声光控延时开关电路设计_百度文库

　 目 录

　1. 控制电路的常见类型................................................ 1

　2. 声光控制电路的原理................................................ 3

　3. 电路的工作原理.................................................... 4

　4. 制作过程.......................................................... 6

　4.1元器件的选择................................................. 6

　4.2仿真......................................................... 6

　4.3安装制作..................................................... 7

　4.4调试过程..................................................... 7

　5. 元件清单.......................................................... 8

　6. 心得体会.......................................................... 9

　参考文献........................................................... 11

　1. 控制电路的常见类型

　控制电路的常见类型有声光控制、开关控制、电源控制、红外控制、照明控制、温度控制和可控硅控制以及交通灯控制等等。不同的电路他们的工作原理不同，作用和功能也就不相同了。

　在交通灯控制电路里面又有不同的分类，例如基于CIPH9806芯片的交通灯控制电路，该电路具有工作安全、可靠、外围电路简单、维护方便等多种特点，在我国大中型城市的交通灯控制系统中具有广泛的应用前景。其原理图如下：

　图1 基于CIPH9806芯片的交通灯控制电路原理图

　其中，CIPH9806是一种可用于交通灯控制的集成电路芯片，具有东西和南北两个方向来往车辆的通行时间设置与显示功能，且具有允许执行特殊任务的车辆通行，而禁止普通车辆通行以及恢复正常交通秩序等功能。

　芯片引脚功能

　CIPH9806芯片的引脚排列如图1所示，具体引脚功能说明如下：

　RX ：串行数据输出端，用于输出显示时间；

　TX ：串行时钟输出端。该端每输出一个脉冲，“RX ”端输出一位二进制位数据；

　RST ：复位端，高电平有效；

　XTAL1，XTAL2：晶体振荡器接入端，接6MHz 晶振；

　DF ：双功能输入端，低电平有效。若当前为正常交通状态，该端有效一次后，进入紧急车辆的通行状态。在当前状态，若该端再一次有效后，则重新恢复为正常交通状态。因此，在“DF ”端可接入按键，以实现正常交通状态与紧急车辆通行状态的相互切换；

　INC ： 时间增量输入端，负脉冲有效。该端有效一次， 可使东西方向车辆通行时间增加5s；

　DEC ： 时间减量输入端，正脉冲有效。该端有效一次， 则可使东西方向车辆的通行时间减少5s；

　NC ：无用端，接10k Ω上拉电阻；

　GND ：电源地；

　VDD ：正电源，接5V；

　COM0,COM1,COM2：是三位共阴极显示器扫描输出线，低电平有效。分别用于控制信号三位显示器的公共阳极端；

　NBR ： 南北方向红灯控制信号输出端， 低电平有效；

　NBY ： 南北方向黄灯控制信号输出端， 低电平有效；

　NBG ： 南北方向绿灯控制信号输出端， 低电平有效；

　DXR ： 东西方向红灯控制信号输出端， 低电平有效；

　DXY ： 东西方向黄灯控制信号输出端， 低电平有效；

　DXG ：东西方向绿灯控制信号输出端，低电有效。

　2. 声光控制电路的原理

　声光控制电路的原理其实很简单。声光即声音与光线，声音的控制是由一个拾音器（俗称话筒）来做传感器的，声音的大小直接可以引起拾音器内金属膜震动，就像我们耳膜一样，震动即引起了电路内电容的变化，声控电路是根据电容的变化来控制开关的。光线就更简单了，里面有一个光敏电阻作传感器，光敏电阻在不同的光线下电阻是不一样的，光控电路是根据电阻的大小来控制开关的。在电路中包含两个必须的，即 A:一个声音传感器 B:一个光传感器加一个非门,AB 两个部件接在一个与门电路上，只有当没有光并且有声音的时候打开开关。其他情况灯是不亮的。

　而且，随着光通讯的迅猛发展，全光网络离我们越来越近。这也使得应用于光网络中的各种光无源器件越来越受到重视。光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。它可用于光纤通讯系统、光纤网络系统，光纤测量系统或仪器以及光纤传感系统，起到开关切换作用，对于光纤通讯网络具有重要的科学意义和实用价值。

　3. 电路的工作原理

　这次的设计任务是设计一个声光控延时开关的电路，所涉及的声光控延时开关电路原理图如图3.1所示。

　图3.1 声光控延时开关的电路原理图

　电路中的主要元器件是使用了数字集成电路 CD4011 。其内部含有 4 个独立的与非门 D1 ～ D4 ，电路结构简单，可靠性高。

　声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启”，若干分钟后延时开关“自动关闭”。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后。变为电子开关的开关动作。明确了电路的信号流向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。由此可画出图 3.2 所示的方框图。

　图3.2声光控延时开关方框图

　结合图3.2来分析图3.1，声音信号 ( 脚步声、掌声等 由驻极体话筒BM 接收并转换成电信号，经C1耦合到D3进行电压放大，与非门D3此时是一个放大电路，放大的信号送到R3的一端。R3、R4构成分压电路，并接到控制门D4的13脚，作为声控信号。当有声音信号时，IC 的10脚为高电平“ 1 ”，则 R3、R4的中间分压为低电平“ 0 ”，即控制门D4的13脚为低电平。

　为了使声光控开关在白天开关断开，即由光敏电阻RG 等元件组成光控电路。R6和RG 组成串联分压电路，夜晚无环境光时，光敏电阻的阻值很大，RG 两端的电压高，则与非门D1的1脚为高电平“ 1 ”。通过与非门D1则为低电平“ 0 ”。通过二极管D1输入到控制门D4的13脚，也为低电平“ 0 ”。使声光控电路工作具备了光控条件。白天较强的环境使RG 的阻值很小。RG 两端的电压几乎为0，即为低电平“ 0 ”，则与非门D1的1脚为低电平“ 0 ”，使声光控电路不具备光控条件，电子开关处于断开状态。

　当夜晚，同时又有外界声音信号时，控制门(与非门D4的输入端，有一端为低电平“ 0 ”，输出为高电平“ 1 ”。使单向可控硅导通，电子开关闭合；同时给C3充电，C3和R5构成延时电路。延时时间 T=2 π R 5C3，改变R5或C3的值，可改变延时时间，满足不同的延时要求，C3充满电后只向R5放电，当放电到一定电平时，与非门D2的输入端5、6脚为低电平，输出为高电平。与非门的12脚为高电平“ 1 ”，同时没有声音信号时与非门的13脚也为高电平“ 1 ”，与非门D4，的两个输入端为高电平，则它的输出为低电平“ 0 ”，使单向可控硅截止。电子开关断开。完成一次完整的电子开关由开到关的过程。

　二极管VD1-VD4将交流220V 进行桥式整流．变成脉动直流电。又经R9降压，C4滤波后即为电路的直流电源，为BM 、IC 等供电。

　4. 制作过程

　4.1元器件的选择

　IC 选用CMOS 数字集成电路CD4011，CD4011有四个独立的与非门电路，内部功能见图4，Vss 是电源的负极，VDD 是电源的正极。光敏电阻选用的是625A 型，有光照射时电阻为20K 以下，无光照射时电阻大于100M, 二极管采用普通的整流二极管，

　IN4001~IN4007.

　图4.1 CD4011的内部结构

　4.2仿真

　这次仿真选用的是Pspice 软件，该软件功能强大，而且操作简单，易学。用PSpice 仿真后的图形如图

　4.2.

　图4.2 仿真后的图形

　4.3安装制作

　对照元件清单买到电子器件后，首先对照材料清单将各材料清点一遍，用万用表检测相关元件，焊接时先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电阻采用直立装，紧贴电路板。焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时，千万不要装反，注意极性的正确。否则，电路不能正常工作甚至烧毁器件。

　4.4调试过程

　调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，只用将万用表两表笔接触电路板相应处即可。本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，将ab 分别接在电灯的开关位上，用手轻拍驻极体，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮，说明光敏电阻完好，这时即告本套件制作成功。若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。

　5. 元件清单

　元件清单如表1：

　表1 元件清单

　6. 心得体会

　课程设计是培养学生综合运用所学知识, 发现, 提出, 分析和解决实际问题, 锻炼实践能力的重要环节, 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程. 随着科学技术发展的日新日异，声光控开关在我们的生活中随处可见，它可以有效地节约用电，提高人们的生活水平。

　简要介绍一下我对于声光控电路的认识。用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合广大电子爱好者自制。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门vd 1～vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。

　顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启" ，若干分钟后延时开关“自动关闭" 。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。声音信号(脚步声、掌声等 由驻极体话筒接收并转换成电信号，经c1耦合到vt 的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(vd1的脚。

　为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻rg 等元件组成光控电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，rg 两端的电压高，即为高电平间t=2πr8c3，改变电阻的值，可改变延时时间，满足不同目的。

　准备好全套元件后，用万用表粗略地(因出厂前已测量过 测量一下各元件的质量，做到心中有数。

　回顾起此次模拟电路课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很

　武汉理工大学《模拟电子技术》课程设计说明书 重要的， 只有理论知识是远远不够的， 只有把所学的理论知识与实践相结合起来， 从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立 思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做 的， 难免会遇到过各种各样的问题， 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处， 对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说三极管 PNP 管脚 不懂怎么放置，不懂分得二极管的正负极，对电路板焊接掌握得不好……通过这 次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

　我感觉仿真的过程就是做实物的前奏，只有通过仿真验证，证实了某种设 计的正确性，才可以进入实物的制作阶段，这样可以节省大量的制作成本，减少 不必要的浪费。要把自己学到的课本知识真正的应用于实践，就必须经得起实践 的检验，仿真验证是通向实物试制的通行证。无疑计算机仿真具有效率高、精度 高、可靠性高和成本低等特点，现在己经广泛的应用于电力电子电路(或系统 的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳 动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差， 而且还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度的降低设计成本，缩短系统研 制周期。

　这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在刘老 师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在刘老师的身上我学得到很多实用的知 识，在次我表示感谢!同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示 忠心的感谢! 10

　武汉理工大学《模拟电子技术》课程设计说明书 参考文献 [1] 王俊峰 斐炳南 李传光.电子产品的设计与制作工艺.北京理工大学出版 社,1995 [2] 华成英.电子技术.北京:中央广播电视大学出版社,1996 [3] 杨素行.模拟电子电路.北京:中央广播电视大学出版社,1994 [4] 何希才 伊兵.实用电子电路设计.北京:电子工业出版社,1998 [5] 叶挺秀.应用电子学.杭州:浙江大学出版社,1994 [6] 王楚 徐道衡.电子线路原理.北京:北京大学出版社,1995 [7] 康华光主编.电子技术基础，模拟部分.北京:高等教育出版社,2005 11