聲控光控延時開關課程設計

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　近年來，城市居民住宅越來越趨向高層化。高層建筑的一個不可忽略的問題是樓道等公用部分的照明問題。樓道照明燈如果能做到隨手關燈，將是一個極大的能源消耗，以一棟六單元十二層樓房為例：每層安裝一只15瓦的燈泡，就是72只燈泡，每小時耗電1.08度。如果這些燈徹夜通明，一晚耗電10多度，一年就是4000多度。一般住戶在開燈后往往忘了或不愿

2、意再費事去專門關燈。感應式樓道照明開關是解決這個問題的一種簡單方法。它可以在開燈后一定時間內自動熄滅。在白天，即使有人走過，樓道等也不會亮，可以達到節(jié)能的目的。聲光雙控延時開關體積小，外形美光，制作容易，且節(jié)能環(huán)保，是當今世界的主潮流。由于今年我國的照明器材行業(yè)的迅速崛起，中國已經成為電光源產品的主要輸出國之一。隨著全球經濟一體化，發(fā)達國家產業(yè)調整的步伐進一步加快，一般照明電器產品生產大量向發(fā)展中國家轉移，而中國又是一個比較適合的國家，

3、一是中國具備生產這些產品的條件，而是勞動力成本比較低，從而使中國逐步成為照明電器產品出口大國。展望未來的國內市場，需求仍會呈逐年增長趨勢。</p><p>　　因此我設計一個聲光雙控延時開關來解決此浪費問題。夜晚，行人經過樓道出入口時，照明燈點亮25s后熄滅；白天，照明燈自動停止工作。</p><p><b>　　設計流程</b></p><p&g

4、t;　　此設計是為了實現聲控光控延時開關的功能。在白天時無論是否有聲音，小燈都不能被點亮，即白天時不需要光照，在夜晚當有聲音產生時，小燈被點亮，且在聲音消失后，小燈能夠維持一段時間亮度，即在夜晚有人經過的時候，燈被點亮，并有足夠的時間讓人通過。</p><p>　　所設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，延時模塊和被控制模塊。(模塊圖如1.1)電源模塊為整個電路提供穩(wěn)定的直流電源，使驅動三

5、極管，芯片TC4081BP和小燈。信號收集模塊分為聲音信號收集模塊和光信號收集模塊。聲音信號收集模塊將聲音信號轉變?yōu)橐纛l電信號從而能夠輸入電路，起到控制開關的作用。光信號收集模塊將光強度的改變轉變?yōu)殡妷旱母淖儯c聲音信號一起控制芯片的輸入。信號處理模塊即是芯片TC4081BP對聲音，光信號導致的電信號的改變進行處理，從而驅動被控制電路，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，起到延時的作用。被控制模塊在信號處理模塊及延時

6、模塊的共同作用下工作，達到設計的目的。</p><p><b>　　圖1-1 實物圖</b></p><p><b>　　第2章 電源模塊</b></p><p>　　這一章詳細介紹電源模塊的電路設計，電路中各個器件參數確定的相關分析，其工作原理及其他類似的設計。為整個電路提供5V、12V的直流電源，是電路的動力來源。&

7、lt;/p><p><b>　　電源電路的設計</b></p><p>　　電源電路采用降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓的組合電路，將220V的交流電壓變?yōu)?V和12V的直流電壓。模塊圖如圖2.1</p><p>　　降壓過程是將220V單相交流電壓直接輸入有一定匝數比的變壓器，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，得到脈動系數較

8、大的直流電壓。為了減小電壓的脈動，將經過整流橋整流后的直流電壓通入由濾波電容構成的濾波電路，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)壓電路有電阻個穩(wěn)壓二極管構成，利用二極管的穩(wěn)壓特性，使得到不受電網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。</p><p>　　電源電路的工作原理及相關參數的分析</p><p><b>　　電源電路原理圖

9、：</b></p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　為了得到5V和12V的直流電源，將220V頻率為50的單項正弦波交流電輸入變壓器，其原邊與副邊的比為，經過變壓器得到=12.5V</p><p><b>　?。?.2.1）</b></p><p><b&

10、gt;　　得到=15</b></p><p>　　交流電通入單項橋式整流電路經過全波整流得到平均值為=0.9的直流電壓，其脈沖系數很大。單相橋式電路中的整流橋的二極管選用IN4007。然后將的直流電壓通入濾波進行濾波，可以得到平均值為=1.2=18V的直流電壓。濾波電路中的電容為，與并聯的負載為，的取值滿足</p><p>　　=（3~5）

11、 (2.2.2)</p><p><b>　　得到=（3~5）</b></p><p>　　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，由于濾波電路為無源電路，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。</p><p>　　穩(wěn)壓電路中的穩(wěn)壓管Dz1選用穩(wěn)壓值為12V的穩(wěn)

12、壓二極管，其型號為2CW19;Dz2選用穩(wěn)壓值為5V的穩(wěn)壓器二極管，其型號為2CW12</p><p>　　經過查閱電子元器件的手冊，Dz2的最小工作電流為=10mA最打工作電流為=45mA內阻為≦50Ω。R2和Dz2對Dz1的電壓進行分壓，Dz2上電壓為，則上的電壓為</p><p>　　(2.2.3) </p&

13、gt;<p>　　(2.2.4) </p><p>　　(2.2.5) </p><p><b>　　則得到的阻值范圍為</b></p><p><b>　?。?

14、.2.6）</b></p><p>　　所以155.6Ω≦≦700Ω，所以去=500Ω</p><p>　　查閱手冊得到穩(wěn)壓管的最小工作電流為=5mA，最大工作電流為=17mA，內阻為≦35Ω.所以</p><p><b>　　（2.2.7）</b></p><p><b>　?。?.2.8）<

15、;/b></p><p><b>　?。?.2.9）</b></p><p><b>　　(2.2.10)</b></p><p><b>　　(2.2.11)</b></p><p><b>　　(2.2.12)</b></p>&l

16、t;p>　　所以120Ω≦≦222Ω, 所以取=200Ω</p><p><b>　　根據電路圖得到</b></p><p><b>　　(2.2.13)</b></p><p>　　因此得到0.9uF≦≦1.5uF，取=1uF</p><p><b>　　電源電路的其他設計<

17、/b></p><p>　　此電源電路還有其他方式的設計。如圖2-3</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　由于該電路所要求的電壓值可以在一定的范圍內波動，可以將220V交流電源通過整流橋后用兩個阻值較大的電阻R1、R2進行分壓，并用電容C在電阻R2上并聯，對R2的電壓進行濾波，最后在電容C形成上正下負的直流電

18、壓。R1、R2的取值應該較大，使得電路上的電流較小，其中R2上的電壓值要考慮與R2并聯的負載大小，在此次電路設計中，后面連接的被控制電路、芯片、聲控、光控電路上的電阻連接起來大約為20K，所以取R2為20K，R1為150K,,則R2上分得的電壓為</p><p>　　U=0.9×220(R2∥RL) ／(R2∥RL+R1) （2.3）</p>

19、<p>　　第3章 信號收集模塊</p><p>　　3.1. 光信號收集電路</p><p>　　3.1.1光信號收集電路的設計</p><p>　　對于光信號的設計，我們要求在白天與晚上R5與RG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，所以必須要用光敏電阻RG。將光敏電阻RG與R5串聯起來，所構成的電路圖如下：<

20、;/p><p><b>　　圖 3-1</b></p><p>　　3.1.2 光信號電路的工作原理 </p><p><b>　　圖 3-2</b></p><p><b>　　表3-1 光敏電阻</b></p><p>　　在白天光較強時，光敏電阻RG的

21、阻值較低（約為1.2kΩ），在R5與光敏電阻的兩端加有12V的電壓，在白天我們要求此端輸出低電平，則不管聲控部分輸出的是高電平或低電平，芯片TC4081BP最終都輸出低電平，則使得控制電路的三極管不導通，繼電器上無電流，由繼電器的工作原理可知燈泡不亮。所以R5的阻值要遠大于1.2kΩ，近似使得R5短路。</p><p>　　在晚上光線較暗時，光敏電阻RG的阻值變大（最大約為50MΩ），R5、RG串聯對12V電壓分

22、壓，在晚上我們要求此端輸出高電平，若此時有聲音即聲控部分輸出高電平，則芯片TC4081BP最終輸出高電平，使得控制電路的三極管導通，繼電器上有電流，由繼電器的工作原理可知燈泡亮。若無聲音，則聲控部分輸出低電平芯片TC4081BP最終輸出高電平，燈泡不亮。所以R5的阻值要遠小于50MΩ，這樣晚上可認為電壓全分與R5，RG短路。即控制燈泡在晚上無聲時不亮。</p><p>　　3.1.3 光信號電路相關參數的分析&l

23、t;/p><p>　　通過對光電路的工作原理分析我們要求R5阻值要遠大于1.2kΩ，同時又要遠小于50MΩ。</p><p>　　再由串聯分壓公式可知</p><p>　　( R5+RG)*I=Vcc (3.1)</p><p>　　所以 R5=Vcc

24、/I—RG</p><p>　　由于在白天RG 約為1.2kΩ，晚上RG約為50MΩ，Vcc=12V</p><p>　　我們綜合各種因素最終選擇R5為1MΩ。</p><p>　　3.2 聲音信號收集電路</p><p>　　聲音信號收集電路的設計</p><p>　　圖3-1 仿真聲控部分原理圖

25、 </p><p>　　顧名思義，聲光控延時開關就是用聲音來控制開關的“開啟"，若干分鐘后延時開關“自動關閉"。因此，整個電路整個電路的功能就是將聲音信號處理后，變?yōu)殡娮娱_關的開動作。明確了電路的信號流程方向后，即可依據主要元器件將電路劃分為若干個單元。</p><p>　　仿真電路原理如圖1所示。在仿真當中，由于仿真軟件的不熟，聲音輸入部分我們用開

26、關代替，同樣電容C2具有通交流阻直流的作用，由于聲音輸入相當于一個正弦信號輸入。所以在仿真中，我們把麥克風用導線代替，電容也用開關代替。當外界有聲音發(fā)出時，開關閉合，可使三極管VT瞬間截止，集成電路A的2腳便通過電阻器R4連接12V電壓正極，又因A的一腳在晚上也是高電壓，便相繼使A的3腳輸出低電壓，5腳和6腳也為低電壓，4腳則輸出高電壓。該電壓經二極管VD1正偏導通，向電容器C2充電，又使A的8腳和9腳為高電壓，繼續(xù)控制A的10腳輸出低

27、電壓，12腳和13腳為低電壓，11腳輸出高電壓。使三極管導通，便使繼電器工作，開關閉合，從而驅動燈泡H放光。注：在仿真中燈泡我們用的是發(fā)光二極管（LED）。</p><p>　　當外界沒有聲音發(fā)出時，開關斷開，三極管輸入到集成電路A的2腳一個低電平。又因A的一腳在晚上也是高電壓，便相繼使A的3腳輸出高電壓，5腳和6腳也為高電壓，4腳則輸出低電壓。該電壓經二極管VD1正偏導通，，又使A的8腳和9腳為低電壓，繼續(xù)控制

28、A的10腳輸出高電壓，12腳和13腳為高電壓，11腳輸出低電壓。三極管不工作，繼電器無法產生電流，繼而無法導通開關，從而燈泡H不亮。</p><p>　　第4章 信號處理模塊</p><p>　　4、1 芯片TC4081BP的介紹</p><p>　　TC4081BP是一種將四個基本二輸入與非門電路集合在一起制成的集成電路，因此稱為二輸入四與非門集成電路。利用該

29、集成電路既可以設計放大器，也可以設計振蕩器，還可以設計控制開關，因此被廣泛應用于各種電子設備中。另外，TC4081BP內部四個二輸入與非門電路各自獨立，實際中可選用其中一個，也可以四個全用，還可進行并聯、串聯應用，這又給我們的設計帶來了極大的方便。</p><p>　　4、2 芯片TC4081BP的工作原理</p><p>　　TC4081BP的外形如圖4-1所示，它是采用晶體管制造工藝

30、在硅晶片上生產四個各自獨立的二輸入與非門電路，然后采用DIP-14標準封裝而成的雙列14腳直插式結構。 </p><p>　　圖4-1 圖4-2</p><p>　　TC4081BP的14個引腳的排列、引腳名稱及內部結構如圖4-2所示，可以很清楚的看到四個二輸入與非門相互獨立，每個單獨的與非門有兩個輸入端和一個輸出端。

31、四個與非門被集成后，TC4081BP的1腳、2腳、3腳屬于第一個與非門電路，其中1腳的1IN1端為該與非門的輸入端，2腳的1IN2端為該與非門的另一個輸入端，3腳的1OUT端為該與非門的輸出端；4腳、5腳、6腳屬于第二個與非門電路，其中4腳的2IN1端為該與非門的輸入端，5腳的2IN2端為該與非門的另一個輸入端，6腳的2OUT端為該與非門的一個輸出端；8腳、9腳、10腳屬于第三個與非門電路，其中8腳的3IN1端為該與非門的輸入端，9腳的

32、3IN2端為該與非門的另一個輸入端，10腳的3OUT端為該與非門的一個輸出端；11腳、12腳、13腳屬于第四個與非門電路，其中11腳的4IN1端為該與非門的輸入端，12腳的4IN2端為該與非門的另一個輸入端，13腳的4OUT端為該與非門的一個輸出端；7腳、14腳為TC4081BP的工作電源輸入端，7腳位電源的負極Vss，14腳為電源的正極Vdd。</p><p>　　在TC4081BP中，每個與非門的兩個輸入端與

33、一個輸出端之間所呈現的關系見表4-1。</p><p>　　與非門集成電路是一種價格最低廉的集成電路，而且工作損耗小，適應電壓范圍寬，可在3~18V的范圍內正常工作，因此得到廣泛應用。</p><p>　　、圖 4-3 信號處理</p><p><b>　　第5章 延時模塊</b></p><p>　　5．1 延時電路

34、的設計</p><p>　　根據電容的特性，電容兩端的電壓時緩慢變化的，譬如說：燈泡要通電，它的電壓在通電一刻有0變?yōu)榱硪粋€值，如1V。但是由于其時緩慢變化的，即0~1V中間的每一個值燈泡都經歷過，突然的變化不會到時突變，時存在電容緩沖的。根據這一特性，將電容兩端并聯一個電阻，從而可以一個延時電路，即圖中的由延時電阻器R6和延時電容器C2組成的延時電路。</p><p>　　圖5-1 延

35、時電路的原理圖</p><p>　　5.2 延時電路的工作原理</p><p>　　燈泡H在晚上受聲音控制發(fā)光后，若不再有響聲輸入到話筒B，三極管VT又受R2、R3分壓正偏導通，使A得3腳輸出高電壓，A的4腳輸出低電壓，二極管VD1無正偏截止。但是電容器C2正極電壓不會很快降低，它通過電阻器R6放電。由于電阻器R6的阻值較大，電容器C2上所充的電需要一定時間才能放完。這樣就使A的10腳保

36、持為低電平，11腳保持為高電平，燈泡保持發(fā)光。只有等到電容器C2放點結束，使A的8腳，9腳將為低電平，10腳輸出高電平，12腳、13腳位高電壓，11腳輸出低電壓后，通過三極管控制繼電器的工作狀態(tài)，以切斷燈泡H的電流回路，實現燈泡H在延時亮一段時間后又自動熄滅，從而實現了延時功能。</p><p><b>　　RC電路的放電過程</b></p><p>　　當電容C2已

37、有電壓U0時，且二極管無正偏截止時，電容器立即對電阻R6驚醒放電，放點開始時的電流為,放電電流的實際方向與充電時相反，放電時的電流與電容電壓隨時間均按指數規(guī)律衰減為零，電流與電壓的數學表達式為: （5.3.1）</p><p>&l

38、t;b>　　(5.3.2）</b></p><p>　　式中為電容器的初始電壓。放電時和的變化如圖5-1所示。 </p><p>　　圖5-1 RC放電時電壓和電流的而變化曲線</p><p>　　5、4 RC電路的時間常數</p><p>　　RC電路的時間常數用表示， ,的大小決定了電路充放電時間的快慢。對于

39、充電而言，時間常數時電容電壓從零增長到63.2%所需而當時間；對放電而言，是電容電壓從下降到36.8%所需的時間。</p><p>　　R6的阻值為250K，C2為100,則有</p><p>　　=250K*100=25 所以延遲時間為25</p><p>　　5、5 延遲時間的可優(yōu)化性</p><p>　　在電路中，電路的延遲時間是

40、由電阻和電容協調控制的，因此，可以通過改變電容和電阻的值來增長或縮短延遲時間。譬如說在一棟小區(qū)中，可以通過先調查小區(qū)內居民的平均年齡，在合理的裝置延遲時間不同的照明燈，如果偏于老齡化的小區(qū)就把延遲時間增長一些，如果不是的話可以稍微縮短一下其延遲時間，這樣做會更加人性化，更加節(jié)約能源，切實符合當今時代的主潮流。</p><p><b>　　第6章 被控制電路</b></p>&l

41、t;p>　　6.1 電路工作原理</p><p>　　圖6-1 被控制電路</p><p>　　被控制電路三極管T2、繼電器H、LED燈D4、電阻R8、R7，二極管D3組成，在這部分電路中，繼電器和三極管相當于一個開關，可開通或關斷燈泡連接的5伏直流電源，。</p><p>　　當三極管T2處于飽和導通狀態(tài)時，集電極電流驅動繼電器H動作，開關閉合，燈泡回路導通

42、，此時在燈泡回路中，電流從直流電源沿電阻R8——繼電器中的開關——LED燈D3，最后流回直流電源，就這樣燈泡亮也。</p><p>　　當三極管T2處于截止狀態(tài)時，繼電器H中無電流通過，故而繼電器開關無法動作，導致燈泡回路開路，無電流通過，LED燈D4不亮。</p><p>　　繼電器H中開關動作受三極管T2控制，當三極管T2處于飽和狀態(tài)時，其集電極有電流通過，從而驅動繼電器H中的開關動作

43、，燈泡回路導通；而當三極管T2處于截止狀態(tài)時，其集電極無電流通過，繼電器中無電流通過，其開關無法動作，燈泡回路關斷。</p><p>　　三極管H是處于飽和導通還是處于截止斷開，則由其基極B控制。當B極電壓處于高電平時，其值高于集電極C的電壓，而且大于三極管T2的開啟電壓Uon,三極管處于飽和導通狀態(tài)，集電極上的繼電器中有電流通過；當基極B處于低電平狀態(tài)時，其值小于三極管開啟電壓Uon，三極管處于截止狀態(tài),其集電

44、極中無電流，三極管這個“開關’處于斷開狀態(tài)。</p><p>　　二極管D3的作用是保護繼電器。當三極管T2飽和導通時，繼電器中有電流通過，此時是二極管D3相當于開路，對電路無影響，；當三極管在轉換到截止狀態(tài)的瞬間，由于繼電器中含有電感元件，那么必然會在此刻產生極大的電流，如果不加二極管D3，電路可能會因電流過大而損壞，而加上二極管后，電流改變流向，通過二極管D3和繼電器中的電感組成的回路完成放電過程，不會損壞電

45、路。</p><p>　　6.2 電路參數分析</p><p>　　6.2.1相關元件介紹</p><p><b>　　1.三極管T2</b></p><p>　　選用的是9014型NPP型硅管，相關參數如下</p><p><b>　　表 6-1</b></p>

46、<p><b>　　2.繼電器H</b></p><p>　　選用的是歐姆龍OMRON繼電器G2R-1 DC12，這是一種小型直流繼電器，線圈參數如下：</p><p><b>　　表 6-2</b></p><p><b>　　3.二極管D3</b></p><p&

47、gt;　　二極管選用的是IN4148,其參數如下：</p><p><b>　　表 6-3</b></p><p><b>　　4.日光燈D4</b></p><p>　　日光燈選用φ26MM*1500MM（150cm ）規(guī)格的LED燈泡，其額定功率為25W，</p><p>　　使用壽命在3萬-5

48、萬小時，供電電壓為為AC85V-260V(交流)。</p><p>　　6.2.2電路參數分析</p><p>　?、?、ⅣⅤⅥ計算三極管深度飽和時所需基極電流IBS：</p><p><b>　?。?.2.1）</b></p><p>　　IBS稱為飽和基極電流。為使三極管處于飽和工作狀態(tài)，必須保證iB≥IBS。用于開關

49、電路的三極管一般都具有很小的VCE(sat)和RCE(sat)。.在VB4》VCE(sat)、RH》RCE(sat)的情況下，可將式（5.2.1）近似為</p><p><b>　?。?.2.2）</b></p><p>　　∵ VB4=12V, RH=1.2Ω，β=400</p><p>　　∴ IBS =0.025A</p>

50、<p><b>　?、蛴嬎鉘7的阻值</b></p><p>　　因為聲音和光信號經過TC4081BP芯片處理后，得到輸出電壓VB=12V。</p><p>　　∵VBE(sat) =1.0V, </p><p>　　∴根據iB≥IBS，得≥IBS

51、 （6.2.3）</p><p><b>　　∴ （歐姆）</b></p><p>　　∴R7要選用阻值小于440Ω的電阻</p><p><b>　?、鬅襞莼芈废嚓P參數</b></p><p>　　燈泡額定功率P=25W，R=1936Ω，電源為U=220V，f=50HZ的交流電&l

52、t;/p><p><b>　　第7章 制作要領</b></p><p>　　7.1 燈泡一直亮著</p><p>　　燈泡一直亮著的問題，多是三極管被擊穿，造成繼電器中一直有電流通過，從而燈泡回路一直處于導通狀態(tài)；或者是繼電器和燈泡回路的接法不正確，使得繼電器中一直有電流通過或者燈泡直接接在電源回路上，從而使燈泡一直處于導通狀態(tài)。若沒有上述錯誤，則

53、極有可能是集成電路TC4081BP損壞使A的11腳始終為高電壓</p><p>　　7.2 燈泡始終不亮</p><p>　　出現這一問題，先檢查燈泡是否正常。如果燈泡正常，就說明開關電路中有元件損壞。可先焊開光敏電阻器的一個腳，在想話筒送入聲音信號的同時，用萬用表側集成電路A 2腳的電壓，看指針是否擺動。若擺動很小或不擺動，就應檢查聲音觸發(fā)控制電路中的各元件，包括話筒、電阻器R1到R4、

54、電容器C1、可調電位器RP\三極管VT；若指針擺幅很明顯，再測三極管T2的基極電壓，若此處無電壓，就說明集成電路TC4081BP、電阻器R5-R7,R7,R10、二極管VD1，電容器C2之一有損壞。</p><p><b>　　7.3 發(fā)光時間短</b></p><p>　　這是延時電路的電容器C2或電阻器R6有問題，可用容量大點的電容替換C2，或對電阻器R6進行替換

55、。若更換后，延時時間還是較短，則有可能是二極管VD1不良。</p><p>　　注：在實際電路中，由于電容器本身有電阻，再加上其放電并不是放到零為止，而是放到電流正好可驅動三極管T2為止，所以其放電時間比理論計算少得多。</p><p>　　7.4 燈泡響應靈敏度低</p><p>　　如果需要很大響聲，燈泡才能觸發(fā)點亮，則說明觸發(fā)電路元件性能下降，此時應著重檢查三

56、極管的放大倍數β值，以及檢查電阻R1-R4、可調電位器RP和電容器C1等</p><p>　　第8章Proteus的仿真實驗</p><p>　　8.1Protus的軟件簡介</p><p>　　Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟

57、件的特點是：1.實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。2.支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM7系

58、列以及各種外圍芯片。3.提供軟件調試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。4.具有強大的原理圖繪制功能。5.PCB設計以及自動布線。</p><p>　　特點：支持ARM7，PIC ，AVR，HC11以及

59、8051系列的微處理器CPU模型，更多模型正在開發(fā)中，更新信息請參見網頁；交互外設模型有LCD顯示、RS232終端、通用鍵盤、開關、按鈕、LED等；強大的調試功能，如訪問寄存器與內存，設置斷點和單步運行模式；支持如IAR、Keil和Hitech等開發(fā)工具的源碼C和匯編的調試；一鍵“make”特性：一個鍵完成編譯與仿真操作；內置超過6000標準SPICE模型，完全兼容制造商提供的SPICE模型；DLL界面為應用提供特定的模式；

60、基于工業(yè)標準的SPICE3F5混合模型電路仿真器14種虛擬儀器：示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、規(guī)程分析儀等；高級仿真包含強大的基于圖形的分析功能：模擬、數字和混合瞬時圖形；頻率；轉換；噪聲；失真；付立葉；交流、直流和音頻曲線；模擬信號發(fā)生器包括直流、正旋、脈沖、分段線性、音頻、指數、單頻FM；數字信號發(fā)生器包括尖脈沖、脈沖、時鐘和碼流；集成PROTEUS PCB設計形成完整的電子設計系統(tǒng)。</p><p&

61、gt;　　圖 8-1 Proteus ISIS編輯環(huán)境</p><p><b>　　圖形編輯窗口</b></p><p>　　編輯窗口用于放置元器件，進行連線，繪制原理圖。 </p><p><b>　　預覽窗口</b></p><p>　　預覽窗口中，有兩個框，藍框表示當前頁的邊界，綠框表示當前編

62、輯窗口顯示的區(qū)域。當從對象選擇器中選中一個新的對象時，預覽窗口可以預覽選中的對象。在預覽窗口上單擊，Proteus ISIS將會以單擊位置為中心刷新編輯窗口。 </p><p>　　對象選擇器窗口：通過對象選擇按鈕，從元件庫中選擇對象，并置入對象選擇器窗口，供今后繪圖時使用。顯示對象的類型包括：設備，終端，管腳，圖形符號，標注和圖形。 </p><p>　　狀態(tài)信息條：狀態(tài)條顯示當前電路圖

63、編輯狀態(tài),這些狀態(tài)顯示方便用戶的操作。 </p><p>　　工具欄：Proteus ISIS主窗口左端的繪圖工具欄與標準工具欄的作用相似，包含添加全部元器件的快捷圖標按鈕，與菜單中的元器件添加命令完全對應。通過選取主窗口的菜單項View/Toolbars可以隱藏/顯示相應的工具欄。 </p><p>　　Proteus ISIS主窗口左端的繪圖工具欄與標準工具欄的作用

64、相似，包含添加全部元器件的快捷圖標按鈕，與菜單中的元器件添加命令完全對應。通過選取主窗口的菜單項View/Toolbars可以隱藏/顯示相應的工具欄。      PROTEUS系統(tǒng)中有符號庫和約30個元器件庫，每個庫又有許多模型，合計約8000個。另外有關系統(tǒng)支持的庫信息，請查看安裝路徑下最新的LIBRARY.PDF文件。 元件列表（The Object

65、 Selector）：   用于挑選元件（components）、終端接口（terminals）、信號發(fā)生器（generators）、仿真圖表（graph）等。舉例，當你選擇“元件（components）”，單擊“P”按鈕會打開挑選元件對話框，選擇了一個元件后（按了“OK”），該元件會在元件列表中顯示，以后要用到該元件時，只需在元件列表中選擇即可    

66、在原器件庫中找出CAPACITOR POL 有極性電容 ，  CAP 電容，DIODE 二極管，ELECTRO 電解電容，LED 發(fā)光二極管，RES1.2 電阻，SW-SPST ? 單刀單擲開關，SPEAKER 揚聲</p><p>　　8.2 Protus仿真</p>

67、<p>　　一，打開Proteus的集成環(huán)境，點擊文件，新建設計，根據2.2元件明細表中的元件，點擊P，版面出現如下圖所示，</p><p><b>　　圖 8-2</b></p><p>　　在keywords中輸入所找的元件名單，然后點擊右下角的OK，元件被添加了。</p><p>　　二，依次放好元件，使元件擺放美觀。</

68、p><p>　　三，連接電路，在需要連接的元件接線處，點擊左鍵，移動鼠標，可看到導線的出現，再在導線的另一端在另一個元件的端點處點擊，從而連接了電路。如下圖所示。</p><p>　　圖8-3 仿真原理圖</p><p><b>　　8.3實驗調節(jié)</b></p><p>　　在Proteus環(huán)境版面中點擊左下角，如圖所示

69、 點擊，系統(tǒng)開始運行，如有出錯，則系統(tǒng)將報錯，點擊報錯處，查找出錯原因，予以改正，當滿足已知條件燈亮時，此時調試已經成功。</p><p><b>　　結論</b></p><p><b>　　實驗仿真結果：</b></p><p>　　在白天較強光照的情況下，光敏電阻呈現低阻態(tài)，無論有無音，芯片TC4081BP的1管

70、腳輸入低電平，使得三極管截止，繼電器不會跳轉，燈泡不會亮；當光線較暗時，光敏電阻因無光照呈高阻狀態(tài)，管腳1輸入高電平，在有聲音響起時，音頻信號轉化為電信號，拉低基極的電位，使得三極管VT截止，管腳2輸入高電平，此時延時電路的電容開始充電，后面的三極管導通，繼電器發(fā)生跳轉，燈泡點亮，若此時聲音信號消失或光照強度變強，芯片輸入低電平，但由于有延時電路中電容的放電，使得后面三極管的基極持續(xù)一段時間的高電位，三極管導通，燈泡依然持續(xù)點亮。持續(xù)時

71、間為46秒，最終完成聲控光控延時開關的作用。</p><p><b>　　實驗中遇到的問題</b></p><p>　?、穹抡鎸嶒炛械膯栴}：</p><p>　　1．聲控開關在仿真軟件中找不到，對此我們用開關代替，通過其開與斷模擬聲控開關，同時亦用開關替換與之連接的電容C1，以為當用普通開關模擬聲控開關時，也就無法完成將聲音信號轉換成音頻信號的

72、任務，而電容C1的作用就是把音頻信號耦合到三極管VT上，所以此時用普通開關替換電容C1</p><p>　　2. 在仿真軟件中找不到TC4081BP芯片，為此，我們用四個二輸入與非門代替此芯片，里要注意的是由于這些與非門是COMS結構，所以不可懸空，四號路的二極管一定要接上。</p><p>　　3. 燈泡回路部分和被控制電路部分在仿真中我們是這樣處理的：燈泡選用發(fā)光二極管，兩部分電路選用

73、的電源均是直流電源，被控制電路12V，燈泡回路5V，所以繼電器上的保護二極管就沒加上</p><p>　　4.延時電路部分我們在仿真中選用的電阻為200K，為的是能夠盡快見到結果。</p><p>　?、驅嶋H組裝調試中的問題：</p><p>　　1.在聲音信號電路中，為了合理設置靜態(tài)工作點，更好的驅動三極管QI，我們把電阻R3設置為200K，以為在用理論計算值15

74、0K時驅動不起來，電路不工作</p><p>　　2 在延時環(huán)節(jié)觀測中，延時時間大概只有一τ的時間，分析后發(fā)現是由于電容器本身有電阻，再加上其放電并不是放到零為止，而是放到電流正好可驅動三極管T2為止，所以其放電時間比理論計算少得多。在此部分電路中，R6選用200K，也是為了更快的見到實驗結果</p><p>　　3. 在被控制電路和燈泡回路部分，同上面Ⅰ.3，只是在此我們加上了保護用的二

75、極管。</p><p>　　4. 在調試中多次發(fā)現電路不工作，主要原因是有些器件未能連接上</p><p>　　Ⅲ 結合以上兩點，在實際中，由于我們要完成的是一個產品，所以在實際組裝中，因該把燈泡回路的燈泡換成交流式日關燈，電源換成220V的，相關導線要用粗一點的，以保證安全。</p><p><b>　　三.我的收獲與體會</b></p

76、><p>　　經過一個星期的設計與思考，最終在Protus軟件上完成了聲控光控延時開關的模擬，其間遇到了許多問題，但最后都一一得到解決。在整個設計過程中，我主要負責被控制電路部分。在此次課程設計中，通過實踐參與，受益匪淺。總體來說，實驗還是比較順利的，現將心得體會總結如下：</p><p>　　設計初期要考慮周到，否則后期改進很困難。應該在初期就多思考幾個問題，進行詳細了解，選擇最合適的方法動

77、手設計?？傮w設計原理在整個設計過程中非常重要，應該充分了解電路的原理。</p><p>　　設計時，多使用已學的方法，要整體考慮，不可看一步，做一步。在整體設計都正確后，再尋求簡化的方法。</p><p>　　在設計某些模塊的時候無法把握住整體，這時可以先進行小部分功能的實現，在此基礎上進行改進，雖然可能會多花一些時間，但這比空想要有效的多。</p><p>　　盡

78、可能使電路連線有序，模塊之間關系清楚，既利于自己修改。</p><p>　　很多難點的突破都來自于與同學的交流，請教于老師，交流使自己獲得更多信息，所以不要怕去問問題。</p><p>　　應該有較好的理論基礎，整個實驗都是在理論的指導下完成了，設計過程中使用了許多理論課上學的內容，如靜態(tài)工作點的設置，TC4081BP芯片的邏輯功能，RC延時設計，電源電路的設計等等。本次設計把理論應用到了

79、實踐中，同時通過設計，也加深了自己對理論知識的理解和掌握。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次實驗是在xx老師的悉心指導下完成的。x老師治學態(tài)度嚴謹，在此次實驗中給我的幫助很大，使我受益匪淺，在此，謹向尊敬的老師致以誠摯的謝意！</p><p>　　團隊成員xx四位同學在小組合作中積極發(fā)言，提出很多好建議，在我們

80、的共同努力下我們成功的完成了此次課程設計，從而得到了很多寶貴的經驗，在此表示衷心的感謝！</p><p><b>　　參考文獻﹑</b></p><p>　　【1】 清華大學電子學教研組編，童詩白﹑華成英主編. 模擬電子技術基礎. 第4版. 北京：高等教育出版社， 2010.</p><p>　　【2】 清華大學電子學教研組編， 閻石 主編.

81、數字電子技術基礎. 第5版. 北京：高等教育出版社， 2010.</p><p>　　【3】 龔華生 主編. 實用電路創(chuàng)意制作自學通. 北京：電子工業(yè)出版社， 2006.</p><p>　　【4】 朱清慧﹑張鳳蕊﹑翟天嵩﹑王志奎編著. Proteus教程——電子線路設計、制版與仿真. 北京：清華大學出版社，2008.</p><p>　　【5】 劉天旺 主編. P

82、ROTEL99SE電路設計應用教程. 北京：電子工業(yè)出版社， 2007.</p><p>　　【6】 何小艇，電子系統(tǒng)設計，浙江大學出版社，2001年6月</p><p>　　【7】姚福安，電子電路設計與實踐，山東科技技術出版社，2001年10月</p><p>　　【8】王澄非，電路與數字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999年10月</p><

83、;p>　　【9】李銀華，電子線路設計指導，北京航空航天大學出版社，2005年6月</p><p>　　【10】康華光，電子技術基礎，高教出版社，2003年</p><p>　　【11】韓振振，數字電路邏輯設計，大連理工大學出版社，2000年</p><p>　　【12】湘潭電機制造學校，可控硅技術，機械工業(yè)出版社，1979年</p><p&

84、gt;<b>　　附 錄</b></p><p><b>　　一.元器件清單：</b></p><p><b>　　1. 電源電路部分</b></p><p><b>　　2. 執(zhí)行電路部分</b></p><p><b>　　二、仿真電路圖&