简易声光控延时照明灯电路设计.docx

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简易声光控延时照明灯电路设计

简易声光控延时照明灯电路设计

电子课程设计

—简易声光控延时照明灯电路设

计

学号：

2011年12月1

电子课程设计.....................................1

一、设计任务与要求...................................3

二、总体框图..................................................................................3

1、总体框图..................................................................................................................3

2、电路方案的选择（延时电路的选择）..................................................................3

3、电路的基本组成及功能.............................................4

三、选择器件..................................................................................5

四、功能模块..................................................................................9

1、电源模块..................................................................................................................9

2、光控模块..................................................................................................................9

3、声控模块................................................................................................................10

4、延时照明模块........................................................................................................11

五、总体设计电路........................................................................11

1、总体电路图仿真图................................................................................................12

2、各模块间的连接...................................................12

3、在模拟、数字实验箱上实验实现.....................................12

六、设计心得................................................................................122

一、设计任务与要求：

1、设计任务：

设计一个简易声光控延时照明灯电路。

同时设计一与电路相配合的稳压电源电路。

2、设计功能及要求：

（1）具有光控功能，白天光线较亮，即使有声音时路灯也不亮，光线较暗、有声音时路灯点亮。

（2）具有声控功能，晚上光线较暗，有声音时路灯点亮，声音消失后延时照明一段时间t后自动熄灭；并且时间t可以手动调节。

（3）要求电如果在照明灯点亮期间又有新的生源出现，照明灯应重新通电时间t。

（4）采用高亮度LED作为照明光源。

二、总体框图：

1、总体框图：

电路采用声光两级控制照明电路。

照明灯开关对光线强弱的感应控制照明灯的第一级开关，对声强的感应控制第二级开关。

光信号的感应通过光敏三极管来实现，使得光控电路在光强时输出低电位，光弱时输出高电位。

对于声强信号的处理市利用音频集成功率放大器，把声信号变为电信号，通过对声强信号的处理可得一个电平信号，为控制电路准备。

延时控制功能通过555定时器构成的单稳态触发电路来实现。

将光控电路的输出作为555定时器的复位端输入。

将声控输出端作为延时电路的输入，从而可以实现在光线强的情况下，即使有足够强的声信号，照明灯电路也不工作。

而在光线弱的情况下，可以通过声信号来控制照明。

2、电路方案的选择（延时电路的选择）：

方案一：

RC电路延时：

由一个电阻和一个电容并联组成的RC延时电路。

但输入电压为高时，电容充电，但输入电压为低时电容放电。

达到延时目的。

方案二：

3

555单稳态触发器：

电路个稳定状态和一个暂稳状态。

在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。

方案选择：

由RC并联的电路延时不稳定，延时时间不精确。

而且各次延时时间不尽相

同，输出电压幅度较大。

555单稳态触发器延时时间比较精确，各次延时时间基本一致，输出电压稳定。

因此选择555单稳态触发器。

3、电路的基本组成及功能：

该电路主要由四部分电路组成，分别为：

电源电路、光控电路、声控电路、

延时照明电路。

（1）电源电路：

电源电路主要为控制电路提供工作电压，直接从电网得到的220V交流电压，

通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将该交流电转化为+12V的直流电压。

电路中变压器的常规铁心变压器，其作用是将市电进行降压处理变成整流桥所需要的交流电压；整流电路采用二极管桥式整流电路，将变压器的输出电压进行全波整流；C1、C2和C3完成滤波功能，用来滤除整流桥输出电压中的纹波；稳压电路采用三端稳压集成电路7812来实现。

（2）光控电路：

光控电路部分主要由U2非门、U4与非门、光敏三极管和电阻R6组成。

光

敏三级管和电阻R6串联分压：

当有强光照射时，光敏三极管处于导通状态，节点31输出电压较低，为低电平；当无光照或者光线较弱时，光敏三极管处于截止状态，节点31输出电压较高，为高电平。

放大信号从U2输入，光控信号从U4输出：

当节点31输出低电平时，U4门关闭，放大信号无法输入，照明灯不受声音信号控制；当节点31输出高点平时，U4门打开放大信号可以输入，声音信

号控制照明灯的开关。

光控控制电路对整体电路起总控制作用。

（3）声控电路：

声控电路由低压音频集成功率放大器LM386构成，当光线较弱，有声音时，

照明灯就会亮起。

同时用信号发生器代替声音信号，音频功率放大器将脉冲信号放大，输出较大电压的信号。

（4）延时电路：

延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路，来实现当光线较

弱且有声音时，照明灯点亮，一段时间后，照明灯自动熄灭；但当照明灯点亮时有新的声音出现，照明灯会重新通电同样的时间。

由555定时器构成的此单稳态触发电路，为保证该电路上电后，引脚3输出

低电平，增加了R21和C13组成的上电复位电路。

复位电路可保证上电后，复位引脚4为低电平，引脚3输出为低电平，LED灯没有电流通过，不会被点亮。

当节点8输入脉冲下降沿（即555定时器的引脚2有脉冲下降沿）时，触发单稳态电路进入暂稳态，引脚3输出高电平，使LED灯有电流通过，而被电亮。

当定时器555内部放电管截止，电源通过电位器R20、电阻R23向电容C11充电，当引脚6的电压超过2/3Vcc时，引脚3输出为低电平，LED灯中不再有电流通过，4

此时灯熄灭，555定时器返回上电后的初始状态，等待再一次脉冲下降沿的到来。

三、选择器件：

所需元器件：

1、555定时器：

555定时器是一种多功能集成电路，只要在外部接上几个电阻和电容，即可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

本次设计中，采用定时器555组成的延时电路为单稳态触发电路。

定时器555的内部结构框图、逻辑符号图和逻辑功能表如下图所示。

定时器555的内部结构框图

5

定时器555的逻辑符号图

定时器555的逻辑功能表

由其内部结构框图可知，它由比较器1、比较器2、非门G1与G2组成的SR锁存器和放电三极管Q1组成。

由其功能表和管脚图可知，集成电路共有8个引脚，引脚1接地，引脚8为电源端，引脚5为控制电平端，引脚6

6

为阀什输入端，引脚7为放电端，引脚2为触发电平端，引脚3为输出端，引脚4为清零端。

从功能表中可以看出：

555集成电路通过改变THR和TRIG端的电压值，来影响输出端和放电端的状态，同时它还具有储存信号功能。

需要注意的是控制电平端CV01T，当它接入任意电压时，THR和TRIG端的变化分界点就不再是（1/3）VCC和（2/3）VCC，而是（1/2）VCC01t和VCC01t。

555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，Vthr<（2/3）VCC,Vthr>（1/3）VCC，Q=0，放电管导通。

当Vtring=VCC=0.3V时，电路进入暂稳态，此时Q=1,放电管截止。

同时直流电源通电阻R对电容C进行充电，使得Vthr的什渐渐上升，当Vthr和什大于（2/3）VCC时，电路重新进入稳态，Q=0，放电管导通。

电路暂稳态的持续时间，C的充电时间取决于电阻R数值，其脉冲宽度计算公式为tw=R*C，

2、三端集成稳压器W7812：

型号为W7812系列的三端稳压器为固定式稳压电路，其输出电压有5V，6V,9V,12V,15V,18VHE24V七个挡次，型号后面的两个数字表示输出的电压值。

本次设计中，采用型号为W7812的三端集成稳压器为输出电压12V。

三端集成稳压器W7812的电路原理图、管脚图和功能表如下图所示。

三端集成稳压器W7812外形及管脚图

三端集成稳压器W7812电路原理图

7

三端集成稳压器W7812功能表

3、非门74LS04与二输入与非门74LS00：

74LS系列门电路是最大使用的数字集成电路芯片：

74LS04是非门，又称为反相器，是实现逻辑非运算的逻辑电路。

74LS00是与非门，其可实现与门和非门的复合运算。

非门和与非门的逻辑符号、管脚图和功能表如下图所示。

74LS04非门的逻辑符号

74LS04非门的管脚图74LS04非门的功能表

8

74LS00与非门的管脚图74LS00与非门的功能表

74LS00与非门的内部结构图

四、功能模块：

1、电源模块：

电源电路主要为控制电路提供工作电压，直接从电网得到的220V交流电压，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将该交流电转化为+12V的直流电压。

电路中变压器的常规铁心变压器，其作用是将市电进行降压处理变成整流桥所需要的交流电压；整流电路采用二极管桥式整流电路，将变压器的输出电压进行全波整流；C1、C2和C3完成滤波功能，用来滤除整流桥输出电压中的纹波；稳压电路采用三端稳压集成电路7812来实现。

电源电路仿真图为：

9

2、光控模块：

光控电路部分主要由U2非门、U4与非门、光敏三极管和电阻R6组成。

光敏三级管和电阻R6串联分压：

当有强光照射时，光敏三极管处于导通状态，节点31输出电压较低，为低电平；当无光照或者光线较弱时，光敏三极管处于截止状态，节点31输出电压较高，为高电平。

放大信号从U2输入，光控信号从U4输出：

当节点31输出低电平时，U4门关闭，放大信号无法输入，照明灯不受声音信号控制；当节点31输出高点平时，U4门打开放大信号可以输入，声音信号控制照明灯的开关。

光控控制电路对整体电路起总控制作用。

光控电路仿真图为：

3、声控模块：

声控电路由低压音频集成功率放大器LM386构成，当光线较弱，有声音时，照明灯就会亮起。

同时用信号发生器代替声音信号，音频功率放大器将脉冲信号放大，输出较大电压的信号。

该音频集成放大器是一个三级放大电路：

第一级为差分放大电路，Q1、和Q3、Q2和Q4分别构成复合管，作为差分放大电路的方大管；Q5和Q6组成镜像电流源，作为Q1和Q2的有源负载；信号从Q3和Q4管的基极输入，从Q2的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。

使用镜像电流源作为差分放大电路的有源负载，可使单端输出电路增益近似等于双端输出电路的增益。

第二级为共射放大电路，Q7为放大管，恒流源作为有源负载，以增大放大倍数。

第三级中Q8和Q9管复合成PNP型管，与NPN型管Q10构成准互补输出级。

二级管D2和D3为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。

声控电路仿真图为：

10

信号发生器输入信号、示波器显示输入信号与输出信号波形图为：

4、延时照明模块：

延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路，来实现当光线较弱且有声音时，照明灯点亮，一段时间后，照明灯自动熄灭；但当照明灯点亮时有新的声音出现，照明灯会重新通电同样的时间。

由555定时器构成的此单稳态触发电路，为保证该电路上电后，引脚3输出低电平，增加了R21和C13组成的上电复位电路。

复位电路可保证上电后，复位引脚4为低电平，引脚3输出为低电平，LED灯没有电流通过，不会被点亮。

当节点8输入脉冲下降沿（即555定时器的引脚2有脉冲下降沿）时，触发单稳态电路进入暂稳态，引脚3输出高电平，使LED灯有电流通过，而被电亮。

当定时器555内部放电管截止，电源通过电位器R20、电阻R23向电容C11充电，当引脚6的电压超过2/3Vcc时，引脚3输出为低电平，LED灯中不再有电流通过，

11

此时灯熄灭，555定时器返回上电后的初始状态，等待再一次脉冲下降沿的到来。

延时照明仿真图为：

间（延时照明电路的延时时间）为：

tw?

1.1RC?

1.1?

（51k?

?

50k?

）?

470?

F

五、总体设计电路：

1、总体电路图仿真图：

仿真结果：

光线弱且有声音时，LED灯亮。

2、各模块间的连接：

电源电路中从电网中输出的220V交流电源，经过降压、整流、滤波和稳压12当光线弱，有声音时，照明灯点亮，经过一段时间后自动熄灭，该灯点亮时

输出+12V电压，提供电路中的直流电源。

声控电路中用信号发生器代替声音信号，当有声响时，信号经过音频放大器得到稳定放大的电压信号，连接到一个单刀双掷开关，连接到非门的输入端，和光控信号共同作用。

光控电路中用光敏三极管控制电路，当光线较强时，光敏三极管处于导通状态，与非门输入高电平，放大的声音信号不起作用；当光线较弱或无光照时，光敏三极管处于截止状态，与非门输入低电平，放大的声音信号作用，与非门输出从高电平变为低电平，构成一个脉冲下降沿。

光控电路的输出端连接延时电路。

延时电路当有脉冲下降沿时，触发该部分电路，电路进入暂稳态，使LED灯被点亮。

经过t时间后，555定时器恢复到初始状态，LED灯灭，等待下一次信号的来临。

3、在模拟、数字实验箱上实验实现：

各模块的功能已经在硬件试验箱上得到了实现，并且正确。

将各模块连接起来，按下电源总开关后按以上说明的步骤操作，LED灯被点亮，并且经过t时间后熄灭。

但由于实验箱上的电阻和电容与仿真中的参数并不是完全相同，所以灯亮的时间与仿真时不同。

整个硬件实验验证为正确结果，并经老师指导检验后通过，实现其功能。

六、设计心得：

通过对简易声光控延时照明灯电路的设计，使自己有很大的收获。

首先，进一步培养了自己思考、分析、设计、制作和检查电路的能力，在其中自己学会了好多的方法。

其次，自己在这一段时间里掌握了好多知识，查阅了许多关于电子设计方面的参考资料。

此次课程设计我学会了不同的元件来组成电路实现相同的功能，从中比较分析而确定最优的设计组合。

通过课程设计，我学会了充分利用图书馆资源和网络资源进行自主学习研究，对常见的集成电路器件的功能和引脚接法有了进一步的了解和认识。

这让我明白了阅读查找文献的重要性，平时多积累知识，真正到了用的时候，做题才会得心应手。

关于此次设计的电路，在实际生活中的应用非常广泛，像楼道、楼梯、走廊等一些照明灯都是本电路的应用，在日常生活中，节电节能。

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