简易声光控延时照明灯电路设计

1、电子课程设计简易声光控延时照明灯电路设.丄 网昔JJaujia.col学院:电子信息工程学院专业、班级：电气091501班姓名: 学号: 指导教师：闫晓梅2014年12月13目录电子课程设计简易声光控延时照明灯电路设计、设计任务与要求总体框图.3.3.1、总体框图 2、电路方案的选择（延时电路的选择）3、电路的基本组成及功能 选择器件四、功能模块1、2、3、4、电源模块 光控模块 声控模块 延时照明模块.9.9.1.0.1.1.五、 总体设计电路1、总体电路图仿真图 2、各模块间的连接 3、在模拟、数字实验箱上实验实现12121.2.、.六、21简易声光控延时照明灯电路设计、设计任务与要求:1

2、、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，

3、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

4、延时目的。方案二：555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

5、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

6、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

7、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输出咼电平，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/

8、3VCC时，弓I脚3输出为低电平，LED灯中不再有电流通过，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:器件名称型号数量电阻R16电位器Rp3电容C11二极管IN4001G P2三极管2N2222( NPN) /2N3906( PNP)10光敏三极管PH OTO-TRANSISTOR-RATEI)1LED灯LED1开关SWITCH1信号发生器XFG1非门74LS041二输入与非门74LS001220V交流电源1铁芯变压器TS-AUDIO-10-TO1整流电桥VD1 VD41三端集成稳压器W78121555定时器5551直流电源Vcc31、

9、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的内部结构框图定时器555的逻辑符号图定时器555的逻辑功能表阀值输入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v(2/3)Vcc(2/3)Vcc(1/3)Vcc10导通(1/3)Vcc1不变不变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

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

11、。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,18VHE 24V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W781

12、2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1N GND nirr13-1列外形及按线E三端集成稳压器 W7812电路原理图正常输出直流电压（V）输出电压变化范围（V）输入电压允 许范围（V）输出电流（A）电压调整率最小最大12.011.512.515.017.00.10.510mV/V3、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。非门的

13、逻辑符号74LS04非门的管脚图74LS04非门的功能表J4J312 t 1109eT4LSg345e711L-Ji(J1.氧ITf2A 2THA3TGHDtCLi.313 斥相器？4匚304寻I旳哥rbA . *A tr 4A tt输入输 出AY011074LS0474LS00与非门的逻辑符号Hie3履n J2A JliCiMJ74LS00与非门的管脚图1陰5.A站同弓站n3输入输出ABY00101110111074LS00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

14、、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

15、 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。Q1、和典曰器是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，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；

16、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：T产刃OnFiiKtKH31:.: 册 -. )1 寻 EttUOfltGP41 -；严卜冲 亦906ta：:15k .02慣nShii10VLC - -n?wC2I川耳SCiiiMfir -I

17、= I -2103416输出端1+Ars41Q I I I-Ar? -.10WJ .:.T：:22222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:i KI J _11 Lj-u-lFFTi-cncjr |50CHZEutOce 150%F比npf 二jd亡5rrA甲OfRrtQ片1_-昶IKE亡车出14Com Ort -f-厂丄T： *1*T：上)丄T2-T1 1TimeOrtnrri.* 6*顷日上515.196 ms -17 0S3 u? -IC.OOOrrtUSave J Ext. TnaoO-BI -ftT (wtiuon h egFT AJc| 应II 0 Jpgn昨

18、g 丁Jj厂I： Id厂JwwriBSUE I LC mV&lL vuttJ joh P 并 I Q J50_|Tyy 3】I 昭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

19、有脉冲下降沿）时，触发单稳态 电路进入暂稳态，引脚3输出咼电平，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，弓I脚3输出为低电平，LED灯中不再有电流通过，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：当光线弱，有声音时，照明灯点亮，经过一段时间后自动熄灭，该灯点亮时间(延时照明电路的延时时间)为：tw 1.1RC1.1 (51k50k ) 470 F五、总体设计电路:1、总体电路图仿真图：Q44H；II Hgirr-mi1*卜1“-4t：_既 .a呂I* 盘厂4 * 1铲C=-LED灯亮。仿真结果：光线弱且有声音时，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