聲控燈的設計與制作-哈工大-電子技術課程設計.doc

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Harbin Institute of Technology 課程設計說明書（論文） 課程名稱： 電子技術課程設計 設計題目： 聲控開關的設計與制作 院 系： 電氣工程及其自動化 班 級： 1406111 設 計 者： 趙元勝 學 號： 1140610319 指導教師： 呂超 設計時間：2016年12月5-18日 哈爾濱工業(yè)大學 哈爾濱工業(yè)大學課程設計任務書 姓 名：趙元勝 院 （系）：電氣工程及其自動化專業(yè) 專 業(yè)：電氣工程及自動化 班 號：1406111 任務起至日期： 2016年12月5 日至2016年12月18日 課程設計題目：聲控開關的設計與制作 已知技術參數和設計要求： 基本要求：設計一個聲控開關，控制對象為發(fā)光二極管，接收到一定強度的聲音后，聲控開關點亮發(fā)光二級管，燈亮時間可調?？刂蒲訒r時間用數字顯示。 擴展要求：發(fā)光二極管點亮時間延時顯示。 工作量： 課程設計為期2周。 2-3人一組，完成電路設計和電路板搭建、調試。 每個人撰寫課程設計說明書。 工作計劃安排： 1. 電路設計與仿真 2. 連接電路并測試 3. 檢測關鍵點處的信號 4. 完成設計報告 同組設計者及分工： 同組設計者：許光煒 分工：共同完成 指導教師簽字___________________ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字___________________ 年 月 日 *注：此任務書由課程設計指導教師填寫。 聲控燈的設計與制作 1 設計任務及原理 設計任務基本要求：設計一個聲控開關，控制對象為發(fā)光二極管，接收到一定強度的聲音后，聲控開關點亮發(fā)光二級管，燈亮時間可調?？刂蒲訒r時間用數字顯示。 擴展要求：發(fā)光二極管點亮時間延時顯示。 1.1 設計原理 聲控燈是將聲音信號轉換為電信號、電信號再轉換為光信號的裝置。 輸入部分可由一個駐極體話筒實現(xiàn)。話筒的高分子極化膜生產時就注入了一定的永久電荷。在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動，電容是隨聲波變化。于是電容兩極間的電壓就會成反比的變化。將電容兩端的電壓取出來，就可以得到和聲音對應的電壓了。但是這個電壓信號非常小，不能驅動LED燈。對這個電壓信號進行放大、整形，才能得到足夠大的電壓。 聲控燈的延時可以由一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路實現(xiàn)。單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)時間就是發(fā)光二極管的發(fā)光持續(xù)時間。用前面經放大的電壓作為觸發(fā)脈沖輸送給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，會得到一個持續(xù)特定時間的電壓輸出。這個輸出來驅動發(fā)光二極管，就達到了聲控、發(fā)光的目的。 計數器部分首先需要一個時鐘源。時鐘源脈沖可由多諧振蕩器獲得。將單穩(wěn)態(tài)電路的輸出與時基脈沖結合，控制計數器的計數與清零，就可以使計數部分與發(fā)光部分同步工作。 計數結果再經譯碼輸送給共陽極數碼管，顯示出來。 2 設計過程 2.1 聲控燈電路原理： 當駐極體話筒接受到一定強度的聲音信號時，聲音信號轉換為電壓信號，經三極管放大、施密特觸發(fā)器整形后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)延時電路，產生一個寬度可調的脈沖信號，驅動發(fā)光二極管發(fā)光。同時，該脈沖信號作為選通信號，使計數器計數，并用數碼管顯示延時時間。電路的流程圖如圖 1所示： 圖 1 2.2 電路設計 2.2.1 放大電路設計： 由于聲音傳感器所產生的電信號的電壓太小不宜直接進行整形，因此要對該電信號進行適當的放大，我們選用了三極管共射級放大電路，因為共射級放大電路會使輸入電信號的相位滯后180度，因此使用兩級放大 2.2.2 整形電路設計 整形電路由555定時器構成的施密特觸發(fā)器實現(xiàn)，放大后的尖峰脈沖經整形電路后，得到的波形接近方波，當尖峰脈沖信號大于時，輸出為低電平；當尖峰脈沖信號小于時，輸出為高電平；當尖峰脈沖信號大于小于時，輸出為保持原電平。 2.2.3 單穩(wěn)態(tài)延時電路設計 單穩(wěn)態(tài)延時電路由555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)，高電平觸發(fā)，其中，通過調節(jié)滑動變阻器，時間可調。 2.2.4 時基電路設計 時基電路由555定時器構成的多諧振蕩器實現(xiàn)，，占空比為。 時基電路產生方波，為計數器提供時鐘脈沖。通過調節(jié)滑動變阻器，可以改變輸出方波的占空比，進而計數器的計數快慢。 2.2.5 計數譯碼顯示電路設計 計數譯碼器顯示電路將根據單穩(wěn)態(tài)延時電路、門電路及時基電路決定的主脈沖給計數器。計數器由74LS90構成，譯碼器由74LS47構成，顯示電路由數碼管構成。 最終設計完成的電路如圖 2所示。 圖 2 3 對電路圖仿真 根據以上所述設計的聲控燈仿真電路如圖 3所示。 圖 3 4 電路搭建 搭建完成的電路如下圖所示。 圖 4 5 電路檢測與調試 分別檢測從話筒輸出的波形、經第一級放大后的波形以及經過第二級放大后的波形和第三個555定時器產生的方波，示波器顯示分別如下所示。 圖 5 話筒輸出的波形 圖 6 第一級放大后的波形 圖 7 第二級放大后的波形 圖 8 多諧振蕩器輸出地波形 6 設計總結與心得 本次實驗中，我們在搭建電路中出現(xiàn)了很多問題，例如74ls90芯片的清零信號忘記接高電平，數碼管忘記接高電平，二極管的正負極插反，導致調試中浪費了非常多的時間，不僅如此，在A/D轉換的電路圖中，由于所設置的電阻過大，導致三極管截止，無法正常工作，在老師的指導下，我們利用反相器，將高電平反向成為低電平使三極管能正常工作。通過這次聲控燈的課程設計，我了解了聲控燈的原理，體會到了理論知識在實際生活中的應用，提高了我學習課程的熱情。在這次的實驗中，我學習到了如何使用面包板搭建電路，并且如何才能簡化電路和美化電路。在排除故障的過程中，我深刻認識到了理論知識的重要性，并且要有耐心，逐步排查故障，不能害怕困難，對我的學習和生活都有很大的啟迪作用。