数字逻辑系统课程设计
------楼道声光控制照明灯设计
学生姓名： 姚爽
指导教师： 邵丙新
专 业： 通信工程
班 级： T0842
学 号： 15
设计时间： 20##年6月28日至
20##年7月9日
试验地点： 新实验楼414
目 录
第一章 序言... 1
第二章 设计任务... 2
第三章 设计原理... 3
3.1 电路原理图... 3
3.2 电路原理... 3
3.3 参数计算... 4
第四章 元器件功能及元件清单... 5
4.1 元件清单... 5
4.2 集成块的原理及管脚图... 5
4.3 使用的工具清单... 9
第五章 电路焊接及调试... 10
5.1 电路焊接... 10
5.2 电路调试... 10
5.3 出现的问题及解决方法... 10
第六章 总结与展望... 11
附录... 12
参考文献... 13
第一章 序言
在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所和居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这就造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量，浪费了资金。
本次设计的声光控照明灯就能很好解决以上问题。它是由光敏来实现的，天黑有人走过楼梯通道，当有脚步声或其他声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯会延时几秒后自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮。达到了节能的目的，延长灯泡的使用寿命，同时也大大减小了维修量，节约资金。声光控照明灯有体积小，外型美观，制作容易，工作可靠等优点，是人们现代生活的首选。声光控灯是有声光控开关和普通白炽灯组合而成，在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，在灯种的研发上，更是趋向环保、节能的特性上著眼。因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的光源对居家照明节能具有十分重要的意义。
本次设计的楼道声光控制照明灯具有声控，光控以及延时功能。的计控制灵敏的声控电路，可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能。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。
第二章 设计任务
目的：本次课程设计目的是设计一个声光控楼道照明系统。现在政府部门正在努力清楚居民楼的黑楼道问题，我们这次的设计目的就是为了方便人们在光线暗上下楼时的照明需求。白天楼道内光线充足时照明系统不会启动，当夜晚到来或光线不够充足时，有人需要使用给予足够的声响的时候灯会被点亮，而且考虑到环保节能的效果照明一段时间后系统会自动切断电源熄灭照明设备以实现电路的延时功能。这个设计应为用到一个可重复触发的74122集成块，所以还具备可重复给予声响延长灯亮时间的功能，在老年人行动缓慢的情况下可以保证用户通过是灯不灭。
要求：本次课程设计的题目是楼道声光控制灯设计，要求是在夜间（黑罩模拟）有声音信号时。使灯（用LED发光管模拟）点亮：无声时延迟5秒后熄灭，声音间隔小于5秒则LED持续点亮，白天有声无声均不点亮。
任务：选择元器件，设计电路，计算参数，焊接电路板，调试，撰写报告。
第三章 设计原理
3.1 电路原理图
图3-1 电路原理图
3.2 电路原理
工作原理如图3-1，此电路由放大电路、电压比较器、斯密特触发器NE555N、可重复触发的单稳态触发器74LS122组成。
有光照时，光敏电阻阻值减小，电压比较器的6号引脚的电压小于比较电压Vcc/2, 电压比较器输出低电平。NE555N的清零端输入低电平, NE555N被置零, 74LS122输出低电平LED灯不亮。
无光照时，光敏电阻阻值增大，电压比较器的6号引脚的电压大于比较电压Vcc/2, 电压比较器输出高电平。NE555N没有被置零。当无声时，1号模块相当于一个电压跟随器，输出电压为Vcc/2，没有引起NE555N输出电压的跳变，74LS122输出低电平LED灯不亮；当有声时， 话筒将声信号转换成电信号，电信号和Vcc/2叠加通过1号模块进行放大，放大后的信号输入NE555N的6号引脚，此时输入信号大于2Vcc/3，NE555N的输出由高电平跳变成低电平，74LS122的1、2号引脚输入低电平，3、4号引脚接电源Vcc，8号引脚输出高电平，LED灯导通发光。
如果持续发声，NE555N则持续输出低电平，LED灯持续发光;如果发声停止，NE555N输出由低电平跳变成高电平，LED灯持续发光几秒后熄灭，持续时间由C1和R10所决定。
3.3 参数计算
（1）信号放大倍数
Av=1+R6/R5
Av=1+150/4.7≈33
（2）延迟时间
Tw=RC·㏑2≈0.7RC
Tw=0.7*150000*0.000047=4.935
(3)阻值计算
色标法：用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差。
当电阻为四环时，最后一环必为金色或银色，前两位为有效数字， 第三位为乘方数，第四位为偏差。
当电阻为五环时，最後一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字， 第四位为乘方数， 第五位为偏差。
黑-0、棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、金-±5%、银-±10%、无色-±20%
第四章 元器件功能及元件清单
4.1 元件清单
表4-1元件清单
4.2 集成块的原理及管脚图
（1）555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
NE555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。
NE555引脚排列及功能表如图4-1、表4-2所示：
图4-1 NE555N管脚图
表4-2 NE555功能表
(2)LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益 模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供的使用运算放大器的场合。
LM358是2输入-二运算放大器集成电路，其内部电路及管脚排布如图4-2所示：
图4-2 LM358管脚图
(3) 74122是可重复单稳态触发器，它的功能表见表，
是直接清“0”端，
是触发输入端，其中
是低电平信号触发端，
是高电平信号触发端，
是输出端，Rint和Cint是外接定时电阻和定时电容的接入端。
当
=0时，单稳态触发器清零，Q=0。功能表中的符号↑和↓表示触发信号的触发边沿，都可以做触发输入端使用，除了做清零端使用外，也可以做触发端使用，见功能表的最后二行。功能表中的符号
表示单稳工作状态。74122是一个TTL 可再触发单稳态多谐振荡器集成电路，它的引脚排布如图4-3功能如表4-3所示。
图4-3 74LS122管脚图
表4-3 74LS122功能表
（4）发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
（5）驻极体话筒：驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
（6）光敏电阻器又叫光感电阻，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）。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。
4.3 使用的工具清单
脱皮箝、镊子、电烙铁、钳子、万用表
第五章 电路焊接及调试
5.1 电路焊接
此次课设需要手工焊接。手工焊接一般分四步骤进行：
（1）准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。
（2）加热焊接:将沾有少许焊锡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,用镊子轻轻拉动元器件,取下。
（3）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,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。
（4）检查焊点:焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。
5.2 电路调试
在电路板焊接完成后，先用万用表检查各接线是否焊接良好，是否有松动和漏焊。把焊接好的电路板接到5V电源上，在接入电源的时候正负极及地线一定要接对，如果担心线路有错误而把电路板烧坏，可以先用万用表测LM358的2脚、3脚以及5脚、6脚电压是否为2.5V或用示波器测1脚和7脚的波形。
5.3 出现的问题及解决方法
接好5V电源后灯一直没有亮，检查电路，发现555的一个管脚与该连接的器件未接触好。仔细焊接后，再次接电源，灯亮了但不符合条件，即有光无光灯一直是亮的且没有延时，重新检查下发现光敏电阻的焊接处开了，与74122相接的电容的正负极也接反了，重新焊接又接到电源上，电路板终于能够正常工作。
第六章 总结与展望
时间总是过得很快的，经过一周课程设计的学习，我已经做出了建议的声光控照明灯电路，这其中的兴奋是无以言表的。
在一周之内，我们完成了设计电路、插件焊接、调试，任务是很紧的。在设计电路中我们不仅翻阅书籍还上网查找资料，经过不断的讨论最终敲定了电路原理图。
经过这段课程设计的日子，我明白了一个道理：团队是很重要的，在遇到不懂的问题，可以请教队员，得出结论；在有不同意见时，可以和队员讨论，分析利弊，选出最优方案；在没有耐心时，有队员互相勉励，增强信心。一个人不可能样样都好，而团队在一起就能克服所有困难达到成功。
通过完成本课设，我锻炼了自己对所学理论知识和技能的综合运用能力和实际动手能力；提高自己对文献资料的搜索和信息处理能力；具备一定的分析问题和解决问题的能力；培养自己对社会普通科学知识的了解，为毕业后走上工作岗位尽快胜任工作打下一个良好的基础。
附录：
参考文献：
[1] 闫石 模拟电子技术基础 高等教育出版社 1998年
[2]康光华 数字电子技术基础 高等教育出版社 1998年
[3]王之芳 传感器应用技术 西北工业大学出版社 1996 年
[4]任为民 电子技术基础课程设计 中央广播电视大学出版社 1997
第二篇：数电课程设计要求
一、数字电子技术课程设计的目的与意义
电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计要实现以下两个目标：第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。
二、数字电子技术课程设计的方法和步骤
设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整系统电路图。
1、设计任务分析
对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标内容及要求，以便明确系统应完成的任务。
2、方案论证
这一步的工作要求是把系统的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。
方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要用于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进，并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。
3、方案实现
1）单元电路设计
单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整体设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路间也要相互配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。
2）参数计算
为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如，放大
电路中各阻值、放大倍数的计算；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数的计算。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。
3）器件选择
阻容元件的选择：电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。不同的
电路对电阻和电容性能要求也不同，有些电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小容量瓷片电容。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。
分立元件的选择：分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二（三）极
管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。选择的器件种类不同，注意事项也不同。例如选择晶体三极管时，首先注意是选择NPN型还是PNP型管，是高频管还是低频管，是大功率还是小功率，并注意管子的参数是否满足电路设计指标的要求。
集成电路的选择：由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以
选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及运用，在设计电路时颇受欢迎。集成电路有模拟集成电路和数字集成电路。国内外已生出大量集成电路，其器件的型号、原理、功能、特征可查阅有关手册。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面的要求。
安装调试：
安装与调试过程应按照先局部后整机的原则，根据信号的流向逐块调试，使各功能块都要达到各自技术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。调试包括调整与测试两部分，调整主要是调节电路中可变元器件或更换器件，使之达到性能的改善。测试是采用电子仪器测量相关点的数据与波形，以便准确判断设计电路的性能。装配前必须对元器件进行性能参数测试。根据设计任务的不同，有时需进行印制电路板设计制作，并在印制电路板上进行装配调试。
E:四人智力竞赛抢答器
1、 设计目的
1.掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。
2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。
2、 设计任务与要求
1）设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。
2）设计要求
(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
(4)抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
(6)可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。
3、 四人智力竞赛抢答器电路原理及设计
电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。电路系统结构如图13：
图13四人智能抢答器原理图
1）以锁存器为中心的编码显示电路
抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器。若以四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统，编码的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，进而送给7段显示译码器。其真值表3：
表3锁存编码真值表
抢答信号的锁存可通过D触发器的输出相“与”反馈门控触发脉冲实现，当无人抢答时，4个D触发器的输出Q非相与，为“1”时，脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0”，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。
2）脉冲产生电路：采用石英晶体振荡器可产生高精度的秒脉冲，电路可参考多功能数字钟设计中的时钟电路。
3）倒计时显示电路：该电路可采用十进制同步减计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。
4）音响电路：可以利用单稳态触发器74LS121产生定宽的抢答输出脉冲，接入蜂鸣器，根据
脉冲宽度可计算得蜂鸣器鸣叫时间。再由主持人、选手、倒计时共同控制它的输入，使其在主持人开始、选手抢答、倒计时到零时都能鸣叫。
4、 设计要点
1）画出整个系统的电路图，并列出所需器件清单。
2）采购器件，并按电路图接线，认真检查电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、
“清零端”、“置1端”，电源、接地，要正确处理。
3）单元电路检测
接通电源后，双踪示波器观察脉冲电路的输出波形，看其是否满足设计要求，主持人给开始信号，再观察减法计数器的输出经数码管显示是否正确。
观察选手抢答时锁存器输出是否控制其时钟脉冲的通断，从而判断是否自锁了其他选手的抢答信号。抢答信号到BCD码的转化可将转化逻辑的输出与真值表对照检查，看设计是否正确。
扬声器受主持人开始、抢答信号、计时器到零控制，可分别检测。
4）系统联调
给整个系统上电，主持人给开始信号，对选手给抢答和没有抢答分别进行测试，观察定时显示和抢答显示的显示结果。
附：物理与光电工程学院课程设计的考核办法（20##-10）
一、成绩评定的依据：
1、电路布局及安装焊接工艺(20%)，如果不要求做实物电路的，根据仿真软件的设计电路布局评分。
2、功能及性能指标(40%)
3、设计报告的撰写(40%)
验收时间：3天。老师根据学生设计全过程的表现，验收情况以及设计报告书给出综合成绩（成绩分优、良、中、及格、不及格五级）。如果发现设计报告雷同，一律做不及格处理。
二.课程设计报告要求：
封面：按照广工大课程设计报告的封面要求，要求学院专业班别学号用全称并且统一格式。
正文内容包括：
1)设计题目
2)设计任务和要求
3)原理电路和程序设计：
（1）方案比较；（2）整体电路（标出原元件型号和参数、画出必要波形图）；（3）单元电路设计；（4）说明电路工作原理;（5）元件选择。
对报告中的电路图要求
A原理图中元件电气图形符号符合国家标准；
B整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。
C列出完整的元件清单(标号、型号及大小、封装形式、数量)
D图纸幅面为A4。
E 流程图的符号采用国际标准。
设计报告统一采用小四宋体，行距为1倍
4)电路和程序调试过程与结果：
对模拟电路应有理论设计数据、实测数据、仿真数据和误差分析，数字电路应有设计逻辑流程、波形图、时序图或真值表。单片机程序要给出主程序以及每个子程序的流程图，正文中不能把整个程序列出，但是对于关键程序段可以列出并详细说明，完整的程序用电子文件的形式提交，程序里必须有详细的标注说明
5)总结
总结作品的优点和不足的地方，以后可能的改进方案，通过这次课程设计的心得体会。
附录：完整的电路PCB图，完整的源程序名列表（不需要把源程序打印出来，作为电子文档提交）。