数字电子技术基础课程设计-声控开关的设计与制作.doc

Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：数字电子技术基础 设计题目：声控开关的设计与制作 院 系：电气学院自动化测试与控制系班 级：0901103班 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名：郐士超 院 （系）：电气学院自动化测试与控制系 专 业：测控技术与仪器（电子测量） 班 号：0901103 任务起至日期： 年 月 日至 年 月 日 课程设计题目：声控开关的设计与制作 已知技术参数和设计要求：一、任务设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。二、基本要求1、接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管（电流510mA），延时时间在115s之间可调。2、延时时间用数字显示（采用共阳极数码管），时间单位可调，显示范围为115s。 工作量：一、 设计电路图，研究电路原理二、 在brand板上，进行电路连接三、 调试检测，实现功能四、 利用示波器，观察输出波形五、 撰写实验报告 工作计划安排：一、 设计电路图，研究电路原理（2天）二、 在brand板上，进行电路连接（2天）三、 调试检测，实现功能（2天）四、 利用示波器，观察输出波形（0.5天）五、 撰写实验报告（0.5天） 同组设计者及分工：郐士超（我）：连接电路模拟部分，包括：声音信号的两级放大电路，以及通过555定时器构成整形电路、单稳态触发器电路和发光二极管电路的连接以及功能调试。王喜强： 连接电路数字部分，包括：利用555构成的多谐振荡器电路，利用74ls90构成的计数电路、利用74ls47构成的译码电路和数码管电路的连接以及功能调试。共同部分：总的功能调试，以及最后利用示波器，观察输出波形 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）声控开关的设计与制作一、概述声控开关在实际中的应用相当广泛，是一些声控灯基本组成部分，其原理适用于很多声控器械，它涉及到时序逻辑电路如何设计、分析和工作等方面。通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理，从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种电路图，解决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。设计任务技术指标：一、任务设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。二、基本要求1、接收到一定强度的声音后，声控开关点亮发光二极管（电流510mA），延时时间在115s之间可调。2、延时时间用数字显示（采用共阳极数码管），时间单位可调，显示范围为115s。二、方案说明此方案采用74ls90计数器，74ls47译码器，晶体管放大电路，555构成的整形电路，555构成的单稳态触发器和多谐振荡器，还有74ls00等门电路。驻极体话筒接收到一定强度的声音信号后，声音信号转换为电压信号，幅度很小，经放大、整形后，触发单稳态延时电路，产生一个宽度可调的脉冲信号，驱动发光二极管显示。同时，这个脉冲信号作为选通信号，使计数器计数，并用数码管显示延时。原理框图如图1所示。两级放大电路电路门电路时基电路计数 器译码显示驻极体话筒整形电路单稳延时Vcc图1 声控开关原理框图从以上方案中可知，方案设有信号发生电路，放大整形电路，单稳延时，实基电路，计数器以及译码显示。各部分功能明确且之间的联系容易理解，所以采用这种方案。2单稳延时电路用555定时器构成的单稳态触发器起单稳延时作用，高电平触发，其中tw=1.1RC。时间是010s可调，C取100uF，可计算出R为0100千欧的电位器。如图3电路所示。图3 单稳延时电路原理框图3. 时基电路用555定时器构成多谐振荡器，控制单位时间，t=（R1+2R2）Cln2，C取100F。如图4电路所示。图4 时基电路原理框图4. 计数译码电路该电路将根据单稳延时电路和时基电路决定的主脉冲给计数器。计数器由十进制计数器74ls90构成，译码器由74ls47构成。如图5电路所示。图5 计数译码电路原理框图5.整体电路图图 6 整体电路原理框图6.硬件电路图四、性能的测试1.声音信号波形发出声音信号，单驻极体话筒把声信号转化为电信号，电脉冲如下图：图6 声音信号波形2.经过一级放大电路后的信号波形经过一级晶体管放大电路，振幅放大，相位相反，波形如下图：图7经过一级放大电路后的信号波形3.经过两级放多大电路后的信号波形经过两级晶体管放大电路，振幅进一步放大，相位再次相反，波形如下图：图8两级放多大电路后的信号波形4.时基电路性能测试由555定时器构成的多谐振荡器，产生矩形脉冲，为74ls90构成的计数器提供时钟脉冲，调节滑动变阻器的值，就可以调节脉冲频率，波形如下：图9 多谐振荡器输出波形5.通过在硬件电路上的性能测试，得到如下的表格从表格中可以看出：电路实现了技术指标要求，且误差在可以接受的范围内。RwTw实测值误差10k0.11s0.10s0.0920k0.22s0.19s0.1450k0.55s0.57s0.04100k1.1s0.8s0.27150k1.65s1.45s0.12200k2.2s2.0s0.09300k3.3s3.1s0.06400k4.4s4.2s0.05500k5.5s5.7s0.04600k6.6s6.2s0.06五、结论、性价比该声控开关电路实现了任务书中的性能指标，具有亮灯功能，其亮灯时间可以被存储；已输入信号开始计算，输入和输出以及中间计算过程通过LED数码显示器显示出来，非常直观。由表1可知，该电路误差不大，符合标准。该电路主要用到了晶体管9013定时器，74ls90计数器，74ls47译码器这几钟器件，各元件功能明确联系紧密，对声控原理的实现简明易了。所用元器件种类较少性价比比较合适。七、课设体会及合理化建议通过此次设计，我们进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了数显频率计的设计、组装与调试方法。更加熟练的运用仿真软件，并学习了运用软件测试、调试、改进电路。培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。所以这几天的学习中，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。通过查阅资料以及向老师请教，终于想到了更好的连接方法，第一次看到自己做的东西能够运行，心里有种说不出的喜悦。本次设计是本人第一次运用数字电路模拟实际的东西。因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，学会了PROTUES的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，既为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。最后