声光控电子电路设计报告.doc

声光控电子电路设计报告一. 设计要求总体要求：设计一个声光控制开关，用声音和光照同时控制，当光线很暗的时候有声音触发就打开开关（控制一个6v/100mA小灯泡负载），开关延迟时间在5-15秒之间可以调整当光线较强的时候声控不起作用1）．声控电路：用咪头收集声音信号，因为咪头功率很小，因此需要用放大电路将所收集的声音信号放大2）．其次需要设计光控电路：利用光敏电阻光线越强，电阻越大的特点，用它作为光控电路的控制电阻3）．声控电路和光控电路联合使用，使得光线较强时声控不起作用，此时声音很大也不会使得灯亮；只有当光线较暗时，声控电路起作用，有声音时就会触发，使得负载灯亮4）.此外，本电路要求以NE555芯片充当触发开关，且使电路延迟5—15s下图为所要求的设计单元：声音放大器触发控制电路接口驱动电路光控电路二. 方案选择及电路的工作原理2.1方案一LM324触发开关以及延时NE555与非门原理方框图LED灯运算放大光控电路咪头LM324电路原理图图1电路简述电路咪头采集声音信号并用两级运放LM324对采集到得信号进行放大处理再输入到与非门，采用光敏电阻（R9代替）采集光信号转换为电平信号并经过运放LM324进行发大输入到与非门进行逻辑处理。

延时功能通过555单谐震荡实现2.2 方案二LM324触发开关以及延时NE555与非门原理方框图三极管放大电路LED灯光控电路咪头LM324图2电路简述本电路前一部分为独立的声控和光控，中间部分为与非门，最后部分是延时以及负载（LED灯）光控部分由光敏电阻采集光信号转变为电信号，声控部分由咪头收集声音信号，并经三极管和一个运放放大白天或晚上光线较亮时，光控为低电平，声控部分起不了作用白天或晚上光线较暗时，光控部分将为高电平，声控部分起作用，负载电路的通断受控于声控部分电路能否接通就看声音信号强度当声音强度达到一定程度是，电路自动接通，二极管点亮，并开始延时，延时时间到开关自动关闭，等下一次声音信号触发2.3 方案比较方案一和方案二原理基本相同，由于方案一的效果方面不及方案二，所以此次采用的是方案二的设计进行制板三. 单元电路设计计算与元器件的选择声控部分：选择能将将声音信号转换为电信号的能量转换器件——咪头，这是声控电路的主要部件电容用两个10uf大小的如图3中的，C5和C6三极管型号为9013用于对从咪头处的传过来的微弱的电信号放大光控部分：选择光敏电阻，将光信号转化为电信号因为光敏电阻有随光照强度电阻不同的特性，因此将它与一电阻（R8）串联，就可以使得加在它上面的电压值发生变化，从而将光的变化转化为了电压值的变化。

而根据光敏电阻的阻值变化，我们选择了2k的电阻作为R8的阻值与之串联声控和光控都经过了一个带有四运算放大器的LM324（用了其中两个运放）与非门电路部分：所选择的是四与非门是74ch00，将声控和光控所传送过来的信号先与后非延时电路部分：用NE555进行触发和延时用后面的RC振荡作为延时电路其输出端再接上灯，用一个二极管LED灯来代替其他电路部分：选用了一个LED灯作为指示灯，指示电源的接通与否，以便检查电路四. 设计的具体实现1． 系统概述整体框图 LM324LED灯触发开关以及延时NE555与非门三极管放大电路咪头声控光控电路LM324 光控电路设计思路与总体方案的可行性论证整个电路得思路是声信号与光信号共同控制LED灯的亮与不亮因此需要设计一个光控电路，将光信号转换为电信号一个声控电路，将声音信号转换为电信号且选用NE555对灯进行控制光控电路中选用光敏电阻最为核心元件，它的阻值不是固定的，它会随着光照的强弱变化而变化：光照强，光敏电阻的阻值就小；光照弱，光敏电阻的阻值就大利用这个性质就可以将光信号进行转换。

且选用一个LM324就可以转换的信号放大，且转化为电平信号同样地，声控电路部分，声音信号用咪头来转换为电信号，由于此电信号十分微弱，因此用了一个三极管和一个运放LM324来放大，且转换为电平信号由于要使用光和声同时控制电路，因此选用了一个与非门，实现声与光的共同控制最后用的NE555，是低电平触发芯片，相当于灯（LED灯）的开关以及对灯亮的时间进行控制，即延时除了上述所选器件的精确选择，还将电路的阻值以及容值选择得当，那么该电路是较好的工作的且该方案可行性强，电路稳定，综合效应好各功能块的划分与组成如上图所示，可以将电路分为四个部分，第一部分为声控电路，由咪头，一个三极管，运放LM324，以及两个电解电容和若干电阻组成第二部分为光控电路，由一个光敏电阻，一个与光敏电阻分压的电阻，以及运放LM324组成第三部分为与非门，所选与非门为74ch00，是使声控部分电平与光控电路部分电平先与后非得出一个电平值第四部分可整体认为是一个负载部分，包含了NE555以及其各个端口的电阻以及电容，还有一个三极管和LED灯总体工作过程或工作原理情况一：白天或者光线较强时，光敏电阻阻值弱，与所与之串联的固定电阻相比较，所分电压小，与R4两端电压相比较可得光控端为低电平，此时不管声控端是高还是低电平，经过与非门之后都是高低平，即声控电路不起作用，而NE555需低电平才能触发，因此LED灯不亮。

情况二：而当光线较弱时，光敏电阻阻值高，其所分电压较高，其电压与R4电压相比后，可知光控电路表现为高电平，此时若有声音，经过咪头转换为电信号，经过三极管以及LM324的放大以后，声控电路也表现为高电平两高电平经过与非门后是低电平，能够触发NE555，使得LED灯亮，且能够延时几秒钟后自动熄灭情况三：光线较弱，光控电路为高电平，若此时没有声音信号，则声控电路为低电平，则经过与非门以后前级电路表现为高电平，此时无法触发NE555，无法使灯亮2． 单元电路设计、仿真与分析3．2．1 声控电路部分咪头由声电转换和阻抗转换两部分组成，如下图所示声电转换部分的关键元件是咪头内的振动膜，它是一个极薄的塑料膜片，因此当膜片受到声压强的作用，膜片要产生振动最终将声音信号转化为电信号 由于这个信号非常微弱，内阻非常高，不能直接使用，因此还要进行阻抗变换和放大阻抗转换部分由一个三极管担任，它的主要作用就是把几十兆欧的阻抗转变为与放大器匹配的阻抗图3（声控电路） 咪头当没有声音信号时三极管处于导通状态，集电极与发射极之间的电压约为0.3V；当有声音信号时，咪头的声音信号经放大是三极管不导通，则三极管的集电极与发射极之间的电压约为5V。

R1和R3作为偏置电阻，进行分压后，使得R11上的电压值为咪头两端电压，C5为整流电容，R2和R6等为保证三极管Q2的静态工作点C6为限流电容2．2 光控电路部分用于制造光敏电阻（图7）的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体在黑暗环境里，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图4(光控电路) 光敏电阻 经测量，光照强烈时光敏电阻（R9）所分电压为4.27V,当光线较弱时，光敏电阻两端电压为0.44V 其中的电阻R8与光敏电阻串联分压，有助于光敏电阻实现其功能2．3 与非门电路部分 采用的与非门电路是74ch00 如下图所示 与非门74ch002．4延时电路部分 NE555 R7与C2振荡延时如上图所示，电信号从端口2输入触发NE555，在6、7端口接入分别接入一个电阻和一个电容，本电路选择了一个51K的电阻，100uf的电容，可以计算出其延时时间，由公式t=1.1*R*C=1.1*5100*100=5.65s 。

电路延时时间约为5.65s，这与实际测试时相符仿真 在本次课程中，仿真部分虽没有严格要求，但是我们小组还是做了仿真，我们也是在做了仿真之后才做的电路板只是仿真过程没有保存下来本报告后附NE555的简介2.5仿真与分析简介本次试验的仿真主要是在电路板上进行的，主要分为两个步骤：首先按照声控部分用LM324来放大，经过连接电路，由于不太熟练的和知识欠缺的缘故，导致电路连接没有一次就成功，经过几次的分析电路和了解相关知识，顺利的连接好了电路然后观看效果和在仿真阶段的调试，经过测量发现光控部分能够达到要求，但需要改一下相关阻值，后级电路工作也很正常，但就是光控部分没有工作于是在课后，我们通过自己分析电路和请教老师，发现首先麦克风的接入电路有错，其次是放大的倍数不够大于是我们改进电路后没有在电路板上进行调式，而是直接做成了电路板，在电路板上经过一番调试代替了仿真，最后发现改进是完全对的，于是就定了下来3．电路的安装与调试    介绍电路安装调试过程中所遇到的主要技术问题，给出现象记录、原因分析、解决措施及效果，详细介绍电路的性能指标或功能的测试方法、步骤、仪器设备、记录的图表和数据首先，方案一：对于方案一我们也是先做了块电路板，通过用示波器来探测声音信号结果发现几乎没有声音信号的输入。

后来通过检测，用运放时放大倍数不够，而且经过调节倍数仍然没有效果，于是改用方案二——用三极管来放大声音信号改进后的方案二：对于方案二开始时经过示波器检测声音信号发现用9014来放大的倍数很大，于是改用放大倍数小一点的9013，效果有所改进，但放大倍数还是较大在声音信号调节好后，发现电路的控制效果仍然没有达到需要的效果，在日光灯下声光控灯会亮，开始时没有想通这么回事，后来又通过各部分检测才知道由于所用电阻R8过于小导致光明电阻分压过大而造成由于电路板也焊接完成了于是用手电筒照射光敏电阻发现电路达到了理想的效果当然电路还需要改进一下，如R6由于过小导致输入后级电路的电压有点大有可能要给芯片造成压力，但总体上说整个电路几乎没有问题达到需要的效果在电路板作出后，我们按要求测了一些数据如下： (1)声波波形（略）（2）光敏电阻电平：光线强烈时电压为4.27V；光线暗时为0.44V3）延时时间：理论延时时间5.61s；实际测得延时6s，与理论相符五．心得体会及建议 在应用电子设计这门课程中，我们小组选择做的题目是“声光控电路”由于声光控制电灯在实际生活中应用十分广泛，它可以用于楼道，过道，仓库等场所，且光线强的时候，灯是怎样也不会亮，这样可以很好的省电，应用价值大，因此我们做起来也十分有兴趣。

此次声光控开关的设计让我们感受到了书本知识转化为实际应用时的兴奋满足感，对之前所学的模电等知识有了更加深刻的认识，也对我们所学知识有了更大的兴趣。