電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告---聲控走廊燈

1、<p>　　設(shè)計(jì)課題：聲 控 走 廊 燈 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要··················

2、83;·······························3</p><p>　　課題簡介

3、83;····································&

4、#183;········3</p><p>　　方案設(shè)計(jì)·······················&

5、#183;······················4</p><p>　　系統(tǒng)框圖·········&

6、#183;····································

7、;4</p><p>　　系統(tǒng)框圖分析·······························

8、83;··········4</p><p>　　各單元電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算····················&

9、#183;·········5</p><p>　　傳感器電路······················

10、······················5</p><p>　　放大電路··········

11、····································5<

12、;/p><p>　　T’觸發(fā)器································

13、83;············6</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)電路···················&#

14、183;························7</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路·······&#

15、183;····································

16、··7</p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試和測試結(jié)果·····························&

17、#183;·······9</p><p>　　測試儀器························&

18、#183;·····················9</p><p>　　測試環(huán)境··········&

19、#183;···································9<

20、/p><p>　　測試方法·································

21、;·············9</p><p>　　測試數(shù)據(jù)···················

22、;···························9</p><p>　　設(shè)計(jì)總結(jié)·····

23、;····································

24、83;····10</p><p>　　參考文獻(xiàn)···························&#

25、183;··················10</p><p>　　附·············

26、3;····································&#

27、183;·10</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本系統(tǒng)用駐極體話筒來接受聲音信號(hào),并將其轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào).用LM324構(gòu)成運(yùn)放將微弱的信號(hào)放大.用兩片CD4013分別構(gòu)成T'觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)電路,再加上一個(gè)單刀雙置開關(guān)，當(dāng)開關(guān)接在T'觸發(fā)器即可實(shí)現(xiàn)擊掌一次燈亮，再擊掌一次燈滅。當(dāng)開關(guān)接在單穩(wěn)態(tài)電路上即可實(shí)現(xiàn)擊掌一次燈

28、亮，過一段時(shí)間燈自動(dòng)熄滅。我們用三極管來作為發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：駐極體 LM324 CD4013 三極管</p><p><b>　　一．課題簡介:</b></p><p>　　聲控走廊燈在目前已得到廣泛的使用，它給人們的生活帶來了很大的方便，與其他燈相比最突出的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約了很大一部分電能。生活中，不管是在居

29、民的小區(qū)里，還是在工作的高樓大廈里，我們都能看到聲控走廊燈的聲影。</p><p>　　聲控走廊燈是把聲音信號(hào)（如腳步聲）通過傳感器轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，用電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電燈泡。</p><p>　　聲控走廊燈具有的特點(diǎn)：</p><p>　　穩(wěn)定性好，及時(shí)的為人們提供照明。</p><p>　　作用時(shí)間合理，人進(jìn)樓道口時(shí)亮，人盡可能離開時(shí)熄滅，不要人

30、在中途時(shí)就熄滅。</p><p>　　節(jié)能性好，聲控走廊燈需很少的電就能工作很長時(shí)間。</p><p>　　聲控走廊燈的設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　開關(guān)式控制：擊掌一次燈亮，再擊掌一次燈滅。</p><p>　　延時(shí)式控制：一次擊掌后燈亮，延時(shí)3秒后自動(dòng)熄滅。</p><p>　　聲控走廊燈的設(shè)計(jì)原理：</p

31、><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，首先要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，這需要傳感器電路，由于傳感器電路輸出的電信號(hào)比較微弱，所以我們需要放大電路，經(jīng)放大后的電信號(hào)要實(shí)現(xiàn)開關(guān)式控制和延時(shí)式控制兩種控制方法，開關(guān)式控制中要求擊掌一次燈亮，擊掌一次燈滅，如果將擊掌信號(hào)視為觸發(fā)脈沖，這上述現(xiàn)象恰好與T’觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能相一致，到另一端所以我們選用T’觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)開關(guān)失控制；延時(shí)式控制要求擊掌一次后燈亮10秒鐘自動(dòng)熄滅，如果我們將上述

32、擊掌信號(hào)視為觸發(fā)信號(hào)，將此觸發(fā)信號(hào)加到一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上恰好可以滿足上述要求，所以我們?cè)诜糯箅娐泛竺嬗靡粋€(gè)雙路開關(guān)實(shí)現(xiàn)上述兩種控制方式，開關(guān)撥到一端實(shí)現(xiàn)開關(guān)式控制，開關(guān)撥到另一端實(shí)現(xiàn)延時(shí)式控制，經(jīng)過T’觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，驅(qū)動(dòng)能力略顯不足，所以我們考慮增加一級(jí)驅(qū)動(dòng)放大電路，然后再輸出給電燈控制電路。</p><p><b>　　二.方案的論證</b></p>

33、<p><b>　　單穩(wěn)態(tài)電路部分</b></p><p>　　方案一:用分立元件構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路,不過此電路得到的波形不是相當(dāng)可靠,可能會(huì)引起較大的誤差.</p><p>　　方案二:用555定時(shí)器來作單穩(wěn)態(tài)電路,此電路能產(chǎn)生較好的波形,電路如圖4.23和4.24所示:</p><p>　　方案三:用CD4013來作單穩(wěn)態(tài)電路,此

34、電路也能產(chǎn)生較好的波形.</p><p>　　方案的選取:從上面三個(gè)方案可以看出,方案二和方案三符合題意,但是從資源的利用上來說,方案三更好,故選擇方案三.</p><p><b>　　三．方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)框圖：</b></p><p>　　圖1 電路原理框圖&

35、lt;/p><p><b>　　系統(tǒng)框圖分析：</b></p><p>　　1.傳感器是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，我們常用的是話筒。市場上話筒的種類很多，我們選用的是駐極體話筒，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。</p><p>　　2.放大電路是將信號(hào)放大，由

36、于這里對(duì)放大的信號(hào)沒什么特殊的要求，所以我們采用LM324即可。</p><p>　　3.T’觸發(fā)器，由于廠家一般只生產(chǎn)JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器，所以T’觸發(fā)器需要用D觸發(fā)器改裝得到。</p><p>　　4.單穩(wěn)態(tài)電路，單穩(wěn)態(tài)電路可以用分離元件自己搭，可以用555定時(shí)器構(gòu)成。我們這里仍用D觸發(fā)器，因?yàn)橐黄珻D4013有兩個(gè)D觸發(fā)器，做T’只需一個(gè)D觸發(fā)器，還有一個(gè)不能浪費(fèi)，要充分利用資源，這

37、樣才會(huì)節(jié)省成本。</p><p>　　5.驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路我們采用常規(guī)的三極管驅(qū)動(dòng)。因?yàn)檫@里的信號(hào)功率不大，所以我們采用9013.9013是NPN型的小功率三極管，在此電路中已滿足條件。</p><p>　　四．各單元電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算：</p><p><b>　　1.傳感器電路</b></p><p>　　本課題將

38、聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器選用駐極體話筒，駐極體話筒的電路如圖所示，通過查找駐極體話筒的工作原理，可知輸出電阻極高，考慮到電路的匹配，要求后級(jí)的放大電路有高輸入阻抗與之匹配。圖中的100千歐電阻是為電容提供一個(gè)放電通路。</p><p>　　圖2 駐極體話筒電路 圖3 同相比例放大電路</p><p><b>　　2.

39、放大電路</b></p><p>　　選用LM324放大電路如圖3所示，LM324引腳圖如圖4所示。由于駐極體話筒輸入阻抗高，我們選用高輸入阻抗的同相比例放大電路，反相比例放大電路的輸入阻抗較低。還有后續(xù)連接的是數(shù)字電路，如果后級(jí)選用TTL電路，要求本級(jí)輸出的電壓信號(hào)幅度大于2V，如果后級(jí)選用CMOS電路，要求本級(jí)輸出的電壓信號(hào)幅度大于3.5V</p><p>　　如圖3所示，

40、設(shè)經(jīng)駐極體話筒轉(zhuǎn)換的電信號(hào)UA=20mV，經(jīng)放大后的電壓如果選用CMOS電路，則要求放大后輸出電壓UB>3V，這個(gè)放大后的輸出電壓也不要過高，以免過于靈敏。這樣有下式：</p><p>　　AU=1+Rf/R3=UB/UA>3/0.02=150</p><p>　　取Au=200 這樣Rf=200R3.而在同相比例放大電路中，R3的取值范圍為1千歐到幾千歐，Rf的取值范圍幾十千

41、歐到幾百千歐，最大可為幾兆。 </p><p>　　圖4 LM324引腳圖 因此取R3=1千歐，Rf=200千歐。對(duì)于LM324的電源，我們采用6V的干電池單電源連接方式供電，故R3上再串聯(lián)上一個(gè)小電容接地。放大后的輸出信號(hào)最好再經(jīng)過一次整形處理我們采用圖5的二極管1N4148和電容C構(gòu)成的濾波電路，圖中的10千歐電阻是為濾波電路的電容C提供了一個(gè)放電通路。</p>&l

42、t;p>　　圖6 CD4013的引腳圖 </p><p><b>　　3.T’觸發(fā)器</b></p><p>　　采用CMOS電路實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)門TL電路的功耗大，且要求電源5V穩(wěn)定，而采用CMOS電路3到18V的電源均可且省點(diǎn)，所以選用CD4013實(shí)現(xiàn)T’觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)電路。CD4013的引腳圖如圖6所示

43、。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將擊掌信號(hào)即為觸發(fā)信號(hào)，利用CD4013中的一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)T’觸發(fā)器的電路圖如圖7所示。</p><p>　　圖7 T’觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)電路 圖8 驅(qū)動(dòng)顯示電路</p><p><b>　　4.單穩(wěn)態(tài)電路</b></p><p>　　選用CD4013加外圍電路實(shí)現(xiàn)，如圖7單穩(wěn)態(tài)

44、電路所示，這里運(yùn)用三要素法對(duì)電路中的R,C進(jìn)行計(jì)算。CMOS電路的閾值電壓Ut=0.5Vcc。當(dāng)有擊掌信號(hào)即觸發(fā)脈沖到來時(shí)，Q置1對(duì)C開始充電，當(dāng)充電電壓到達(dá)閾置電平時(shí)UT時(shí)復(fù)位信號(hào)R有效，Q復(fù)位，單穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束。</p><p>　　f(t)=f(∞)+[f(0+)-f(∞)]e-t/T</p><p>　　上式中f(∞)=Vcc, f(0+)=0,以t=5～10s為例進(jìn)行計(jì)算，代入上式

45、得：</p><p>　　1/2Vcc=Vcc+[0-Vcc]e-5/T </p><p>　　得t=7.14～14.2</p><p>　　由于T=RC，取C=220微發(fā)，R=51千歐。</p><p>　　在圖1的電路原理框圖中，開關(guān)放在數(shù)字電路，但考慮到上述T'觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)電路之間不能直接線與，所以將上述開關(guān)修正到數(shù)字電

46、路后。</p><p><b>　　5.驅(qū)動(dòng)顯示電路</b></p><p>　　選用三極管電流放大電路，采用發(fā)光二極管模擬燈的的顯示，如圖8所示。下面對(duì)基極電阻RB和集電極電阻Rc的選取進(jìn)行計(jì)算。發(fā)光二極管如果選用普亮的發(fā)光二極管，流過的電流要求為5～10mA，選用高亮的發(fā)光二極管，流過的電流要求為1mA，發(fā)光二極管的管壓降為1.8～2V。下面以選用普亮的發(fā)光二極管

47、ID=5～10mA為例進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　Rc=Vcc-UD-UCES/ID=(6-2-0.3)V/5～10mA=370～740歐，</p><p>　　故圖8中的R7=510歐。</p><p>　　三極管選用NPN型三極管9013，其電流發(fā)達(dá)倍數(shù)為60～120，Ics=5～10mA。取放大倍數(shù)為100，Ics=10mA，故IBS=100微安。<

48、/p><p>　　IB=(Vcc-0.7)/RB，而IB=（3～5）IBS較好，代入上式得到RB=10～17千歐，故取RB=10千歐，即圖8中的R6=10千歐。</p><p>　　綜上所述，各單元電路計(jì)算完畢，總電路圖如圖9所示：</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　五．系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果<

49、/p><p><b>　　4.1調(diào)試的儀器：</b></p><p>　　EE1641B1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　CS-1830 30M 模擬示波器</p><p>　　DT890D 數(shù)字萬用表</p><p>　　DF1731SD3

50、A 直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　4.2調(diào)試的環(huán)境： </p><p><b>　　時(shí)間 2010-7</b></p><p><b>　　溫度 27度</b></p><p><b>　　4.3調(diào)試的方法：</b></p><p>

51、　　首先對(duì)各單元電路進(jìn)行調(diào)試，駐極體話筒接受聲音信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，但電信號(hào)比較微弱不能進(jìn)行有效的測量，微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大后的信號(hào)我們可以測量其電壓的大小，看放大后的電壓能否達(dá)到所要求的，如果沒有，可以調(diào)節(jié)放大電路的反饋電阻增大其放大倍數(shù)。再測試T＇的輸出端Q經(jīng)一次擊掌后有沒有達(dá)到高電平，二次擊掌后是否為低電平。最后再測試單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端看是否得到所需的波形。等單元電路測試都成功后，再把整個(gè)電路都連接好，看燈的亮滅情況。&

52、lt;/p><p><b>　　4.4調(diào)試的數(shù)據(jù)：</b></p><p><b>　　六．設(shè)計(jì)總結(jié)：</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用駐極體話筒，LM324，CD4013等器件出色的完成了本題目的各項(xiàng)要求。本系統(tǒng)當(dāng)開關(guān)撥到T＇觸發(fā)器，擊掌一次燈亮，再擊一次燈滅。當(dāng)開關(guān)撥到單穩(wěn)態(tài)電路，擊掌一次燈亮，過三秒后自動(dòng)熄滅。而且

53、本系統(tǒng)采用的器件都非常便宜，在市場上都能買到。</p><p><b>　　七．參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1.江鍵,夏鐘福,崔黎麗.神材妙用叢書:神奇的駐極體[M].北京:科學(xué)出版社,2003. </p><p>　　2.張新昌 集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用 1985</p><p>　　3.王卿 WANG Qin

54、   新余高專學(xué)報(bào) 淺談器件CD4013 2005 10(2) </p><p>　　4.學(xué)位期刊論文 電極結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)大功率GaN基發(fā)光二極管性能的影響 - 物理學(xué)報(bào)2007,56(10)</p><p>　　5.論文 1.R面藍(lán)寶石上生長的A面GaN;2.GaN基發(fā)光二極管的光電性能 2004 </p><p><b&