声控开关的设计与制作

声控开关的设计与制作

一、设计任务与要求

1.设计一个声控开关，控制对象是发光二极管；

2.接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管（电流 5～10mA），延时时间在 1～10s 之间可调；

3.延时时间用数字显，时间单位为 0.1s，显示范围为 0～9.9s。

4.在选择元器件是，考虑成本。

5.根据技术指标，通过分析计算及确定电路的形式和元器件的参数。

二、方案设计与论证

设计方框图如图 1 所示。采用 74ls160 计数器及 74ls47 译码器，集成电路，由 555 构成的单稳态触发器和多谐振荡器以及施密特触发器，还有 74ls00 等门电路。驻极体话筒接收到一定强度的声音信号后，声音信号转化为电压信号，幅值很小，经放大、整形（施密特电路）后，触发单稳延时电路，产生一个宽度可调的脉冲信号，驱动发光显示电路。同时，这个脉冲信号作为选通信号，使计时器计数，并用数码显示。

驻极体话筒放施密特单稳大电路延时

时基电路选计译数码通数码显示

图 1 声控开关框图

设有信号发生电路、放大整形电路、单稳延时、时基电路、计数器及译码显示。各部分功能明确且之间的联系容易理解，两个同频信号中 f

R

为基准信号，

f

为被测信号，经放大整形后，变成正方波信号，再经二分频电路送入由异或门

S

可反映两信号的相位差。

组成的相位比较电路，其输出脉冲 A 的宽度 t

W

锁相环和 360 分频电路构成的是 360 倍频电路其输出B 的每一周期对应原信号的 1，所以可用它来度量相位差。控制电路的作用分为两方面，其一，当计数

结束时，产生锁存信号，将计数结果存入锁存器；其二，锁存后，再产生一短暂的清零信号，将计数器清零，为下一周期的测量做好准备。

1、因为集成运放起着放大的作用，所以它的输出信号应为输入信号的 101 倍。用 555 定时器构成的施密特触发器起整形作用。

2、异或门采用 74ls160 计数器，74ls47 译码器，用示波器检查并输出是否

反映了两信号的相位差。

3、锁相环采用低频锁相环 CD4046，选择合理压控振荡器的定时电阻和电容，

使其震荡频率在50×360=18kHz左右。环路滤波器采用简单的 RC 滤波器即可，

截止频率应低于 40Hz。

4、用 555 定时器构成的单稳态触发器起单稳延时作用，高电平触发，其中tw=1.1RC。时间是 0—10s 可调，C 取 100uF，可计算出 R 为 0—900 千欧的电位器。

5、控制电路用以产生锁存器的锁存信号（即时钟信号）和计数器的清零信号。可用两级单稳电路，其一接受 A 的下降沿触发，产生一正脉冲 CP；后者接

受CP 的下降沿产生清零脉冲。

三、单元电路设计与参数计算

1、放大整形电路

集成运放起着放大的作用，它的输出信号应为输入信号的 101 倍。用 555 定时器构成的施密特触发器起整形作用。如图 2 电路所示。

图 2 放大整形电路原理框图

2、单稳延时电路

用 555 定时器构成的单稳态触发器起单稳延时作用，高电平触发，其中tw=1.1RC。时间是 0—10s 可调，C 取 100uF，可计算出 R 为 0—900 千欧的电位器。如图 3 电路所示。

图 3 单稳延时电路原理框图

3、时基电路

用555 定时器构成多谐振荡器，控制单位时间 t=（R1+2R2）Cln2，其中t=0.1s，C 取10uF，可计算出 R=4.8 千欧。如图 4 电路所示。

图 4 时基电路原理框图

4. 计数译码电路

该电路将根据单稳延时电路和时基电路决定的主脉冲给计数器。计数器由十

进制计数器 74ls160 构成，译码器由 74ls47 构成。如图 5 电路所示。

图 5 计数译码电路原理框图

5、电源模块

为了得到直流电源，将 220V 频率为 50Hz 的单项正弦波交流电输入变压器，单相桥式电路中的整流桥的二极管选用IN4007。

图 6 电源电路原理图

四、总电路工作原理及元器件清单

1、总原理图

图7 总电路图

2、总体工作原理

电源电路采用降压、整流、滤波和稳压的组合电路，将 50Hz 的220V 交流电压变为直流电压。降压过程是将 220V 单相交流电压直接输入有一定匝数比的变压器，得到降压后的电压。然后将变压器副边的交流电压通过单相桥式整流电路，得到脉动系数较大的直流电压。为了减小电压的脉动，将经过整流桥整流后的直流电压通入由滤波电容构成的滤波电路，使输出较为平滑的电压。要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。稳压电路由电阻稳压二极管构成，利用二极管的稳压特性，使得到不受电网电压波动和负载电阻变化影响的稳定性较高的直流电压。

声控延时开关就是用声音来控制开关的“开启"，若干分钟后延时开关“自

动关闭"。因此，整个电路整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。声控延时开关使电路中的三极管处于截止放大或者饱和状态，从而控制部分特殊点的电位达到声光控的目的。

总电路图如图 7 所示。电容 C 具有通交流阻直流的作用，由于声音输入相当于一个正弦信号输入。当外界有声音发出时，开关闭合，可使三极管瞬间截止，集成电路 U3 的6 脚便连接 6V 电压正极，便相继使 U3 的3 脚输出低电压，4 脚和5 脚也为低电压，4 脚则输出高电压。该电压经二极管正偏导通，向电容器 C2 充电，又使 U2 的3 脚和4 脚为高电压，继续控制 U4 的10 脚输出低电压，12 脚和13 脚为低电压，11 脚输出高电压。使三极管导通，便使继电器工作，开关闭合，从而驱动灯泡放光。

当外界没有声音发出时，开关断开，三极管输入到集成电路 U3 的 2 脚一个低电平。又因 U3 的一脚也是高电压，便相继使 U3 的 3 脚输出高电压，5 脚和 6 脚也为高电压，4 脚则输出低电压。该电压经二极管正偏导通，又使 U4 的 8 脚和 9 脚为低电压，继续控制 U4 的 10 脚输出高电压，12 脚和 13 脚为高电压，11 脚输出低电压。三极管不工作，继电器无法产生电流，继而无法导通开关，从而灯泡不亮。

灯泡在晚上受声音控制发光后，若不再有响声输入到话筒，三极管又受分压正偏导通，使 U3 得3 脚输出高电压，U3 的4 脚输出低电压，二极管无正偏截止。但是电容器 C2 正极电压不会很快降低，它通过电阻器放电。由于电阻器的阻值较大，电容器 C2 上所充的电需要一定时间才能放完。这样就使 U4 的10 脚保持为低电平，11 脚保持为高电平，灯泡保持发光。只有等到电容器 C2 放点结束，使A 的8 脚，9 脚将为低电平，10 脚输出高电平，12 脚、13 脚位高电压，11 脚输出低电压后，通过三极管控制继电器的工作状态，以切断灯泡的电流回路，实现灯泡在延时亮一段时间后又自动熄灭，从而实现了延时功能。

3、元件清单