拍手開關(guān)電路是一個創(chuàng)意項目，可以用于家庭自動化中。它可以在拍手聲下實現(xiàn)設(shè)備的開關(guān)。盡管它的名字是＂拍手開關(guān)＂，但其實它能被任何與拍手聲相同音調(diào)的聲音打開或關(guān)閉。該電路的重心在電容麥克風(fēng)上，它將作為我們的聲音傳感器。電容麥克風(fēng)能將聲能轉(zhuǎn)換為電能，從而通過三極管輪流觸發(fā)555定時器。而555定時器的觸發(fā)則可以作為D觸發(fā)器的時鐘脈沖，從而打開LED，知道下一波時鐘脈沖到來前都保持在打開狀態(tài)，也就是下一次拍手/聲音。所以第一次拍手開關(guān)打開，第二次拍手開關(guān)斷開。如果我們從電路中移除D觸發(fā)器，則LED會在1.1 x R1 x C1秒的時間后自動關(guān)閉，這是因為555定時器處于單穩(wěn)態(tài)模式。
簡略原理
我們使用電容麥可分來感知聲音，三極管來觸發(fā)555定時器，而555定時器來設(shè)置和重置D觸發(fā)器，而D觸發(fā)器來則用于記憶下一次拍手/聲音之前的邏輯電平（LED打開或關(guān)閉）。
所需電子元器件
· 電容麥克風(fēng)
· 555定時器
· 三極管BC547
· 電阻（1kΩ，47kΩ，100kΩ）
· 電容（10uF）
· 7474（D觸發(fā)器）
· LED與電池（5-9V）
電路圖及原理
你可以在以上的電路圖中看到其連線。三極管初始為關(guān)閉狀態(tài)，因為基極-發(fā)射極電壓不夠（0.7V）打開。而點A處于高電位并與555定時器的觸發(fā)引腳2相連，結(jié)果就是觸發(fā)引腳2也處于高電位。為了通過引腳2來觸發(fā)整個555定時器，引腳2的電壓必須低于Vcc/3。所以輸出引腳3上沒有輸出，也就意味著D觸發(fā)器沒有時鐘脈沖，所以LED為熄滅的狀態(tài)。
現(xiàn)在我們在電容麥克風(fēng)上產(chǎn)生一些聲音，這股聲能會轉(zhuǎn)換為電能，從而升高基極上的電平致使三極管導(dǎo)通。一旦三極管導(dǎo)通，A點電平將變低從而因為低電壓（低于Vcc/3）而觸發(fā)555定時器。所以輸出引腳3為高，一個正時鐘脈沖會是加到D觸發(fā)器上，使LED打開。觸發(fā)器的SET狀態(tài)會一直保持，直到下一次時鐘脈沖的到來。D觸發(fā)器的具體原理在下一部分中講解。
此處555定時器為單穩(wěn)態(tài)模式，它的輸出（引腳3）被用作D觸發(fā)器的時鐘脈沖。所以時鐘脈沖會保持在高電平1.1 x R1 x C1,秒，然后便轉(zhuǎn)為低電平。
D觸發(fā)器的工作原理
此處我們使用的是正沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，也就意味著觸發(fā)器只會當(dāng)時鐘脈沖從低到高時才作出響應(yīng)。當(dāng)時鐘上升沿時，輸出Q由輸入D的狀態(tài)決定。觸發(fā)器會記住輸出狀態(tài)Q，直到下一個上升沿的到來為止。而下一個上升沿時，輸出Q再度根據(jù)D的狀態(tài)來決定。
所以D觸發(fā)器基本就是S-R觸發(fā)器的改進(jìn)版。在S-R出發(fā)其中，S=0和R=0的情況是不允許的，因為這會讓觸發(fā)器的行為充滿不確定性。該問題在D觸發(fā)器中解決了，通過在兩個輸入之間加入一個逆變器（見上方原理圖）。而第二輸入則給到去NAND門的時鐘脈沖。此處的逆變器是為了避免輸入上的相同邏輯電平，這樣＂S=0同時R=0＂的情況就不會發(fā)生了。
D觸發(fā)器在時鐘脈沖為低時不會改變狀態(tài)，因為它會在與非門A和B處輸出邏輯電平＂1＂，這同樣是與非門X和Y的輸入，所以輸出不會改變。所以時鐘脈沖為低時，無論輸入D是什么都不會改變。只有時鐘脈沖處于上升沿的時候會改變。我們可以據(jù)此給到D觸發(fā)器的真值表。
IC 7474
這里的7474我們使用的是仙童的DM74S74N，這是一個雙D觸發(fā)器，其中內(nèi)含兩個D觸發(fā)器，既可以單獨使用也可以實現(xiàn)主從組合。這個電路中我們只需使用其中的一個D觸發(fā)器。第一個觸發(fā)器的引腳在左邊，第二個觸發(fā)器的引腳在右邊。其中還有PRE和CLR引腳，這些是D觸發(fā)器的低電平有效引腳。它們可以分別用來設(shè)置或重置D觸發(fā)器，而不用考慮輸入D和時鐘。我們將其與Vcc相連好讓它們處于閑置狀態(tài)。
理解了D觸發(fā)器后我們就可以理解電路原理。我們通過第一次拍手觸發(fā)555定時器，Q=1且Q＇=0，所以LED亮起。而且它會一直亮起直到下一次觸發(fā)或下一次正向時鐘脈沖（上升沿）的到來。我們將Q＇與輸入D向量，所以當(dāng)LED亮起時，Q＇=0是在等待第二次時鐘脈沖，這樣才能施加到輸入D上，使得Q=0而Q＇=1，從而關(guān)閉LED。
在測試該電路的時候你需要拍得響一點，因為一般小的電容麥克風(fēng)拾音范圍都不大。或者你也可以輕輕拍拍麥克風(fēng)。
幾個要點
· 如果電路初始無法工作，那么將CLR（DM74S74N的1號引腳）與地相連來重置觸發(fā)器，之后再像電路圖一樣接入Vcc。
· 我們可以接入繼電器來控制其它電子設(shè)備。
· 555定時器的控制引腳5應(yīng)該與地相連，中間加一個0.01uF的電容。
· 需要用一個220Ω的電阻與LED相連。 |
