電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--聲音傳輸系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 選題背景3</b></p><p>　　1．1指導(dǎo)思想3</p><p>　　1．2 方案論證3</p><p>　　1．3 基本設(shè)計(jì)任務(wù)4</p><p>　　1．4 發(fā)揮設(shè)計(jì)任務(wù)4&

2、lt;/p><p><b>　　1．5電路特點(diǎn)4</b></p><p><b>　　2 電路設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　2.1 總體方框圖4</p><p>　　2.2 工作原理4</p><p>　　3 各主要電路及部件工作原理5</p>&l

3、t;p>　　3.1 NE555多諧振蕩電路5</p><p>　　3.2 NE555簡要說明6</p><p>　　3.3 74LS161計(jì)數(shù)電路7</p><p>　　3.4 74LS161簡要說明7</p><p>　　3.5 LM386放大電路8</p><p>　　3.6LM386簡要說明8&

4、lt;/p><p>　　3.7 LM567選頻電路10</p><p>　　3.8 LM567簡要說明10</p><p><b>　　4 原理總圖12</b></p><p>　　5 元器件清單列表12</p><p>　　6 調(diào)試過程及測試數(shù)據(jù)13</p><p>

5、;　　6.1 通電前檢查13</p><p>　　6.2 通電檢查13</p><p>　　6.2.1撥動開關(guān)的檢查13</p><p>　　6.2.2 NE555多諧振蕩電路檢測13</p><p>　　6.2.3 74HC161計(jì)數(shù)電路檢測13</p><p>　　6.2.4喇叭發(fā)聲部分檢測13&l

6、t;/p><p>　　6.2.5 LM386放大部分檢測14</p><p>　　6.2.6 LM567選頻電路檢測14</p><p>　　6.3 結(jié)果分析14</p><p><b>　　7 小結(jié)14</b></p><p>　　8 設(shè)計(jì)體會及今后的改進(jìn)意見15</p>&

7、lt;p><b>　　8.1 體會15</b></p><p>　　8.2 本方案特點(diǎn)及存在的問題15</p><p>　　8.3 改進(jìn)意見15</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　1 選題背景</b></p>

8、<p>　　隨著當(dāng)今信息技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，如何準(zhǔn)確的傳輸和接受信息，以保證生產(chǎn)生活的安全和實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控顯得越來越重要。基于現(xiàn)實(shí)需要，聲音傳輸系統(tǒng)可以為特定的消費(fèi)群體帶來便利。如部分檢測部門，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備或儀器發(fā)生故障，可以通過聲音傳輸部分發(fā)出特定信號，從而引起接收部分的相應(yīng)變化以實(shí)現(xiàn)智能控制，為生產(chǎn)和生活的安全與便捷保駕護(hù)航。</p><p><b>　　指導(dǎo)思想</b&g

9、t;</p><p>　　通過門控信號產(chǎn)生周期性音頻脈沖信號，驅(qū)動喇叭發(fā)聲；通過接收設(shè)備將信號進(jìn)行接收，再通過放大和選頻電路篩選出周期性音頻脈沖信號，然后經(jīng)過顯示電路即可完成。</p><p><b>　　1．2 方案論證</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p><

10、;b>　　（1）聲音產(chǎn)生系統(tǒng)</b></p><p>　　采用兩片NE555接成兩個多諧振蕩電路，將兩個多諧振蕩的輸出通過與門電路后接到喇叭上以實(shí)現(xiàn)聲音產(chǎn)生系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）聲音接收系統(tǒng)</b></p><p>　　先采用麥克風(fēng)將音頻信號進(jìn)行接收，接收到的信號經(jīng)過LM386進(jìn)行放大處理后輸入到LM567

11、進(jìn)行選頻處理以選出有用信號，再將LM567的輸出通過保護(hù)電阻接到LED上來顯示聲音信號已經(jīng)接收到。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p><b>　?。?）聲音產(chǎn)生系統(tǒng)</b></p><p>　　采用一片NE555接成多諧振蕩電路，再通過74LS161的計(jì)數(shù)功能產(chǎn)生間歇性的脈沖進(jìn)位信號，將兩個信號

12、的輸出通過與門電路后接到喇叭上以實(shí)現(xiàn)聲音產(chǎn)生系統(tǒng)。</p><p><b>　　（2）聲音接收系統(tǒng)</b></p><p>　　同方案一聲音接收系統(tǒng)部分。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p><b>　?。?）聲音產(chǎn)生系統(tǒng)</b></p>

13、<p>　　先采用一片NE555接成多諧振蕩電路，其輸出作為另一個NE555的輸入，再將另一個NE555也接成多諧電路，通過第一片555的矩形波供電，可以從第二個555的輸出端得到間歇性脈沖。</p><p><b>　　（2）聲音接收系統(tǒng)</b></p><p>　　同方案一聲音接收系統(tǒng)部分。</p><p>　　綜合考慮，方案二

14、更優(yōu)。理由是方案一雖然比方案二電路簡單，但存在的問題就是兩片555的輸出接與門電路后產(chǎn)生的間歇性波形不夠穩(wěn)定，易產(chǎn)生失真；而方案三種第一個555的輸出電壓可能會達(dá)不到第二個555的工作電壓（5V）而產(chǎn)生較大失真。</p><p>　　1．3 基本設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　先設(shè)計(jì)聲音產(chǎn)生系統(tǒng)，采用以上方案二，再設(shè)計(jì)聲音接收系統(tǒng)，最后將兩個電路作為整體進(jìn)行調(diào)試，完成設(shè)計(jì)要求。</p&

15、gt;<p>　　1．4 發(fā)揮設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　可以對接收部分電路做一個改進(jìn)，如在LED后面加一個計(jì)數(shù)功能，如果LED燈連續(xù)閃爍10次，可產(chǎn)生一個進(jìn)位脈沖來控制發(fā)生部分的喇叭，時期停止發(fā)聲，實(shí)際應(yīng)用在于如果在檢測現(xiàn)場如果有工作人員在喇叭響后知道故障存在，就沒有必要再讓喇叭一直發(fā)聲了。</p><p><b>　　1．5電路特點(diǎn)</b><

16、/p><p>　　此電路只能接收固定頻率的聲音信號，即由555接成的多諧振蕩電路和74LS161構(gòu)成的5進(jìn)制計(jì)數(shù)電路決定的聲音頻率，而對其他頻率的聲音信號不產(chǎn)生響應(yīng)。體現(xiàn)的是一對一的設(shè)計(jì)思想，這在實(shí)際生活中是很有必要的，例如在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中只有在發(fā)生工業(yè)意外時才進(jìn)行報(bào)警，此電路在一定發(fā)面就可以做此應(yīng)用。</p><p><b>　　2 電路設(shè)計(jì)</b></p>

17、<p><b>　　2.1 總體方框圖</b></p><p><b>　　2.2 工作原理</b></p><p>　　首先是555接成多諧振蕩電路，其中555接成矩形波的頻率為900HZ，然后用161接成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，經(jīng)過與門電路后驅(qū)動喇叭發(fā)聲；然后用麥克風(fēng)接收喇叭發(fā)出的音頻信號，但此時麥克風(fēng)接收到的信號很微弱，只有20mV左右

18、，因此緊跟著需要接一個放大電路，此處LM386放大倍數(shù)為40倍，放大后的信號接到LM567的3腳進(jìn)行選頻，再將選頻后的信號接到LED顯示部分，整個電路便結(jié)束。 </p><p>　　3 各主要電路及部件工作原理</p><p>　　3.1 NE555多諧振蕩電路</p><p>　　設(shè)計(jì)時要求555的輸出頻率為900Hz，可由公式f=1/(R1+2R2)Cln2和q

19、=(R1+R2)/(R1+2R2)=0.75計(jì)算出相應(yīng)的元件參數(shù)，其中令C=0.1uF</p><p>　　3.2 NE555簡要說明</p><p>　　NE555為8腳時基集成電路，各腳主要功能：</p><p>　　1地GND 2觸發(fā)</p><p>　　3輸出 4復(fù)位</p><p&

20、gt;　　5控制電壓 6門限(閾值)</p><p>　　7放電 8電源電壓Vcc</p><p>　　應(yīng)用十分廣泛，可裝如下幾種電路：</p><p>　　1。單穩(wěn)類-----作用：定延時，消抖動，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。</p><p>　　2。雙穩(wěn)類-----作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及

21、整形等。</p><p>　　3。無穩(wěn)類-----作用：方波輸出，電源變換，音響報(bào)警，玩具，電控測量，定時</p><p><b>　　等。</b></p><p>　　3.3 74LS161計(jì)數(shù)電路</p><p>　　3.4 74LS161簡要說明</p><p>　　4 位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器&

22、lt;/p><p>　　簡要說明： 161 為可預(yù)置的 4 位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，161 的清除端是異步的。</p><p>　　當(dāng)清除端 MR 為低電平時，不管時鐘 端 CLOCK 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。 161 的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器 LOAD 為低電平時，在 CLOCK 上升沿作用下，輸出端 QA－QD 與數(shù)據(jù)輸入端 D0－D3相一致。對于 54/74161，當(dāng) CLOCK 由

23、低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端 ENP、 ENT 為高電平，則 LOAD 應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而 54/74LS161 無此種限制。 161 的計(jì)數(shù)是同步的，靠 CLOCK 同時加在四個觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng) ENP、ENT 均為高電平時，在 CLOCK 上升沿作用下 QA－QD 同時變 化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對于 54/74161，只 有當(dāng) CLOCk 為高電平時，ENP、ENT 才允許由高至低電平的跳變

24、，而 54/74LS161 的 ENP、ENT 跳變與 CLOCK 無關(guān)。 161 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時，進(jìn)位輸出端（RCO）輸出 一個高電平脈沖，其寬度為 QA 的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成 N 位同步計(jì)數(shù)器。 對于 54/74LS161，在 CLOCk 出現(xiàn)前</p><p>　　RCO進(jìn)位輸出端 CLOCK 時鐘輸入端（上升沿有效） MR 異步清除輸入端（低電平有效） ENP 計(jì)

25、數(shù)控制端 ENT 計(jì)數(shù)控制端 D0 - D3 并行數(shù)據(jù)輸入端 LOAD 同步并行置入控制端（低電平有效） QA－QD 輸出端。</p><p>　　3.5 LM386放大電路</p><p>　　3.6LM386簡要說明</p><p>　　LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。但在1

26、腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至 200。輸入端以地位參考,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場 合。 　　LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。</p><p>　　特性(Features):靜態(tài)功耗低,約為4mA,可用于電池供電。 工作電壓范圍寬,4-12V or 5-18V

27、。 外圍元件少。 電壓增益可調(diào),20-200。 低失真度。　　LM386電源電壓4--12V，音頻功率0.5w。LM386音響功放是由NSC制造的，它的電源電壓范圍非常寬，最高可使用到15V，消耗靜態(tài)電流為4mA，當(dāng)電源電壓為12V時，在8歐姆的負(fù)載情況下，可提供幾百mW的功率。它的典型輸入阻抗為50K。典型應(yīng)用電路</p><p>　　3.7 LM567選頻電路</p><p&g

28、t;　　3.8 LM567簡要說明</p><p><b>　　管腳功能描述:</b></p><p>　　①、②腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò)。②腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應(yīng)至少是②腳電容的2倍。</p><p>　?、勰_是輸入端，要求輸入信號≥25mV。

29、</p><p>　?、荨ⅱ弈_外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f0，且</p><p><b>　　f0≈11.1RC</b></p><p>　　⑧腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。</p><p>　　LM567電氣參數(shù):</p><p>

30、;　　LM567的工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。</p><p>　　LM567芯片使用:LM567為通用音調(diào)譯碼器，主要用于外界接電阻20比1范圍，邏輯兼容輸出具有吸收100mA電流能力。它的技術(shù)指標(biāo)：1.可調(diào)寬帶從0%至14%；2.寬信號輸出與噪聲的高抑制；3.對假信號抗干擾；4.高穩(wěn)定的中心頻率；5.中心頻率調(diào)節(jié)從0.01HZ到500KHZ；6.電源電壓5V至

31、15V，推薦使用8V。應(yīng)用舉例：輸入端接104電容，輸出端接上拉電阻10K，C1、C2為0.1uF。R1、C1決定振蕩頻率，一般C1為104電容，R1為10K至200K。電源電壓為8V。</p><p><b>　　4 原理總圖</b></p><p><b>　　5 元器件清單列表</b></p><p>　　6 調(diào)試過

32、程及測試數(shù)據(jù)</p><p>　　為使電路便于調(diào)試我們采用分塊調(diào)試的方法。</p><p><b>　　6.1 通電前檢查</b></p><p>　　電路安裝完畢后，經(jīng)檢查電路各部分接線正確，電源、元器件之間無短路，器件無接錯現(xiàn)象。</p><p><b>　　6.2 通電檢查</b></p

33、><p>　　6.2.1撥動開關(guān)的檢查</p><p>　　首先將撥動開關(guān)和其他電路模塊斷開，只留開關(guān)部分。其次，將萬用表打到發(fā)聲檔，兩表筆分別接開關(guān)的兩個引腳，開關(guān)斷開時萬用表不發(fā)出聲音，撥動開關(guān)按鈕后萬用表發(fā)聲則說明焊接良好。</p><p>　　6.2.2 NE555多諧振蕩電路檢測</p><p>　　在555的8腳接上直流5V穩(wěn)定電壓

34、后，其3腳應(yīng)該輸出穩(wěn)定的脈沖，如下圖所示：</p><p>　　經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確能得到上述波形，因此555電路部分沒有問題。</p><p>　　6.2.3 74HC161計(jì)數(shù)電路檢測</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中將61設(shè)計(jì)成為5進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其實(shí)設(shè)計(jì)成其他進(jìn)制如6進(jìn)制7進(jìn)制均可，理由是為了讓發(fā)生部分產(chǎn)生間歇性矩形脈沖信號，由于題目中并未要求具體的脈沖周期，因此可不比細(xì)

35、究161的進(jìn)制，可采用法官二極管進(jìn)行測試。具體做法是把161的進(jìn)位信號經(jīng)過510Ω保護(hù)電阻后接到發(fā)光二極管上，若二極管每隔一定時間閃爍一次則證明計(jì)數(shù)器工作良好，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確能讓二極管每隔五秒發(fā)光一次，說明計(jì)數(shù)電路沒有問題。</p><p>　　6.2.4喇叭發(fā)聲部分檢測</p><p>　　將555和161的輸出信號經(jīng)過與門74HC08后輸出到喇叭上，此處不加保護(hù)電阻的原因是與門輸出的信號在

36、3.4V~4.5V之間，喇叭為8Ω1W型號，因此不會燒壞。經(jīng)檢測與門輸出波形為</p><p>　　6.2.5 LM386放大部分檢測</p><p>　　麥克風(fēng)接收到的信號幅度范圍在10mV~30mV之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法驅(qū)動后續(xù)電路進(jìn)行工作，因此需要加放大電路。經(jīng)檢測10mV~30mV交流小信號經(jīng)過LM386的3腳輸入5腳輸出放大后，電壓可以達(dá)到1000mV左右，因此放大部分功能也是好的。&l

37、t;/p><p>　　6.2.6 LM567選頻電路檢測</p><p>　　由于麥克風(fēng)在接受聲音產(chǎn)生系統(tǒng)的音頻信號時也接收了周圍環(huán)境中的噪聲信號，再經(jīng)過386放大，如果沒有選頻電路，而直接將信號接到LED顯示上，則LED不僅顯示產(chǎn)生系統(tǒng)的音頻信號，還會顯示周圍環(huán)境場中的噪聲信號，因此選頻環(huán)節(jié)是必須的。由上述內(nèi)容已經(jīng)知道聲音產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的音頻信號頻率為900Hz，但實(shí)際用示波器進(jìn)行測量時只有8

38、20Hz左右，因此，567的5、6引腳之間的電阻取值要合適，由公式f0≈11.1RC，電阻值為12K可以算出電容值約為0.1uF。</p><p><b>　　6.3 結(jié)果分析</b></p><p>　　當(dāng)給各個IC芯片供上電，并在161的cp脈沖端加上頻率為1Hz的脈沖信號后，喇叭發(fā)出間歇性的聲音信號，與此同時LED燈也隨著喇叭的發(fā)聲頻率有規(guī)律的進(jìn)行著亮滅的過程，

39、說明電路實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　7 小結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是對大二一學(xué)年所學(xué)知識進(jìn)行的一次檢測，也是為大三的專業(yè)課進(jìn)行的一次秣馬厲兵，不僅考驗(yàn)的是我們的理論知識，更考驗(yàn)的是我們的動手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。課設(shè)過程中遇到了很多問題，有專業(yè)方面的問題，也有專業(yè)以外的知識，經(jīng)過這次鍛煉，以及在老師同學(xué)的幫助下，我覺得自己收獲很多。

40、</p><p>　　8 設(shè)計(jì)體會及今后的改進(jìn)意見</p><p><b>　　8.1 體會</b></p><p>　　經(jīng)過這次課設(shè)首先有的感覺就是課本上的理論知識和實(shí)際的設(shè)計(jì)制作之間還是有很大差距的，舉個例子來說，在聲音接收系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)中原本經(jīng)過LM386的放大和LM567的選頻后可以直接經(jīng)過保護(hù)電阻將信號輸入到LED顯示，但實(shí)際操作過程

41、發(fā)現(xiàn)，如果如上所述進(jìn)行操作就會發(fā)現(xiàn)，LED不僅在喇叭響時發(fā)光，喇叭不響是偶爾也會發(fā)光。其實(shí)原因很簡單，信號經(jīng)過386放大后不僅放大了有用信號，無用信號也進(jìn)行了放大，雖然經(jīng)過后續(xù)567進(jìn)行了選頻操作，但567選頻時還是存在問題，不能非常嚴(yán)格的僅僅選出單一信號，因此還需要在567的輸出和保護(hù)電阻之間加上濾波電容，以進(jìn)一步濾除一些無用信號，這樣一來再將信號接到二極管上就會發(fā)現(xiàn)效果明顯好了。</p><p>　　其次，經(jīng)

42、過這次課程設(shè)計(jì)，明顯發(fā)現(xiàn)自己的知識面有所拓寬，原本只會一些課本上的皮毛知識，對于實(shí)際電路設(shè)計(jì)來說根本就無法滿足要求，但經(jīng)過老師的指導(dǎo)同學(xué)的幫助以及自己的學(xué)習(xí)，能對涉及到課設(shè)內(nèi)容的知識有一個更加清楚地研究，感覺收獲很大。比如以前在課本上根本就沒有學(xué)過繼電器的相關(guān)知識，但經(jīng)過這次鍛煉，我對繼電器也有了一些了解。再比如，74HC系列和LS系列書本的理論課本上指出是可以通用的，但實(shí)際操作時發(fā)現(xiàn)其輸出的電壓值之間差別很大。</p>

43、<p>　　還有，這次課程設(shè)計(jì)對我們的動手能力和電路圖的識別能力也是一次鍛煉，通過自己親身經(jīng)歷和練習(xí)，焊接水平以及識圖能力都有很大提高。</p><p>　　最后，經(jīng)過這次課設(shè)，讓我也感受到了團(tuán)隊(duì)合作的重要，只有團(tuán)隊(duì)成員分工明確，各司其職才能有所進(jìn)步，如果只是一味的相互推諉逃脫責(zé)任，那將事倍功半。</p><p>　　8.2 本方案特點(diǎn)及存在的問題</p><

44、p>　　特點(diǎn)：本方案最大的特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)電路簡單，沒有涉及到太過復(fù)雜的知識，由于選擇的題目更偏重于模電方面的知識，因此主要耗時在了電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試上面，不像選擇偏重?cái)?shù)電題目的同學(xué)那樣，把時間主要消費(fèi)在線路的排錯上。</p><p>　　存在問題：由于設(shè)計(jì)簡單，因此在調(diào)試方面問題很多，比如在測量聲音發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的間歇性矩形脈沖時發(fā)現(xiàn)波形有失真，且直到作品驗(yàn)收時還是不能很好的抑制失真波形。</p>

45、<p><b>　　8.3 改進(jìn)意見</b></p><p>　　由于如上所述波形有失真，因此導(dǎo)致后續(xù)接收部分的調(diào)試很麻煩，稍有變化如電壓不夠穩(wěn)定就會導(dǎo)致接收部分無法準(zhǔn)確接收，因此可以選擇選頻功能較強(qiáng)的芯片或?yàn)V波功能更好的電容；其次，由于線路較少，相互之間影響也少，因此可以采用印制電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣一來干擾會小一些，效果也會更好一點(diǎn)。</p><p>&l

46、t;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　閻石.數(shù)學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué).高等教育出版社.2006</p><p>　　康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.華中科技大學(xué). 高等教育出版社.2006 </p><p>　　馬全喜.電子元器件與電子實(shí)習(xí).機(jī)械工業(yè)出版社.2006</p><p>　　何杜成、袁躍進(jìn).電機(jī)-

47、光電顯示-改進(jìn)應(yīng)用電路.山東科學(xué)技術(shù)出版社.2007</p><p>　　李志健. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書.陜西科技大學(xué)教務(wù)處.2007</p><p>　　楊剛、周群.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐.電子工業(yè)出版社.2004</p><p>　　《全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽技能訓(xùn)練》 北京航空航天大學(xué)出版社     2007</