楼道声光控制照明灯设计

数字电子课程设计

题目名称：楼道声光控制照明灯设计

学生姓名：

指导教师：

专业：电子信息工程

班级：

学号：

完成日期：2009、06、22

目录

一,设计题目、内容与要求

1.设计内容及要求.............................1

2.元器件选择.................................1

二..工作原理与电路图

1.三角波、方波电路图..........................2

2.工作原理....................................2

3.器件参数的计算..............................4

三.一装配与调试

1.三角波、方波发生器线路装配与调试............5

四.课程设计心得体会....................6

五.附录.................................7

一、设计题目、内容与要求

题目：楼道声光控制照明灯设计

1.设计内容及要求

设计声光控制照明灯，在夜间有声音信号时，使灯（用LED发光

管模拟）电量，光声时延迟5秒后熄灯,声音间隔小于5秒，则LED

持续点亮.白天有声无声均不点亮.

2,元器件选择

光敏电阻1个

驻极优话筒1个

运放lm3581个

NE5551个

单稳态触发器1个

发光管1个

电容3个

电阻10个

压在电阻R1,R2上分压的结果，即U+=(R1/R1+R2)UZ此时

输出电压+UZ将通过电阻R向电容C充电，使电容两端的电压

UC升高，而此电容上的电压接到集成运放的反相输入锻，即

U-=UCo当电容上的电压上升到u-=u+时，滞回比较器的输出

端将发生跳变，由高电平跳变为低电平，是uo=-uz,于是集成

运放同相输入端的电压也立即变为U+=-(R1/R1+R2)UZ输出

电压变为低电平后，电容C将通过R放电，使UC逐渐降低c

当电容上电压降低到U-=U+时，滞回比较器的输出端将再次发生

跳变，由低电平跳变为高电平，既Uo=+UZo以后又重复上述

过程.干是产生了正负交替的方波°在接通电源的瞬间，输出电

压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，设输出电压偏于下饱和值，

即Uo=+Uz时,加到电压比较器同相端的电压为+FVz,而加于

反相端的电压，由于电容器C上的电压Vc不能突变，只能由输

出电压Vo通过电阻Rf按指数规律向C充电来建立，充电电流为

i+o显然，当加到反相端的电压Vc略正于+FVz时，输出电压便

立即从正饱和值(+Vz)迅速翻转到负饱和值(-Vz),・VZ又通

过Rf对C进行反向充电，充电电流为i-o直到Vc略负于・FVz

值时，输出状态再翻转回来。如此循环不已，形成一系列的方波

输出

2.2部分元器件及功能

光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料

两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏

电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏

电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、储化物等半导体。

半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少c

当光敏电阻受到光照时.，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导

带，成为自由电子，同时产生空穴，电子一空穴对的出现使电阻

率变小。光照愈强，光生电子一空穴对就越多，阻值就愈低。当

光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增

大。入射光消失。

驻极体话筒

话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有

若干小孔的金属电极（背称为背电极）构成。驻极体面与背电极

相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作

绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个

平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分

布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变

了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于

驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q二CU所以当C变

化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现

声一电的变换。

LM358

是常用的双运放，这里我们介绍一下他的一些资料以及简单电

路应用。

LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放,

适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，

它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单

电源供电的使用运放的地方使用。

NE555内部框图，工作原理

唯RD

555定时器由3个阻值为5kQ的电阻组成的分压器、两个电压比

较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器

G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；

2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触

发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或

使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制

端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经

O.OluF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时

器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD

放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压IV—3V,输出

电流可达200mA,因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯

等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。

发光二极管

发光二极管简称为LED。由钱（Ga）与神（AS）、磷（P）的

化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因

而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者

组成文字或数字显示。磷碑化线二极管发红光，磷化线二极管发

绿光，碳化硅二极管发黄光。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为

LEDo发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具

有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到

N区的空穴和由N区注入到P区的电了、在PN结附近数微米内

分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不

同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空

穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的

光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

电容器

就是两片不相连的金属板.电容器在电子线路中的作用一般概括

为：通交流、阻直流。

电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用，是电

子线路必不可少的组成部分。

在集成电路、超大规模集成电路已经大行其道的今天，电容器作

为一种分立式无源元件仍然大量使用于各种功能的电路中，其在

电路中所起的重要作用可见一斑。

作贮能元件也是电容器的一个重要应用领域，同电池等储能元件

相比，电容器可以瞬时充放电，并且充放电电流基本上不受限制,

可以为熔焊机、闪光灯等设备提供大功率的瞬时脉冲电流。

电容器还常常被用以改善电路的品质因子，如节能灯用电容器。

隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。

旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下

一级电路

滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。

温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进

行补偿，改善电路的稳定性。

计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。

调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、

电视机。

整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加

热设备等等。

如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准，一个电容储存

的电能可以供一个手机使用一天。

判断电容器的好坏可用万用表的驱姆档，看其充放电的能力.如果

刚开始电阻小然后慢慢变大的是好的.表示充电正常，如果电阻一

直小或者大就是坏的

SN74LS112NJK触发器

内部原理图

3.器件参数的计算

Rl=5.3/5=1千欧R6=(8-1.6)/1=0.64千欧

Vp=R3/(R2+R3)*V02+R2/(R2+R3)*V01

0=R3/(R2+R3)*V02-R2/(R2+R3)*VO1

R3V02-R3V01=0R2=V02/V01*R3=1.4千欧R3=l千欧

V02=I/RCJVidt8=5.7/R5C*0.25R5C=5.7/8*0,25

取C=10ufR5=0.4千欧Rp=5千欧

三.装配与调试

1.声光控制照明灯线路装配与调试

1).装配

用数字万用表检查电路板是否损坏，按设计图配线，线路接

线正确，器件摆放和导线布置合理美观、安装牢靠。

2).调试

在电路版中将元器件按电路图连接，电路通电后，用示波器

观察其波形，

四.课程设计心得体会

电子课程设计是电类专业学生重要基础实践课是工科专

业的必修课。经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、

使我得到一次较全面的工程实践训练。理论联系实际，提高和培

养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕、业后的工作打下

基础。

在此次的声光控制照明灯设计过程中，更进一步地熟悉了集

成块的结构及掌握了工作原理和其具体的使用方法.在连接过种

程中，要求熟悉逻辑电路及其集成块各引脚的功能,那么在电路出

错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路也往往

是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一

致的,例如仿真的连接示意图中，往往没有接高电平以及接低电平,

因此在实际的电路连接中往往容易遗漏.

我认为，积极地参与电子课程设计设计，不仅可以充分的体

会到自己动手实践的乐趣，获得哪怕是前进一小步时候的那种成

功的喜悦，还有以下的几点收获：

（1）有利于我们学习能力的提高。这里所说的学习能力包括获取

资料的能力、理解前人思路的能力、系统设计能力、动手能力、

分析排除故障能力、表达能力等很多方面，电子设计设计的赛制

决定了上述能力缺一不可。

（2）有利于我们团队精神的培养。在课堂之外实际的工作中，我

们一般都要与人合作共同完成某一项目，这就非常需要团队精神，

而这一点在课堂常规教学中得到的锻炼是很有限的。电子设计设

计要求三人组队参赛，集体计算成绩，这就要求三个人必须互相

信任、互相配合、分工合作。在顺境时小组成员要相互提醒保持

冷静，逆境时要相互鼓励共度难关，出现问题时不能相互埋怨c

这些与课堂教学强调独立性是有明显区别的。

（3）有利于我们心理素质的锻炼。电子课程设计时间决定了设计

结果的产生会有很大的不确定性，一个极其偶然的失误都会导致

最终的不理想结果，因此需要参赛者具备良好的心理素质，全心

全意投入紧张激烈的比赛，并且以一颗平常心面对最终的结果C

那么，如何来准备电子设计设计呢？我认为，电子设计设计

不是一个孤立的设计，它是同我们电子科学相关专业的课程密切

结合的，是专业课体系化的过程，与培养自身全面素质是紧密相

关的。因此准备设计并不是一个短期行为，而是一个长期的过程。

第一、“基础知识储备、实践锻炼”。在大一到大二这个时候,

我对自己就有了更高的要求。在学好专业基础课的同时，我重点

学习了一些应用技能c比如，我学习了一些常用EDA软件的使

用，熟悉了实验室制版的流程，强化了自己的