声光控制照明灯及耳麦放大器的设计

电子技术课程设计

--声光控制照明灯及耳麦放大器的设计

学生姓名:王纯

指导教师:王军

专业:测控技术与仪器

班级: 1042

学号: 21

设计时间:2012 年06月28日

至 2012年07月 9日

实验地点:新实验楼 414

目录

第一章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2课题研究的目的和意义 (1)

第二章系统总体设计及方案认证 (2)

2.1 设计内容 (2)

2.2 课题分析 (2)

2.3电路原理 (2)

2.4 声控部分电路 (3)

2.5光控照明电路 (3)

2.6 延迟电路部分 (4)

2.7 NE555定时器 (5)

2.8声音信号采集电路 (6)

2.9共射极放大电路 (6)

2.10共集电极放大电路 (7)

2.11负载电路 (7)

2.12参数设计 (7)

2.13方案认证 (8)

第三章硬件电路设计 (9)

3.1 74HC123功能说明 (9)

3.2 LM358功能说明 (10)

3.3 电路图的确定 (11)

第四章硬件电路安装及调试 (12)

4.1 手工焊接 (12)

4.2焊接原理 (12)

4.3 焊接注意事项 (12)

第五章总结 (14)

参考文献 (16)

附录............................................................................................................................ I 致谢......................................................................................................................... III

第一章绪论

1.1引言

随着电子技术的发展,尤其是数字技术的发展,用数字技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要,而且贴近我们的实际生活。

声光控已成为人们日常生活中必不可少的必需品,它不需要开关,当有人经过时会自动亮起;广泛应用于走廊、楼道等公共场所,给人们的生活带来极大的方便。因此,行到了广泛的应用。声光控是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音和光转化为电信号,经放大、整形,输出一个开关信号去控制各种电器的工作,在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。

进入21世纪以后,各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机,到作为娱乐设备的MP3播放器,已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机,便携式DVD等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点,就是都有音频输出,也就是都需要有一个音频放大器。在这些设备中,往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时,低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。1.2课题研究的目的和意义

研究目的:通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理,将平时所学习的知识运用到实验探索上,这对提高我们的动手能力,创新意识,及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我们也希望这次的研究能让同学进一步了解照明灯和音频放大的原理,而不是仅局限于课本知识以内。从小的突破点入手,掌握又一项科技知识,从而实现课堂外的又一次提高。

研究意义:用霞光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关,只有在天黑以后,当有人走过楼梯通道,发出脚步声或其它声音时,楼道灯会自动点亮,提供照明,楼道灯会延时几秒种后自动熄灭。在白天,即使有声音,楼道灯也不会亮,可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道,而且也适用于工厂。办公楼。教学楼等公共场所,它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点,适合于各种楼房走廊的照明设备。本次耳麦放大器的设计,旨在更清晰明确的理解和掌握三极管放大电路功能和原理。

第二章系统总体设计及方案认证

2.1 设计内容

本课程设计的内容是楼道声光控制照明灯及耳麦放大器的设计,声光控制照明灯的要求是在晚上有声音信号时,灯亮,无声延时5秒后熄灭,有声音时LED灯持续点亮。白天时,有无声音信号时,灯均不点亮。耳麦放大器的要求是能放大声音信号。

2.2 课题分析

本次楼道声光控制照明灯设计主要由声控电路,光控电路,放大电路,整形电路,延迟电路几部分组成。耳麦放大器设计包括声音信号采集电路,前置共射极放大电路,共集电极放大电路,负载电路几部分组成。

2.3电路原理

楼道声光控制照明灯电路由声控电路、光控电路及放大电路、单稳态延时电路组成,下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构。

光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。声音信号由驻极体话筒BM接收,经过反比放大,放大的信号送到NE555定时器的2,6脚。该电路可以对声控延时电路进行控制,在白天光线较强时,该电路在光控电路的作用下,处于关闭状态,对任何声音信号都不响应,在晚上光线较弱时,光控电路将该电路的功能打开,使得该电路能根据外界声音信号做出相应的响应。NE555定时器的输出去控制74HC123声控延时电路。该电路主要在光线较弱时起作用。这主要是通过光控电路的输出来控制的。

耳麦放大器的原理就是利用三极管的电流控制作用,将电源的功率转换成按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍,β是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流是原先的β倍的大信号,这现象称为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大,就完成了功率放大。这里我们用二个三极管作两级音频放大电路。

2.4 声控部分电路

因声音是一种模拟量且非电信号,是无法在数字电路中使用的,所以我们在设计声控电路时就面临怎样把模拟量转化为数字量,把声音信号转化为电信号的问题。声音传感器,可以直接将声音信号转换为电信号,大简化了电路结构,使声控电路的设计显得更加容易。即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。

在黑暗的条件下,给驻极体话筒一个声音信号,通过LM358放大,将信号传输给NE555集成块,通过NE555的3脚将信号传输给74HC123。从而使LED 发光。

声光控制照明灯及耳麦放大器的设计

图2-1 电路声控部分

2.5光控照明电路

利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点,去控制电信号的强弱,再由传感器将变化的电信号传递给触发器,只要电信号强度达到一定程度将触发触发器使其导通工作。

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图2-2 电路的光控部分

当光线照射到光敏电阻时,电阻阻值降低,其两端电压变小,LM358的“+”电压小于“-”,使得LM358输出一个低电频。从而使得74HC123引脚3(优先级别最高的RD’)输出低电频。LED灯灭。当无光照射时,光敏电阻阻值减小,两端的电压升高,从而使得74HC123的引脚三输入一个高电平。

2.6 延迟电路部分

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图2-3 电路延时部分

当B1输入高电平时,输出也是高电平,LED灯不亮,当B1输入低电平时输出也是低电平,LED灯亮。而其中电阻和电容起的是延时作用,将灯亮延时5秒。CLK起到了清零的作用,当低电平输入时,整个74HC123不工作。

2.7 NE555定时器

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成电路。555定时器的电源电压范围宽,可在4.5V~16V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电平兼容。555定时器成本低,性能可靠,只需外接几个电阻、电容,就可以实现多谢振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

NE555是一种应用特别广泛作用很大的集成电路于小集成电路,在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是内部的定时器来构成时基电路,给其他的电路提供时序脉冲。

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图2-4 NE555内部功能表

引脚功能:

(1)6脚TH:高电平触发端,当TH电平大于2/3VCC,输出端OUT呈低电平,DIS端通。

(2)2脚TR:低电平触发端,当TR电平小于1/3VCC,输出端OUT呈高电平,DIS端关断。

(3)5脚VCO:控制电压端,VCO若接不同的电压值可以改变TR低电平、TH的触发电平值。

(4)7脚DISC:为放电端,其内部三极管的导通或关断,能为外部RC

回路提充放电通路。

(5)4脚RD:为复位端,若RD=0,OUT输出低电平。

(6)3脚VO:为输出端。

(7)8脚VCC:电源。

表2—1 器件清单

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2.8声音信号采集电路

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2.9共射极放大电路

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2.10共集电极放大电路

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2.11负载电路

线圈就受磁场力的作用而上下运动,

2.12参数设计

74HC123为可重复单稳态触发器,根据其输出脉冲宽度

2ln ext ext w C R t =实现延时5s 。

要使LM358的声控放大电路的放大倍数为30~50,即

f v R R A 11+=在30和50之间,可选用1R =4.7K Ω、f R =150Ωκ,此时算得9.32≈v A 。

2.13方案认证

本次声光控制照明灯设计主要由声控电路,光控电路,放大电路,整形电路,延迟电路几部分组成。耳麦放大器的设计主要由声音信号采集电路,前置共射极放大电路,共集电极放大电路,负载电路几部分组成。其中,声光控制照明灯的声控电路与光控电路分别由LM358内部两个放大器组成。声控部分其实是一个负反馈放大器,主要是将驻极体话筒接受到的信号进行放大,输出到整流电路中。光控部分是一个由光敏电阻与另外几个电阻组成的电压比较器,由于NE555中4脚的特性。最后经过74HC123进行延迟,即可得到与设计内容相一致的电路。耳麦放大器主要部分是二个三极管的放大作用。

第一个三极管接成共射极放大电路,第二个三极管接成共集电极放大电路。驻极性话筒将声音信号转换为电信号。声音使话筒的膜片震动,与膜片相连的线圈也震动,从而在其所在的磁场中做切割磁感线运动,产生了随声音变化而变化的电流。通过三极管的放大作用将电流信号放大,这里采用两个三极管多级放大。将放大的信号经扬声器转变成声音信号。

第三章 硬件电路设计

3.1 74HC123功能说明

双可重触发单稳态触发器(有清除端)

简要说明:

123 为两个可以重触发的单稳态触发器,共有 54/74123 和 54/74LS123 两种线路结构型式,其主要电特性的典型值如下:

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123 的输出脉冲宽度tWQ 可由三种方法控制。一是通过选择外定时元件

CEXT 和RT 值来确定脉冲宽度,二是通过正触发输入端(A )或负触发输入端(B )的重触发延长tWQ ,三是通过清除端(CLR )的清除使tWQ 缩小。

管脚图:

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引出端符号:

CEXT1、CEXT2 外接电容端

Q1、Q2 正脉冲输出端

/Q1、/Q2 负脉冲输出端 /CLR1、/CLR2 直接清除端(低电平有效)

A1、A2 负触发输入端

B1、B2 正触发输入端

功能表:

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说明: 1.外接电容接在 Cext(正)和 Rext/Cext(正)之间

2.为了改善脉冲宽度的精度和重复性,可在 Rext/Cext 和Vcc 之间接

外接电阻。

3.为了得到可变脉冲宽度,可在 Rext/Cext 和 Vcc 之间接接可变电

阻。

H-高电平

L-低电平

X-任意

↑-低到高电平跳变

↓-高到低电平跳变

-一个高电平脉冲

-一个低电平脉冲

3.2 LM358功能说明

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电

的使用运算放大器的场合。

LM358主要参数:

●输入偏置电流45 nA

●输入失调电流50 nA

●输入失调电压2.9mV

●输入共模电压最大值VCC~1.5 V

●共模抑制比80dB

●电源抑制比100dB

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3.3 电路图的确定

经过分析,确定电路图。见附录

第四章硬件电路安装及调试

任何电子产品,无论电路的复杂程度都是由简单的电子元件和功能构成的,按电路工作原理,用一定的工艺原理方法连接而成。虽然连接方法很多,但是使用最为广泛的使用方法。

4.1 手工焊接

4.1.1 手工焊接的工具

1、电烙铁

电烙铁,是电子制作和电器维修必工具,主要用途是焊机元件及导线,按结构可分为内热式电烙铁和外热式电烙铁,按功能可分为焊接用电烙铁和吸锡用电烙铁,根据用途不同又分为大功率电烙铁和小功率电烙铁。内热式的电烙铁体积较小,而且价格便宜。一般电子制作都用20W-30W的内热式电烙铁。当然有一把50W的外热式电烙铁能够有备无患。内热式的电烙铁发热效率较高,而且更换烙铁头也较方便。

2、焊锡

焊锡是在焊接线路中连接电子元器件的重要工业原材料,广泛应用于电子工业、家电制造业、汽车制造业、维修业和日常生活中。

4.2焊接原理

目前电子元器件的焊接主要采用锡焊技术。锡焊技术采用以锡为主的锡合金材料作焊料,在一定温度下焊锡熔化,金属焊件与锡原子之间相互吸引、扩散、结合,形成浸润的结合层。外表看来印刷板铜铂及元器件引线都是很光滑的,实际上它们的表面都有很多微小的凹凸间隙,熔流态的锡焊料借助于毛细管吸力沿焊件表面扩散,形成焊料与焊件的浸润,把元器件与印刷板牢固地粘合在一起,而且具有良好的导电性能。锡焊接的条件是:焊件表面应是清洁的,油垢、锈斑都会影响焊接;能被锡焊料润湿的金属才具有可焊性,对黄铜等表面易于生成氧化膜的材料,可以借助于助焊剂, 先对焊件表面进行镀锡浸润后,再行焊接;要有适当的加热温度,使焊锡料具有一定的流动性,才可以达到焊牢的目的,但温度也不可过高,过高时容易形成氧化膜而影响焊接质量。

4.3 焊接注意事项

1、输入端与输出端的边线应避免相邻平行,以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。

2、尽可能缩短低频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。

3、某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。

( 1 ). 被焊件必须具备可焊性。

( 2 ). 被焊金属表面应保持清洁。

( 3 ). 使用合适的助焊剂。

( 4 ). 具有适当的焊接温度。

( 5 ). 具有合适的焊接时间。

4、焊点质量及检查对焊点的质量要求,应该包括电气接触良好、机械结合牢固和美观三个方面。保证焊点质量最重要的一点,就是必须避免虚焊。

(1).虚焊产生的原因及其危害虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的,它使焊点成为有接触电阻的连接状态,导致电路工作不正常,出现连接时好时坏的不稳定现象,噪声增加而没有规律性,给电路的调试、使用和维护带来重大隐患.

(2).对焊点的要求 a. 可靠的电气连接 b. 足够的机械强度 c. 光洁整齐的外观

(3).典型焊点的形成及其外观在单面和双面(多层)印制电路板上,焊点的形成是有区别的。

第五章总结

通过声光控制照明灯及耳麦放大器的设计课程,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。这个方案使用了光敏电阻、驻极体话筒、LED、LM358、NE555定时器、74HC123、s9013、s8050、变阻器等。

我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末的课程设计对我们的作用是非常大的。

我想说,设计确实有些辛苦,但苦中也有乐,在如今单一的理论学习中,很少有机会能有实践的机会,但我们可以,而且设计也是一个团队的任务,一起的工作可以让我们有说有笑,相互帮助,配合默契,大学里两年半的相处还赶不上这次的合作,我感觉我和同学们之间的距离更加近了;我想说,确实很难,但当我们看到自己所做的成果时,心中也不免产生兴奋;正所谓“三百六十行,行行出状元”。

也许有人不喜欢这类的工作,也许有人认为设计的工作有些枯燥,但我认为无论干什么,只要认真去做,一定会有好结果的。同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们课设成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。对我们而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富,经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

虽然不是第一次做课程设计了,但是这样的设计性、动手的课程设计确实

第一次,在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最后在老师的辛勤指导下,终于迎刃而解。

同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢!同时,对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢!

此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

在此,感谢于老师的细心指导,也同样谢谢其他各组同学的无私帮助!

参考文献

[1]、百度文库

[2]、阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社

[3]、.电子技术实验教程.高等教育出版.2005年

[4]、电子技术基础—模拟部分.康光华.高等教育出版.2005

[5]、电子实验与电子实践.南寿松.中国标准出版.2004

附录

声光控制照明灯及耳麦放大器的设计

声光控制照明灯电路原理图

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