陈钟对讲机课程设计报告.doc

课程设计任务书学生姓名： 陈钟 专业班级： 电子科学与技术0803 指导教师： 李成军 工作单位： 信息工程学院 题 目: 有线双工对讲机的设计 一、初始条件可选元件：扬声器，集成运放，集成功放（器件选择应满足技术指标）。电容、电阻、电位器、开关若干。直流电源+9V（自备电源）。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表二、设计任务根据技术指标和已知条件，完成对有线双工对讲机的设计、装配与调试。三、设计内容和要求1、有线双工对讲机以一路扬声器作为送话用，另一路扬声器作为听话用。讲话扬声器通过讲话开关把信号送入放大系统，然后经过听话开关送入用作听话的扬声器，如果讲话扬声器和听话扬声器的功能互换时，对应的地址也应互换。在系统中讲话工作时，在各路扬声器附近都有发光二极管显示，说明系统有人使用，当系统无人使用时，发光二极管灭。系统中还设置禁止使用端，在不使用对讲系统时，该禁止端使讲话开关和听话开关停止工作。该系统扩展后可实现医院病房病员呼唤机。采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现双方异地有线通话对讲；用扬声器兼作话筒和喇叭，双向对讲，互不影响；工作可靠，效果良好。2、选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真）3、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。四、时间安排1、2010年1月18日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。2、2010年1月18日 至2010年1月21日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3、2010年1月22日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书目 录摘 要1 绪 论12总体设计22.1 设计的目的及主要任务2 2.1.1 设计目的22.1.2设计任务 22.1.3设计要求 22.2设计思想 22.3设计方案 32.3.1设计方案一 32.3.2设计方案二 32.3.3方案确定 43 设计原理及单元电路设计 5 3.1设计原理及方法5 3.1.1压电效应及压电式扬声器 5 3.1.2集成功率放大电路及LM3866 3.2单元电路设计83.2.1 放大电路的设计8 3.2.2 对讲互换开关电路的设计84 电路的仿真及分析10 4.1总体电路的仿真及分析105 硬件调试116 心得体会12参考文献13附录 总电路图14附录 元件清单15 17摘 要模拟电子技术课程设计是对所学的基础理论知识的一次实践检测的过程。我选择的项目是制作有线双工对讲机，为了实现有线条件下的双工对讲，我以一个音频放大电路为基础来进行制作。该电路以LM386集成功率放大器为核心电路，加上压电式扬声器来制作，以扬声器兼作麦克风。通过一个双刀双掷开关实现对其控制，当双刀双掷开关打向一边时，本机扬声器当做麦克风，声音信号传入集成功率放大器，从另一扬声器传出；当双刀双掷开关打向另一边时，两个扬声器功能对调，以此实现对讲功能。关键词：LM386集成功放 压电式扬声器 双工 对讲 Abstract Analog electronic technology course design is the basis of theoretical knowledge learned in a practice, the process of testing。I chose the project is to produce cable duplex walkie-talkie，In order to achieve wired intercom duplex under the conditions of，I an audio amplifier circuit as a basis for making。The circuit with integrated power amplifier core circuit LM386，coupled with piezoelectric speakers to produce，the loudspeaker to double as a microphone。Through a DPDT switch to achieve its control，when the DPDT switch to the side of the playing time，native speaker as a microphone，sound signal conducts entering the integrated power amplifier，comply with another loudspeaker biography take place；think that two knife commutator fights when to another one side，two loudspeaker functions exchange，Realize the correct talk function on this account。Key words: LM386 Dyadic loudspeaker of piezoelectric Duplex operation Correct talk1 绪 论对讲机主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业，用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。具有以下特点1、讲机不受网络限制，在网络未覆盖到的地方，对讲机可以让使用者轻松沟通；2、讲机提供一对一，一对多的通话方式，一按就说，操作简单，令沟通更自由，尤其是紧急调度和集体协作工作的情况下，这些特点是非常重要的； 3、通话成本低。而有线对讲机兼有通话成本低、操作简单、一按就说等特点，由于其是有线传输的特点，所以多用于固定方式的对讲，如医院病房病员的呼唤机。本设计制作的对讲机为有线双工对讲机，要求将扬声器兼作麦克风，对扬声器讲话经放大电路放大，声音从另一扬声器传出，声音洪亮，不失真。2 总体设计2.1设计的目的及主要任务2.1.1设计的目的1、学会并掌握功率放大电路的原理及应用。2、掌握电子电路设计的基本方法。 3、掌握有线双工对讲机的电路调试及主要技术指标的测试方法。2.1.2 设计任务1、根据技术指标和已知条件，完成对多路对讲机的设计、装配与调试。2.1.3 设计要求1、采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现双方异地有线通话对讲；用扬声器兼作话筒和喇叭，双向对讲，互不影响；工作可靠，效果良好。电源电压：9V，功率0.5W。2、选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。2.2设计思想本次设计采用集成功率放大器来对输入的音频信号进行放大，并以此为核心单元进行拓展。由于要求各方以扬声器兼作麦克风，所以采用压电式扬声器。考虑到制作成本以及线路复杂程度，本次设计采用了一个双刀双掷开关来对“话筒”和“听筒”进行切换。2.3设计方案2.3.1 设计方案一本方案采用集成功率放大器TDA2822作为信号放大的核心单元电路，用麦克风作为音频信号的输入方式，经T1管将信号初步放大，再经T2管将本机信号消除侧音，使音频信号不在本机扬声器发出，而通过I/O线路传送至另一机，经另一机的集成功放放大从扬声器传出。图2.1 方案一设计电路2.3.2 设计方案二本方案采用LM386集成功率放大器作为信号放大的核心单元电路，用扬声器兼作麦克风，使用一个双刀双掷开关对扬声器的功能进行切换。达到对一个扬声器说话，音频信号经集成功放放大，从另一个扬声器送出；拨动双刀双掷开关，两个扬声器功能互换，从而达到对讲功能。 图2.2 方案二电路框图2.3.3 方案确定方案一电路可以实现消除侧声的功能，但是其使用的是TDA2822，该集成功放为双通道音频功率放大器，而本设计只是对一单通道进行功率放大，所以芯片得不到充分利用，而且其方案使用的是麦克风进行信号的输入，不符合设计的要求。对方案一在Mltisim 10.0仿真软件中对其进行仿真，放大效果不明显，而且波形有失真。而方案一得元件简单，制作成本较低，而且实现扬声器兼作麦克风用作对音频信号的输入，使用LM386集成功放，对芯片的利用率较高，在将电路在Mltisim 10.0仿真软件中进行仿真，可以的到较高的放大倍数而且波形没有失真。所以最终确定使用方案二进行设计、制作。 3 设计原理及单元电路设计3.1 设计原理及方法根据层次化设计理论，该设计问题分为信号输入，信号放大，信号输出，其系统框图如图所示。 图3.1 有线双工对讲机系统框图3.1.1 压电效应及压电式扬声器 压电效应：压电效应是指当把机械力作用于特定的晶体的两个极板时，晶体会产生一个正比于压力的电场。反之，在晶体的两个极板上施加一个电压会是晶体产生与电压成正比的机械形变【1】。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。逆压电效应：是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。压电式扬声器：利用逆压电效应原理发声的器件。是一种用压电陶瓷在音频电压作用下振动，带动纸盆发音的扬声器，频带较窄，但灵敏度高，功耗小。其振动单元的结构是：一大、一小两个圆形金属片做电极，中间一薄层压电陶瓷材料，两个电极通过音频信号时会发出声音。3.1.2集成功率放大电路及LM386集成功率放大电路不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元减少、安装调试简单、使用方便等优点，而且在性能上野优于分立元件，广泛应用于收录机、电视机、开关功率电路、伺服放大电路中，输出功率为几百毫瓦到几十瓦。集成功率放大器是在集成运算放大器的基础上发展起来的，其内部电路与集成运算放大器相似。但是，由于功放在安全性、转换效率、输出功率和保真度方面有特殊的要求，它与集成运算放大器又有很大的不同，电路内部通常引入的是深度负反馈，并有过热、过电流、过电压等保护电路。集成功率放大产品除单片集成功放电路外，还有集成功率驱动器，它与外配的大功率管及用量较少的电阻、电容元件构成大功率放大电路，有的集成电路本身包含两个功率放大器，称为双声道功放。【2】LM386是低电压应用的集成音频功率放大电路其基本特点参数为：（1）电源电压范围宽，Vcc=4 V 12 V；（2）静态电流小，当Vcc=6 V时，静态电流典型值为4 mA；（3）输出端直流电压自动跟踪；（4）电压增益可调；（5）外围元件少。【3】图3.2 LM386内部电路图【4】 图3.3 LM386引脚示意图【5】3.2 单元模块设计3.2.1放大电路的设计使用LM386集成功率放大电路资料中的应用单元电路（如下图示），应用其作为有线双工对讲机的核心放大模块。使用其外围元件时，理论上增益可以达到200。 图3.4 LM386应用单元电路3.2.2对讲互换开关电路的设计由于该设计要求只使用扬声器兼作麦克风和扬声器，所以每一方只有一个扬声器，而且该扬声器要可以切换为麦克风作音频信号输入时使用。我采用了一个双刀双掷开关，由一方控制其开闭。当切换到一档时，扬声器1作麦克风使用，扬声器2作声音输出使用；当开关切换到二档时，扬声器2作麦克风使用，扬声器1作声音输出使用。其原理框图如下。 图3.5 对讲互换开关设计思路4 电路的仿真及分析4.1总体电路的仿真及分析应用Multisim对电路进行仿真分析的基本过程与PSpice类似，只是在绘电路图时还需要接入所需要的仪器仪表，构成完整的实验电路。其强大的实时交互性、信息的集成性和生动直观性，为电子专业教学创设了良好的平台，并能保存仿真中产生的各种数据，为整机检测提供参考数据，还可保存大量的单元电路、元器件的模型参数。【6】所以在完成其总体设计后，我用Multisim 10.0对其进行了仿真，由于Multisim 10.0中没有LM386集成功率放大器，因此我用了LM344H进行了替换，取Vcc=9V，Vi模拟声音信号取正弦信号，其频率f=600Hz，峰-峰值Vp-p=60mV，经放大后输出为频率f=625Hz，峰-峰值Vp-p=9.6V。基本实现音频放大的功能。图4.1为测试时的总体电路图，只测试了一边扬声器作为麦克风，另一边扬声器作为声音输出的情况。XSC1为示波器一，用于观测输入波形；XSC2为示波器二，用于观测输出波形。图4.2为示波器一显示的Vi波形，选取为频率f=600Hz，峰-峰值Vp-p=60m V的正弦信号，示波器一调节为20mV/Div，1mS/ Div；图4.3为示波器二显示的Vo波形，示波器二调节为2V/Div，1mS/ Div。 图4.1 Multisim仿真电路图4.2 Vi波形 图4.3 Vo波形5 硬件调试仿真结果正确后，将各分立元件焊接在一起，并进行硬件调试。双工对讲机在按照电路图焊接出来后不一定能正常工作，对其进行调试。首先在焊接之前先用万用表检查各元件的参数是否与理论值相符，元件是否有损坏，在检查好之后对其进行焊接。在焊接结束之后，首先对各个焊接点进行检查，是否有虚焊、漏焊、元件位置焊错、电解电容极性焊反等情况，在检查结束并改正之后才接上电源。通过查阅有关资料，在通电之后没有急于测量电气指标，而观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。经过数分钟的观察检测，没有发现异常情况。而后再进行相关测试。在接入9v的电源时发现有极大的燥声，声音基本可以传输过去，但是不洪亮，切换开关，从另一边说话一边也可以听到，但声音也是较小，里面还有较大的杂声。分析可能是线路干扰所致，在线路经过整理好的时候噪声减小了一点。6 心得体会通过此次模拟电路课程设计，我学习了有线双工对讲机的基本设计方法和设计原理，对几种基本电路有了更深刻的认识和印象。一周的时间虽然很短暂，但在这一个星期的课程设计过程中收获颇丰。设计的核心内容就是学会运用有关集成电路的及其外围附属电路，以及对音频放大电路的有关设计。明白了有线双工对讲机虽然是一个小型系统，但各级都紧密联系，相互影响。各级系统都有相应的技术指标。这是对课本知识的检测，也是一种新的测验，具有挑战性。；其次，在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高，并且通过从总体电路的设计到焊接再到调试出成品，极大地激发了我对所学课程的兴趣；再次，通过此次课程设计，我对设计所用到的软件有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。在本次设计中，同时也发现自己的许多不足之处。虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决，说明我将书本知识转化为实践能力的水平还很薄弱。在实验仿真调试的过程中偶有问题发生，如调试波形有明显的失