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拍手开关
琼州学院本科生课程设计
《数字电子技术》课程设计
设计题目:
拍手开关
专业:
10通信工程
班级:
1班
学生姓名:
学号:
起止日期:
2012年5月-2012年6月
指导教师:
2012年6月
目录
摘要:
2
1.设计要求:
2
2.整体构思:
2
2.1设计思路框图2
2.2电路原理:
2
3.电路仿真:
4
3.1multisim介绍5
3.2multisim仿真电路5
4.电路各模块工作原理6
4.1音频放大电路6
4.2双稳态触发电路和显示电路7
5.电路的焊接安装与调试7
6.焊接实物图及结果8
7.在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施9
8.设计心得体会10
参考文献:
11
拍手开关
(10通信工程1班李增强王剑明)
摘要:
基于声控开关能给生活带来很大的便利,本次课程设计着手设计了一个拍手开关,即在当外界发生声音(拍手)时,控制电路接收声音信号并控制LED灯点亮,再次拍手时控制LED灯熄灭。
其组成部分主要是由音频放大电路和双稳态触发电路组成。
其实在生活实用中,LED灯可换用其他输出元件进行提示。
这小装置开关一定程度上方便了生活,还非常有乐趣。
本次课程设计是在学习了模电、数电等课程的情况下在老师的指导下进行的,最后圆满完成了本次课程设计。
关键字:
放大电路触发电路拍手开关
1.设计要求:
本次课程设计将要制作一个能实现拍手即开,再次拍手即关的小装置,装置中的发光二极管用于观察开关实现
2.整体构思:
2.1设计思路框图
2.2电路原理:
2.21电路原理图
图2.2电路原理图
本电路主要由音频放大电路和双稳态触发电路组成。
Q1和Q2组成二级音频放大电路,由MIC接受的音频信号经C1耦合至Q1的基极,放大后由集电极直接馈至Q2的基极,在Q2的集电极得到一负方波,用来触发双稳态电路。
R1、C1将电路频响限制在3kHz左右为高灵敏度范围。
电源接通时,双稳态电路的状态为Q4截止,Q3饱和,LED1不亮。
当MIC接到控制信号,经过两级放大后输出一负方波,经过微分处理后负尖脉冲通过D1加至Q3的基极,使电路迅速翻转,LED1被点亮。
当MIC再次接到控制信号,电路又发生翻转,LED1熄灭
2.22各元器件的的选择及检测方法
首先对元器件好坏进行检查。
本次需用到的元器件有电阻、电容、二极管、发光二极管、三极管、话筒、接线端、电源线、PCB板等。
二极管:
采用普通的整流二极管IN4148。
元件的选择可灵活掌握,参数可在一定范围内选用。
在测试时先把指针表满偏同时将指针表打到1K档,其次:
用表笔对电容进行放电,在用表进行测试,用红笔接负极,黑笔接正极;最后:
看指针的偏转,且还要指针还原,如能还原就表明电容正常,不能回到原位则表明电容漏电。
电容:
采用电容值为47μf和1μf的电解电容和103104的瓷片电容。
一般来说,电荷在电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上;造成电荷的累积储存,最常见的例子就是两片平行金属板。
也是电容器的俗称。
电解电容的正负极性不允许接错,当极性接反时,可能因电解液的反向极化,引起电解电容器的爆裂。
当极性标记无法辨认时,可根据正向连接时漏电电阻大、反向连接时漏电电阻相对小的特点判断极性。
交换表笔前后两次测量漏电电阻,阻值大的一次,黑表笔接触的是正极,因为黑表笔与万用表内电池正极相接(采用数字万用表时,红表笔接电池正极)。
但用这种办法有时并不能明显地区分正、负向电阻,所以使用电解电容时,要注意保护极性标记
二极管:
采用1N4148
主要分为三种:
整流二极管、稳压二极管、发光二极管;此外,还有开关二极管。
先打磨引脚,再用指针表测试,因二极管具有单相导电性,所以,在测试时,红笔接负极,黑笔接正极,若是导通,且红笔接正极,黑笔接负极,为截止,则表明二极管是正常的,若不是则表明二极管是坏的。
注:
发光二极管用10K,其它用1K档;发光二极管的光线是非常微弱的,因此,在观察是要仔细。
半导体二极管的极性判别一般情况下,二极管有色点的一端为正极,如果是透明玻璃壳二极管,可直接看出极性。
三极管:
S9013
半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。
在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结,组成一个PNP(或NPN)结构。
中间的N区(或P区)叫基区,两边的区域叫发射区和集电区,这三部分各有一条电极引线,分别叫基极B、发射极E和集电极C,是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。
电阻:
2.2K470K47K4.7K10K4701K的电阻。
使用万用表可以很容易判断出电阻的好坏:
将万用表调节在电阻挡的合适挡位,并将万用表的两个表笔放在电阻的两端,就可以从万用表上读出电阻的阻值。
应注意的是,测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。
3.电路仿真:
电路元器件选定后,在仿真软件multisim中调试电路,接收信号的MIC元器件用仿真软件中的电流源替代(如仿真图),由于三极管2N2102在本电路中的效果可以等效于三极管9013,所以仿真过程中选用2N2102。
3.1multisim介绍
Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。
作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具,Multisim是一个完整的集成化设计环境。
Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。
学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来,并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表
3.2multisim仿真电路
Multisim无驻极体话筒,所以用一个电流源来代替,通过控制电流源的通断来模拟拍手时驻极体话筒产生音频信号。
未拍手(电流源电流为零)时:
发光二级管不亮
图3.1未拍手时仿真电路图1
拍手时(电流源电流不为零)时:
发光二级管亮
图3.2拍手时仿真电路
4.电路各模块工作原理
4.1音频放大电路
图4.1音频放大电路
Q1和Q2组成二级音频放大电路,由MIC接受的音频信号经C1耦合至Q1的基极,放大后由集电极直接馈至Q2的基极,在Q2的集电极得到一负方波,用来触发双稳态电路。
R1、C1将电路频响限制在3kHz左右为高灵敏度范围
4.2双稳态触发电路和显示电路
图4.2触发及显示电路
电源接通时,双稳态电路的状态为Q4截止,Q3饱和,LED1不亮。
当MIC接到控制信号,经过两级放大后输出一负方波,经过微分处理后负尖脉冲通过D1加至Q3的基极,使电路迅速翻转,LED1被点亮。
当MIC再次接到控制信号,电路又发生翻转,LED1熄灭
5.电路的焊接安装与调试
准备好全套元件后,用万用表粗略地测量一下各元件的质量,做到心中有数。
焊接时注意先焊接无极性的阻容元件,电阻采用卧装,电容采用直立装,紧贴电路板,焊接有极性的元件如电解电容、整流二极管、三极管、晶闸管等元件时千万不要装反,注意极性的正确,否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。
调式:
当一个电路板焊接都完成后,在检查该电路板是否可以正常工作时,通常不要直接给电路板供电,而是要按下面的步骤进行检查,确保每一步都没有问题后在上电也不迟,以免造成不必要的危险。
(1)连线是否正确
如今,大家都是使用电路绘制软件进行电路板的设计,但是还是建议大家先画原理图在生成网络表来生成PCB的连接,有很多的初学者学习PCB电路板的软件是都是直接话PCB(我初学时就是这样的),在单片机的入门和设计各个小实验电路板时都是直接在元件库中拉出元件封装来话PCB,通常会导致很多管脚的错连。
如果你是使用很规范的电路设计步骤来设计的电路板,那么你的原理图是你检查的关键,这里需要检查的地方主要在芯片的电源和网络节点的是否标注正确,同时也要注意网络节点是否有重叠的现象,这是检查的重点。
另一个检查的重点是元件的封装。
现在很多的芯片的封装的不同,其引脚的顺序也是不同的,以前记得一个研究生在调试NEC的处理器是就有类似的事情发生,我记得他选用的是NEC的UPG78F9222的8位Flash处理器,但是其在设计电路时原理图中的是DIPPCB的封装对应的引脚,但是在PCB中是贴片的元件,管叫完全的不对应,导致上电是老是烧芯片,但是这样就会给调试者误导以为是自己的电源有问题。
(2)电源接口是否有短路现象
这里就体现出调试之前不上电的原因,有的电源接口短路,这样会造成你的电源烧坏。
有时会有电源爆炸的事故发生。
使用万用表测量一下电源的输入阻抗。
这是必须的步骤。
再设计是电源部分可以使用一个0欧姆的电阻来作为调试方法,上电前先不焊接电阻,检查电源的电压正常后在将电阻焊接在PCB上给后面的单元供电。
以免造成上电由于电源的电压不正常而烧毁后面单元的芯片,但是贴片的就更麻烦!
电路设计中增加保护电路,比如使用自恢复保险丝等元件。
(3)元器件安装情况
主要是检查有极性的元器件,如发光二极管,电解电容,整流二极管等。
以及三极管的管脚是否对应,对于三极,同一功能的不同厂家其管教的排序也是不同的。
所以最好使用万用表测试一下!
以上检查到位以后就可以通电调试了。
打开电源,给系统加上激励信号源(如拍手声、打击声),用眼睛直接观察发光二级管是否亮,再次加上激励时看是否熄灭。
6.焊接实物图及结果
图6.1通电时发光二极管未亮
图6.2拍手时发光二极管亮
图6.3再次拍手时发光二级管灭
7.在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施
问题:
出现焊接不牢及虚焊的问题。
原因:
造成焊接质量不高的常见原因是:
①焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积;焊锡过少,不足以包裹焊点。
②冷焊。
焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆腐渣一样!
)。
③夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。
若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜;若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。
对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。
对于已形成黑膜的,则要"吃"净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。
④焊锡连桥。
指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。
这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。
⑤焊剂过量,焊点周围松香残渣很多。
当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。
⑥焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。
这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当造成的。
解决办法:
清洁被焊元件处的积尘及油污,焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。
若所焊部位焊锡过多将烙铁头上的焊锡甩掉用光烙锡头"沾"些焊锡出来。
若焊点焊锡过少、不圆滑时,用电烙铁头"蘸"些焊锡对焊点进行补焊。
8.设计心得体会
在本电路的设计中,虽然我花去了很多的时间和精力,下了很大的功夫,因为实际的元件参数和外界环境的影响,和实际的理论值不太匹配,有些差异,使我明白了实践的重要性。
该电路从何用到了各种元器件,去图书馆查阅了相关的资料和书籍,并且上网也查询了相关的资料,获得了许多相关的信息,使我受益匪浅。
同时元器件的选择对本电路的成功与否也起着非常重要的作用。
通过本次的设计与制作,首先使我了解了设计电路的步骤与设计的理念,更加熟悉了各种元器件的参数及功能作用,对各种电路有了初步的了解;其次,通过这次课程设计对我们所学的一些知识(如模电、数电等)起到了加深和巩固的作用,也使我获得了搭建和调试实验电路的能力;最后,通过这次课设也锻炼了我的主动学习能力、与他人合作的能力.还可以从各种渠道获得一定的资料共同加以研究学习,提高了我们的实际动手能力,对我们以后的学习和工作都将有很大的帮助。
参考文献:
[1]阎石.数字电子技术基本教程[M].北京:
高等教育出版社,2011
[2]邱关源.电路[M].北京:
高等教育出版社,2006
[3]华成英.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2005
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- 拍手 开关