电子技术课程设计报告声控走廊灯.doc

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1、电子技术课程设计报告 设计课题：声 控 走 廊 灯 目录1. 摘要32. 课题简介33. 方案设计4 系统框图4 系统框图分析44. 各单元电路设计和参数计算5 传感器电路5 放大电路5 T触发器6 单稳态电路7 驱动电路75. 系统调试和测试结果9 测试仪器9 测试环境9 测试方法9 测试数据96. 设计总结107. 参考文献108. 附10 摘要 本系统用驻极体话筒来接受声音信号,并将其转化为声音信号.用LM324构成运放将微弱的信号放大.用两片CD4013分别构成T触发器和单稳态电路,再加上一个单刀双置开关，当开关接在T触发器即可实现击掌一次灯亮，再击掌一次灯灭。当开关接在单稳态电路上即

2、可实现击掌一次灯亮，过一段时间灯自动熄灭。我们用三极管来作为发光二极管的驱动。 关键词：驻极体 LM324 CD4013 三极管 一课题简介:声控走廊灯在目前已得到广泛的使用，它给人们的生活带来了很大的方便，与其他灯相比最突出的优点就是节约了很大一部分电能。生活中，不管是在居民的小区里，还是在工作的高楼大厦里，我们都能看到声控走廊灯的声影。声控走廊灯是把声音信号（如脚步声）通过传感器转化成电信号，用电信号来驱动电灯泡。声控走廊灯具有的特点：1 稳定性好，及时的为人们提供照明。2 作用时间合理，人进楼道口时亮，人尽可能离开时熄灭，不要人在中途时就熄灭。3 节能性好，声控走廊灯需很少的电就能工作很

3、长时间。声控走廊灯的设计要求：（a） 开关式控制：击掌一次灯亮，再击掌一次灯灭。（b） 延时式控制：一次击掌后灯亮，延时3秒后自动熄灭。声控走廊灯的设计原理：根据设计任务的要求，首先要将声音信号转化成电信号，这需要传感器电路，由于传感器电路输出的电信号比较微弱，所以我们需要放大电路，经放大后的电信号要实现开关式控制和延时式控制两种控制方法，开关式控制中要求击掌一次灯亮，击掌一次灯灭，如果将击掌信号视为触发脉冲，这上述现象恰好与T触发器的翻转功能相一致，到另一端所以我们选用T触发器实现开关失控制；延时式控制要求击掌一次后灯亮10秒钟自动熄灭，如果我们将上述击掌信号视为触发信号，将此触发信号加到一

4、个单稳态触发器上恰好可以满足上述要求，所以我们在放大电路后面用一个双路开关实现上述两种控制方式，开关拨到一端实现开关式控制，开关拨到另一端实现延时式控制，经过T触发器或单稳态触发器输出的信号是数字信号，驱动能力略显不足，所以我们考虑增加一级驱动放大电路，然后再输出给电灯控制电路。二.方案的论证 单稳态电路部分 方案一:用分立元件构成单稳态电路,不过此电路得到的波形不是相当可靠,可能会引起较大的误差. 方案二:用555定时器来作单稳态电路,此电路能产生较好的波形,电路如图4.23和4.24所示: 方案三:用CD4013来作单稳态电路,此电路也能产生较好的波形. 方案的选取:从上面三个方案可以看出

5、,方案二和方案三符合题意,但是从资源的利用上来说,方案三更好,故选择方案三.三方案设计系统框图：T触发器放大电路传感器电路驱动显示电路声音信号单稳态电路 图1 电路原理框图系统框图分析：1.传感器是将声音信号转变成电信号，我们常用的是话筒。市场上话筒的种类很多，我们选用的是驻极体话筒，驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。2.放大电路是将信号放大，由于这里对放大的信号没什么特殊的要求，所以我们采用LM324即可。3.T触发器，由于厂家一般只生产JK触发器和D触发器，所以T触发器需要用D触发器改装得到。4.单稳

6、态电路，单稳态电路可以用分离元件自己搭，可以用555定时器构成。我们这里仍用D触发器，因为一片CD4013有两个D触发器，做T只需一个D触发器，还有一个不能浪费，要充分利用资源，这样才会节省成本。5.驱动电路，驱动电路我们采用常规的三极管驱动。因为这里的信号功率不大，所以我们采用9013.9013是NPN型的小功率三极管，在此电路中已满足条件。四各单元电路设计和参数计算：1.传感器电路本课题将声音信号转换成电信号的传感器选用驻极体话筒，驻极体话筒的电路如图所示，通过查找驻极体话筒的工作原理，可知输出电阻极高，考虑到电路的匹配，要求后级的放大电路有高输入阻抗与之匹配。图中的100千欧电阻是为电容

7、提供一个放电通路。 图2 驻极体话筒电路 图3 同相比例放大电路2.放大电路 选用LM324放大电路如图3所示，LM324引脚图如图4所示。由于驻极体话筒输入阻抗高，我们选用高输入阻抗的同相比例放大电路，反相比例放大电路的输入阻抗较低。还有后续连接的是数字电路，如果后级选用TTL电路，要求本级输出的电压信号幅度大于2V，如果后级选用CMOS电路，要求本级输出的电压信号幅度大于3.5V如图3所示，设经驻极体话筒转换的电信号UA=20mV，经放大后的电压如果选用CMOS电路，则要求放大后输出电压UB3V，这个放大后的输出电压也不要过高，以免过于灵敏。这样有下式：AU=1+Rf/R3=UB/UA3/

8、0.02=150取Au=200 这样Rf=200R3.而在同相比例放大电路中，R3的取值范围为1千欧到几千欧，Rf的取值范围几十千欧到几百千欧，最大可为几兆。 图4 LM324引脚图 因此取R3=1千欧，Rf=200千欧。对于LM324的电源，我们采用6V的干电池单电源连接方式供电，故R3上再串联上一个小电容接地。放大后的输出信号最好再经过一次整形处理我们采用图5的二极管1N4148和电容C构成的滤波电路，图中的10千欧电阻是为滤波电路的电容C提供了一个放电通路。 图6 CD4013的引脚图 3.T触发器 采用CMOS电路实现，这是因为TTL电路的功耗大，且要求电源5V稳定，而采用CMOS电路

9、3到18V的电源均可且省点，所以选用CD4013实现T触发器和单稳态电路。CD4013的引脚图如图6所示。根据设计要求，将击掌信号即为触发信号，利用CD4013中的一个D触发器实现T触发器的电路图如图7所示。 图7 T触发器和单稳态电路 图8 驱动显示电路4.单稳态电路选用CD4013加外围电路实现，如图7单稳态电路所示，这里运用三要素法对电路中的R,C进行计算。CMOS电路的阈值电压Ut=0.5Vcc。当有击掌信号即触发脉冲到来时，Q置1对C开始充电，当充电电压到达阈置电平时UT时复位信号R有效，Q复位，单稳态过程结束。 f(t)=f()+f(0+)-f()e-t/T上式中f()=Vcc,

10、f(0+)=0,以t=510s为例进行计算，代入上式得：1/2Vcc=Vcc+0-Vcce-5/T 得t=7.1414.2由于T=RC，取C=220微发，R=51千欧。 在图1的电路原理框图中，开关放在数字电路，但考虑到上述T触发器和单稳态电路之间不能直接线与，所以将上述开关修正到数字电路后。5.驱动显示电路 选用三极管电流放大电路，采用发光二极管模拟灯的的显示，如图8所示。下面对基极电阻RB和集电极电阻Rc的选取进行计算。发光二极管如果选用普亮的发光二极管，流过的电流要求为510mA，选用高亮的发光二极管，流过的电流要求为1mA，发光二极管的管压降为1.82V。下面以选用普亮的发光二极管ID

11、=510mA为例进行计算。 Rc=Vcc-UD-UCES/ID=(6-2-0.3)V/510mA=370740欧，故图8中的R7=510欧。三极管选用NPN型三极管9013，其电流发达倍数为60120，Ics=510mA。取放大倍数为100，Ics=10mA，故IBS=100微安。IB=(Vcc-0.7)/RB，而IB=（35）IBS较好，代入上式得到RB=1017千欧，故取RB=10千欧，即图8中的R6=10千欧。综上所述，各单元电路计算完毕，总电路图如图9所示： 图9五系统调试与测试结果4.1调试的仪器：EE1641B1 函数信号发生器CS-1830 30M 模拟示波器DT890D 数字万

12、用表DF1731SD3A 直流稳压电源4.2调试的环境： 时间 2010-7温度 27度4.3调试的方法：首先对各单元电路进行调试，驻极体话筒接受声音信号并将其转化为电信号，但电信号比较微弱不能进行有效的测量，微弱的电信号经放大电路放大后的信号我们可以测量其电压的大小，看放大后的电压能否达到所要求的，如果没有，可以调节放大电路的反馈电阻增大其放大倍数。再测试T的输出端Q经一次击掌后有没有达到高电平，二次击掌后是否为低电平。最后再测试单稳态电路的输出端看是否得到所需的波形。等单元电路测试都成功后，再把整个电路都连接好，看灯的亮灭情况。4.4调试的数据：击掌的次数灯亮情况击掌一次灯亮击掌二次灯灭击

13、掌的次数灯亮情况延迟多长时间后灯灭击掌一次灯亮 3.0s击掌二次灯亮2.9s击掌三次灯亮3.0s六设计总结：本系统采用驻极体话筒，LM324，CD4013等器件出色的完成了本题目的各项要求。本系统当开关拨到T触发器，击掌一次灯亮，再击一次灯灭。当开关拨到单稳态电路，击掌一次灯亮，过三秒后自动熄灭。而且本系统采用的器件都非常便宜，在市场上都能买到。七参考文献：1.江键,夏钟福,崔黎丽.神材妙用丛书:神奇的驻极体M.北京:科学出版社,2003. 2.张新昌 集成运算放大器的应用 19853.王卿 WANG Qin 新余高专学报浅谈器件CD4013 200510(2)4.学位期刊论文 电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响 - 物理学报2007,56(10)5.论文 1.R面蓝宝石上生长的A面GaN;2.GaN基发光二极管的光电性能 2004 八附：实物图