harbin institute of technology
課程名稱： 數字電子技術基礎
設計題目： 聲控開關的設計與製作
院系：航天學院-控制科學與工程系
班級： 0904101
姓名： 鄒桉
學號： 1090410108
同組人： 鄭天宇
指導教師： 劉英
時間： 2011/12/11
1090410120 鄒桉
一、 題目重述
任務：設計乙個聲控開關，控制物件為發光二級管。
基本要求：
（1） 接收到一定強度的聲音後，聲控開關點亮發光二極體（電流5～10ma），延時時間在1～15s之間可調。
（2） 延時時間用數字顯示（採用共陽極數碼管），時間單位可調，顯示範圍為1～15s。
擴充套件功能：
（1） 實現延時時間的精確顯示，精度為0.1s。
（2） 實現延時時間的精確調節，延時時間0-9.9s。
二、 電路設計
電路按功能分為四個部分：聲音接收機處理模組，時鐘發生模組，邏輯處理模組和顯示模組。
1． 聲音接收及處理模組的設計
採用駐極體話筒接收聲音頻號，經放大、整形後產生低電平訊號供邏輯處理電路使用，其原理圖如圖1所示。
圖1 聲音接收及處理模組原理圖
由於駐極體話筒產生訊號較弱，放大電路使用三極體構成兩個共射基本放大電路，並用555定時器構成施密特觸發器實現對訊號的整形。
2． 時鐘發生模組的設計
為了實現精確的計時功能，採用晶振配合分頻電路的方案構成時鐘。由於所需時鐘訊號頻率較低，僅為10hz，故在選用了常見晶振中頻率最低的一款（32.768khz）進行多次分頻。
一級分頻採用cd4060晶元，cd4060是一款常用的14級二進位制序列計數器，最高可實現8192（213）分頻，這裡對原時鐘訊號進行128分頻，得到256hz的方波訊號；二級分頻採用四位二進位制同步計數器74ls163晶元，構成13進製計數器對訊號進行分頻，得到19.69hz的訊號；由於採用計數器的清零訊號作為輸出，所得方波訊號占空比不為50%，故第三極採用由js觸發器構成的t觸發器對方波訊號進行處理，同時進行2分頻，得到9.85hz的方波訊號，誤差1.
5%，訊號可用。
圖2 時鐘發生模組原理圖
3． 邏輯處理模組的設計
該部分由2個十進位制計數器74ls160採用非同步計數的方法構成乙個100進製計數器，2個十進位制計數器分別與2個四位二進位制解碼器相連，通過解碼器將0-100的二進位制轉化為2個十進位制，其中左邊代表各位，右邊的代表十位。跳線開關分別與個位m和十位n相連，當計數器計數到nm時通過與非門給2個十進位制計數器74ls160清零訊號使計數器清零，從而實現了從0-（nm-1）的計數（共nm個數）。
圖3 邏輯處理模組示意圖
圖4 邏輯處理模組原理圖
二極體及時鐘的開關由rs觸發器控制，當音訊接收及處理模組產生乙個低電平時觸發器置1，二極體發光，時鐘開；當計數器清零訊號產生乙個低電平時，觸發器置0，二極體熄滅，時鐘關。
圖5 原理圖rs觸發器部分原理圖
4． 顯示模組的設計
採用共陽極數碼管配合74ls47解碼器構成顯示電路，其原理圖如下。
圖6 顯示模組原理圖
三、 測試結果及分析
1. 實物及執行狀態展示
圖7 實物**
圖8 執行中效果
2. 聲音接收及處理模組的測試
第一級放大，產生乙個低電平，幅值0.4v。
圖9 第一級放大波形
第二級放大，產生乙個高電平，幅值4.2v
圖10 第二級放大波形
經施密特觸發器後產生乙個比較標準的低電平。
圖11 施密特觸發器輸出波形
3. 時鐘發生模組的測試
時鐘訊號cp0，方波9.85hz。
圖12 時鐘訊號波形
四、 心得體會
這次數電課程設計給我了我很多感想。在做這次課程設計之前，我和同組的同學鄭天宇參加過了電子設計大賽，在有過這次經歷的基礎上，我們決定自己設計電路。在設計電路的過程中遇到了幾個問題，其中最大的問題是理論計算與實際硬體相結合。
當我們在設計數字邏輯部分時，理論設計沒有問題，當拿到安捷倫實驗室進行除錯的時候就遇到了乙個問題。我們通過試驗箱上的撥碼開關給晶元輸入計數訊號，可是我們發現當撥碼開關波動一次時，計數不止計了乙個，而且每次計數都不一樣。後來我們發現了問題，原來當撥碼開關波動一次時，實際上由於機械結構的原因會產生好幾個訊號，導致計數不準確。
當我們改用邏輯開關時，便順利的解決了這個問題。
附2：元件清單
數字電子技術基礎課程設計報告
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