数字电子技术课程设计---声控灯的设计与制作

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：声控灯的设计与制作

院系：电气学院

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间：

课程设计任务书

一、设计任务及原理

1.设计任务

设计一个声控开关，控制对象为发光二极管。

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5～10mA），延时时间在1～15s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1～15s。

2.设计原理

声控灯的功能是将声音信号转换为电信号、再将电信号转换为光信号的一个装置。

声控灯装置的输入部分由是一个话筒。话筒的高分子极化膜中拥有一定的永久电荷。在声波的作用下，极化膜在声音的作用下震动，因此电容的大小不断地变化。电容两极间的电压随着电容的增大而减小。和声音对应的电压便可以由电容两端的电压推算出来，起到一个传感器的作用。然而由于这个电压的大小极小不能够使LED灯发光，因此需要用多级放大电路对这个电压信号进行放大，对其进行整形，处理，最终得到一个理想的大小适中的电压信号来驱动二极管发光。

单稳态触发电路可以满足声控灯延时的实现。其暂态时间就是发光二极管的发光持续时间。用经过多级放大电路放大的电压作为触发脉冲输送给单稳态触发电路，会得到一个持续特定时间的输出电压。进而达到了驱动二极管发光的目的。

对于计数器部分，首先需要一个时钟源。多谐振荡器产生时钟源脉冲。满足了单稳态电路的输出与时基脉冲结合，控制计数器的计数与清零，就可以使计数部分与发光部分同步工作。

计数结果经译码器的译码输送给数码管，数码管便可以将数字显现出来，达到了本次课程设计的目的。

二、设计过程

1.声控灯电路原理：

接受到声音信号进入到驻极体话筒时，话筒将声音信号转换为电压信号，经三极管放大电路对该电压信号进行放大以及接下来的施密特触发器整形后，触发单稳态延时电路，便可以产生一个可调宽度的脉冲信号，该脉冲信号足够大便能够驱动发光二极管使其发光。该脉冲信号还作为选通信号，达到使计数器计数的目的，接下来将信号送到数码管，最终驱动数码管显示数字，此即为声控灯电路工作的原理，下面为其中的电路原理的设计简图。

2.电路设计

2.1放大电路设计：

放大电路由两个三极管实现，将驻极体话筒采集的声音信号转换成的电信号进行放大，电路图如下所示：

2.2整形电路设计

整形电路由555定时器构成的施密特触发器实现，放大后的尖峰脉冲经整形电路后，得

到的波形接近方波，当尖峰脉冲信号大于

3cc 时，输出为低电平；当尖峰脉冲信号小于1

3cc V 时，输出为高电平；当尖峰脉冲信号大于13cc V 小于2

3

cc V 时，输出为保持原电平。

整形电路如下图所示：

2.3单稳态延时电路设计

单稳态延时电路由555定时器构成的单稳态触发器实现，高电平触发，其中 1.1w t RC ，通过调节滑动变阻器，时间是0s~99s 可调，电路如下图所示：

2.4时基电路设计

时基电路由555定时器构成的多谐振荡器实现，0.7(2)A B T R R C ≈+，占空比为

100%2A B

A B

R R D R R +=

?+，电路如下图所示：

时基电路产生方波，为计数器提供时钟脉冲。通过调节滑动变阻器，可以改变输出方波的占空比，进而计数器的计数快慢。 2.5计数译码显示电路设计

计数译码器显示电路将根据单稳态延时电路、

门电路及时基电路决定的主脉冲给计数器。

计数器由74LS90构成，译码器由74LS47构成，显示电路由数码管构成，如下图所示：

三、电路实物图连接与电路图仿真

根据以上所述设计的声控灯仿真电路如下所示：

四、电路检测与调试

（1）调试9013三极管构成的放大电路，利用示波器观测放大电路的输入端（即话筒输出端）和第1个三极管集电极的输出波形。如下图所示：

第一级放大器输出波形

第二级放大器输出波形

（2）调试555构成的单稳态触发器，利用示波器观测单稳态延时电路的输出端波形；调节滑动变阻器，观测LED发光二极管延时时间。

（3）调试555构成的多谐振荡器，利用示波器观测时基电路的输出端波形；调节滑动变阻器，观测时基电路的输出端波形。输出波形基本为方波。

五、原件清单

i.与非门：74LS00

ii.计数器：74LS90

iii.译码器：74LS47

iv.直流稳压电源

v.电阻、电容、导线若干

i.555定时器

ii.三极管：9013

iii.驻极体话筒

iv.发光二极管LED（共阳极）

六.设计总结与心得

通过此次基于声控灯的设计与制作的数字电子技术课程设计，我受益匪浅，不仅对数电课上老师所讲授的理论知识有了更深刻的理解，并在实验的过程中提高了自己的动手实践和操作能力，在最后的一个附加环节还提高了我的创新能力，在这个环节中，我们小组提出了多种设计方案，但是通过仔细的深刻研究分析及考虑到元件的限制因素，我们最终选择了一个最优方案，对面包版搭建电路更加熟悉，对我印象最深的是我们在最初完成电路的连接后进行第一次调试，结果失败了，但是经过我们细心讨论和排查每一条线，最终排除了错误，达到了本次课程设计的要求，我们得到了成功的喜悦，希望以后能够有更多这样动手实践的能力，更有助于提高我们将理论知识应用到实际生活中的能力。