声光控制照明灯电路.doc

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电子0803班 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目：声光控延时照明灯电路的设计初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式有一定的了解；具备晶体管电路的基本设计及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测；使用适当的软件进行仿真和制作PCB板图。要求完成的主要任务： 1.采用晶体管设计电路完成一个简易声光控灯的设计；2.利用仿真软件Pspice或Multisim仿真电路，并学习PROTEL软件，并用其绘制电路的原理图和PCB图，要求图纸绘制清晰，布线合理，符合绘图规范；4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。时间安排：12011年6月10日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。22011年6月10日 至2010年6月22日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3. 2011年6月23日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII1绪论12电路的工作原理与设计22.1光控控制部分22.2声控控制部分22.3延时控制部分42.4总电路图63电路仿真及PCB版图的制作73.1电路仿真73.2 PCB版图的制作83.3硬件调试94总结体会105参考文献11附录一 原件清单12武汉理工大学晶体管器件课程设计说明书摘 要本次课设采用Multisim10对简易声控灯电路进行绘制电路图及仿真工作以及protel进行绘制电路图制作PCB 板。主要介绍了声控灯的制作原理以及Multisim10和protel的一些基本的操作和用法。电路分块清晰，PCB板美观、模块清晰。经仿真电路原理正确。达到任务要求。运用PROTEL软件绘制最小系统原理图及部分外围扩展，在使用该软件当中，学会创建设计文档管理库，加载元件库，绘制电路图，放置电源部件，修改元件参数，生成网络表文件，同时还要将自己设计的电路原理图生成PCB电路板图等方法。在此基础之上将自己设计的电路进行仿真，并对其波形及数据进行分析。实验原理大体如下：声音信号经Q1、Q4和倍压整流电路（D1、D2、C4构成）放大后，加到555的触发端2脚，通过充电放电的过程达到延时的效果，从而通过555的3端口控制发光二极管的导通和截止。如果光线强，即使进行声控，照明灯电路也不工作。在日常生活中，节电节能。关键词：Multisim，protel，声控灯，PCBAbstractThe class is located using simple voice-activated lights on Multisim10 draw circuit diagrams and circuit simulation work and to draw circuit diagrams produced protel PCB board. Introduces the principles of voice production of light and Multisim10 and protel some of the basic operation and usage. Clear the circuit block, PCB board appearance, the module definition. The simulation circuit is correct. Meet mission requirements. PROTEL software minimum system using the schematic drawing and some peripheral expansion in the use of the software, I learned to create the design document management library, load libraries, drawing schematics, place the power components, modify component parameters, generate a netlist file, but also their design of the circuit board PCB schematic diagram generation and other methods. On this basis, the design of their circuit simulation, and its waveforms and data analysis. Experimental works roughly as follows: the sound signal by Q1, Q4 and doubler rectifier circuit (D1, D2, C4 form) amplified, added to the trigger end of 2 555 feet, through charge and discharge process to achieve the effect of delay, thereby 555 3-port control of light-emitting diode turn-on and cut-off. If the light is strong, even if the voice, lighting circuit not working. In daily life, saving energy. Keywords: Multisim, protel, voice-activated lights, PCB12武汉理工大学晶体管器件课程设计说明书1绪论晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件.晶体管是半导体三极管中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。 晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等的发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键活动（active）元件。晶体管在当今社会的重要性主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程进行大规模生产的能力，因而可以不可思议地达到极低的单位成本。本实用新型涉及一种照明用灯，是一种由自然光控制其熄与亮的光控灯。本实用新型是利用触发元件、开关控制元件及对自然光敏感的光敏电阻组成开关控制线路，控制照明用灯的开关，该实用新型具有结构简单、容易调试、成本低等特点，适用于任何可用自然光控制熄、亮的环境，特别是公共场合，它可减少人工开关电灯的麻烦，也避免了忘记关灯而造成的用电浪费。2电路的工作原理与设计2.1光控控制部分电路如下图2.1所示：图2.1 光控控制电路图光线强时，光敏电阻RL的阻值变小，R9、RL导通，555定时器的复位端4至于低电平；光线弱时，光敏电阻RL的阻值变大，R10导通，555定时器的复位端4至于高电平。光控控制电路对电路起总控制作用。2.2声控控制部分电路图如下图2.2所示：图2.2声控控制部分MIC接收到足够的声强时，电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信信号。MIC输出信号是一个非常微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，必须加入信号放大电路。图中所示信号放大电路是由电阻R1R4、T1、T2和C1C3构成，电路中采用了双三极管构成的放大电路，这样可以使电路的放大的倍数比单管当打电路的倍数增加b 倍，从而得到适合的信号。R2和R3为放大电路的集电极偏置电阻，C1和C2为放大电路的滤波电容。R1和R4为放大电路的反馈电阻，它们的功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压，C3的作用是减小电路中加入反馈电阻对放大倍数的影响。电路中的延时控制电路一般采用电平信号触发，因此有必要对放大的交流信号进行整流。上图中采用了由C4、D1和D2构成的倍压整流电路，倍压整流电路不但能够完成整流的任务，同时还可以将输出电压增大一倍，这样当MIC接受到了足够大的胜强后，声强信号处理电路通过放大和整流就输出了一个高电平信号V。2.3延时控制部分延时电路的核心是555定时器，电路图如下：图2.3 延迟控制部分555集成电路的引脚图和功能表如下图2.4及表1所示，集成电路共有8个引脚，引脚1为接地端，引脚8为电源端，引脚2为触发电平端，引脚3为输出端，引脚4为清零端，引脚5为控制电平端，引脚6为阀值输入端，引脚7为放电端。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短的状态；同时它还具有储存信号的功能，因此555集成电路的应用十分广泛。需注意是控制电平端CV01t,当它接入任意电压Vcv01t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）Vcv01t和Vcv01t。图2.4 555定时器引脚图表1 555定时器的功能表阀值输入THR触发输入TRIG复位端输出端Q放电管DIS任意值任意值00导通(2/3)Vcc(2/3)Vcc(1/3)Vcc10导通(1/3)Vcc1不变不变如图2.3所示，延时控制电路包括两部分：第一部分是由三极管构成的触发信号产生电路；第二部分是由555定时器构成的可重复触发的单稳态电路。首先，声强信号处理电路的输出信号V1接三极管T3的基极。因为MIC接收到了足够大的声强后，V1为高电平，则三极管T3饱和，使三极管T3的集电极和发射极之间的Vce约为0.3V,Vce接入555集成电路的TRIG端作为触发电平。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(1/3)Vcc,Q=0,放电管导通。当Vtrig=Vce=0.3V时，电路进入暂稳态，此时Q=1，放电管截止。同时直流电源通过可变电阻R6对电容C5充电，使得Vthr的值渐渐上升，当Vthr的值大于（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，即C5的充电时间取决于可变电阻R6和电容C5的数值，其计算公式为（设可变电阻R6=1M）： t=Tw=(1.1R6*C5=1.1*1000000*50)/1000000=55S当MIC持续接收到足够大的声强时，那麽V1一直为高电平，T3始终饱和导通，Vce持续为0.3V，这样使T4始终导通，电容C5就可以T2进行放电，电路将无法对电容C5进行充电。这样电路就一直处于暂稳态，知道声强信号消失，电路才能重新进入稳态，从而可以满足设计要求。2.4总电路图综上所述，总电路图如下：图2.5 总电路图总结一下，其工作过程大体如下所示：光线强时，光敏电阻RL的阻值变小，R9、RL导通，555定时器的复位端4至于低电平；光线弱时，光敏电阻RL的阻值变大，R10导通，555定时器的复位端4至于高电平。MIC接收到足够的声强时产生谐振并输出一个微弱脉冲，将声音信号转换为电信信号，T1、T2和C1C3构成，电路中采用了双三极管构成的放大电路，C4、D1和D2构成的倍压整流电路，输出了一个高电平信号V。V作用在T3上时，T3饱和，E-C之间0.3v，使VTRIG(2/3) Vcc.使Q端输出为1，照明灯亮。此时DIS截止，使C5充电，当其两端电压大于（2/3）Vcc时，VTRIG(1/3)Vcc。使555定时器的输出端为0，及使开关断开（放电的过程）。当VTRIG(1/3)Vcc，VTHR(2/3) Vcc，555定时器的3端保持，照明灯电路不亮，达到延时的功能。调节变阻器R6的大小可以改变照明电路的照明时间。当在次给其一生源时，重复上述过程，则照明灯还会再次点亮。从而达到声光双控延时照明灯电路的目的。3电路仿真及PCB版图的制作3.1电路仿真电路仿真是运用Multisim软件来实现的，因软件中找不到9013的三极管，因此用2N2222来代替，用Multisim画原理图要比ORCAD简单的多，主要是ORCAD的原件太难找了，因此选择Multisim来仿真，仿真原理图如下：图3.1 Multisim原理图当闭合开关前，输入端是接地的，LED灯不发光。如下图3.1：图3.1 LED的初始状态当闭合开关，并立即断开开关后，发现LED灯发光了一段时间，随后熄灭。如下图所示：图3.2 LED灯开始工作仿真的结果符合要求，仿真成功。3.2 PCB版图的制作打开Protel 99SE，新建一个设计，输入名称*.ddb，然后点击文件，新建一个Schematic Document文件，然后利用画图元件按照图2.5连接，连接完成，如图3.3所示。然后分别填写各个元件的封装号。图3.3 protel连接图然后点击“工具”下的“电气规则检查”，检验自己的电路是否出错。没有错会出现下面的显示。图3.4 电气规则检查结果然后点击“设计”下面的“创建网络表”的选项，就可以生成网络表，检验电路连接元件完整。然后新建一个PCB文档，进入后在“设计”下选择“网络表”选项，网络表就载入了PCB，画一个框，然后将元件放进去并紧密合适，然后点击“自动布线”下的“全部”选项，全部自动布线，完成如图3.5所示的PCB版图。图3.5 PCB版图3.3硬件调试按照原理图连接好各原件，然后焊接完成即可，焊接完后会有话筒输入端和电源端，电源端一端接电源，一段接地，刚开始用灯光照射，发现LED灯不亮，然后将光敏电阻遮住，结果LED灯发光了，接着测试声控部分，对着话筒用手拍一下手掌，发现当掌声超过一定的响度时LED灯就会发光，并持续一段时间就熄灭，这与设计的内容基本符合。4总结体会此次课程设计是有关晶体管器件的课程设计，再经过了大量的查阅书籍，网络资料后，我选择了声光控延时照明灯电路的设计这个题目，首先进行电路原理图的设计，然后再Multisim上进行绘制原理图并仿真，然后对电路中的各个部分进行调整修改，成功后我对它进行了PCB版图制作，按照设计的电路原理图完成实物的连接，连接后在实验室不断地调试、修改，最后得到所需要的结果。此次晶体管器件的课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立实验总体的设计方案，然后进行各模块的设计，还有就是在仿真中总会有大大小小的问题导致得不到所要求的结果，因此需要我们不断的变换参数，这两周下来，我对三极管的原理及555定时器的工作过程有了更深的了解，也对Multisim和prote