拍手開(kāi)關(guān)電路是一個(gè)創(chuàng )意項目，可以用于家庭自動(dòng)化中。它可以在拍手聲下實(shí)現設備的開(kāi)關(guān)。盡管它的名字是＂拍手開(kāi)關(guān)＂，但其實(shí)它能被任何與拍手聲相同音調的聲音打開(kāi)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)能將聲能轉換為電能，從而通過(guò)三極管輪流觸發(fā)555定時(shí)器。而555定時(shí)器的觸發(fā)則可以作為D觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖，從而打開(kāi)LED，知道下一波時(shí)鐘脈沖到來(lái)前都保持在打開(kāi)狀態(tài)，也就是下一次拍手/聲音。所以第一次拍手開(kāi)關(guān)打開(kāi)，第二次拍手開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。如果我們從電路中移除D觸發(fā)器，則LED會(huì )在1.1 x R1 x C1秒的時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉，這是因為555定時(shí)器處于單穩態(tài)模式。

簡(jiǎn)略原理

我們使用電容麥可分來(lái)感知聲音，三極管來(lái)觸發(fā)555定時(shí)器，而555定時(shí)器來(lái)設置和重置D觸發(fā)器，而D觸發(fā)器來(lái)則用于記憶下一次拍手/聲音之前的邏輯電平（LED打開(kāi)或關(guān)閉）。

所需電子元器件

· 電容麥克風(fēng)

· 555定時(shí)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(xiàn)。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(kāi)。而點(diǎn)A處于高電位并與555定時(shí)器的觸發(fā)引腳2相連，結果就是觸發(fā)引腳2也處于高電位。為了通過(guò)引腳2來(lái)觸發(fā)整個(gè)555定時(shí)器，引腳2的電壓必須低于Vcc/3。所以輸出引腳3上沒(méi)有輸出，也就意味著(zhù)D觸發(fā)器沒(méi)有時(shí)鐘脈沖，所以L(fǎng)ED為熄滅的狀態(tài)。

現在我們在電容麥克風(fēng)上產(chǎn)生一些聲音，這股聲能會(huì )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(diǎn)電平將變低從而因為低電壓（低于Vcc/3）而觸發(fā)555定時(shí)器。所以輸出引腳3為高，一個(gè)正時(shí)鐘脈沖會(huì )是加到D觸發(fā)器上，使LED打開(kāi)。觸發(fā)器的SET狀態(tài)會(huì )一直保持，直到下一次時(shí)鐘脈沖的到來(lái)。D觸發(fā)器的具體原理在下一部分中講解。

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

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(zhù)觸發(fā)器只會(huì )當時(shí)鐘脈沖從低到高時(shí)才作出響應。當時(shí)鐘上升沿時(shí)，輸出Q由輸入D的狀態(tài)決定。觸發(fā)器會(huì )記住輸出狀態(tài)Q，直到下一個(gè)上升沿的到來(lái)為止。而下一個(gè)上升沿時(shí)，輸出Q再度根據D的狀態(tài)來(lái)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(huì )讓觸發(fā)器的行為充滿(mǎn)不確定性。該問(wèn)題在D觸發(fā)器中解決了，通過(guò)在兩個(gè)輸入之間加入一個(gè)逆變器（見(jiàn)上方原理圖）。而第二輸入則給到去NAND門(mén)的時(shí)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(shí)R=0＂的情況就不會(huì )發(fā)生了。

D觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖為低時(shí)不會(huì )改變狀態(tài)，因為它會(huì )在與非門(mén)A和B處輸出邏輯電平＂1＂，這同樣是與非門(mén)X和Y的輸入，所以輸出不會(huì )改變。所以時(shí)鐘脈沖為低時(shí)，無(wú)論輸入D是什么都不會(huì )改變。只有時(shí)鐘脈沖處于上升沿的時(shí)候會(huì )改變。我們可以據此給到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(gè)雙D觸發(fā)器，其中內含兩個(gè)D觸發(fā)器，既可以單獨使用也可以實(shí)現主從組合。這個(gè)電路中我們只需使用其中的一個(gè)D觸發(fā)器。第一個(gè)觸發(fā)器的引腳在左邊，第二個(gè)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(lái)設置或重置D觸發(fā)器，而不用考慮輸入D和時(shí)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(guò)第一次拍手觸發(fā)555定時(shí)器，Q=1且Q＇=0，所以L(fǎng)ED亮起。而且它會(huì )一直亮起直到下一次觸發(fā)或下一次正向時(shí)鐘脈沖（上升沿）的到來(lái)。我們將Q＇與輸入D向量，所以當LED亮起時(shí)，Q＇=0是在等待第二次時(shí)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(shí)候你需要拍得響一點(diǎn)，因為一般小的電容麥克風(fēng)拾音范圍都不大�；蛘吣阋部梢暂p輕拍拍麥克風(fēng)。

幾個(gè)要點(diǎn)

· 如果電路初始無(wú)法工作，那么將CLR（DM74S74N的1號引腳）與地相連來(lái)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(lái)控制其它電子設備。

· 555定時(shí)器的控制引腳5應該與地相連，中間加一個(gè)0.01uF的電容。

· 需要用一個(gè)220Ω的電阻與LED相連。