数字电路课程设计任务书-声控开关

数字电路课程设计任务书——声控开关设计
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二零一三年一月
摘要
声控开关，全称是声控延时开关，是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发拾音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动断开电源的节能电子开关。

生活中，好多地方都使用声控灯照明，声光双控延时照明灯白天自动关闭，夜间有人走动时，其脚步声或谈话声可使电灯自动点亮，声音过后30s电灯又会自动熄灭。

这种延时照明控制开关能有效地消除长明灯、节约电能；
声控开关，即采用模电数电混合集成电路，进行逻辑运算，控制电路中电流。

其中重要部件光控电子开关，它的“开”和“关”是通过可控硅的通断来实现，而可控硅的通断又受自然光的亮度（或人为亮度）控制，故声控灯又名为声光控灯。

该装置适合广泛用于楼梯、走廊、路灯和厕所等场所的照明，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。

由于设计条件限制，该课程设计只涉及了声控部分和计数器部分，对光控部分不再进行分析。

本次设计主要是利用三极管基本放大电路、单稳态触发器、多谐振荡器等基本电路，利用74LS160、74LS47、74LS00、555等芯片实现电路声控的功能，做到声音信号发出时，二极管可以指示发光，计数器可以同步计数，声音信号消失时，二极管熄灭，计数停止进行清零。

声控器件，就是利用声音来控制电路的一种元件，当声音信号来临时，电路动作，一般声控器件是对震动敏感的物质，有声音时就接通（电阻变小），没有声音时就断开（电阻变的很大）。

再通过电路和芯片做个延时，就可以使有声音时电路接通一段时间。

计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。

例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。

关键词：声控开关、计数器、设计
一、设计说明
设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。

电路原理框图如图1所示。

驻极体话筒接收到一定强度的声音信号后，声音信号转换为电压信号，幅度很小，经放大、整形后，触发单稳态延时电路，产生一个宽度可调的脉冲信号，驱动发光二极管显示。

同时，这个脉冲信号作为选通信号，使计数器计数，并用数码管显示延时时间。

图1 声控开关原理框图
二、设计要求
1．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。

2．延时时间用LED数码管显示，时间单位为0.1s，显示范围为0~9.9s。

3．根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。

4．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。

5．进行实验数据处理和分析。

声控开关的设计
一、概述
声控开关在实际中的应用相当广泛，是一些声控灯基本组成部分，其原理适用于很多声控器械，它涉及到时序逻辑电路如何设计、分析和工作等方面。

通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理，从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种电路图，解决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。

二、方案说明
此方案采用74LS160计数器，74LS47译码器，集成运放放点电路，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等间电路。

驻极体话筒接收到一定强度的声音信号后，声音信号转换为电压信号，幅度很小，经放大、整形后，触发单稳态延时电路，产生一个宽度可调的脉冲信号，驱动发光二极管显示。

同时，这个脉冲信号作为选通信号，使计数器计数，并用数码管显示延
原理图如图1所示。

图1 声控开关原理图
从以上方案中可知，方案设有信号发生电路，放大整形电路，单稳延时，实基电路，计数器以及译码显示。

各部分功能明确且之间的联系容易理解，所以采用这种方案。

三、电路设计
1.放大整形电路
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。

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
图5 计数译码电路原理框图
四、性能的测试
1.放大整形电路的性能测试。

放大倍数为101倍。

用信号发生器代替声音信号。

仿真电路如图6所示。

放大电路性能测试如图7所示。

整形电路性能测试如图8所示。

图6 放大整形仿真电路
图7 放大电路性能测试图
图8 整形电路性能测试图
3.单稳延时电路性能测试。

输入信号为1000Hz，幅值为5V的信号源。

仿真电路如图9所示。

性能测试如图10所示。

图9 单稳延时仿真电路
图10 单稳延时电路性能测试
4.时基电路性能测试。

时基仿真电路如图11所示。

时基电路性能测试如图12所示。

图11 时基仿真电路
图12 时基电路性能测试
5.计数译码器电路性能测试。

用频率为1000Hz，幅值为10V的信号发生器的触发脉冲。

性能测试如图13所示。

图13 计数译码器电路性能测试
通过以上性能测试，得表1
调试时要用到万用表测量各个点位上的电压值，将接点分别接在电灯的开关上，用手轻拍声音传感器，灯亮，这时表示制作成功。

五、心得体会
通过此次设计，我进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了数显频率计的设计、组装与调试方法。

更加熟练的运用仿真软件，并学习了运用软件测试、调试、改进电路。

培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。

在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。

在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。

不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，学会了Multisim的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解。

在设计“声控开关”的过程中，不但让我体会到设计的繁琐与艰辛，同时也让我更好地巩固了以前所学的知识。

以前我一直这样认为，我们只要学好课本的专业知识就行，但我们并不一定要知道如何利用利用课本知识来完成某些设计，并实现它的功能。

而通过这次的课程设计让我大大改变了自己以前错误的想法。

虽然这段时间临近期末考试，让我感到时间非常的紧迫，人也很疲惫，但当我通过自己的努力，去图书馆找资料，上网参考其他人的设计程序和同学共同来完成设计的那一刻，所有的紧张，所有的疲惫都忘记了。

我想这就是所说的成就感吧！
这次我不但收获了努力的成果——“声控开关”，还从中充分感受到了“只要功夫深，铁杵磨成针”。

并坚信再难的困难我们也会努力去克服。

通过这次课程设计我相信这对于我在以后的发展中具有深远的影响。

总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，既为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。

附录
元器件清单。