課程設(shè)計--聲光節(jié)能控制開關(guān)設(shè)計說明書

1、<p>　　------課程設(shè)計</p><p>　　題 目：數(shù)字石英鐘</p><p>　　專 業(yè)：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)</p><p><b>　　班 級： </b></p><p>　　姓 名：* * *</p><p><b>　　學(xué) 號：

2、 </b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：****</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．緒 論…………………………………………………1</p><p>　　2．總體方案……………………………………………2</p><

3、;p>　　3．各部分電路原理分析設(shè)計</p><p>　　電路的組成……………………………………4</p><p>　　測光原理………………………………………5</p><p>　　聲音的檢測與放大……………………………6</p><p>　　聲音信號的處理………………………………7</p><p>　　燈兩條件

4、的判斷……………………………10</p><p>　　節(jié)能燈電路圖………………………………11</p><p>　　燈亮?xí)r間的控制與調(diào)節(jié)……………………12</p><p>　　聲音次數(shù)累計和顯示………………………12</p><p>　　時間和次數(shù)的顯示…………………………12</p><p>　　4．安裝與調(diào)試……

5、……………………………………13</p><p>　　5．邏輯參考電路………………………………………14</p><p>　　6．結(jié)束語………………………………………………15</p><p>　　7．參考文獻(xiàn)…………………………………………17</p><p><b>　　緒 論</b></p>&l

6、t;p>　　課程設(shè)計是工科各專業(yè)的主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是圍繞一門主要基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課，運(yùn)用所學(xué)課程的知識，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用設(shè)計而進(jìn)行的一次綜合分析設(shè)計能力的訓(xùn)練。</p><p>　　課程設(shè)計旨在培養(yǎng)學(xué)生在本課程范圍內(nèi)，初步掌握解決實(shí)際應(yīng)用問題時所應(yīng)具有的查閱資料、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以及繪圖、調(diào)試等能力，為畢業(yè)設(shè)計及今后從事專業(yè)工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計是對我們

7、所學(xué)知識的一次實(shí)踐檢驗，目的在與培養(yǎng)我們測試電子電路和使用電子儀器的能力。通過對電子元器件的識別，性能的測試和對各種電子電路性能指標(biāo)的測量，鞏固所學(xué)的電子技術(shù)理論知識，學(xué)會正確儀器和科學(xué)地測量電路的方法，并通過綜合實(shí)驗進(jìn)行電路組裝、調(diào)試、故障排除等訓(xùn)練，提高實(shí)踐動手能力，為今后從事生產(chǎn)、科研工作打下基礎(chǔ)。同時，經(jīng)過實(shí)驗實(shí)訓(xùn)的鍛煉，使我們既學(xué)會生產(chǎn)第一線所需的基本技能，又培養(yǎng)良好的職業(yè)習(xí)慣和職業(yè)道德，為以后適應(yīng)工作崗位打好基礎(chǔ)。</

8、p><p>　　所選課題聲光控制節(jié)能開關(guān)，主要使用在教學(xué)樓和宿舍樓道內(nèi)的由聲、光控制的節(jié)能電路，即由人們發(fā)出的聲音和光線的亮暗程度聯(lián)合控制，白天電路不工作，燈滅，晚上電路可由聲音觸發(fā)，燈亮約30秒后，自動熄滅。聲光控制節(jié)能開關(guān)具有使用方便，安裝便捷，維修簡便，用電節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)，其可謂物美價廉。</p><p><b>　　總體方案</b></p><p&

9、gt;　　節(jié)能開關(guān)是一種由人們發(fā)出的聲音和光線的亮暗程度聯(lián)合控制的。白天的時候，明亮的光線使光敏電阻變小，這時就算有人發(fā)出聲音，燈也不會點(diǎn)亮；到了晚上，光線變暗，光敏電阻變大，能時燈亮的一個條件成立了，這時只要有人走路或開門的聲音被駐極體話筒接收，則聲控、光控?zé)艟妥詣影l(fā)光，在經(jīng)過一段預(yù)先設(shè)定的延時時間（可調(diào)）后，燈自動熄滅。其電路框圖如圖所示（下頁）</p><p><b>　　具體要求：</b&

10、gt;</p><p>　　拍掌聲或樓道步聲2-9下（要求數(shù)碼管顯示），VL方可點(diǎn)亮（次數(shù)要求可調(diào)）。</p><p>　　白天即使有人走動，燈亦不亮，光線需要暗到一定程度（可調(diào)），聲控、光控樓道燈才能工作。</p><p>　　燈點(diǎn)亮后延時30秒后自動熄滅以節(jié)約用電（時間要求可調(diào)）。（用一位數(shù)碼管顯示該時間）。</p><p>　　有一定

11、的抗干擾能力。</p><p>　　聲光節(jié)能控制開關(guān)電路框圖</p><p>　　白天/低電平 “1”停振/“0”起振 </p><p>　　晚上/高電平 </p><p>　　各部分電路原理分析設(shè)計</p><p><b>　　電

12、路的組成</b></p><p>　　聲音接收部分由駐極體拾音器完成</p><p>　　經(jīng)交流放大器和信號幅值比較器對信號進(jìn)行放大、比較</p><p>　　應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)整形電路將得到的多個小矩形波整形成可以延時的、有規(guī)律的方波（時間脈沖）</p><p>　　計數(shù)、譯碼、顯示部分</p><p>　　由C

13、D4518計數(shù)器（IC2a）和CD4511譯碼器及數(shù)碼管顯示器組成計數(shù)、顯示部分，計算拍掌次數(shù)。</p><p>　　由CD4518計數(shù)器（IC2b）和CD4511譯碼器及單穩(wěn)態(tài)延時電路，多諧振蕩器構(gòu)成秒振蕩器，該部分計算秒次數(shù)。</p><p>　　觸發(fā)部分是由整形、功率放大電路及雙向晶閘管、單穩(wěn)態(tài)延時電路形成觸發(fā)部分。</p><p><b>　　測光

14、原理</b></p><p>　　對聲、光控節(jié)能開關(guān)來說，光敏電阻就是它的感光器，光敏電阻是一種電導(dǎo)率隨吸收的光照強(qiáng)弱而變化的電子元件，它是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)特制而成的，它的電阻值隨光照的強(qiáng)弱而變化，MG型光敏電阻器適用可見光的光譜范圍0.4~0.76μm，主要用于各種光電自動控制，光電跟蹤以及照相機(jī)自動曝光等場合。</p><p>　　光敏電阻有亮阻、暗阻兩種不同的電阻，

15、亮阻是指光敏電阻器在受光照時所具有的阻值，暗阻是指光敏電阻在無光照時所具有的阻值。</p><p>　　光敏電阻器還有時間常數(shù)的特點(diǎn)，時間常數(shù)定義為：從光照開始到達(dá)到穩(wěn)定亮電流的63%所需要的時間，稱為時間常數(shù)，用τ表示。</p><p>　　綜上所述，光敏電阻器在白天的電阻小，晚上的電阻大。</p><p>　　本課題中，根據(jù)分壓電路結(jié)構(gòu)，得到白天低電平，晚上高電

16、平，因此，聲光控制節(jié)能開關(guān)是利用光敏電阻器來實(shí)現(xiàn)光控的。</p><p><b>　　聲音的檢測與放大</b></p><p>　　聲光控制節(jié)能開關(guān)是利用駐極體拾音器來接收外部聲音的，駐極體拾音器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖一所示</p><p><b>　　輸出</b></p><p>　　+4.5V

17、 圖一 駐極體拾音器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　駐極體振膜與背極靠得很近，他們之間的電容約30pF，由于容量小，該話筒輸出阻抗很高，約幾十兆歐，所以使用時必須使用阻抗變換器。當(dāng)外界有較大聲音被駐極體拾音器接收時，振膜受到振動，因為貼近背極，所以電容C減小，則電壓增大（U=Q/C，Q為電容上感應(yīng)的電荷），傳送出一個約10mV左右的電壓信號。</p><p>　　駐極體拾

18、音器把聲音信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后，再經(jīng)過交流放大器放大信號，在本課題中，我們選用集成四運(yùn)放LM324來實(shí)現(xiàn)，電路組成如圖二所示，交流信號經(jīng)放大后，輸出電壓約為2.5V。</p><p>　　+5V 1000pF</p><p>　　10kΩ </p><p><b&g

19、t;　　1MΩ</b></p><p>　　U1 _ </p><p>　　+ U0</p><p><b>　　+</b></p><p>　　0.1μF 10kΩ </p><p><b>

20、;　　圖二 交流放大器</b></p><p><b>　　聲音信號的處理</b></p><p>　　聲音信號經(jīng)過交流放大器放大后，輸出的是一種無規(guī)律的波形如圖四所示（作為遲滯電壓比較器的輸入），但經(jīng)過遲滯電壓比較器后可以獲得一密集的小矩形波，如圖五所示。遲滯電壓比較器電路如圖三所示，其中5.1kΩ是由調(diào)試時確定的。</p><p&

21、gt;　　雖然，放大后雜亂無章的尖波經(jīng)過遲滯電壓比較器比較，變成了矩形波，但是至此還不能讓電路正常工作，因為，當(dāng)我們一擊掌后，會產(chǎn)生4-5個矩形波，會使計數(shù)器誤以為擊掌4-5次了，因此我們需要采用單穩(wěn)態(tài)電路來解決這個問題，單穩(wěn)態(tài)電路的特點(diǎn)是只要一次觸發(fā)，可以延時一段時間（t），這樣就可以多個小矩形波變成方波，其波形如圖六所示。電路如圖七所示。</p><p>　　所以，聲音信號是經(jīng)過放大、整形、排除干擾的過程才能

22、輸入電路進(jìn)行工作。</p><p><b>　　+5V</b></p><p><b>　　1MΩ</b></p><p><b>　　10kΩ</b></p><p>　　Ui +</p><p>　　+

23、 Uo</p><p><b>　　_</b></p><p><b>　　5.1kΩ</b></p><p>　　圖三 遲滯電壓比較器電路</p><p><b>　　Ui/V </b></p><p>　　O

24、 t</p><p>　　圖四 遲滯比較器輸入波形</p><p><b>　　Uo/V</b></p><p>　　O t</p><p>　　圖五 遲滯比較器

25、輸出波形</p><p><b>　　Ui</b></p><p>　　O t</p><p><b>　　Uo</b></p><p>　　O

26、 t</p><p>　　圖六 輸入、輸出波形</p><p><b>　　3.3MΩ+5V</b></p><p>　　1MΩ 8 4</p><p>　　0.01μF 2<

27、/p><p>　　Ui 6 7555 3 Uo</p><p>　　7 </p><p>　　3.3MΩ 0.1μF 1 5</p><p><b>　　0.01μ

28、F</b></p><p><b>　　圖七 電路圖</b></p><p><b>　　燈亮條件的判斷</b></p><p>　　計數(shù)器CD4518輸出全為“1“，這有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端控制。</p><p>　　光敏電阻器處于黑夜（即沒有光線），光敏電阻為暗阻。</p>

29、;<p>　　這兩個條件必須同時滿足，才能使節(jié)能燈點(diǎn)亮，即這兩個條件是“與“的關(guān)系。</p><p>　　節(jié)能燈電路如圖八所示</p><p>　　該電路組成整形、功率放大電路，當(dāng)觸發(fā)電路的信號足夠大時，即控制極的電流足夠大時，雙向晶閘管導(dǎo)通，節(jié)能燈被點(diǎn)亮。</p><p>　　本課題中節(jié)能燈用發(fā)光二極管代替主回路。</p><p&

30、gt;<b>　　L</b></p><p>　　+5V EL （火線）</p><p><b>　　15W</b></p><p>　　200Ω g VT</p><p>　　1MΩ </p><p><b&

31、gt;　?。憔€）</b></p><p>　　5.1kΩ N</p><p><b>　　100kΩ</b></p><p><b>　　A100μF</b></p><p>　　5.1kΩ 綠</p><p>　　橙

32、 </p><p>　　圖八 節(jié)能燈觸發(fā)電路</p><p>　　燈亮?xí)r間的控制與調(diào)節(jié)</p><p>　　燈亮?xí)r間是由單穩(wěn)態(tài)延時電路來控制的，單穩(wěn)態(tài)延時電路可以通過調(diào)節(jié)電阻、電容的大小來改變延時時間的長短。</p><p><b>　　聲音次數(shù)累計和顯示</b></p><p>

33、　　課題中用CMOS系列的計數(shù)器CD4518和譯碼器CD4511及VL共陰極數(shù)碼管組成。</p><p><b>　　時間和次數(shù)的顯示</b></p><p>　　當(dāng)節(jié)能燈點(diǎn)亮的條件滿足時，這時代表節(jié)能燈的發(fā)光二極管亮起，多諧振蕩電路起振，顯示時間的計數(shù)器、譯碼器開始工作（顯示延時時間），經(jīng)過一定的時間t后，延時時間結(jié)束，多諧振蕩器停振，一個工作循環(huán)完成。</p

34、><p><b>　　安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　　調(diào)試時各點(diǎn)參考電壓</b></p><p>　　Ua=3.82V,Ub=2.44V,Uc=2.4V,Ud=3.67V,Ue=3.45V,Uf=0V,Ug=0.44V,</p><p>　　Uh=4.62V,Ui=4.8V,Uj=0V,

35、Uk=4.9V,</p><p><b>　　Ul=0V.</b></p><p>　?。ㄟ壿媴⒖茧娐啡鐖D見下頁）</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　經(jīng)過兩周的努力，基本上完成了課題的設(shè)計。在完成課題的過程中，我們的實(shí)踐能力增強(qiáng)了許多，而且在理論上也有了更深的認(rèn)識。實(shí)習(xí)

36、的過程實(shí)際是能力提高的過程。在調(diào)試電路，分析故障，性能測試的過程中，我們學(xué)到了許多課本上無法獲得的經(jīng)驗。剛開始設(shè)計時，我覺得無從下手，在圖書館經(jīng)過一番資料查找后，我發(fā)現(xiàn)它其實(shí)很簡單，只是還不會靈活運(yùn)用。這次課程設(shè)計讓我學(xué)會了一種設(shè)計電路的思想，就是分成多個模塊，逐一解決問題。</p><p>　　回頭看看我自己的設(shè)計作品，其實(shí)還存在著一些問題，還有待改進(jìn)。在本次課程設(shè)計中，老師只對我們進(jìn)行了宏觀的基本的指導(dǎo)，在設(shè)

37、計過程中，完全放手讓我們自己去搞。針對老師提出的課程設(shè)計問題，自己獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計。通過動腦動手及查閱圖書資料文獻(xiàn)等多種途徑解決問題，鞏固和運(yùn)用了在《電工學(xué)》、《數(shù)字邏輯》等課程中所學(xué)的理論知識和實(shí)驗技能，基本掌握了常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高了設(shè)計能力和實(shí)驗技能，為以后從事電子電路設(shè)計、研制電子產(chǎn)品打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　與其他課題相比較，這個課題中接線較為復(fù)雜，因此可就更考驗動手能力和全局布線的統(tǒng)籌

38、觀。通過線路布局優(yōu)化，避免了很多不必要的接線交叉，使得線路接線更簡單，接線的工藝也因為接線簡單而相應(yīng)提高，更容易驗證電路設(shè)計的合理性和科學(xué)性、可行性。電路的接線工藝是本設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)的很重要的因素。由于接線較為復(fù)雜，因此更能體現(xiàn)實(shí)踐課程的特色。</p><p>　　最后還要感謝*****老師對本次課程設(shè)計的指導(dǎo)，謝謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

39、;/p><p>　　曹國清主編。數(shù)字電路與邏輯設(shè)計，徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003</p><p>　　成葉琴 王海群主編。電子技術(shù)及實(shí)訓(xùn)（非電類專業(yè)），北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　鄒天漢編著。照明器具及其應(yīng)用電路，北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　張友漢主編。電子技術(shù)實(shí)驗與實(shí)訓(xùn)，北京：高等教育出版