課程設(shè)計(jì)報(bào)告--即拍亮延時(shí)小夜燈

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　關(guān)鍵字：555時(shí)基、延時(shí)、單穩(wěn)態(tài)電路</p><p>　　本次課題是設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單的即拍延時(shí)小夜燈,它實(shí)際上是一個(gè)“聲控延時(shí)小燈”。設(shè)計(jì)采用壓電陶瓷片、晶體三極管構(gòu)成聲音采集信號(hào)電路，通過(guò)555電路對(duì)信號(hào)放大并同

2、時(shí)由RC充放電路進(jìn)行延時(shí)，最后再由晶體三極管對(duì)電流進(jìn)行放大，采用5.0V的直流供電，使小電珠發(fā)光，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。此設(shè)計(jì)能很好地控制燈的亮滅,即在有聲音或震蕩的情況下燈亮，其他情況下燈滅,從而達(dá)到節(jié)能的效果。</p><p>　　本次課題設(shè)計(jì)的目的是：設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單的即拍延時(shí)小夜燈，它可以利用壓電陶瓷片將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。壓電陶瓷片與晶體三極管、電阻等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路，555時(shí)基集成電路與電阻、電容等組成典

3、型的單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路。晶體三極管和電阻等組成了小燈泡功率驅(qū)動(dòng)放大電路。采用3.0V的直流供電，RC充放電執(zhí)行。此設(shè)計(jì)能夠很好的控制等的亮與滅，即在有聲音或者震動(dòng)的情況下，小燈泡會(huì)亮，否則就不會(huì)亮。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　目

4、錄2</b></p><p><b>　　前 言3</b></p><p>　　第一章 任務(wù)要求及方案論證3</p><p><b>　　1.1基本要求3</b></p><p>　　1.2設(shè)計(jì)方案一4</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)原理5</

5、p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　2.2 電路各模塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介6</p><p>　　第三章 器件的選擇及其原理分析7</p><p>　　3.1 綜合控制模塊的設(shè)計(jì)思路7</p><p>　　3.2延時(shí)控制模塊原理7</p><p>　　3.3 555集成電路的

6、框圖及工作原理7</p><p>　　3.4設(shè)計(jì)方法與參數(shù)的確定8</p><p>　　第四章 電路的焊接與調(diào)試9</p><p>　　4.1 電路的安裝與焊接9</p><p>　　4.2 分模塊的調(diào)試9</p><p>　　第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及體會(huì)9</p><p><b&g

7、t;　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p><b>　　附錄10</b></p><p>　　附錄1：元器件清單10</p><p>　　附錄2：電路原理總圖11</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　自1879 年愛(ài)迪生點(diǎn)燃了

8、第一盞真正有廣泛實(shí)用價(jià)值的電燈后,電燈就被人類廣泛的應(yīng) 用，然而我們經(jīng)常使用的燈泡都是人為機(jī)械地控制它的，這對(duì)于當(dāng)今社會(huì)各種智能化的建 筑來(lái)說(shuō)是非常不實(shí)用的。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和電子科技的發(fā)展，人們想到并做到了用聲 音來(lái)控制燈泡的點(diǎn)亮，使得人來(lái)燈亮，人走燈熄。這一方面迎合了當(dāng)今所提倡的科學(xué)發(fā)展 觀，節(jié)省電能，另一方面也體現(xiàn)了科技的進(jìn)步以及人類的聰明才智。因此，我們首先要設(shè)計(jì)出一個(gè)接收設(shè)備，專門(mén)用來(lái)接聽(tīng)聲音信號(hào)并將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化 為電信號(hào)傳

9、送到下一級(jí)電路。但是聲控電路對(duì)聲音信號(hào)的要求是既不能太強(qiáng)也不能太弱， 太強(qiáng)難以控制，太弱則會(huì)使電路過(guò)于復(fù)雜，所以最好是能接收到如人的講話聲，腳踏地板 聲。當(dāng)這類信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)時(shí)，電信號(hào)一般較弱，必須對(duì)其進(jìn)行放大，這就要用到功放 電路、運(yùn)放電路、差分電路等。根據(jù)電路對(duì)信號(hào)的要求一般選擇運(yùn)放電路較好，能提高輸 出電壓。如今，有了聲音傳感器，可以直接將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，大大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)， 使聲控電路的設(shè)計(jì)更加容易。完成了聲信號(hào)到電信號(hào)的

10、轉(zhuǎn)換后，我們可以用產(chǎn)生的電信號(hào) 去觸發(fā)觸發(fā)器使電路導(dǎo)通。電路對(duì)元器件的要求也較高，特別是半導(dǎo)體</p><p>　　第一章 任務(wù)要求及方案論證</p><p><b>　　1.1基本要求</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)已學(xué)知識(shí)的了解，試著設(shè)計(jì)一個(gè)電路。要求：（1）達(dá)到用聲音控制燈泡的亮滅；（2）一定時(shí)間過(guò)后小燈泡會(huì)自動(dòng)熄滅。</p&

11、gt;<p><b>　　1.2設(shè)計(jì)方案一</b></p><p>　　本方案利用壓電陶瓷片、555時(shí)基集成電路等，基本電路圖如圖1.1所示</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p>　　壓電陶瓷片 B 與晶體三極管 VT1，電阻 R1，和電阻 R2 等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路， 時(shí)基集成

12、電路 IC 與電阻 R3，電容器 C 等組成了典型單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，晶體三極管 VT2， VT3 和電阻 R4，R5 等組成了小電珠 H 的功率驅(qū)動(dòng)放大電路。整個(gè)電路的電源由干電池 GB 提供。 平時(shí)，由于晶體三極管 VT1 的偏流電阻 R1 取值較大，所以 VT1 趨于截止?fàn)顟B(tài)，其集 電極輸出電壓高于 1/3VDD=1.5V，與之相連的時(shí)基集成電路 IC 的低電位觸發(fā)端 2 腳處于 高電平，單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)。電容器Ｃ兩端通過(guò) IC 的

13、 7，1 腳被 IC 內(nèi)部導(dǎo)通的三極管 短路，IC 的 3 腳輸出低電平，VT2，VT3 均無(wú)偏流而截止，小電珠 H 不發(fā)光。 當(dāng)在有效距離范圍內(nèi)拍一下手掌時(shí)，突發(fā)的聲波被壓電陶瓷片 B 接收，并轉(zhuǎn)換成微弱 的電信號(hào)，該信號(hào)的正半周經(jīng) VT1 放大后，從其集電極輸出負(fù)脈沖，時(shí)基集成電路 IC 的 2 腳獲得瞬間低于 1/3VDD=1.5V 的低電平觸發(fā)信號(hào),使 IC 組成的單穩(wěn)態(tài)電路受觸發(fā)進(jìn)入暫 穩(wěn)態(tài)(即延時(shí)狀態(tài)),IC 的 3 腳輸出

14、高電平,VT2 獲得</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案二</b></p><p>　　方案二采用咪頭進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換，咪頭可當(dāng)做一個(gè)聲音傳感器，與R1組成聲控電路，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。芯片LM324與電阻等連成一個(gè)兩級(jí)電壓放大電路，同時(shí)，電路中還有連接耦合電容起旁路作用。NE555定時(shí)器與電阻、電容連接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選擇靈敏度較高的發(fā)光二級(jí)管等元器件，延

15、時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)電容、電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，但一般不要使延時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。整個(gè)電路的電源由5V直流穩(wěn)壓電源提供。</p><p>　　比較方案一和方案二，方案一所用的元器件更為常用，且方案一的電路更為簡(jiǎn)單，在焊接操作過(guò)程中更易操作。因此，選擇方案一。</p><p><b>　　第二章 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)思路</p>

16、;<p><b>　　系統(tǒng)組成及工作原理</b></p><p>　　聲控?zé)糁饕且罁?jù)聲控原理來(lái)設(shè)計(jì)的。利用聲控電路是為了節(jié)約能源。整個(gè)電路 由電聲控電路、延時(shí)電路等部分組成。電源由實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)壓電壓。通過(guò)聲控電路使燈 泡自動(dòng)點(diǎn)亮，聲控電路主要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，延時(shí)電 路聲音消失后延長(zhǎng)一段光照時(shí)間?？傮w方框圖如圖1.2所示。</p><

17、;p><b>　　圖1.2</b></p><p>　　2.2 電路各模塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介</p><p>　　聲控電路 如圖1.3所示聲控電路為聲音信號(hào)采集電路， 利用壓電陶瓷片在聲音變化下電壓發(fā) 生改變的特性。當(dāng)聲音達(dá)到4.1KHZ以上的諧振頻率時(shí)在out端將輸出一個(gè)大于2V 的高電平，當(dāng)?shù)陀?.1KHZ或沒(méi)有聲音時(shí)在out端產(chǎn)生一個(gè)小于0.8V的低電平。<

18、/p><p><b>　　圖1.3</b></p><p>　　延時(shí)電路本延時(shí)電路采用RC充放電電路作為延時(shí)部分，通過(guò)555內(nèi)部結(jié)構(gòu)（與非或關(guān)系）等使充電放電電路分開(kāi)。這樣極短的聲音刺激就能實(shí)現(xiàn)電路的延時(shí)工作。信號(hào)由 FT-27經(jīng)9014單向C1充電。所以充電后555芯片的7腳電位高于1腳，3腳就輸出 正電位，此時(shí)輸出小于2V，此時(shí)三極管VT2開(kāi)啟，繼而VT3也導(dǎo)通，點(diǎn)亮

19、小燈泡H。 在聲音信號(hào)刺激結(jié)束后，電容向電阻R3R4R5等放電，其中R3為1M電位器，使其放 電時(shí)間為0s到51.7s可調(diào)。</p><p>　　第三章 器件的選擇及其原理分析</p><p>　　3.1 綜合控制模塊的設(shè)計(jì)思路</p><p>　　在設(shè)計(jì)之初， 首先要明確所設(shè)計(jì)電路的功能為在保證充分電的條件下還要能做到 延時(shí)性、精確性好，即信號(hào)不失真。根據(jù)這一設(shè)計(jì)

20、思路，在有聲音時(shí)將產(chǎn)生大于2V 的信號(hào)，而實(shí)際也是要求這種情況下控制燈亮。給555時(shí)基集成電路的輸出端3管腳 一個(gè)不大于3V的高電平信號(hào)，才能控制燈亮，而在其他情況下都將產(chǎn)生低電平，約 接近于0V。根據(jù)這些，選擇9014,9012三極管等就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.2延時(shí)控制模塊原理</p><p>　　聲控夜燈的延時(shí)控制模塊總體參考方案圖如圖1.5所示。它包括RC電路和

21、555 芯片兩個(gè)個(gè)模塊組成。從外界進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，從而達(dá)到燈泡發(fā)亮的功能。</p><p>　　圖1.5 聲控夜燈控制系統(tǒng)延時(shí)控制模塊設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　3.3 555集成電路的框圖及工作原理</p><p>　　555集成電路開(kāi)始是作定時(shí)器應(yīng)用的。 但后來(lái)經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)， 它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組

22、成脈 沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖 調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中， 555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以 及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體，如圖1.6所示。</p><p><b>　　圖1.6</b></p><p&g

23、t;　　555集成電路是8腳封裝，雙列直插型。其中6腳稱為閾值端（TH）是上比較器的輸入；2腳稱為觸發(fā)端，是下比較器的輸入。3腳是輸出端，它有0和1兩種狀態(tài)。7腳是放電端；4腳是復(fù)位端。</p><p>　　3.4設(shè)計(jì)方法與參數(shù)的確定</p><p>　　IC選用靜態(tài)功耗很小的CMOS時(shí)基集成電路（又稱“555時(shí)基集成電路），這種 CMOS時(shí)基集成電路的靜態(tài)電流很小，而且工作電壓低（實(shí)測(cè)不

24、低于2V就能工作）。 常用的普通TTL工藝生產(chǎn)的“555”時(shí)基集成電路，因其功耗大，要求工作電壓較高， 所以不適宜在本制作中使用。 VT1，VT2均選用9014（集電極允許最大電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗 PCM=310mW），要求VT1的電流放大系數(shù)β>200，VT2的電流放大系數(shù)β>100，VT3 選用9012（ICM=-0.5A,PCM=625mW),要求電流放大系數(shù)β>50。 R1-R5均選用RTX

25、-1/8W型碳膜電阻器。C用漏電很小的優(yōu)質(zhì)CD11-10V型電解電容 器。B用φ27mm壓電陶瓷片F(xiàn)T-27，要求配上簡(jiǎn)易塑料或金屬共振腔盒，當(dāng)助鳴箱。 H用手電筒常用的2.0V小電泡。電壓用實(shí)驗(yàn)室的直流穩(wěn)壓電源3.0V.</p><p>　　第四章 電路的焊接與調(diào)試</p><p>　　4.1 電路的安裝與焊接</p><p>　　電路安裝要注意幾個(gè)原則： 1.先

26、裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等； 2.一定要注意排版，不能東倒西歪，方向應(yīng)盡量一致； 3. 布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用； 4. 最好分模塊安裝。此外焊接時(shí)不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過(guò)焊， 因?yàn)橛行┢骷荒苣透邷?，比如焊接三極管時(shí)，電烙鐵絕對(duì)不能停留太久；同時(shí)過(guò) 焊銅片將脫落，給焊接帶來(lái)不必要的麻煩、也將影響板子的視覺(jué)效果。 5.在焊完之后，不要忙于去調(diào)試，而應(yīng)該用萬(wàn)用表來(lái)查其電路是否

27、接觸良好、是 否與電路圖的布置一致、是否有器件在焊接的過(guò)程中燒壞了等。</p><p>　　4.2 分模塊的調(diào)試</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)調(diào)試，首先單獨(dú)分模塊進(jìn)行調(diào)試，也就是焊接完，分別對(duì)聲控部分和延 時(shí)部分進(jìn)行分別調(diào)試，輸入一3.0V的直流電壓信號(hào)，用萬(wàn)用表檢測(cè)555芯片的3管 腳其輸出電壓是否約等于2.0V。 如果沒(méi)有,說(shuō)明在聲控這一塊上有焊接錯(cuò)誤， 如短接、 接觸不好、管腳連接錯(cuò)誤

28、等；若達(dá)到2.0V則聲控部分沒(méi)有問(wèn)題；接著用萬(wàn)用表檢測(cè) 延時(shí)部分以及總體部分，如果對(duì)照電路圖出現(xiàn)線未連、引腳接觸不良好等問(wèn)題，則進(jìn) 行修改。再重新檢查一遍沒(méi)問(wèn)題，將焊板上的正負(fù)極正確接好，則基本上符合了設(shè)計(jì) 要求。</p><p>　　第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及體會(huì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要采用的電路原理基于模擬電子電路的基本知識(shí)，對(duì)于信號(hào)的放大用555芯片內(nèi)部的系統(tǒng)做一個(gè)放大，然后由感應(yīng)

29、信號(hào)和555芯片并放大，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。主要通過(guò)模塊化思想，逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需達(dá)到的功能要求聲音檢測(cè)放大模塊是對(duì)外界聲音信號(hào)的感應(yīng)系統(tǒng)。LC充放電路為延時(shí)部分，三極管起到開(kāi)關(guān)作用。</p><p>　　經(jīng)過(guò)獨(dú)立自主的設(shè)計(jì)電路，翻閱查找各種資料，不僅學(xué)到了關(guān)于555芯片的知識(shí)，更加了解了NE555單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，而且增強(qiáng)了運(yùn)用書(shū)本所學(xué)的理論知識(shí)到實(shí)踐中的能力，對(duì)模擬電路充滿了興趣，從而增加了對(duì)模擬電路學(xué)習(xí)的熱情。

30、通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的電路，然后再參考一些書(shū)籍上的電路并經(jīng)過(guò)修改和創(chuàng)造，設(shè)計(jì)成了最終符合要求的電路原理圖，并進(jìn)一步了解和學(xué)習(xí)了整個(gè)電路的各個(gè)部分的具體工作原理，達(dá)到了理論的要求。最后用Multisim軟件對(duì)電路圖進(jìn)行了部分仿真。經(jīng)過(guò)對(duì)前面部分電路的仿真掌握了仿真的基本方法。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，有很多不懂的問(wèn)題，通過(guò)與指導(dǎo)老師的溝通及向同學(xué)的請(qǐng)教，終于完成了課程設(shè)計(jì)的要求的電路圖部分和仿真部分。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)

31、系統(tǒng)能夠在聲音控制下使小夜燈點(diǎn)亮并能延時(shí)5秒左右，當(dāng)然還存在諸多不足，本次設(shè)計(jì)的聲控小夜燈靈敏度無(wú)法調(diào)節(jié)，若能把R3電阻用電位器代替，則可調(diào)節(jié)小夜燈的靈敏度。另外本次課題只是要求聲控，但是如果還能再加入光敏電阻、與門(mén)電路，使小電珠在弱光且有聲音控制下才亮，那樣就能更加節(jié)能。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)

32、（第二版）.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.</p><p>　　2、張友漢.電子線路設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè).福建科學(xué)技術(shù)出版社，2000.</p><p>　　3、郝鴻安等.555集成電路實(shí)用大全.上海科學(xué)普及出版社.</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1：元器件清單</b&