数字逻辑系统设计论文 楼道控制照明灯设计.doc

数字逻辑系统设计论文45楼道控制照明灯设计院系信息工程学院专业通信工程班级姓名学号指导教师2011年6月30日目录第一章绪论第二章方案论证设计的目的和任务设计要求第三章电路图原理电路原理图声光控电路光控电路原理声控电路原理第四章元器件简介元器件清单元器件简介内部结构原理与电路符号内部结构与原理光敏电阻结构运放工作原理第五章电路的调试与焊接电路的调试焊接时注意的事项第六章心得体会第七章附页参考文献致谢附录第一章绪论公共场所和居民住区的公共楼道普遍使用机械手动开关由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明显的现象故使灯泡寿命短浪费电量为国家单位个人造成经济损失另外由于频繁开关或其他人为因素墙壁开关的损失率很高既增大了维修量浪费了资金又容易造成事故隐患因此设计研制一种电路新颖安全节电结构简单使公共场所和居民居住区的公共楼道自动开关显得相当造成经济损失另外由于频繁开关或其他人为因素墙壁开关的损失率很高既增大了维修量浪费了资金又容易造成事故隐患因此设计研制一种电路新颖安全节电结构简单使公共场所和居民居住区的公共楼道自动开关显得相当有必要使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮晚上闻声自亮待人走后几十秒后自动关闭既方便又省电以往的声控开关大多都是应用模拟电子技术进行设计分立元件多不可靠如今单片机技术已经相当成熟运用单片机可以设计出智能型的声控开关电路设计好后运用软件编程来实现其功能灵活方便修改简单目前许多声控开关的平均使用寿命不长主要是因为电路作频繁的开关启动电流非常大导致功率元件可控硅由于过载而损坏本文中采用开关电压过零保护技术可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击有效地防止可控硅元件启动时电流过载大大地延长了开关使用寿命并且可以起到保护灯泡的作用本次课程设计的任务是楼道声控灯根据模拟电子和数字电子所学的知识自主设计在老师的指导下以小组为单位组装实物并调试如今人们对声控技术越来越熟悉用声音代替肢体动作给人们带来了很多好处和便利因此越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中第二章方案论证声控灯包括负载RL可控硅SCR话筒MIC及声控电路灯负载RL与可控硅SCR串接后与电源相连话筒将声音信号转换成电信号声控电路通过声音信号控制可控硅SCR的导通状态其特征在于所述声控电路包括电源部分谐振放大部分及触发器电源部分通过电容降压整流及稳压提供声控电路所需的直流电压谐振放大部分包括多极三极管放大话筒接在第一级放大三极管的基极上并由电容耦合一个由电感和电容构成的震荡电路接在末级放大三极管的基极上放大后的信号影响触发器的翻转并最终控制可控硅的控制极的单位准确说我们的声控灯应该全名为45声光控灯因为和光线也有关系白天你放鞭炮它都不会亮光控电子开关它的开和关是靠可控硅的导通和阻断来实现的而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度或人为亮度的大小所控制的该装置适合作为街道宿舍走廊或其它公共场所照明灯起到日熄夜亮的控制作用以节约用电220V交流电通过灯泡H及整流全桥后变成直流脉动电压作为正向偏压加在可控硅VS及R支路上白天亮度大于一定程度时光敏二极管D呈现底阻状态1K使三极管V截止其发射极无电流输出单向可控硅VS因无触发电流而阻断此时流过灯泡H的电流22mA灯泡H不能发光电阻R1和稳压二极管DW使三极管V偏压不超过68V对三极管起保护作用夜晚亮度小于一定程度时光敏二极管D呈高祖状态100K使三极管V正向导通发射极约有08V电压使可控硅VS触发导通灯泡H发光RP是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件设计的目的和任务巩固加深对模拟电子技术和数字电子技术基础的知识理解提高综合利用所学知识的能力培养学生独立分析问题解决问题的能力通过查找资料选方案设计电路仿真和调试写报告等环节的训练熟悉设计过程步骤为今后从事电子线路的设计研制电子产品打下基础设计模拟和数字混合电路实现特定功能学习这一技能积累一方面的经验设计要求设计居民住宅楼的楼道声控灯在白天亮度较高的时候既楼道内光线充足时此开关关闭灯熄灭夜晚楼道内管线很暗时若楼道内充分安静此时灯不启动若在光线很暗的楼道内有人发出声响此灯会自动开启发亮画出电路图1用protel绘制电路原理图2布局合理排列均匀图面清晰便于看图有利于对图的理解和阅读3图形符号要标准图中应加适当的标注第三章电路图原理电路原理图图31电路原理图32VCC值的确定可由R3R1的分压作用将家用电压经整流后所得电压V02201414311V输入电压的表达式为VCCR1V0R1R3算得VCC5V声光控电路图32光控电路原理光控电路中的光敏电阻随外界光线的增强而阻值逐渐减小当它阻值变小时其两端电压变小输入低电平从而控制电路在光线强时整个电路不工作34声控电路图34声控电路声控电路原理声控灯接收声音信号用的是小话筒也叫麦克风而不是什么声敏电阻声音信号经放大后经整流再去触发可控硅实现电灯的开启经过约一分钟的延时后再去掉触发信号可控硅就自动关断了灯也就熄灭了所谓可控硅是一种npnp的四层器件平时他是关断的当在控制端给一个触发脉冲时他就导通了导通后即使撤掉触发脉冲他仍然导通不会关断只有给它施加反向电压或切断电流他才能关断上边说的声控灯就是去掉触发脉冲后利用交流电的过零瞬间或脉动直流的过零瞬间电流的中断使可控硅自动关断的342声光控制照明电路总的原路图总的电路的设计是将声控放大电路光控电路555构成的施密特触发器和74122构成的单稳态触发器组合起来这样即可以实现声控光控波形整形和延时的功能第四章元器件简介元器件清单NE555一个74LS122一块LM358一个驻极话筒一个电阻3302个1K4个7K5个10K2个150K2个电位器单圈蓝色方形一个22K电容16V47uF一个16V10uF两个光敏电阻发光二极管LED一个元器件简介内部结构原理与电路符号图41NE555内部结构原理与电路符号555定时器由3个阻值为5K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脚为复位端输入脉冲或使其电压低于07V可是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001uF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脚为输出端输出电压为约低于电源电压1V3V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5V18V范围内使用555定时器工作时过程分析如下5脚经001uF电容接地比较器C2和C2的比较电压为UR123VCCUR213VCCVI123VCCVI213VCC时比较器C1输出低电平比较器C2输出高电平基本RS触发器置0G3输出高电平放电三极管TD导通定时器输出低电平VI113VCC时比较器C1输出低电平比较器C2输出低高平基本RS触发器保持原状态不变555定时器输出状态保持不变当VI123VCCVI2低电平基本RS触发器两端都被置1G3输出低电平放电三极管TD截止定时器输出高电平当VI1电平基本RS触发器置1G3输出低电平放电三极管TD截止定时器输出高电平NE555引脚图图42NE555引脚图内部结构与原理的输出脉冲宽度可由三种方法控制一是通过选择外定时元件和值来确定脉冲宽度由于有内定时电阻故必要时可只接二是通过正触发输入端或负触发输入端的重触发延长三是通过清除端的清除使缩小图引脚引出端符号外接电容端正脉冲输出端负脉冲输出端直接清除端低电平有效外接电阻电容端内电阻端负触发输入端正触发输入端功能表图功能表说明外接电容接在正和正之间如用内定时电阻需将接为了改善脉冲宽度的精度和重复性可在和之间接外接电阻并且开路为了得到可变脉冲宽度可在或和之间接接变电阻高电平低电平任意低到高电平跳变高到低电平跳变一个高电平脉冲一个低光敏电阻结构图光敏电阻简介光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器入射光强电阻减小入射光弱电阻增大光敏电阻器一般用于光的测量光的控制和光电转换将光的变化转换为电的变化常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器它是由半导体材料制成的光敏电阻器的阻值随入射光线可见光的强弱变化而变化在黑暗条件下它的阻值暗阻可达110M欧在强光条件100LX下它阻值亮阻仅有几百至数千欧姆光敏电阻器对光的敏感性即光谱特性与人眼对可见光04076m的响应很接近只要人眼可感受的光都会引起它的阻值变化设计光控电路时都用白炽灯泡小电珠光线或自然光线作控制光源使设计大为简化结构通常光敏电阻器都制成薄片结构以便吸收更多的光能当它受到光的照射时半导体片光敏层内就激发出电子空穴对参与导电使电路中电流增强为了获得高的灵敏度光敏电阻的电极常采用梳状图案它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的一般光敏电阻器结构如右图所示光敏电阻器通常由光敏层玻璃基片或树脂防潮膜和电极等组成光敏电阻器在电路中用字母R或RLRG表示运放工作原理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要使LM358的声控放大电路的放大倍数为3050即可选用47K150此时算得要使LM358的2脚和5脚的电压为必须选用两对阻值一样的电阻这里在5引脚选用47K在2引脚选用1K要使延时时间为5s即使5s选用150的电阻和47uF的电容即在11脚和13脚间接入47uF的电容在13脚和间接入150电阻第五章电路的调试与焊接电路的调试当一个电路板焊接都完成后在检查该电路板是否可以正常工作时通常不要直接给电路板供电而是要按下面的步骤进行检查确保每一步都没有问题后在上电也不迟以免造成不必要的危险1连线是否正确如今大家都是使用电路绘制软件进行电路板的设计但是还是建议大家先画原理图在生成网络表来生成PCB的连接有很多的初学者学习PCB电路板的软件是都是直接话PCB我初学时就是这样的在单片机的入门和设计各个小实验电路板时都是直接在元件库中拉出元件封装来话PCB通常会导致很多管脚的错连如果你是使用很规范的电路设计步骤来设计的电路板那么你的原理图是你检查的关键这里需要检查的地方主要在芯片的电源和网络节点的是否标注正确同时也要注意网络节点是否有重叠的现象这是检查的重点另一个检查的重点是元件的封装现在很多的芯片的封装的不同其引脚的顺序也是不同的以前记得一个研究生在调试NEC的处理器是就有类似的事情发生我记得他选用的是NEC的UPG78F9222的8位Flash处理器但是其在设计电路时原理图中的是DIPPCB的封装对应的引脚但是在PCB中是贴片的元件管叫完全的不对应导致上电是老是烧芯片但是这样就会给调试者误导以为是自己的电源有问题2电源接口是否有短路现象这里就体现出调试之前不上电的原因有的电源接口短路这样会造成你的电源烧坏有时会有电源爆炸的事故发生使用万用表测量一下电源的输入阻抗这是必须的步骤再设计是电源部分可以使用一个0欧姆的电阻来作为调试方法上电前先不焊接电阻检查电源的电压正常后在将电阻焊接在PCB上给后面的单元供电以免造成上电由于电源的电压不正常而烧毁后面单元的芯片但是贴片的就更麻烦电路设计中增加保护电路比如使用自恢复保险丝等元件3元器件安装情况主要是检查有极性的元器件如发光二极管电解电容整流二极管等以及三极管的管脚是否对应对于三极同一功能的不同厂家其管教的排序也是不同的所以最好使用万用表测试一下焊接时注意的事项手工焊接是传统的焊接方法虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了但对电子产品的维修调试中不可避免地还会用到手工焊接焊接质量的好坏也直接影响到维修效果手工焊接是一项实践性很强的技能在了解一般方法后要多练多实践才能有较好的焊接质量手工焊接握电烙铁的方法有正握反握及握笔式三种焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便手工焊接一般分四步骤进行准备焊接清洁被焊元件处的积尘及油污再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件焊接新的元器件时应对元器件的引线镀锡加热焊接将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟若是要拆下印刷板上的元器件则待烙铁头加热后用手或银子轻轻拉动元器件看是否可以取下清理焊接面若所焊部位焊锡过多可将烙铁头上的焊锡甩掉注意不要烫伤皮肤也不要甩到印刷电路板上用光烙锡头沾些焊锡出来若焊点焊锡过少不圆滑时可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补焊检查焊点看焊点是否圆润光亮牢固是否有与周围元器件连焊的现象二焊接质量不高的原因手工焊接对焊点的要求是电连接性能良好有一定的机械强度光滑圆润造成焊接质量不高的常见原因是焊锡用量过多形成焊点的锡堆积焊锡过少不足以包裹焊点冷焊焊接时烙铁温度过低或加热时间不足焊锡未完全熔化浸润焊锡表面不光亮不光滑有细小裂纹如同豆腐渣一样夹松香焊接焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香造成电连接不良若夹杂加热不足的松香则焊点下有一层黄褐色松香膜若加热温度太高则焊点下有一层碳化松香的黑色膜对于有加热不足的松香膜的情况可以用烙铁进行补焊对于已形成黑膜的则要吃净焊锡清洁被焊元器件或印刷板表面重新进行焊接才行焊锡连桥指焊锡量过多造成元器件的焊点之间短路这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意焊剂过量焊点周围松香残渣很多当少量松香残留时可以用电烙铁再轻轻加热一下让松香挥发掉也可以用蘸有无水酒精的棉球擦去多余的松香或焊剂焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖这多是由于加热温度不足或焊剂过少以及烙铁离开焊点时角度不当造成的三易损元器件的焊接易损元器件是指在安装焊接过程中受热或接触电烙铁时容易造成损坏的元器件例如有机铸塑元器件MOS集成电路等易损元器件在焊接前要认真作好表面清洁镀锡等准备工作焊接时切忌长时间反复烫焊烙铁头及烙铁温度要选择适当确保一次焊接成功此外要少用焊剂防止焊剂侵人元器件的电接触点例如继电器的触点焊接MOS集成电路最好使用储能式电烙铁以防止由于电烙铁的微弱漏电而损坏集成电路由于集成电路引线间距很小要选择合适的烙铁头及温度防止引线间连锡焊接集成电路最好先焊接地端输出端电源端再焊输入端对于那些对温度特别敏感的元器件可以用镊子夹上蘸有元水乙醇酒精的棉球保护元器件根部使热量尽量少传到元器件上第六章心得体会通过本次的课程设计让我更加深刻理解数字电路与模拟电路的相关知识巧妙地把两门课程结合起来应用到现实生活中在本次课设中让我感觉了自己所学知识的溃乏验证了古人说的书到用时方恨少这句话所以我们要反复的学习学过的知识通过课程设计锻炼了我们的动手能力还体现了同学们之间的团队精神每个人都参与进来让我们感受到了课设的乐趣在欢乐中我们学到了很多的知识我们认为在这次课程设计中在收获知识的同时还收获了阅历收获了成熟我们通过查找大量的资料请教老师以及不懈的努力不仅培养了独立思考动手操作的能力在各种其它的能力上也都有了提高更重要的是在实验上我们学会了很多的学习方法而这是日后最实用的真的是受益匪浅面临社会的挑战只有不断的学习实践再学习再实践第七章附页参考文献1作者阎石书名数字电子技术基础出版社高等教育出版社出版时间2006年5月第5版2作者康华光书名模拟电子技术基础出版社高等教育出版社出版时间1999年6月第4版致谢首先感谢吉林工程技术师范学院的老师们是他们教会我许多知识相信这些知识会使我在以后的工作和人生道路上有很大的帮助我将会带着老师的教导踏上新的征程在这里我也非常感谢一起学习的同学们和他们在一起学习生活让我融入了这个大家庭我们大家像兄弟姐妹一样的生活学习也使我体会到了集体的温暖同学们在学习上相互帮助相互学习好快乐的时光再次感谢她们希望以后的工作生活中大家工作顺利每天都开心在校的四年我们从懵懂到成熟学会了生活学会了珍惜也经历了好多其中有太多的喜爱与不舍只有我们自己能体会在此我要感谢每一个帮助过我的人我要感谢的是我的指导老师于静珠于静珠老师平日里工作繁多但在我做设计的每个阶段都给予我悉心的指导和帮助最后我要再次感谢的是我亲爱的学院以及学院的每一位老师和同学是你们和我一起快乐成长总之感谢每一位关心过我爱护过我的老师最后再次感谢我的导师于静珠老师附录图31声控理总图