模拟电子课程设计(迎宾器).doc

目 录1 课程设计的目的12 课程设计的任务与要求13 设计方案与论证14 设计原理及功能说明24.1 设计原理24.2 功能说明25 单元电路的设计35.1 光敏电阻的结构与工作原理35.2 光敏电阻的基本特性45.3 SD8917工作原理与功能特性56 硬件的制作与调试67 总结6参考文献7附录1：总体电路原理图8附录2：元器件清单91 课程设计的目的此次课程设计是完成感应门铃的设计与实现，为此我们从网上查阅了相关知识，利用自己所学的知识和老师的指导，完成了此次设计。该设计包括设计的基本原理，感应门铃的硬件设计，感应门铃的软件设计等。设计可以发声的门铃电路，对光敏电阻的熟练掌握。提高焊接技术，提高实践能力。通过此次课程设计，能达到学以致用。2 课程设计的任务与要求(1)设计一种人体感应开关（语音门铃），它能够自动检测来人，当人经过门铃时自发出清晰响亮。(2)检测人的窗口很小，只要在其他物体上开8毫米左右的孔伸出检测孔就能正常工作。(3)检测窗口很隐蔽，不像红外透镜、微波传感器的天线一样引人注意，可以让来人很难发现机关，增加趣味感和防破坏。(4)产品价格非常低廉便于普及和大量生产。(5)产品的语音内容是固定不变的，无法定做或者更改内容。当然如果换成可录放语音电路，或者和其他电路组合可以实现其他用途。(6)利用Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性。(7)完成课程设计报告。3 设计方案与论证方案一：光感原理：光感门铃是利用人体反射光线，光敏电阻得到足够大变化的光线，电路产生变化电流触发电路，灵敏度跟物体反射率有关。注：光感门铃与环境光照度有关，黑暗情况下不能正常使用。方案二：红外感应原理：门铃原理：红外热释电传感器；动作方式：被动式。本身不发射任何信号，故不产生有害电磁干扰，人体辐射的红外线中心波长为910um，而探测元件的波长灵敏度在0.220um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。方案三：555定时器使当按下开关时，在两二极管导通的情况下，电路通过对555定时器的4脚管充电，使555定时器在其内部的作用基理下发生振荡，此时，外接喇叭就会发出同一频率的声音，当松开开关时，使得二极管不导通，电很快就被放完，此时，没有电通过555定时器的4脚管，由于555定时器的内部结构及原理，使得振荡器不再振荡，所以喇叭停止发声。经过比较综合来说，最终选定方案一。4 设计原理及功能说明4.1 设计原理首先有人经过时，人的身影照应到光敏电阻它的阻值发生变化，电源稳压电路的电流得到提高，经过IC集成电路，由内部运算处理电路得到稳定可靠的电压值来判断出人的进出，然后报告给语音功放电路，并发出声音。人的身影经光敏电阻感应接受内部运算处理电路判断人的进出报告给语音电路图4-1 设计原理4.2 功能说明利用人走过门铃时会产生一个阴影的特点，通过光敏电阻对光线变化信号的接收，作为本制作的传感器。制作采用电池供电，通电后系统进入等待状态。当有人经过感光器件时，由于人的身体会挡住光线，若原来有一定的光线照射在光敏电阻R光上，则R光表现出一个电阻值，当人体挡住一部分照射于光敏电阻的光线时，光敏电阻接收到的光线强度发生变化，这个变化经C2耦合，经Q1等组成的高增益放大后，输入IC的反相输入端，这个信号与同相输入端输入的信号在IC内部经运算放大处理后，形成一个控制信号，驱动IC内部的音频发生电路工作，产生“您好，欢迎光临！”的音频信号，使人耳能听到这句问候语。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。5 单元电路的设计5.1 光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管, 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。 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。图5-1 为光敏电阻的原理结构。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。图 5-2 光敏电阻结构5.2 光敏电阻的基本特性 伏安特性在一定照度下, 流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图5 - 2 为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。 由图可见, 光敏电阻在一定的电压范围内, 其I-U曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关, 而与电压无关。图5-2 硫化镉光敏电阻的伏安特性光谱特性光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性, 亦称为光谱响应。 图5 - 3 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。 对应于不同波长, 光敏电阻的灵敏度是不同的。从图中可见硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域, 常被用作光度量测量（照度计）的探头。而硫化铅光敏电阻响应于近红外和中红外区, 常用做火焰探测器的探头。图5-3 光敏电阻的光谱特性曲线图温度特性温度变化影响光敏电阻的光谱响应, 同时, 光敏电阻的灵敏度和暗电阻都要改变, 尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。 图5 - 4 为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线, 它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此, 硫化铅光敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。对于可见光的光敏电阻, 其温度影响要小一些。常用的光敏电阻器是硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M；在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。所以设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。图5-4 硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线5.3 SD8917工作原理与功能特性SD8917是一种采用ChipCorder专利技术的语音芯片。此芯片无须A/D转换和压缩就可以直接储存,没有A/D转换误差,在一个记录位（BIT）可存储250级声音信号,相当于通常的A/D记录的8倍。片内集成了晶体振荡器、麦克前置放大器、自动增益控制等,只要很少的外围器件,就可以构成个完整声音录放系统。 本文介绍了SD8917的原理、特点、功能。SD8917是美国ISD公司制造的一种新款语音芯片。与ISD其它系列语音产品不同的是,SD8917是一种微控制器“从”设备,而“主”控制器可以是内置有SPI兼容接口的微控制器,也可以用I/O仿真SPI通信协议。SD8917系列工作电压为3V,单片录放时间为816分钟,音质好,适用于移动电话及其它便携式电子产品中。该芯片采用CMOS技术,内含振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片的所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口（SPI或Microwire）送入。6 硬件的制作与调试作为安装调试，首先要求一定要理解整个设备的工艺流程、控制流程，然后看透图纸，最后对照图纸先对自己的设备的内部接线做一个整体的检查（其实就是参看图纸对照实物实际接线）。首先把电子语音门铃电路的各个元器件和万用板准备好。有电烙铁和助焊剂进行焊接。先遵循元器件的安装工艺条件，由小到大进行一个个焊接安装。焊接时要注意元器件的正负极。在安装过程中要进行每一个元器件的测试，以保证每个元器件的良好和安装正确。制成的门铃，一般无须任何调试便可投人使用。如觉得语音声不动听，可适当调整对应集成电路的外接振荡电阻器(R1或R3)阻值加以调节。当阻值减小时，语音声速快、高尖，为女人声；当阻值增大时，语音声速慢、低沉，为男人声。整机静态时总电流实测（电压为3V），工作时电流超不过120mA，故用电节省，每换一次新电池可工作近一年时间。7 总结为了完成此次课程设计的任务，我们四处请教，虚心学习如何利用multisim画电路原理图，这是本次设计的一大难点，有很强的技术与技巧性；其次，在购买元器件时，必须熟悉自己所需买哪几种的元器件，因此需要对元器件外形、特征、性能都有所认识，不知道的就必须去图书馆查阅资料或上网搜资料。通过后期的焊接、调试，最终实现了设计要求和功能。通过本次数字电子课程设计，我学会了怎么去根据课题设计要求去设计电路和调试电路，怎么测试元器件的好坏和元器件的焊接技术，从中我也深深的体会到了学习理论必须要与实践紧密的联系在一起。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在做课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。参考文献1 华永平 陈松 .电子线路课程设计仿真.南京：东南大学出版社，20022 康华光 陈大钦.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社.20023 谢自美.电子