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1、数字电子技术基础课程设计报告楼道声光控制照明灯设计论文姓 名：张鹏飞 指导教师：赵航 专 业：电子信息工程 班 级：D0744 学 号： 19 设计时间：2009年06月15日 至2009年6月26日 实验地点 ： 新实验楼406室 目录第1章：绪论-第2章：系统整体设计-21 楼道声光控制照明灯的工作原理22 设计方案论证第3章：硬件电路设计与焊接-31 驻极体32 LM3583. 3 光敏电阻3. 4 NE5553. 5 7412236 发光二极管第4章：电路调试与检测-4. 1 元器件42 排列元器件43 焊接PCB板第5章：总结与心得体会-参考文献-第1章 绪论 电子产业飞速发展，近1
2、0年来，我国电子信息产品制造业以3倍于GDP增长的速度高速发展，保持国民经济第一支柱产业的地位，预计今年将突破1.6万亿元。我国信息产品制造业已经进入世界前三位，成为世界信息产业大国，移动电话、DVD、彩电、程控交换机等产品以及不少电子元器件的生产量均位居世界第一。本篇论文研究有关电子产品中楼道声光照明灯的设计。用数字电路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。声光控电路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的亮；它与我们的生活息息相关，在生活中我们会遇见许多声光双控的电路形式。广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给
3、人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）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。那么它们的内部电路结构又是怎样？本篇论文将谈论它的内部结构、工作原理、元件特性、PCB制版、电路焊接等有关内容。本篇论文有关楼道声光控制照明灯的设计能使人们在不知不觉中感受电子产品的方便。第2章 系统整体设计2.1楼道声光控制照明灯的工作原理光控电子开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所
4、控制的。该装置起到日熄夜灯的控制作用，以节约用电。此开关白天控制灯不亮，晚上有声音自动点亮，延时一段时间自动关断。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）和光转化为电信号，经放大、整形输出开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制电器和家用电器方面有着广泛的用途. 本课题研究的是声光控延迟节电照明灯，在设计之前要查找相关与其对应的知识。其主要工作方法是由声控和光控传感器来感应周围环境的变化，而做出相关的动作，从而控制照明灯的开关。白天当光线照射到光敏电阻上时，其通过感应使电路封锁声音通道，使声音脉冲不能通过，则灯泡不受声音控制，即声控传感器暂时失去作用，灯泡不亮。夜间或光
5、线较暗时，光敏电阻因无光照呈低阻，经感应使声音通道开通，当有人走动或有人谈话时，通过声控传感器的感应，使得灯泡自动点亮，经过内部设定的时间后，灯泡自动熄灭。 22 设计方案论证设计方案：设计一个声光双控延迟节电照明灯。要求如下：（1） 它可以直接取代普通照明开关而不必更改原有照明线路。（2） 白天或光线较强的场合即使用较大的声响也能控制灯泡不亮，晚上或光线较暗时遇到声响（比如说话声、脚步声等）后自动点亮，经约5秒自动熄灭。（3） 它有两个传感器，即：A：一个声控传感器 B: 一个光控传感器验证方案：按照设计的原理，以及阅读相关方面的材料，用相应的器件按照设计电路图接好，然后开始试验。论证方案：
6、试验开始后，若与设计要求相符合则试验成功，反之，则试验失败。预期结果： 设计安装后，白天当有人在走道行走或说话时，灯泡不会点亮，而当晚上或光线较暗，只要有声响，则灯泡自动点亮，经设定的时间后熄灭。 设计图如下： 图2.2.1楼道声光控制照明灯的工作原理 图2.2.2 3D图通过已有器件和简单方面的比较，采用第一种方案。第3章 硬件电路设计与焊接31 驻极体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、声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。 图
7、3.1.1 图3.1.2 图3.1.3声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当膜片遇到声波振动时，引起电容两端电厂发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。 32 LM358LM358 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
8、大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 图3.2 LM35833 光敏电阻光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。本试验用到的光敏电阻器结构如图所示。 图3.3.1 图3.3.234 NE555NE555 (Timer IC)大约在1971由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的
9、Timer IC，在往后的30非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电，尽管近CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前可直接的代用。 NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率只脉拨信号a. NE555的特点有： 1.只需简单的电
10、阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 b. NE555引脚位配置说明下： 图3.4.1NE555接脚图意义 Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC
11、 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。Pin 7 (放电
12、) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。它是一种阈值开关电路，具有突变输入输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。当输入电压由低向高增
13、加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的.如下图所示： 图3.4.2 图3.4.3施密特触发器的应用1. 波形变换可将三角波、正弦波等变成矩形波。2. 脉冲波的整形数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。 图3.4.43. 脉冲鉴幅幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。35 74122CT74122TR-A、TR-B是两个下降沿
14、有效的触发信号输入端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5k50k）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。当定时电容C1000pF时，74122的输出脉冲宽度：tp0.32RC 图3.5.1 74122 图3.5.2单稳态触发器 1.单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。2.在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。3.由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维
15、持的时间取决于RC的参数值。 图3.5.3有些集成单稳态触发器上还设有复位端（例如74221、74122、74123等）。通过复位端加入低电平信号能立即终止暂稳态过程，使输出端返回低电平。在图中，单稳态触发器的输出电压v/O，用做与门的输入定时控制信号，当v/O为高电平时，与门打开，vO= vF，当v/O为低电平时，与门关闭，vO为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳态触发器输出脉冲v/O的宽度tW。 (1) 输出脉冲宽度tW输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，也就是定时电容的充电时间。由图8.41（b）所示电容电压vC的工作波形不难看出vC（0+）0V，vC（）=VCC，vC（tW）
16、=，代入RC过渡过程计算公式，可得： （2）同相比例放大电路的输入信号是从集成运放的同相输入端引入，输出信号按比例放大，并与输入信号同相。 电压放大倍数： 图3.6 3、6 发光二极管发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。第4章 电路调试与检测4、1 元器件实验器材： 绝缘实验台，5V电压源，面包板，电子示波器，光敏电阻(一个);驻极体话筒(一个);运放LM358、74LS122、
17、NE555（各一个）；单稳态触发器（一个）：发光二极管（一个）；电容（若干）；电阻（若干）；导线（若干）。实验工具： 剥线钳；镊子；焊锡；数字万用表,偏口钳,电烙铁。设计要求： 设计一楼道计声光控制照明灯电路，要求（黑罩模拟）有声音信号时使灯（用LED发光管模拟）点亮；无声时延迟5秒后熄灭，声音间隔小于5秒则LED持续点亮，白天有声无声均不亮。元件参数：R=4.7K，R1=10K，RF =150K,R2=330，C1=10Uf,C2=4.7uF4、2 排列元器件根据电路图，在PCB板上连线，布局有条理、简单、正确，如电源在上面，地线在下面一排，导线不能有交叉等。如下图利用DXP设计的PCB板。
18、4、3 焊接PCB板焊接技术就是高温或高压条件下，使用焊接材料将两块或两块以上的母材连接成一个整体的操作方法。焊接技术主要应用在金属母材上，常用的有电弧焊，氩弧焊，CO2保护焊，氧气-乙炔焊，激光焊接等多种，塑料等非金属材料亦可进行。 焊接：焊接是通过加热、加压，或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程。第5章：总结与心得体会为了节约电能，市场上出现了多种节电灯，如声光双控灯、微波感应灯和热释远红外感应灯等。据调查，微波感应灯的抗干
19、扰性能不是很理想；红外感应灯的性能比较理想，但价格较高，多用于一些管理完善的宾馆等场所。从性价比角度考虑的话，普通住宅楼、办公楼道等普通场所还是以声光双控灯为主。本次课设是楼道声光控制灯的设计，我学会了很多知识。掌握了声光控制的工作原理、更多的电子器件、更美观的连接电路在PCB板上、焊接等。连电路时，本以为会很快完成，但要不能交叉，美观，用了一下午的时间。同时焊接，要小心翼翼，还有技巧，就要通过多次练习，我明白了实践的复杂、辛苦和重要性。按照正确的电路图，焊接也成功了，使我觉得要有丰富的理论基础。这次做的课设是与生活实际相关的，使我明白科学技术在推动生活进步方面的重要地位，使我对专业更加了解、
20、喜爱。展望电子产业，新型电子信息产品和相关服务培育成为消费热点，信息技术应用有效带动传统产业改造，信息化与工业化进一步融合。稳步推进电子信息加工贸易转型升级，鼓励加工贸易企业延长产业链，促进国内产业升级。形成一批具有国际影响力、特色鲜明的产业聚集区。产业创新体系进一步完善。这就要求学生们有更渊博的知识，所以应在以后的学习中多学一些知识，同时更应培养动手能力。未来电子业加速行业解决方案的开发和推广，组织开展行业应用试点示范工程，支持RFID（电子标签）、汽车电子、机床电子、医疗电子、工业控制及检测等产品和系统的开发和标准制定。我们应该开拓眼界，学习多方面的有用知识。第6章 参考文献1数字电子技术基础（第五版） 阎石 高等教育出版社 2电子技术基础模拟部分（第五版） 康华光 高等教育出版社3模拟电子技术 周雪 西安电子科技大学出版社， 20044实验电子技术 李振声 国防工业出版社， 20035电力电子技术 王兆安 机械工业出版社， 200015