数电99

吉林工程技术师范学院课程设计论文 1 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。 吉林工程技术师范学院课程设计论文

2 第二章 系统总体方案设计及方案论证

2.1 设计内容 设计楼内的声光控灯 2.2 设计要求 在白天照度较高时，即楼道内光线充足时本开关不启动，灯熄灭；夜晚楼道内光线较差时，若楼道内充分安静（无人行动时），灯泡不启动；若在光线较差的楼道内有人发出声响，就会使用该装置使灯泡点亮，并持续一段时间后自动熄灭。如果灯持续5秒后，又有声音发出，则灯亮的时间重新计时。 2.3 设计目的 1.掌握数字电路设计方法，联系元件焊接技术； 2.掌握常用元器件的识别和测试； 3.熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法； 4.培养运用所学知识来指导实践的能力。 2.4 设计器件 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。 其中光敏电阻（如图）又称光导管,它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压。无光照时,光敏电阻值（暗电阻）很大,电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少,电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。

图2-4-1 光敏电阻 上图为光敏电阻的图。它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质, 半导体的两端装有金属电极,金属电极与引出线端相连接, 光敏电阻就通过引出线端接入电路。 为了防止周围介质的影响,在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜, 漆吉林工程技术师范学院课程设计论文 3 膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。 LM358 （如图）内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，它的使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算放大器的场合。 LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 LM358放入特性(Features): · 内部频率补偿 · 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 · 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 · 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)

图2-4-2 LM358 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。 吉林工程技术师范学院课程设计论文 4 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2-4-3 NE555引脚图 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2-4-4 74LS122 吉林工程技术师范学院课程设计论文

5 2.5设计原理 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74LS122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。 方案论证 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。 吉林工程技术师范学院课程设计论文

6 第三章 硬件电路的安装及调试

3.1 电路安装 根据电路图，在电路板上选好位置，LM358，NE555,74LS122单稳态发生器的引脚方向相同。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到电路板上，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。电路连接要美观，接好后，先不要接电源，用数字万用表检查每条线路断通情况，经检查无误后接入电源，打开电源，观察灯，如果长时间亮起不灭关闭电源，调整电路，直到灯亮5秒后熄灭，在光敏电阻未被遮挡下拍手，灯不亮；遮挡光敏电阻后拍手，灯亮，且持续5秒，当连续拍手，灯持续亮，则电路连接正确。 3.2 电路调试 按照电路原路图画出电路布线图，尽可能的减少导线的交叉，避免出现短路的现象使电路断路造成烧坏元器件，按照电路布线图进行布线。在焊接电路的过程中注意电烙铁的使用与放置，放置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，发现灯发亮，5秒后熄灭，在为遮挡光敏电阻的情况下向驻极体话筒拍手，发现灯亮，这与实验目标相违背，断电后，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，灯不亮，遮挡光敏电阻后拍手，灯亮，且持续5秒。当连续拍手，灯持续亮，则电路连接正确，达到设计目的。 出现的问题 1.计算参数不正确，导致LED灯不亮；2.连接问题,将电路板接通电源，挡住光敏电阻，通过拍手发现LED灯不亮，检查电路的参数均正确，最后发现电路线路连通状况不是很好。 解决办法 1.计算前仔细看好参数，认真计算；2.连接电路前先认真检查导线是否是好的，看好参数以免连接错误。 吉林工程技术师范学院课程设计论文 7 第四章 焊接元件的基本要求及方法

4.1 焊接元器件的基本要求 1.焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。 2.焊接可靠，具有良好导电性，必须防止虚焊。虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构。只是简单地依附在被焊金属表面上。 3.焊点表面要光滑、清洁 ， 焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。 4.2 焊接方法 1.焊前准备：准备好电烙铁以及镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊料、焊剂等工具，将电烙铁及焊件搪锡，左手握焊料，右手握电烙铁，保持随时可焊状态。 2.用烙铁加热备焊件，送入焊锡，熔化适量焊锡，移开焊锡，当焊锡流动覆盖焊接点，迅速移开电烙铁。掌握好焊接的温度和时间。在焊接时，要有足够的热量和温度。如温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固，形成虚焊；如温度过高，将使焊锡流淌，焊点不易存锡，焊剂分解速度加快，使金属表面加速氧化，并导致印制电路板上的焊盘脱落。尤其在使用天然松香作助焊剂时，锡焊温度过高，很易氧化脱皮而产生炭化，造成虚焊。