电子课程设计—简易声光控延时照明灯电路设计学院：电子信息工程学院专业、班级：电气091501班姓名：\学号：指导教师：***2014年12月目录电子课程设计 (1)简易声光控延时照明灯电路设计 (3)一、设计任务与要求 (3)二、总体框图 (3)1、总体框图 (3)2、电路方案的选择（延时电路的选择） (3)3、电路的基本组成及功能 (4)三、选择器件 (5)四、功能模块 (9)1、电源模块 (9)2、光控模块 (9)3、声控模块 (10)4、延时照明模块 (11)五、总体设计电路 (11)1、总体电路图仿真图 (12)2、各模块间的连接 (12)3、在模拟、数字实验箱上实验实现 (12)六、设计心得 (12)简易声光控延时照明灯电路设计一、设计任务与要求：1、设计任务：设计一个简易声光控延时照明灯电路。
同时设计一与电路相配合的稳压电源电路。
2、设计功能及要求：（1）具有光控功能，白天光线较亮，即使有声音时路灯也不亮，光线较暗、有声音时路灯点亮。
（2）具有声控功能，晚上光线较暗，有声音时路灯点亮，声音消失后延时照明一段时间t后自动熄灭；并且时间t可以手动调节。
（3）要求电如果在照明灯点亮期间又有新的生源出现，照明灯应重新通电时间t。
（4）采用高亮度LED作为照明光源。
二、总体框图：1、总体框图：电路采用声光两级控制照明电路。
照明灯开关对光线强弱的感应控制照明灯的第一级开关，对声强的感应控制第二级开关。
光信号的感应通过光敏三极管来实现，使得光控电路在光强时输出低电位，光弱时输出高电位。
对于声强信号的处理市利用音频集成功率放大器，把声信号变为电信号，通过对声强信号的处理可得一个电平信号，为控制电路准备。
延时控制功能通过555定时器构成的单稳态触发电路来实现。
将光控电路的输出作为555定时器的复位端输入。
将声控输出端作为延时电路的输入，从而可以实现在光线强的情况下，即使有足够强的声信号，照明灯电路也不工作。
而在光线弱的情况下，可以通过声信号来控制照明。
2、电路方案的选择（延时电路的选择）：方案一：RC电路延时：由一个电阻和一个电容并联组成的RC延时电路。
但输入电压为高时，电容充电，但输入电压为低时电容放电。
达到延时目的。
方案二：555单稳态触发器：电路个稳定状态和一个暂稳状态。
在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。
方案选择：由RC并联的电路延时不稳定，延时时间不精确。
而且各次延时时间不尽相同，输出电压幅度较大。
555单稳态触发器延时时间比较精确，各次延时时间基本一致，输出电压稳定。
因此选择555单稳态触发器。
3、电路的基本组成及功能：该电路主要由四部分电路组成，分别为：电源电路、光控电路、声控电路、延时照明电路。
（1）电源电路：电源电路主要为控制电路提供工作电压，直接从电网得到的220V交流电压，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将该交流电转化为+12V的直流电压。
电路中变压器的常规铁心变压器，其作用是将市电进行降压处理变成整流桥所需要的交流电压；整流电路采用二极管桥式整流电路，将变压器的输出电压进行全波整流；C1、C2和C3完成滤波功能，用来滤除整流桥输出电压中的纹波；稳压电路采用三端稳压集成电路7812来实现。
（2）光控电路：光控电路部分主要由U2非门、U4与非门、光敏三极管和电阻R6组成。
光敏三级管和电阻R6串联分压：当有强光照射时，光敏三极管处于导通状态，节点31输出电压较低，为低电平；当无光照或者光线较弱时，光敏三极管处于截止状态，节点31输出电压较高，为高电平。
放大信号从U2输入，光控信号从U4输出：当节点31输出低电平时，U4门关闭，放大信号无法输入，照明灯不受声音信号控制；当节点31输出高点平时，U4门打开放大信号可以输入，声音信号控制照明灯的开关。
光控控制电路对整体电路起总控制作用。
（3）声控电路：声控电路由低压音频集成功率放大器LM386构成，当光线较弱，有声音时，照明灯就会亮起。
同时用信号发生器代替声音信号，音频功率放大器将脉冲信号放大，输出较大电压的信号。
（4）延时电路：延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路，来实现当光线较弱且有声音时，照明灯点亮，一段时间后，照明灯自动熄灭；但当照明灯点亮时有新的声音出现，照明灯会重新通电同样的时间。
由555定时器构成的此单稳态触发电路，为保证该电路上电后，引脚3输出低电平，增加了R21和C13组成的上电复位电路。
复位电路可保证上电后，复位引脚4为低电平，引脚3输出为低电平，LED灯没有电流通过，不会被点亮。
当节点8输入脉冲下降沿（即555定时器的引脚2有脉冲下降沿）时，触发单稳态电路进入暂稳态，引脚3输出高电平，使LED灯有电流通过，而被电亮。
当定时器555内部放电管截止，电源通过电位器R20、电阻R23向电容C11充电，当引脚6的电压超过2/3Vcc时，引脚3输出为低电平，LED灯中不再有电流通过，此时灯熄灭，555定时器返回上电后的初始状态，等待再一次脉冲下降沿的到来。
三、选择器件：所需元器件：1、555定时器：555定时器是一种多功能集成电路，只要在外部接上几个电阻和电容，即可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。
本次设计中，采用定时器555组成的延时电路为单稳态触发电路。
定时器555的内部结构框图、逻辑符号图和逻辑功能表如下图所示。
定时器555的内部结构框图定时器555的逻辑符号图定时器555的逻辑功能表由其内部结构框图可知，它由比较器1、比较器2、非门G1与G2组成的SR 锁存器和放电三极管Q1组成。
由其功能表和管脚图可知，集成电路共有8个引脚，引脚1 接地，引脚8为电源端，引脚5为控制电平端，引脚6阀值输入THR 触发输入TRIG 复位端 输出端Q 放电管DIS 任意值 任意值 0 0 导通 <(2/3)Vcc <(1/3)Vcc 1 1 截止 >(2/3)Vcc >(1/3)Vcc 1 0 导通 <(2/3)Vcc >(1/3)Vcc 1 不变不变为阀什输入端，引脚7为放电端，引脚2为触发电平端，引脚3为输出端，引脚4为清零端。
从功能表中可以看出：555集成电路通过改变THR和TRIG 端的电压值，来影响输出端和放电端的状态，同时它还具有储存信号功能。
需要注意的是控制电平端CV01T，当它接入任意电压时，THR和TRIG端的变化分界点就不再是（1/3)VCC和(2/3)VCC，而是（1/2）VCC01t和VCC01t。
555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，Vthr<（2/3）VCC, Vthr>（1/3）VCC，Q=0，放电管导通。
当Vtring=VCC=0.3V时，电路进入暂稳态，此时Q=1,放电管截止。
同时直流电源通电阻R对电容C进行充电，使得Vthr 的什渐渐上升，当Vthr和什大于（2/3）VCC时，电路重新进入稳态，Q=0，放电管导通。
电路暂稳态的持续时间， C的充电时间取决于电阻R数值，其脉冲宽度计算公式为tw=R*C，2、三端集成稳压器W7812：型号为W7812系列的三端稳压器为固定式稳压电路，其输出电压有5V，6V,9V,12V,15V,18VHE 24V七个挡次，型号后面的两个数字表示输出的电压值。
本次设计中，采用型号为W7812的三端集成稳压器为输出电压12V。
三端集成稳压器W7812的电路原理图、管脚图和功能表如下图所示。
三端集成稳压器W7812外形及管脚图三端集成稳压器W7812电路原理图三端集成稳压器W7812功能表3、非门74LS04与二输入与非门74LS00：74LS 系列门电路是最大使用的数字集成电路芯片：74LS04是非门，又称为反相器，是实现逻辑非运算的逻辑电路。
74LS00是与非门，其可实现与门和非门的复合运算。
非门和与非门的逻辑符号、管脚图和功能表如下图所示。
74LS04非门的逻辑符号74LS04非门的管脚图 74LS04非门的功能表正常输出直流电压（V ） 输出电压变化范围（V ） 输入电压允许范围（V ）输出电流（A ）电压调整率最小 最大 12.011.5~12.515.0~17.00.10.510mV/V输 入 输 出A Y 0 1 11＆74LS00与非门的管脚图74LS00与非门的功能表输入输出A B Y0 0 10 1 11 0 11 1 074LS00与非门的内部结构图四、功能模块：1、电源模块：电源电路主要为控制电路提供工作电压，直接从电网得到的220V交流电压，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将该交流电转化为+12V的直流电压。
电路中变压器的常规铁心变压器，其作用是将市电进行降压处理变成整流桥所需要的交流电压；整流电路采用二极管桥式整流电路，将变压器的输出电压进行全波整流；C1、C2和C3完成滤波功能，用来滤除整流桥输出电压中的纹波；稳压电路采用三端稳压集成电路7812来实现。
电源电路仿真图为：2、光控模块：光控电路部分主要由U2非门、U4与非门、光敏三极管和电阻R6组成。
光敏三级管和电阻R6串联分压：当有强光照射时，光敏三极管处于导通状态，节点31输出电压较低，为低电平；当无光照或者光线较弱时，光敏三极管处于截止状态，节点31输出电压较高，为高电平。
放大信号从U2输入，光控信号从U4输出：当节点31输出低电平时，U4门关闭，放大信号无法输入，照明灯不受声音信号控制；当节点31输出高点平时，U4门打开放大信号可以输入，声音信号控制照明灯的开关。
光控控制电路对整体电路起总控制作用。
光控电路仿真图为：放大信号输入光控信号输出3、声控模块：声控电路由低压音频集成功率放大器LM386构成，当光线较弱，有声音时，照明灯就会亮起。
同时用信号发生器代替声音信号，音频功率放大器将脉冲信号放大，输出较大电压的信号。
该音频集成放大器是一个三级放大电路：第一级为差分放大电路，Q1、和Q3、Q2和Q4分别构成复合管，作为差分放大电路的方大管；Q5和Q6组成镜像电流源，作为Q1和Q2的有源负载；信号从Q3和Q4管的基极输入，从Q2的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。
使用镜像电流源作为差分放大电路的有源负载，可使单端输出电路增益近似等于双端输出电路的增益。
第二级为共射放大电路，Q7为放大管，恒流源作为有源负载，以增大放大倍数。
第三级中Q8和Q9管复合成PNP型管，与NPN型管Q10构成准互补输出级。
二级管D2和D3为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。
声控电路仿真图为：输出端信号发生器输入信号、示波器显示输入信号与输出信号波形图为：4、延时照明模块：延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路，来实现当光线较弱且有声音时，照明灯点亮，一段时间后，照明灯自动熄灭；但当照明灯点亮时有新的声音出现，照明灯会重新通电同样的时间。