拍手開關電路的原理解析

拍手開關電路是一個創意項目，可以用于家庭自動化中。它可以在拍手聲下實現設備的開關。盡管它的名字是＂拍手開關＂，但其實它能被任何與拍手聲相同音調的聲音打開或關閉。該電路的重心在電容麥克風上，它將作為我們的聲音傳感器。電容麥克風能將聲能轉換為電能，從而通過三極管輪流觸發555定時器。而555定時器的觸發則可以作為D觸發器的時鐘脈沖，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，也就是下一次拍手/聲音。所以第一次拍手開關打開，第二次拍手開關斷開。如果我們從電路中移除D觸發器，則LED會在1.1 x R1 x C1秒的時間后自動關閉，這是因為555定時器處于單穩態模式。

簡略原理

我們使用電容麥可分來感知聲音，三極管來觸發555定時器，而555定時器來設置和重置D觸發器，而D觸發器來則用于記憶下一次拍手/聲音之前的邏輯電平（LED打開或關閉）。

所需電子元器件

電容麥克風

555定時器

三極管BC547

電阻（1kΩ，47kΩ，100kΩ）

電容（10uF）

7474（D觸發器）

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。三極管初始為關閉狀態，因為基極-發射極電壓不夠（0.7V）打開。而點A處于高電位并與555定時器的觸發引腳2相連，結果就是觸發引腳2也處于高電位。為了通過引腳2來觸發整個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觸發器沒有時鐘脈沖，所以LED為熄滅的狀態。

現在我們在電容麥克風上產生一些聲音，這股聲能會轉換為電能，從而升高基極上的電平致使三極管導通。一旦三極管導通，A點電平將變低從而因為低電壓（低于Vcc/3）而觸發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觸發器上，使LED打開。觸發器的SET狀態會一直保持，直到下一次時鐘脈沖的到來。D觸發器的具體原理在下一部分中講解。

此處555定時器為單穩態模式，它的輸出（引腳3）被用作D觸發器的時鐘脈沖。所以時鐘脈沖會保持在高電平1.1 x R1 x C1，秒，然后便轉為低電平。

D觸發器的工作原理

此處我們使用的是正沿觸發的D觸發器，也就意味著觸發器只會當時鐘脈沖從低到高時才作出響應。當時鐘上升沿時，輸出Q由輸入D的狀態決定。觸發器會記住輸出狀態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D的狀態來決定。

所以D觸發器基本就是S-R觸發器的改進版。在S-R出發其中，S=0和R=0的情況是不允許的，因為這會讓觸發器的行為充滿不確定性。該問題在D觸發器中解決了，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＂的情況就不會發生了。

D觸發器在時鐘脈沖為低時不會改變狀態，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。我們可以據此給到D觸發器的真值表。

IC 7474

這里的7474我們使用的是仙童的DM74S74N，這是一個雙D觸發器，其中內含兩個D觸發器，既可以單獨使用也可以實現主從組合。這個電路中我們只需使用其中的一個D觸發器。第一個觸發器的引腳在左邊，第二個觸發器的引腳在右邊。其中還有PRE和CLR引腳，這些是D觸發器的低電平有效引腳。它們可以分別用來設置或重置D觸發器，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。

理解了D觸發器后我們就可以理解電路原理。我們通過第一次拍手觸發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拾音范圍都不大?；蛘吣阋部梢暂p輕拍拍麥克風。

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備。

555定時器的控制引腳5應該與地相連，中間加一個0.01uF的電容。

需要用一個220Ω的電阻與LED相連。