声控灯的设计与制作-哈工大-电子技术课程设计.doc

Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 电子技术课程设计 设计题目： 声控开关的设计与制作 院 系： 电气工程及其自动化 班 级： 1406111 设 计 者： 赵元胜 学 号： 1140610319 指导教师： 吕超 设计时间：2016年12月5-18日 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名：赵元胜院 （系）：电气工程及其自动化专业 专 业：电气工程及自动化班 号：1406111 任务起至日期：2016年12月5日至2016年12月18日 课程设计题目：声控开关的设计与制作 已知技术参数和设计要求：基本要求：设计一个声控开关，控制对象为发光二极管，接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二级管，灯亮时间可调。控制延时时间用数字显示。 扩展要求：发光二极管点亮时间延时显示。 工作量：课程设计为期2周。2-3人一组，完成电路设计和电路板搭建、调试。 每个人撰写课程设计说明书。 工作计划安排：1. 电路设计与仿真2. 连接电路并测试3. 检测关键点处的信号4. 完成设计报告 同组设计者及分工：同组设计者：许光炜分工：共同完成 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。声控灯的设计与制作1 设计任务及原理设计任务基本要求：设计一个声控开关，控制对象为发光二极管，接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二级管，灯亮时间可调。控制延时时间用数字显示。 扩展要求：发光二极管点亮时间延时显示。1.1 设计原理声控灯是将声音信号转换为电信号、电信号再转换为光信号的装置。输入部分可由一个驻极体话筒实现。话筒的高分子极化膜生产时就注入了一定的永久电荷。在声波的作用下，极化膜随着声音震动，电容是随声波变化。于是电容两极间的电压就会成反比的变化。将电容两端的电压取出来，就可以得到和声音对应的电压了。但是这个电压信号非常小，不能驱动LED灯。对这个电压信号进行放大、整形，才能得到足够大的电压。声控灯的延时可以由一个单稳态触发电路实现。单稳态电路的暂态时间就是发光二极管的发光持续时间。用前面经放大的电压作为触发脉冲输送给单稳态触发电路，会得到一个持续特定时间的电压输出。这个输出来驱动发光二极管，就达到了声控、发光的目的。计数器部分首先需要一个时钟源。时钟源脉冲可由多谐振荡器获得。将单稳态电路的输出与时基脉冲结合，控制计数器的计数与清零，就可以使计数部分与发光部分同步工作。计数结果再经译码输送给共阳极数码管，显示出来。2 设计过程2.1 声控灯电路原理：当驻极体话筒接受到一定强度的声音信号时，声音信号转换为电压信号，经三极管放大、施密特触发器整形后，触发单稳态延时电路，产生一个宽度可调的脉冲信号，驱动发光二极管发光。同时，该脉冲信号作为选通信号，使计数器计数，并用数码管显示延时时间。电路的流程图如图 1所示：图 12.2 电路设计2.2.1 放大电路设计： 由于声音传感器所产生的电信号的电压太小不宜直接进行整形，因此要对该电信号进行适当的放大，我们选用了三极管共射级放大电路，因为共射级放大电路会使输入电信号的相位滞后180度，因此使用两级放大2.2.2 整形电路设计整形电路由555定时器构成的施密特触发器实现，放大后的尖峰脉冲经整形电路后，得到的波形接近方波，当尖峰脉冲信号大于时，输出为低电平；当尖峰脉冲信号小于时，输出为高电平；当尖峰脉冲信号大于小于时，输出为保持原电平。2.2.3 单稳态延时电路设计单稳态延时电路由555定时器构成的单稳态触发器实现，高电平触发，其中，通过调节滑动变阻器，时间可调。2.2.4 时基电路设计时基电路由555定时器构成的多谐振荡器实现，占空比为。时基电路产生方波，为计数器提供时钟脉冲。通过调节滑动变阻器，可以改变输出方波的占空比，进而计数器的计数快慢。2.2.5 计数译码显示电路设计计数译码器显示电路将根据单稳态延时电路、门电路及时基电路决定的主脉冲给计数器。计数器由74LS90构成，译码器由74LS47构成，显示电路由数码管构成。最终设计完成的电路如图 2所示。图 23 对电路图仿真根据以上所述设计的声控灯仿真电路如图 3所示。图 34 电路搭建搭建完成的电路如下图所示。图 45 电路检测与调试分别检测从话筒输出的波形、经第一级放大后的波形以及经过第二级放大后的波形和第三个555定时器产生的方波，示波器显示分别如下所示。图 5 话筒输出的波形图 6 第一级放大后的波形图 7 第二级放大后的波形图 8 多谐振荡器输出地波形6 设计总结与心得 本次实验中，我们在搭建电路中出现了很多问题，例如74ls90芯片的清零信号忘记接高电平，数码管忘记接高电平，二极管的正负极插反，导致调试中浪费了非常多的时间，不仅如此，在A/D转换的电路图中，由于所设置的电阻过大，导致三极管截止，无法正常工作，在老师的指导下，我们利用反相器，将高电平反向成为低电平使三极管能正常工作。通过这次声控灯的课程设计，我了解了声控灯的原理，体会到了理论知识在实际生活中的应用，提高了我学习课程的热情。在这次的实验中，我学习到了如何使用面包板搭建电路，并且如何才能简化电路和美化电路。在排除故障的过程中，我深刻认识到了理论知识的重要性，并且要有耐心，逐步排查故障，不能害怕困难，对我的学习和生活都有很大的启迪作用。