1、拍即亮小夜灯课设报告课程设计说明书课程设计名称： 模拟电路课程设计 课程设计题目： 即拍亮延时小夜灯 学 院 名 称： 南昌航空大学信息工程学院 专业： 通信工程 班级： 110423班 学号： 110423 姓名： 评分： 教师： 2013 年 3 月 6 日 模拟电路 课程设计任务书20122013 学年第 2学期第 1 周 3 周 题目即拍亮延时小夜灯内容及要求 声控； 延时点亮小夜灯。进度安排第1周：查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；第2周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计；第3周：检查设计结果、撰写课设报告。学生姓名：指导时间：周一
2、、周三、周四下午指导地点：E 楼 311室任务下达2013 年2月25日任务完成2013 年 3 月15日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。摘 要拍即亮延时小夜灯主要作用于夜晚照明，只需拍手小灯珠即可发亮照明，方便实用，照明时长可通过调节相应电阻阻值实现，待不需照明时小夜灯即可自动熄灭，简单易操作，极具实用性。关键字：NE555、延时、单稳态延时电路。目 录前 言 1第一章 系统组成及工作原理 21.1 声控脉冲触
3、发电路 21.2 单稳态延时电路 31.3功率驱动放大电路 3第二章 电路方案设计 42.1 系统设计方案 42.2元器件选择 5第三章 单元电路分析与设计 63.1 基本方案介绍 63.2 声控脉冲触发电路 63.3 单稳态延时电路 6第四章 系统调试与结论 8参考文献 9前 言当你在漆黑的夜晚需要照明却在苦苦摸索着电灯开关时，是否期望有一盏易于控制的照明灯，然而我们经常使用的灯泡都是人为机械地控制它的，这对于当今社会各种智能化的建筑来说是非常不实用的。随着人类社会的进步和电子科技的发展，声控电灯的出现实现了方便与节能的双赢，拍即亮延时小夜灯即是最好的体现。然而，声控并非不是一件容易的事情，
4、声控是模拟量，无法精确的转化为数字电路中的电信号，所以我们面临的第一个问题便是如何将声音信号转换为电信号。其后随之而来的便是声音信号的强弱对电路的影响，太强不易控制，太弱又无法实现功能，而本电路中的拍掌声转换为电信号时较为微弱，所以需要用到功放电路对其进行放大以实现声控灯的效果。目前，第一个声控家电例子是洗衣机，让消费者通过声音命令操作洗衣机操作面板，移动电话也可通过声控启动拨号程序最新的声控设备是翼卡车联网，当您需要导航时，您只需按下一键导航按钮，说出目的地，客户服务中心将为您规划最佳路径，将语音导航数据直接下发到您的车辆。免去驾车时繁琐的查询和设定，只需动口，无需动手。第一章 系统组成及工
5、作原理本次课程设计总电路图由3部分组成：声控脉冲触发电路、单稳态延时电路、功率驱动放大电路。1.1 声控脉冲触发电路声控脉冲触发电路主要由压电陶瓷片组成，压电陶瓷片如图1.1所示：图1.1压电陶瓷片工作原理：当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。1.2 单稳态延时电路555定时器是一
6、种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器的内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。555 定时器的功能
7、主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。1.3功率驱动放大电路本电路中使用360电阻一个和9012三极管一个共同组成功率驱动放
8、大电路，其中360电阻起到保护电路的作用，9012三极管起到放大电流的作用，以驱动小电珠发亮。第二章 电路方案设计2.1 系统设计方案即拍亮延时小夜灯原理图如图2.1所示：图2.1压电陶瓷片B与晶体三极管VT1，电阻R1，和电阻R2等组成了声控脉冲触发电路，时基集成电路IC与电阻R3，电容器C等组成了典型单稳态延时电路，晶体三极管VT2，VT3和电阻R4，R5等组成了小电珠H的功率驱动放大电路。整个电路的电源由干电池GB提供。 平时，由于晶体三极管VT1的偏流电阻R1取值较大，所以VT1趋于截止状态，其集电极输出电压高于1/3VDD=1.5V，与之相连的时基集成电路IC的低电位触发端2脚处于高
9、电平，单稳态电路处于稳态。电容器两端通过IC的7，1脚被IC内部导通的三极管短路，IC的3脚输出低电平，VT2，VT3均无偏流而截止，小电珠H不发光。 当在有效距离范围内拍一下手掌时，突发的声波被压电陶瓷片B接收，并转换成微弱的电信号，该信号的正半周经VT1放大后，从其集电极输出负脉冲，时基集成电路IC的2脚获得瞬间低于1/3VDD=1.5V 的低电平触发信号,使IC组成的单稳态电路受触发进入暂稳态(即延时状态),IC的3脚输出高电平,VT2获得适合的偏流而导通,VT3进入完全饱和导通状态,小电珠通电发出亮光，随着IC的3脚变成高电平，IC内部导通的三极管截止，解除对电容器C的短路，电池GB通
10、过电阻R3向电容器C开始充电，当C两端的充电电压（即IC的高电位触发端6脚电位）达到2/3VDD=3V时，单稳态电路翻转恢复稳态，IC内部三极管重新导通，C通过IC的7，1脚放电并被再次短路，IC的3脚重新输出低电平，导通到VT2，VT3失去偏流而截止，H断电自动熄灭。 电路中，小电珠H每次延时点亮的时间长短，取决于单稳态电路中电阻器R3，电容器C的时间常数，具体可以通过公式：T=1.1*R3*C来估算。按图选择R3和C的值，H延时点亮的时间约为1min。在晶体三极管VT1电流放大系数，R1电阻值确定的情况下，通过改变R2的电阻值，可调整静态时IC的2脚电位高低，也就是说，通过适当调整R2的电
11、阻值，可以控制声控灵敏度。 2.2元器件选择U1选用静态功耗很小的CMOS时基集成电路（又称“555时基集成电路），如5G7555，CB7555，CH7555，SG7555型等，它是一种模拟，数字混合集成电路。这种CMOS时基集成电路的静态电流很小，只有75uA左右（4.5V工作电压下测定），而且工作电压低（实测不低于2V就能工作）。常用的普通TTL工艺生产的“555”时基集成电路，因其功耗大，要求工作电压较高（4.5V），所以不适宜在本制作中使用。 VT1，VT2均选用9014（集电极允许最大电流ICM=0.1A，集电极最大允许功耗PCM=310mW）或3DG8型硅NPN小功率三极管，要求V
12、T1的电流放大系数200，VT2的电流放大系数100，VT3选用9012（ICM=-0.5A,PCM=625mW)或3CG23型硅PNP中功率晶体三极管,要求电流放大系数50。R1-R5均选用RTX-1/8W型碳膜电阻器。C用漏电很小的优质CD11-10V型电解电容器。B用27mm压电陶瓷片，如FT-27，HTD27A-1型等，要求配上简易塑料或金属共振腔盒。H用手电筒常用的3.8V,0.3A小电珠(三节干电池供电的手电筒专用)。GB用三节5号干电池串联（须配塑料电池架）而成，电压4.5V.。第三章 单元电路分析与设计3.1 基本方案介绍当在有效距离范围内拍一下手掌时，突发的声波被压电陶瓷片接
13、收，并转换成微弱的电信号，该信号的正半周经VT1放大后，从其集电极输出负脉冲，时基集成电路U1的2脚获得瞬间低于1/3VDD=1.5V的低电平触发信号,使IC组成的单稳态电路受触发进入暂稳态(即延时状态),U1的3脚输出高电平,VT2获得适合的偏流而导通,VT3进入完全饱和导通状态,小电珠通电发出亮光，随着U1的3脚变成高电平，U1内部导通的三极管截止，解除对电容器C的短路，电池GB通过电阻R3向电容器C开始充电，当C两端的充电电压（即U1的高电位触发端6脚电位）达到2/3VDD=3V时，单稳态电路翻转恢复稳态，U1内部三极管重新导通，C通过IC的7，1脚放电并被再次短路，IC的3脚重新输出低
14、电平，导通到VT2，VT3失去偏流而截止，H断电自动熄灭。 3.2 声控脉冲触发电路延时小夜灯采用了谐振频率较高（约4K左右）的压电陶瓷片B作为声波传感器，所以对猝发的击掌声，硬物相碰撞声反应灵敏，而对于人们的讲话声以及环境其他低频率的嘈杂声，却反应不灵敏。也就是说，电路具有比较好的防误触发性能。当然，将电路声控灵敏度调得比较高时，防误触发能力就会相应降低。这一点在调试声控灵敏度时，要掌握并统筹兼顾好。3.3 单稳态延时电路延时时间是由NE555外围的RC元件决定的，改变R、C的大小就可以控制延时的长短。延时时间t=1.1*R3*C。本次试验中选择R3=100k,C4=47F,使得延时时间t=
15、5.170s。电容、电阻的取值不应太大，随着t宽度的增加，它的精度和稳定度也会下降，同时小电珠会亮很久，造成资源的浪费。取值太小，效果不明显，灯很快就灭了。图3.1 即拍亮小夜灯布线图第四章 系统调试与结论即拍亮延时小夜灯原理图较为简单，但是在用multisim仿真时还是遇到了一些问题。用何原器件或仪器代替压电陶瓷片以实现脉冲触发电路的功能费了些许时间，最终确定以函数信号发生器代替。但毕竟声音信号是模拟量，在数字电路中无法精确模拟,着手焊接时心中还是有所疑虑。在焊接完成后发现电路灵敏度不高，根据原理图原理，将R2的阻值从1m改为10k，发现灵敏度有所提高。经过调试好电路后，测得电路工作时，延时
16、为5秒左右，而本次设计中延时由NE555外围的元件决定，延时1.1*3*1.1*100k*47F5.170秒，基本满足设计要求。造成一定误差的原因可能是各元件自身精确度有限，特别是电容元件误差比较大，也可能受周围声音影响。实验表明，要使延时精度和稳定度更高一些，电阻，电容的值不应过大或过小，还要适当控制信号的放大倍数，以免造成过于灵敏。 图4.1 实物图正面 图4.2 实物图反面参考文献1.肖景和,555集成电路应用精粹M，北京：人民邮电出版社，20072.张友汉,电子线路设计应用手册M，福建：福建科学技术出版社，20003.郝鸿安,555集成电路实用大全M,上海：上海科学普及出版社，20064.陈兆仁,电子技术基础实验研究与设计M,北京：电子工业出版社，20005.毕满清,电子技术实验与课程设计M,北京：机械工业出版社，20036.王港元,电工电子实践指导M,江西：江西科学技术出版社，2005
