数字电子技术课程设计论文.docx

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数字电子技术课程设计论文

单片机应用技术课程设计论文

——LED显示

院系：

信息工程学院

专业：

电子信息工程

班级：

0941

姓名：

王娇__

学号：

29

指导教师：

刘云秀、范珩

2011年12月6日

第一章绪论

随着当今社会的发展人们越来越注重节能环保，而照明这一领域也发生了很大变化。

楼道灯过去一直是采用普通的手动开关控制，对于二层楼的楼道，可采用双刀双掷开关实现双向控制，但对于多层楼道，该方法一般不便使用，因为会出现上下楼后不能关闭前一盏灯，而出现“长明灯”现象，这样会造成资源浪费。

这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路,使得照明电路在无光线的时候,只受声音的控制,当有脚步声或其它较强声响的时候,照明电路自动工作。

当声音消失的时候,照明灯自动熄灭,这就需要在光控电路和声控电路联合工作的条件下添加一个延时电路,使照明灯点亮后,延时一定时间后自动熄灭。

因此，科学家们设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光控制灯，其节能自动开关显得相当有必要。

使居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便又省电。

而本次课程设计的主要任务是楼道声控灯，是根据模拟电子和数字电子所学的知识自主设计，在老师的指导下以小组为单位组装实物并调试。

如今，人们对声控技术越来越熟悉。

用声音代替肢体动作给人们带来了很多的好处和便利。

因此，越来越多的声控设备也广泛地应用到人们的生活当中。

第二章设计内容

2.1题目

楼道声光控制照明灯设计

2.2要求及目的

要求：

按既定元件方案设计，实现无光有声时，触发灯亮并延迟5秒，否则不亮。

目的：

1.掌握数字电路设计方法、练习元件焊接技术；

2.培养综合应用所学知识来指导实践的能力；

3.掌握常用元器件的识别和测试；

4.熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。

2.3内容

1.电路原理图设计，按照要求计算参数，达到理想效果；

2.电路板实现，通过电路原理图制作电路板；

3.设计论文。

设计声光控制照明灯，在夜间有声信号时，使灯点亮。

无声时，延迟5秒后熄灭。

声音时间间隔小于5秒，则LED灯持续点亮。

白天有声无声均不点亮。

2.4器件

光敏电阻，驻极体话筒，运放LM358，NE555，74LS122单稳态发生器，发光管，电容，电阻。

光敏电阻：

又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。

图2-1光敏电阻

图2-2驻极体话筒

第三章系统总体方案设计及方案认证

3．1运算放大器的原理

本次设计主要由声控电路,光控电路,放大电路,整形电路,延迟电路几部分组成。

其中，声控电路与光控电路分别由LM358内部两个放大器组成。

声控部分其实是一个负反馈放大器，主要是将驻极体话筒接受到的信号进行放大，输出到整流电路中。

光控部分是一个由光敏电阻与另外几个电阻组成的电压比较器，由于NE555中4脚的特性（低电平有效，输出为低电平）。

当有光时，光敏电阻器阻值很小，故电流经反向端输出低电平，有无信号经过时，LED灯都不亮。

且NE555复位；当无光或光线暗时，光敏电阻器阻值很大，电流经同向端输出高电平，当有信号经过时，LED灯亮。

NE555输出高电平。

最后经过74LS122进行延迟，即可得到与设计内容相一致的电路。

本方案经老师与同学的讨论，以及实际电路连接，证明方案正确。

（1）线性应用原理

声控电路原理及计算

声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。

作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：

①能在声音的控制下实现电路的导通与截止。

②声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。

③响应时间应越短越好。

为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20DB以上才能响应等。

中间端采用触发器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路工作，触发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器如D触发器，JK触发器等。

（2）非线性应用原理

光控电路原理及计算

利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点，去控制电信号的强弱，再由传感器将变化的电信号传递给触发器，只要电信号强度达到一定程度将触发触发器使其导通工作。

光控照明电路其主要功能是实现当外界光照强度降低到一定程度时，使照明电路导通工作。

就其方案而言多种多样，但我们在设计时必须要考虑方案的可行性，稳定性以及元器件的灵敏度，尤其是光敏元件必须选择灵敏度高的这样电路功能才能较容易实现，为此我们在设计光控电路时，不但要尽量使电路结构简化，而且要使电路功能强，功能的实现要可靠稳定。

（3）555结构原理及应用

NE555（如图）是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。

NE555作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。

NE555时基电路有两种封装形式，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。

其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。

内部结构和工作原理都相同。

NE555的内部结构可等效成23个晶体三极管，17个电阻，两个二极管，组成了比较器，RS触发器等多组单元电路。

特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器。

为上、下比较器提供基准电压。

所以称之为555。

NE555引脚图介绍如下：

1.地GND

2.触发

3.输出

4.复位

5.控制电压

6.门限（阈值）

7.放电

8电源电压Vcc

图3-1NE555的引脚图

（4）122工作原理分析计算

74LS122单稳态发生器：

当clk=0时，单稳态触发器清零，Q=0。

逻辑符号中的RI、CX、RX/CX是外接定时元件接入端，逻辑符号外部引线上有符号’，表示这个引线上的信号是模拟信号。

CX、RX/CX之间可以外接定时电容器Cext。

RI内部有一个定时电阻，可以使用这个定时电阻，也可以不使用这个电阻，这时需要在RX/CX与VCC之间外加定时电阻。

由于外加定时电阻比内部定时电阻更准确一些，所以可以获得比较准确定时精度。

122的输出脉冲宽度tWQ可由三种方法控制。

一是通过选择外定时元件CEXT和RT值来确定脉冲宽度，由于122有内定时电阻Rint，必要时可只接Cext。

二是通过正触发输入端B或负触发输入端A的重触发延长tWQ，三是通过清除端clk的清除使tWQ缩小。

图3-274LS122

（5）LM358

LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。

LM358封装有塑封8引线双列直插式和贴片式两种。

LM358的特点:

.内部频率补偿

.低输入偏流

.低输入失调电压和失调电流

.共模输入电压范围宽，包括接地

.差模输入电压范围宽，等于电源电压范围

.直流电压增益高（约100dB）

.单位增益频带宽（约1MHz）

.电源电压范围宽：

单电源（3—30V）；

.双电源（±1.5一±15V）

.低功耗电流，适合于电池供电

.输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）

图3-3LM358

第四章硬件电路安装及调试

4.1电路结构工作原理

该电路由声控电路、光控电路及放大电路、单稳态延时电路组成，下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构。

光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。

声音信号由驻极体话筒BM接收，经过反比放大，放大的信号送到NE555定时器的2,6脚。

该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，该电路在光控电路的作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应，在晚上光线较弱时，光控电路将该电路的功能打开，使得该电路能根据外界声音信号做出相应的响应。

NE555定时器的输出去控制74HC123声控延时电路。

该电路主要在光线较弱时起作用。

这主要是通过光控电路的输出来控制的。

图4-1楼道声控灯电路图

根据电路图，在电路板上选好位置，LM358、NE555、74LS122单稳态发生器的引角方向相同。

插入时各集成电路之间要留出空位，便于插入其他元器件，先用电烙铁依次把三个器件焊倒电路板上，在集成块中带○标记的左下角是第1个引脚，依次往下数。

选择相应阻值的电阻，插到电路板对应的位置上，并且焊接牢固。

按照电路原理画出电路布线图，尽可能的减少导线的交叉，避免出现短路现象使电路短路造成烧坏元器件，按照电路布线图进行步线。

在焊接电路的过程中注意电烙铁的使用与放置，防止在焊接的工程中烧坏器件和发生危险。

电路检查无误后，接入5V电源,发现LED灯发亮，5秒后熄灭，在未遮挡光敏电阻的情况下向驻极体话筒拍手，发现LED灯亮，这与实验目标相违背，断开电源后，仔细检查发现,光控部分的电路连接出现了短路现象，经调整后，在光敏电阻未被遮挡下拍手，LED灯不亮，遮挡光敏电阻后拍手，LED灯亮，且持续5秒，当连续拍手时，LED灯持续亮，电路连接正确，达到设计目的。