光耦控制点亮和延时关闭照明设备课程设计论文

1、机电系统控制与测试课程设计报告名称：光耦控制点亮和延时关闭照明设备院 级：机电学院专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 摘 要常言道"眼睛是心灵的窗户。"我认为灯则是指引心灵的方向标。在生活中，我们无时不在地使用着灯，诸如台灯、路灯、日光灯、探照灯、彩灯等等，但不管是什么样式的灯，它们的作用都是一致的照明。因此，设计一个既实用又方便的照明灯则是我们人类共同的愿望。而生活中我们用的最为平常的灯则是楼道里的照明灯，住过居民楼的人都应该知道，楼道很窄，晚上行走很不方便，如果让楼道的照明灯一直亮着，则难免会浪费国家资源，因此设计一种既不浪费国家电力又很方便实用的照

2、明灯系统是很有实用价值意义的一件事。在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。同时，为了加强我们对模拟电子技术，数字电子技术，电子工艺的理解和巩固，我们花了一定时间进行这个电路设计，而我设计的课题是声光双控路灯的设计。本论文主要阐述了两种声光控路灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，驻集体话筒检测到有声音响动，就会自动发亮，过十多秒后又自动熄灭，节能节电。

3、控制程序在Keil软件中编写，编译，整个控制电路在Proteus仿真软件中连接调示。关键词：光耦 按键模拟 电阻调节目 录1绪论.11.1课题背景.11.2课题研究的目的11.3课题研究的意义22.基本原理.22.1 声光双控灯基本原理22.2 声控电路基本原理32.3 光控电路基本原理42.4 延时电路基本原理53.电路分析.63.1 电源电路73.2 声控电路73.3 单稳态延时电路83.4光控电路84.电路设计图及所需元器件选择94.1硬件选择：94.2硬件功能介绍：94.3电路设计图：（proteus模拟电路图）184.4单片机程序19

4、5.心得体会236.仿真截图（模拟实物演示）247.声光控制灯的常见故障与检修278.小结.281. 绪论1.1 课题背景由于近年来我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。照明器材行业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之 一。WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。随着全球经济

5、一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。 展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以下强力因素都预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。 降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能荧光灯VS白炽灯是白炽灯的替代者。随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需

6、矛盾日益加剧生产更多的电即意味着要消耗更多的煤、石油、天然气、核原料等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。为此，我们应该从身边做起，珍惜并节约每一度电。所以，现在很多住宅楼道都安装了自动控制楼道灯。1.2 课题研究的目的由于近年来我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。照明器材行业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之 一。WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。我国

7、照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。 展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以下强力因素都预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。 降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环

8、保型节能荧光灯VS白炽灯是白炽灯的替代者。随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需矛盾日益加剧生产更多的电即意味着要消耗更多的煤、石油、天然气、核原料等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。为此，我们应该从身边做起，珍惜并节约每一度电。所以，现在很多住宅楼道都安装了自动控制楼道灯。1.3 课题研究的意义 在这次课程设计中我们使用了keil和proteus这两个软件，通过本次课程设计了解了ADC0832模数转换芯片的的基本作用以及其简单应用，同时更加清楚了单片机在控制方面的强大功能，但同时我也认识到自己课堂上所学的在实际设计中的完全不够用，需要查阅很多资料才能勉强昨晚此

9、次课程设计。总的来说，我需要在理论上更加下功夫，在理论和实际的结合中增加磨砺。当然通过此次课程设计，不仅认识到自身能力的不足，也认识到单片机的巨大作用，这回催促我更加努力地去学习和使用它。2. 基本原理2.1 声光双控灯基本原理 声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强，控制灵敏的声控灯，它采用人发的声音控制信号，即可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设有手动开关，使其应用更加方便。声控灯由话筒、音频放大器、选频电路、倍压整流电路、鉴幅电路、恒压源电路、延时开启

10、电路、可控延时开关电路、可控硅电路组成。2.2 声控电路基本原理 声音是我们最为熟知的。人与人需要用声音去交流，机器运转发出声音，动物会发出声音等等。然而发此宝贵的资源却被我们忽视了很长时间，如今留给我们的就是怎样合理高效的利用这一资源。以前人们在设计电路时只求一个用字，只要能用就万事大吉了，所以我们常见的电路都有很多开关如照明电路要让它工作我们必须机械地去控制它，这对于当今社会各种各样的智能化建筑如智能办公楼，智能化公寓等是非常不实用的；在这种情况下声音就派上了用场，声控作为智能化电路的一部分是一可缺少的；然而要实现声控也不是一件容易的事，因为声音是一模拟量且非电信号无法在数字电路

11、中使用，所以我们在设计声控电路时就面临怎样把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号的问题。要解决这个问题我们可以设计一个类似于窃听器的接收设备专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。但是作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电

12、信号去触发触发器使电路导通。对于这样的电路设计对外加电源的要求必须稳定，不断电，故最好再为其设计一个稳压电路这样才能使电路稳定工作。而对元器件的要求也较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定，这样电路才能高效地工作。如今对于这样的电路设计我们以不必为其烦恼，因为有了声音传感器，可以直接将声音信号转换为电信号，大简化了电路结构，使声控电路的设计显得更加容易。下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析。 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能在声音的控制下

13、实现电路的导通与截止，声音的发出应是多方面的如脚步声物体打击声等，响应时间越短越好等功能。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。2.3 光控电路基本原理 在第三次科技革命的推动下，光能这一伟大的，自然的以及人类生存所必须的宝贵资源在被人类遗忘了若干年后，今天终于得到了广泛的应用。太阳能热水器，太阳能电池，太阳能

14、浴场等都成为人们热议的话题，大到天上的人造卫星，小到街道的路灯太阳能的应用无所不在。而作为智能化电路的设计考虑光能的应用也是理所当然的。在半导体技术的飞速发展下大大促进了光能应用的快速进步，在发电，取暖等方面尤为突出，智能化电路设计引进光学技术已不是新奇事了，在光控电路的设计中不同于声控电路复杂的结构，随着半导体光敏元器件的快速发展，我们在设计光控电路时面临的问题已由怎样使光信号转化为电信号变为怎样在电路中加大电信号的强度？这一问题如今也以得到了较好的解决，光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电

15、路功能的实现便容易了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定是否？功能能否实现？并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作。  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，

16、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。  2.4 延时电路基本原理 从20世纪中后期数字电路的飞速发展到今天技术已越来越成熟。自从电子计数器的出现之后各式各样，功能万千的定时/计数器层出不穷。然而正是电子计数器的出现才使得电子技术的发展上了一个新的台阶。定时/计数这一功能在电子电路中的应用，使智能化电路的设计更加名副其实。我们常见的交通

17、红绿灯，公园里的娃娃车等都是采用了定时计数技术的典型示例。我们大家都看过智力竞赛，都有知道抢答器，然而抢答器更是电子定时/计数器的典型应用。虽然我们可以花几元钱就可以从街上买一个不错的抢答器，但要让我们自己动手做一个出来就不是一件容易的事的，它不仅只是我们所看到的结果能够抢答更为重要的是其功能的实现是集成了很多技术。如定时，锁存，显示等等，由此可见定时/计数器的应用不仅广泛，而且意义深远。 延时电路原理是利用了电子计数器的原理实现定时功能。延时电路其构成方案一般有三种，即硬件构成，软件构成和软硬相结合构成。 对于由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率

18、较高，但灵活性，通用性较差如555定时器；而由软件构成的定时器是用执行一段程序来实现定时的，其灵活性通用性较高，但效率较差；故现在设计定时器一般都是采用软硬相结合的方法集两者之长通过编程设定不同的延时常数，而由硬件控制定时过程，其效率和灵活性都得到了较大的提高。如大规模集成电路可编程计数器8253，51单片机通过编程构成计数器等。在一 个实际的电路中延时不是主要目的，而主要目的是为了完善电路功能。故作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工作下去。 所以前述声控，光控电路尽管也能实现控制电路的功能，但其功能是不完善的，为此应对其进行

19、改进有三种方案可行：声控延时；光控延时；声光联控延时；此三种方案可用于不同的场合，现就第三种方案加以事例进行分析。3. 电路分析该电路由电源电路、声电转换及放大电路、单稳态延时电路和光控电路组成。为了确保用电安全，220V交流市首先经过1：1 隔离变压器，隔离变压器的初、次绕组级之间没有电的联系，次级任一线与大地之间没有电位差，所以人接触任一线不会触电。但如果同时接触两线也会触电。电路总体框架：3.1 电源电路 电源电路由C1、Rl、VD、VS及C2组成。交流市电经C1电容降压，VD整流，VS稳压，再由C2滤波后供给整个电路工作。电路采用电容降压，与使用变压器相比

20、，不但缩小了体积，杜绝了噪声，而且也减小了电路能耗。  3.2 声控电路 在本次试验设计中我重点做了声控方面的实验和研究，在选择器材的时候我经过研究比较最终选用了HTD烟点陶瓷片作为声电转换器材。 压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件，因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、成本低，耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用。适合超声波和次声波的发射和接收，比较大面积的压电陶瓷片还可以运用检测压力和振动，工作原理是利用压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，就可产生机械振动，从而发出声音。如果不断对压电陶瓷片施加压力它还会产

21、生电压和电流。 压点陶瓷片有两种检测方法，第一种方法是将万用表的量程开关拨到直流电压2.5V挡，左手拇指与食指轻轻捏住压电陶瓷片的两面，右手持万用表的表笔，红表笔接金属片，黑表笔横放陶瓷表面上，然后左手稍用力压一下，随后又松一下，这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号，使万用表的指针先向右摆，接着回零，随后向左摆一下，摆幅约为0.1一0.15V，摆幅越大，说明灵敏度越高。若万用表指针静止不动，说明内部漏电或破损。 切记不可用湿手捏压电片，测试时万用表不可用交流电压挡，否则观察不到指针摆动，且测试之前最好用R×l0k挡，测其绝缘电阻应为无穷大。第二种方法是用R

22、×10k挡测两极电阻，正常时应为,然后轻轻敲击陶瓷片，指针应略微摆动。根据换能器的功能压电陶瓷片大体上按照发射型,接收型,收发型来选用陶瓷,分别对应pzt8,pzt5,pzt4，参数主要包括：d33,Fr,Fp,D,Cp0。陶瓷片的用量根据功率极限来算，一般为0.3W/kHz/cm3，厚度要根据响应或者灵明度来选取。 我们设计的声电转换及放大电路由HTD、V1、V2等组成。声控元件采用压电陶瓷片HTD，它对猝发声响极为敏感，作为声-电换能元件。它将声响信号转换为相应的电信号后，通过C3耦合至V1、V2组成的直耦式双管放大器进行放大。该放大器由R2、RPl提供偏流，调节RP1

23、，可改变放大器的增益，用以控制声控灵敏度。R4为直流负反馈电阻，用来稳定工作点。C4为交流旁路电容，用以补偿放大器的交流增益，R3为放大器的输出直流负载电阻，放大后的负脉冲信号经C5去触发单稳态延时电路，达到控制负载的目的。  3.3 单稳态延时电路 单稳态延时电路由555时基集成电路、R6与C6组成延时回路。稳态时，555集成块3输出端为低电平，当其2脚触发端得到一负脉冲触发信号时，电路即进入暂态，输出端3脚立刻翻转为高电平、触发双向晶闸管VT导通，灯泡EL发光。此后，电源经R6向C6充电，当C6端电位升至约2/3VCC电路又自动回复到初始稳定状态，3

24、脚恢复低电平。此时，可控硅因失去触发电路而关断，灯泡熄灭，控制电路暂态结束，进入稳态，等待下一次触发脉冲。图中R5和RP2组成分压电路，为集成块的触发端提供一个开门阈值电平，调节RP2，使触发端2脚的电压略大于 1/3Vcc，迫使3脚输出低电平。当2脚一旦出现负脉冲信号时，单稳态电路即动作，适当调节RP2，也可改变控制灵敏度。  3.4光控电路 光控电路由555时基集成电路、V4、晶闸管等组成。在白天，由于光照度较强，V4的e-c间呈低阻态，为V3提供了一个较大的偏置电流，使其饱和导通。此时，V3的集电极即555集成块的强制复位端4脚被强制为低电平，55

25、5集成块处于复位状态，使其输出端3脚恒为低电平，双向晶闸管因无触发电流而关断，灯泡EL不亮。因此，白天不管声控信号如何增强，555集成块的3脚始终为低电平，VTH关断，达到白天停止照明的目的。晚间，由于光线明显减弱，V4因无光照而使e-c间呈高阻状态，使V3截止，555集成块强制复位端4脚为高电平，555集成块退出复位状态，电路可受控制。改变R9的值，可以控制光控灵敏度。4. 电路设计图及所需元器件选择4.1硬件选择： AT89C51,ADC0832，光电藕，电位器，继电器，晶振6M，电源，开关，电阻若干，电容若干。4.2硬件功能介绍：1，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储

26、器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引

27、脚排列如图所示。现在AT89S51/52已经取代了AT89C51/52。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2，ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A

28、/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。正常情况下ADC0832 与单片机的接

29、口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能，

30、其功能项见官方资料。如资料 所示，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一

31、个字节的数据输出 DC0832封装以及各端子(1张)完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。3，光电耦合器

32、是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光电耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光

33、，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。图1显示了一个典型的光电耦合器驱动电路。在该例中，右边的5V副边输出将会被左边原边电路的脉宽调制器控制。比较器A1将ZDl(结点A)的参考电压和通过分压电路R7和R8的输出电压进行比较，因而控制Q2的导通状态，可以定义发光二极管D1的电流和通过光耦合在光敏晶体管Q1的集电极电流。然后Q1定义脉冲宽度和输出电压，补偿任何使输出电压改变的倾向。随着光电耦合器的使用时间增加和传输比即增益的下降，

34、为了防止控制失灵，给Q2提供充足的驱动电流裕量是很有必要的。光电耦合器实物图光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。（1）光电耦合器的定义。光电耦合器是一种把发光器件和光敏器件封装在同一壳体内， 中间通过电光电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。其中，发光器件一般都是发光二极管。 而光敏器件的种类较多，除光电二极管外，还有光敏三极管、光敏电阻、光电晶闸管等。 光电耦合器可根据不同要求， 由不同种类的发光器件和光敏器件组合成许多系列的光电耦合器。（2）光电耦合器结构与原理。光电耦合器主

35、要由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。 光的发射部分主要由发光器件构成，发光器件一般都是发光二极管，发光二极管加上正向电压时，能将电能转化为光能而发光，发光二极管可以用直流、交流、脉冲等电源驱动，但发光二极管在使用时必须加正向电压。光的接收部分主要由光敏器件构成，光敏器件一般都是光敏晶体管， 光敏晶体管是利用 PN 结在施加反向电压时，在光线照射下反向电阻由大变小的原理来工作的，光敏晶体管在使用时有二个重要的注意事项：第一、 必须加反向电压；第二、光敏晶体管管壳必须保持清洁。 光的信号放大部分主要由电子电路等构成。发光器件的管脚为输入端，而光敏器件的管脚为输出端。工作时把电信号加到输入

36、端，使发光器件的芯体发光， 而光敏器件受光照后产生光电流并经电子电路放大后输出，实现电光电的转换，从而实现输入和输出电路的电器隔离。由于光电耦合器输入与输出电路间互相隔离，且电信号在传输时具有单向性等优点， 因而光电耦合器具有良好的抗电磁波干扰能力和电绝缘能力。又由于光电耦合器的输入端是发光器件，发光器件是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。 因此光电耦合器件的共模抑制比很大，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。它在计算机数字通信及实时控制电路中作为信号隔离的接口元件可以大大增加计算机工作的可靠性。 在长线信息传输中作为终端隔离元件可以大幅度提高信噪比。所以，它在各种电

37、路中得到了广泛的应用。目前已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。（3）光电耦合器的特点 ：光信号单向传输 ，输出信号对输入端无反馈，可有效阻断电路或系统之间的电联系，但并不切断他们之间的信号传递。隔离性能好，输入端与输出端之间完全实现了电隔离。光信号不受电磁波干扰，工作稳定可靠。光发射器件与光敏器件的光谱匹配十分理想，响应速度快，传输效率高。 抗共模干扰能力强，能很好地抑制干扰并消除噪音。 无触点，使用寿命长，体积小，耐冲击能力强。 易与逻辑电路连接。工作温度范围宽，符合工业和军用温度标准。4，电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。

38、当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。电位器 （英文：Potentiometer）是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。电位器的作用调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触

39、点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节，电位器是一种可调的电子元件。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。按材料分线绕、碳膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器（呈线性关系）、函数电位器（呈曲线关系）。主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量控制用。从

40、外观看，脉冲电位器与普通电位器一样都是三个引脚，但在其内部与引脚1、2相连的是两个长短不一的金属静片，与引脚3相连的是一周有12或24个齿的金属动片。当脉冲电位器旋转时可出现四种状态：即引脚3与引脚1相连，引脚3与引脚2及引脚1全相连；引脚3与引脚2相连，引脚3与引脚2及引脚1全断开。在实际使用中，一般将引脚3接地作为数据输入端。而引脚1、2作为数据输出端与单片机I/O 口相连。如图2中所示，将引脚1与单片机的P1.0相连，引脚2与单片机的P1.1相连。当脉冲电位器左旋或右旋时，P1.0和P1.1就会周期性地产生所示的波形，如果是12点的脉冲电位器旋转一圈就会产生12组这样的波形，24点的脉冲

41、电位器就会产生24组这样的波形；一组波形（或一个周期）包含了4个工作状态。因此只要检测出P1.0和P1.1的波形，就能识别脉冲电位器是否旋转是左旋还是右旋。电位器在电路中的主要作用有以下几个方面1.用作分压器电位器是一个连续可调的电阻器，当调节电位器的转柄或滑柄时，动触点在电阻体上滑动。此时在电位器的输出端可获得与电位器外加电压和可动臂转角或行程成一定关系的输出电压。2.用作变阻器电位器用作变阻器时，应把它接成两端器件，这样花电位器的行程范围内，便可获得一个平滑连续变化的电阻值。3.用作电流控制器当电位器作为电流控制器使用时，其中一个选定的电流输出端必须是滑动触点引出端。5，继电器（英文名称：

42、relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、

43、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。2）放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

44、6，晶振 即 晶体振荡器 。是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。计算机都有个计时电路，尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设备，但它们实际上并不是通常意义的时钟，把它们称为计时器(t

45、imer）可能更恰当一点。计算机的计时器通常是一个精密加工过的石英晶体，石英晶体在其张力限度内以一定的频率振荡，这种频率取决于晶体本身如何切割及其受到张力的大小。有两个寄存器与每个石英晶体相关联，一个计数器（counter）和一个保持寄存器（holdingregister）。石英晶体的每次振荡使计数器减1。当计数器减为0时，产生一个中断，计数器从保持寄存器中重新装入初始值。这种方法使得对一个计时器进行编程，令其每秒产生60次中断（或者以任何其它希望的频率产生中断）成为可能。每次中断称为一个时钟嘀嗒（clocktick）。晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工

46、学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分

47、别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15p或12.5p，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。晶振在应用具体起到的作用，微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；RC（电阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数。RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整

48、个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。在使用时，陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感，但在过驱动时很容易产生频率漂移（甚至可能损坏）。影响振荡器工作的环境因素有：电磁干扰（EMI）、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化，增加不稳定性，并且在有些情况下，还会造成振荡器停振。上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低阻方波输出，并且能够在一定条件下保证运行。最常用的两

49、种类型是晶振模块和集成RC振荡器（硅振荡器）。晶振模块提供与分立晶振相同的精度。硅振荡器的精度要比分立RC振荡器高，多数情况下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。选择振荡器时还需要考虑功耗。分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决定。CMOS放大器功耗与工作频率成正比，可以表示为功率耗散电容值。比如，HC04反相器门电路的功率耗散电容值是90pF。在4MHz、5V电源下工作时，相当于1.8mA的电源电流。再加上20pF的晶振负载电容，整个电源电流为2.2mA。陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容，相应地也需要更多的电流。相比之下，晶振模块一般需要电源电流为10mA 60m

50、A。硅振荡器的电源电流取决于其类型与功能，范围可以从低频（固定）器件的几个微安到可编程器件的几个毫安。一种低功率的硅振荡器，如MAX7375，工作在4MHz时只需不到2mA的电流。在特定的应用场合优化时钟源需要综合考虑以下一些因素：精度、成本、功耗以及环境需求。晶体振荡器被广泛应用到军、民用通信电台，微波通信设备，程控电话交换机恒温低噪音控制晶体振荡器，无线电综合测试仪，BP机、移动电话发射台，高档频率计数器、GPS、卫星通信、遥控移动设备等。它有多种封装，特点是电气性能规范多种多样。它有好几种不同的类型：电压控制晶体振荡器（VCXO）、温度补偿晶体振荡器（TCXO）、恒温晶体振荡器（OCXO

51、），以及数字补偿晶体振荡器（MCXO或DTCXO），每种类型都有自己的独特性能。如果需要使设备即开即用，您就必须选用VCXO或温补晶振，如果要求稳定度在0.5ppm以上，则需选择数字温补晶振（MCXO）。模拟温补晶振适用于稳定度要求在5ppm0.5ppm之间的需求。VCXO只适合于稳定度要求在5ppm以下的产品。在不需要即开即用的环境下，如果需要信号稳定度超过0.1ppm的，可选用OCXO。4.3电路设计图：（proteus模拟电路图）4.4单片机程序流程图：程序编写：     /名称：光耦控制点亮和延时关闭照明设备/说明：在外部没有光照但有声

52、音出现时，灯泡点亮一段时间，时间长短由可变电阻调节控制。本例使用了光耦元件，但外部光照由sw1开关模拟，外部声音则由K1键控制。#include <reg51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/ADC0832引脚定义sbit CS = P14;sbit CLK = P15;sbit DIO = P16;sbit External_Opto = P13;/外部光控制sbit Lamp = P20;/灯光控制sbit K1 = P37;/外部声音模拟控制/延时

53、void DelayMS(uint x) uchar t; while(x-) for(t = 0;t<120;t+); /获取A/D转换结果（0通道）uchar Get_AD_Result() uchar i,dat1 = 0,dat2 = 0;/起始控制位 CS = 0; CLK = 0; DIO = 1; _nop_(); _nop_();CLK = 1; _nop_(); _nop_();/第一个下降沿之前，设DI=1/0/选择单端/差分（SGL/DIF）模式中的单端输入模式 CLK = 0; DIO = 1; _nop_(); _nop_();CLK = 1; _nop_();

54、 _nop_();/第二个下降沿之前，设DI=1/0，选择CH0/CH1CLK = 0; DIO = 0; _nop_(); _nop_();CLK = 1; DIO = 1; _nop_(); _nop_();/第三个下降沿之前，设DI=1CLK = 0; DIO = 1; _nop_(); _nop_();/第411，共八个下降沿读数据（MSB->LSB） for(i = 0;i < 8; i+) CLK = 1; _nop_(); _nop_(); CLK =0; _nop_(); _nop_(); dat1 = dat1 << 1 |DIO; /第1118，共八

55、个下降沿读数据（LSB->MSB） for(i = 0;i < 8; i+) dat2 = dat2 | ( (uchar) (DIO) << i ); CLK = 1; _nop_(); _nop_(); CLK = 0; _nop_(); _nop_(); CS = 1;/如果MSB->LSB和LSB->MSB读取的结果相同，则返回读取的结果，否则返回0 return (dat1 = dat2) ? dat1 : 0; /主程序 void main() Lamp = 0; while(1) /出现声音但没有光照时照明设备点亮后延时关闭 if ( K1 =

56、 0 && External_Opto!= 0) while (K1 = 0); Lamp = 1; DelayMS(100);/延时时间由模数转换结果决定 DelayMS(30 * Get_AD_Result(); DelayMS(100);Lamp = 0; 5.  心得体会近年来随着照明器材行业的不断发展，我国已经成为电光源产品的主要输出国之一。照明器材行业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之一。在我国加入WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色

57、、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，由此带来的商机也吸引着越来越多的企业。我国照明电器行业还在高速的发展着，进一步提高照明产品的质量和档次，既是当前摆在我们面前的课题，也是全行业共同努力的长期目标。就国内市场需求而言，随着人们生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越来越高，对照明电器产品提出更高的要求。从国际市场分析，虽然我们的出口逐年大幅度增长，但我国大部分产品在国际市场仍属中低档水平，我们的产品与国际先进水平相比还存在较大差距。另外，如果大量劣质低价产品出口，还会遭遇反倾销诉讼，从而影响全行业出口，因此注重质量

58、显得尤为重要。 我国目前已成为世界照明电器产品生产大国，我们的目标是要成为照明电器产品生产强国，我们与发达国家在照明电器产品的质量、档次、生产工艺、设备、材料以及新产品开发能力等方面均存在明显差距。看到我们取得成绩的同时，也能清醒地认识我们存在的差距，才能不断地进步。同时希望越来越多的人来使用节能照明灯，节约利用每一点资源。 通过此次电子设计锻炼了我的创作能力，用所知的知识设计了自己的电子产品，加深了对模拟电路和数字电路的了解和利用。但由于自己知识水平有限，没有使用更合理技术，设计出更好的作品。设计的作品缺陷是电路复杂，而且价格比市面上的同功能的贵， 但能比较精确的控制时间。6. 仿真截图（模拟实物演示）初始状态：SW1打开，K1按一下：SW1关闭，K1不按：SW1闭上，K