課程設計說明書
課程設計名稱： 模擬電路課程設計
課程設計題目即拍亮小夜燈
學院名稱： 南昌航空大學資訊工程學院
專業： 通訊工程班級
學號姓名
評分教師
2013 年 3 月 11 日
模擬電路課程設計任務書
2012－2013 學年第 2學期第 1 周－ 3 周
注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長乙份；任課教師授課時自帶乙份備查。
2、課程設計結束後與「課程設計小結」、「學生成績單」一併交院教務存檔。
摘要本次課題是設計一簡單的即拍延時小夜燈,它實際上是乙個「聲控延時小燈」。設計採用壓電陶瓷片、晶體三極體構成聲音採集訊號電路，通過555電路對訊號放大並同時由rc充放電路進行延時，最後再由晶體三極體對電流進行放大，採用5.0v的直流供電，使小電珠發光，以達到實驗目的。
此設計能很好地控制燈的亮滅,即在有聲音或**的情況下燈亮，其他情況下燈滅,從而達到節能的效果。
關鍵詞：聲控脈衝觸發器；時基；延時
前言自2023年愛迪生點燃了第一盞真正有廣泛實用價值的電燈後,電燈就被人類廣泛的應用，然而我們經常使用的燈泡都是人為機械地控制它的，這對於當今社會各種智慧型化的建築來說是非常不實用的。當夜晚走在漆黑的樓道,是否在為找不到開關而絞盡腦汁？在日常生活中可以發現很多時候我們需要燈的時候卻沒有或者不能夠實現智慧型控制,而聲控燈的設計就能夠滿足人們的需求。
科技發展給我們帶來了許多方便,同樣在燈光控制方面它也給我們帶來便利。公共場所照明越來越朝著智慧型化、人性化的方向發展。現在市場上不僅有聲光控開關,還有微波感應開關和熱釋遠紅外感應開關。
目前,微波感應開關的抗干擾性能尚不理想,紅外感應開關在效能上較為理想,但安裝複雜,**也偏高。而聲光控不僅**低廉,安裝方便,而且也能有很好的控制效果,因此聲光控可以有乙個很好的應用前景。
本次課題設計是聲光控燈控制系統設計的前身設計——聲控燈系統,此控制燈系統的設計採用模組化結構,主要由聲控電路,延時電路組成。在設計此控制系統時,採用模組化的設計思想,使設計起來更加簡單、容易、條理清晰。這種設計思路可以應用於以後的大型產品設計中,團隊分配工作中發揮重要作用,能夠大大的降低難度也不會因為乙個小模組沒出來而影響總體的進度。
聲控燈控制系統有對聲音頻號進行識別並通過延時電路使燈泡亮的功能。利用5v直流穩壓電源供電,用壓電陶瓷片檢測聲音頻號並通過555時基整合晶元對訊號進行放大,對聲音頻號進行邏輯分析,rc充放電電路控制驅動燈泡。當有聲音會亮,無聲音則不亮,該聲控燈控制系統能很好的實現設計要求,相比市場上的一些產品而言,具有成本低廉效能良好的優點。
同時,為了更清楚地理解怎樣通過所學的知識和動手實踐能力來掌握對模擬電路知識的應用,為今後的學習奠定基礎和對本專業的深入認識,為步入社會做一定的基礎。而且本實驗著重在於對如何做到用聲音來控制電路,從而將其更好的應用至日常生活中來,對於專業而言並不是在紙上如何談兵而需要的是實踐操作能力的提公升。通過一定的知識和動手能力,達到初步了解即拍延時小夜燈的原理,繼而才可以再次擴寬視野。
第一章設計內容及要求
基本要求：1、聲控
2、延時點亮小夜燈
提高要求：1、電路板布局合理，能夠得到充分利用，元器件擺放平行、整齊，焊接美觀，線要走直。
2、做出的產品在實際中能夠經久耐用。
第二章電路方案選擇
2.1 方案一電路原理圖如圖2.1.1所示：
圖2.1.1方案一原理圖
「一拍亮」延時小夜燈的電路實際上是乙個「聲控延時小燈」電路。壓電陶瓷片b與晶體三極體vt1，電阻r1，和電阻r2等組成了聲控脈衝觸發電路，時基積體電路ic與電阻r3，電容器c等組成了典型單穩態延時電路，晶體三極體vt2，vt3和電阻r4，r5等組成了小電珠h的功率驅動放大電路。整個電路的電源由直流穩壓電源提供。
平時，由於晶體三極體vt1的偏流電阻r1取值較大，所以vt1趨於截止狀態，其集電極輸出電壓高於1/3vdd=1.5v（vdd等於電源電壓，即4.5v），與之相連的時基積體電路ic的低電位觸發端2腳處於高電平，單穩態電路處於穩態。
電容器ｃ兩端通過ic的7，1腳被ic內部導通的三極體短路，ic的3腳輸出低電平，vt2，vt3均無偏流而截止，小電珠h不發光。
當在有效距離範圍內拍一下手掌時，突發的聲波被壓電陶瓷片b接收，並轉換成微弱的電訊號，該訊號的正半周經vt1放大後，從其集電極輸出負脈衝，時基積體電路ic的2腳獲得瞬間低於1/3vdd=1.5v的低電平觸發訊號,使ic組成的單穩態電路受觸發進入暫穩態(即延時狀態),ic的3腳輸出高電平,vt2獲得適合的偏流而導通,vt3進入完全飽和導通狀態,小電珠通電發出亮光，隨著ic的3腳變成高電平，ic內部導通的三極體截止，解除對電容器c的短路，電池gb通過電阻r3向電容器c開始充電，當c兩端的充電電壓（即ic的高電位觸發端6腳電位）達到2/3vdd=3v時，單穩態電路翻轉恢復穩態，ic內部三極體重新導通，c通過ic的7，1腳放電並被再次短路，ic的3腳重新輸出低電平，導通到vt2，vt3失去偏流而截止，h斷電自動熄滅。
電路中，小電珠h每次延時點亮的時間長短，取決於單穩態電路中電阻器r3，電容器c的時間常數，具體可以通過公式：t=1.1r3c來估算。
按圖選擇r3和c的值，h延時點亮的時間約為5s。在晶體三極體vt1電流放大係數β，r1電阻值確定的情況下，通過改變r2的電阻值，可調整靜態時ic的2腳電位高低，也就是說，通過適當調整r2的電阻值，可以控制聲控靈敏度。
2. 2 方案二電路原理圖如圖2.2.1所示：
圖2.2.1 方案二原理圖
方案二採用咪頭進行聲電轉換，咪頭可當做乙個聲音感測器，與r1組成聲控電路，將聲音頻號轉換成電訊號。晶元lm324與電阻等連成乙個兩級電壓放大電路，同時，電路中還有連線耦合電容起旁路作用。ne555定時器與電阻、電容連線成單穩態觸發器，實驗時應選擇靈敏度較高的發光二級管等元器件，延時可通過調節電容、電阻來實現，但一般不要使延時時間過長。
整個電路的電源由5v直流穩壓電源提供。
比較方案一和方案二，方案一所用的元器件更為常用，且方案一的電路更為簡單，在焊接操作過程中更易操作。因此，選擇方案一。
第三章系統組成及工作原理
系統組成
聲控燈主要是依據聲控原理來設計的，利用聲控電路是為了節約能源。整個電路由電聲控電路、延時電路等部分組成。電源由實驗提供穩壓電壓。
通過聲控電路使燈泡自動點亮,聲控電路主要將聲音頻號轉變為電訊號,從而來實現自動控制,延時電路聲音消失後延長一段光照時間。總體方框圖如圖3.1所示
圖3.1系統總體方框圖
3.1 聲控電路
圖3.1.1 聲控部分電路
聲控脈衝觸發電路為聲音頻號採集電路,利用壓電陶瓷片在聲音變化下電壓發生改變的特性。當聲音達到4.1khz以上的諧振頻率時在out端將輸出乙個大於2v的高電平，當低於4.
1khz或沒有聲音時在out端產生乙個小於0.8v的低電平。
在聲控脈衝觸發電路中，使用壓電陶瓷片作為驅動方式，它是—種新型的電子元件，其用途十分廣泛，是以鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料製成。主要用於壓電揚聲器、傳聲器、超聲延遲線、測量振動和測量壓力的感測器、**中的送受話器等方面作機械能(聲能)轉換成電能，或在低功率下由電能轉換成機械能的換能元件；也可應用於超聲波清洗焊接、探傷、超聲診斷、超聲醫療、水聲發射、引燃、引爆等作高壓強功率時將電能轉換成機械能的換能元件。
壓電陶瓷片原理與特性：
壓電效應具有可逆性：若在壓電陶瓷片上施以音訊電壓，就能產生機械振動，發出聲響；反之，壓電陶瓷片受到機械振動(或壓力)時，片上就產生一定數量的電荷q，從電極上可輸出電壓訊號。
目前比較常見的鍺鈦酸鉛壓電陶瓷片(pzt)，是用鋯、鈦、鉛的氧化物配製後燒結而成的。鑑於人耳對頻率約為3khz的音響最敏感，所以通常將壓電陶瓷片的諧振頻率f0設計在3khz左右。考慮到在低頻下工作，僅用一片壓電陶瓷片難以滿足頻率要求，—般採用雙膜片結構，其外形與符號如圖2.
1.2所示。它是把直徑為d的壓電陶瓷片與直徑為d的金屬振動片復合而成的。
d一般為15~40mm，復合振動片的總厚度為h。
圖3.1.2 壓電陶瓷片結構和圖形符號
當壓電材料—定時，諧振頻率與h成正比，與(d/2)2成反比。諧振頻率fo與復合振動片的直徑d呈指數關係，如圖3.1.
3(a)所示。顯然d愈大，低頻特性愈好。壓電陶瓷片作傳聲器使用時，工作頻率約為300hz~5khz。
壓電陶瓷片的阻抗z取決於d/d之比，由圖3.1.3(b)可見，阻抗隨d/d比值的增大而降低。
圖3.1.3 壓電陶瓷片頻率特性曲線
壓電陶瓷片有兩種驅動方式。第一種是自激振盪式驅動。其電路原理是通過電晶體放大器提供正反饋，構成壓電晶體振盪器，使壓電陶瓷片工作在諧振頻率fo上而發聲。
此時壓電陶瓷片呈低阻抗，輸出音量受輸入電流控制，因此亦稱為電流驅動型。
第二種為他激振盪式驅動，利用方波(或短形波)振盪器來激勵發聲。這時壓電陶瓷片一般工作於fo之外的頻率上，因此阻抗較高，輸入電流較小，它居於電壓驅動式。其優點是音域較寬。
音色較好。
3.2 延時電路
單穩態延時電路主要由555晶元及電容、電阻組成。功率驅動放大電路由晶體三極體及電阻組成。這兩部分電路可統稱為延時電路。如圖3.2.1所示
圖3.2.1 延時電路
延時電路採用rc充放電電路作為延時部分，通過555內部結構（與非或關係）等使充電放電電路分開。這樣極短的聲音刺激就能實現電路的延時工作。訊號由ft-27經9014單向c1充電。
所以充電後555晶元的7腳電位高於1腳，3腳就輸出正電位，此時輸出小於2v，此時三極體vt2開啟，繼而vt3也導通，點亮小燈泡h。在聲音頻號刺激結束後，電容向電阻r3、r4、r5等放電。
電子小製作一拍即亮的小夜燈
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模電課設報告
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09模電課設格式
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