入端V。如果V端沒有外加電壓時(shí)兩個(gè)比較器的參考電壓，由電源電壓經(jīng)過三個(gè)等值電阻分壓提供，則V=V，V=VF）接地，防干擾信號(hào)竄入。如果該端接入外電壓V時(shí)，則，V= V， V=V，因此V可改變參考電壓值V。（2）芯片功能 若=0，不管其它輸入如何輸出端都為低電平。 若=1，當(dāng)V()V且V(V)時(shí)，比較器C輸出為0，C輸出為1，即V=0，V=1，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)Q置成0，輸出V為低電平；同時(shí)放電管T導(dǎo)通。若=1，當(dāng)V()V且V(V)時(shí)，比較器C、C輸出都為0，即V=V=0，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)Q=1，輸出低Q端為高電平，V也輸出為高電平，同時(shí)放電管T截止，

52、放電端沒有放電回路。 若=1，當(dāng)V()V且V(V)時(shí), 比較器C輸出為1，C輸出為0，即V=1，V=0，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)Q置成高電平，V也輸出為高電平，同時(shí)放電管T截止，放電端沒有放電回路。若=1，當(dāng)V(V)時(shí)，比較器C、C輸出都為1, 即V=V=1, 基本RS觸發(fā)器狀態(tài)Q保持不變，V和放電管狀態(tài)會(huì)保持不變。 輸入各級(jí)輸出T狀態(tài)VVVV觸發(fā)器輸出Q輸出VT狀態(tài)00低電平導(dǎo)通1()V(V)010低電平導(dǎo)通1()V(V)001高電平截止1()V(V)100高電平截止1()V(V)11Q不變不變表3-2 芯片功能表（3）555定時(shí)器連接的施密特觸發(fā)器左右的電容13。6端和2端處的輸入信號(hào)為V當(dāng)VV

53、時(shí)，V=1，V=0，Q=1，故v=V；當(dāng)V VV以后，V=0，Q=0，故V=V；因此V=V。其次，再看V從高于V開始下降的過程：當(dāng)V VV時(shí)，V=V=1，v=V保持不變；當(dāng)VV以后，V=1，V=0，Q=1，故v=V；因此V=V由此得到電路回差電壓為V= V- V=V如果參考電壓由外接電壓V供給，則不難看出這時(shí)V= V，V=V，V=V。通過改變V值可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。延時(shí)電路圖及控制原理 （1）單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路有如下特點(diǎn)： 單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，該暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間又回到

54、原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間取決于RC的參數(shù)值。 （2）雙穩(wěn)態(tài)電路的特點(diǎn)是： 它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在沒有外來觸發(fā)信號(hào)的作用下。電路始終處于原來的穩(wěn)定狀態(tài)。由于它具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，故稱為雙穩(wěn)態(tài)電路。 在外加輸入觸發(fā)信號(hào)作用下，雙穩(wěn)態(tài)電路從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。通過比較，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路比起雙穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路要簡(jiǎn)單、實(shí)用，更符合本次設(shè)計(jì)的要求，所以應(yīng)選擇單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路作為延時(shí)電路。NE555和R8、C7等組成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路。電燈點(diǎn)亮的時(shí)間即單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路觸發(fā)后高電平持續(xù)的時(shí)間（穩(wěn)態(tài)時(shí)間），他取決于單穩(wěn)態(tài)電路的時(shí)間常數(shù)，其大小為， Td=1.1（R8）（C7）圖示3-9所示電路的單穩(wěn)態(tài)時(shí)間為36

55、s，即電燈點(diǎn)亮后36秒后熄滅。降壓電容選用耐壓400V以上的金屬化紙介電容器。圖 3-9 延時(shí)電路圖在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路的性能指標(biāo)要求決定電路元器件的參數(shù)。例如根據(jù)電壓放大倍數(shù)的大小，可決定反饋電阻的取值14；根據(jù)延時(shí)時(shí)間要求，利用公式，可計(jì)算出決定時(shí)間大小的電阻和電容之值等等。但一般滿足電路性能指標(biāo)要求的理論參數(shù)值不是惟一的，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)元器件性能、價(jià)格、體積、通用性和貨源等方面靈活選擇。計(jì)算電路參數(shù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)于電阻、電容參數(shù)的取值，應(yīng)選計(jì)算值附近的標(biāo)稱值；非電解電容器一般在100pF0.47F選擇；電解電容一般在1F2000F范圍內(nèi)選用。（2）計(jì)算元器件工作電流、電

56、壓和功率等參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮工作條件最不利的情況，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。?）對(duì)于元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的裕量，一般取1.52倍的額定值。（4）在保證電路達(dá)到功能指標(biāo)要求的前提下，盡量減少元器件的品種、價(jià)格、體積等。（5）設(shè)計(jì)已確定的參數(shù)指標(biāo)為： 額定電壓：220V ；額定電流：1A ； 光線強(qiáng)度 10LX ，觸發(fā)電壓 0 20dB( 可調(diào) )； 亮燈持續(xù)時(shí)間： 36S5S ； 靜態(tài)功耗： 0.3W;；動(dòng)態(tài)功耗 :0.9W( 不包括 Q3 的功耗 ) 。四、 電路圖繪制與PCB圖制作4.1 Protel 99 SE簡(jiǎn)介本文采用的電路圖繪制及PCB圖制作軟件是Protel 99 SE。Protel

57、 99 SE就是由早期Protel版本發(fā)展而來的，是基于Windows95/98/2000/XP環(huán)境的新一代電路原理圖輔助設(shè)計(jì)與繪制軟件，其功能模塊包括電路原理圖設(shè)計(jì)、印制電路電路板設(shè)計(jì)、無網(wǎng)格布線器、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、電路圖模擬/仿真等。它是集電路設(shè)計(jì)與開發(fā)環(huán)境于一體的軟件。Protel 99 SE設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一套建立在PC環(huán)境下的EDA（Electronic Ddsign Automation）電路集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Protel 99 SE的主要功能模塊包括電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)和電路仿真器件設(shè)計(jì)，各模塊具有豐富的功能，可以實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)與分析的目的。電路原理圖的設(shè)計(jì)（1）選取元器件:根據(jù)

58、原理圖中所需選取合適的元器件。一般經(jīng)常用到的元器件在常用元件中都可以找到，但是有些元器件在里面是找不到的或者是找不到合適的，作者可以將不合適的元器件進(jìn)入Edit編輯，將其改動(dòng)為作者所需要的，沒有的就只有自己手動(dòng)制作元器件了，在原理圖設(shè)計(jì)當(dāng)中作者就自己做了個(gè)繼電器15。（2）布局: 將各元器件根據(jù)設(shè)計(jì)需要擺放在合理的位置，使原理圖在不影響工作的情況下看起來美觀。（3）布線：將元器件各管腳，根據(jù)電路所需連接起來。一般情況下可以用wire直接布線，它具有電器規(guī)則，有些電路圖還用到總線bus和Netlablle，bus不具有電器規(guī)則，Netlablle具有電器規(guī)則。（4）封裝：屬性設(shè)置，既根據(jù)電路原理

59、圖所需，選取合適的封裝。在這一部分作者用了大量的時(shí)間，因?yàn)榉庋b如果有錯(cuò)誤，就直接會(huì)影響到后面PCB的生成。封裝庫中的封裝只是一部分，有些在里邊是根本找不到的，需要自制一個(gè)封裝，在這次制作當(dāng)中繼電器是這次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。在庫中找不到，就必須先測(cè)量其大小數(shù)值，再根據(jù)所得數(shù)值制作。（5）檢查：這是生成PCB之前必須做的一步。先自己檢查一遍，再通過ERC檢測(cè)，有錯(cuò)誤改正，沒有就可以生成網(wǎng)絡(luò)表了。（6）完成以上步驟，所繪聲光雙控路燈電路圖4-1如下所示：圖 4-1 聲光雙控路燈電路圖 PCB的生成 PCB板框設(shè)計(jì) （1） 物理板框的設(shè)計(jì)一定要注意尺寸精確，避免安裝出現(xiàn)麻煩，確保能夠?qū)㈦娐钒屙樌惭b進(jìn)機(jī)箱，外

60、殼，插槽等。 （2）拐角的地方（例如矩形板的四個(gè)角）最好使用圓角。一方面避免直角，尖角刮傷人，另一方面圓角可以減輕應(yīng)力作用，減少PCB板因各種原因出現(xiàn)斷裂的情況。 （3）在布局前應(yīng)確定好各種安裝孔（例如螺絲孔）及各種開口，開槽。一般來說，孔與PCB 板邊緣的距離至少大于孔的直徑。 （4）當(dāng)電路板的面積大于200 x 150 mm時(shí)，應(yīng)重視該板所受的機(jī)械強(qiáng)度。從美學(xué)角度來看，電路板的最佳形狀為矩形。寬和長(zhǎng)之比最好是黃金比值0.618（黃金比值的應(yīng)用也是很廣的）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可取寬和長(zhǎng)為2：3或3：4等。 （5）結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求（尤其是批量生產(chǎn)），綜合考慮PCB板的尺寸大小。尺寸過大，印刷銅線過長(zhǎng)，