模拟动物鸣叫音响电路的设计与制作讲解

1、河南工业职业技术学院毕业设计（论文）电气工程系电气自动化 专业班级 电气1003学号0401100326课题名称模拟动物鸣叫音响电路的设计与制作学生姓名刘帅指导教师宣峰2013年05月25日模拟动物鸣叫音箱电路的设计与制作【摘 要】本课题由三只555和分立元件组成的模拟动物鸣叫音响电路。它的工作原理是利用555的集成电路和分立元件组成电路，使电路的振荡受到人体感应的调制而变化，再经音频功放推动喇叭发声。本文粗略讲述了我在本次实习 中的整个设计过程及收获。讲述了多谐振荡器的工作原理以及其各个组成部分，记述了我在整个设计过程中对各个部 分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对

2、它们的调试，到最后得到比较满意的实验结果 的方方面面 。【关键词】多谐振荡器.、八、 一前言电子技术密切联系实际，实用性很强，开展电子技术课程设计在电子电气类我认为非 常重要，不仅可以学好专业知识，还可以增强动手能力，有利于我们适应未来这个竞争激 烈的社会，训练我们综合运用知识能力资料素材的查阅及收集能力，电子元气件的采购， 电子电路的组装和调试能力，特别是在电路多样化的创新方面，从理性和感性上都得到了 很大的提高，经过查阅资料、选择方案、设计电路等过程，各方面都得到了训练。模拟动物鸣叫音响电路是新型涉及玩具鸟的电路基础。解决随着玩者握持的松紧和掌形的变化，会发出变化多端的模拟的鸟类鸣叫声的问

3、题。本课题以555和分立元件组成多谐振荡介绍其制作过程。通过制作的实践，从感性到理性逐步理解数字电路的知识；从直 观的元器件和电路板到实际检测和安装操作，掌握元器件识别和检测手段，学习识读电路 图和安装图，掌握数字集成电路的封装及引脚排列等相关知识。遵循师生双向选择的原则，我选择了杨定成老师的模拟动物鸣叫音响电路的设计与 制作的课题，要求电路具有放电时间 1-15秒，充电时间15-30秒。鸣叫时间的长短可 以调节。我负责方案的论证与确定，硬件电路，安装与调试及结果的记录等工作。第一章方案论证设计方案：1:电路组成IC1、IC2、IC3 的型号均为 NE555多谐振荡器1输出高电三极管VT导通多

4、谐振荡器2，多谐振荡器 3工作图电路主要由IC1-IC3、VT3DK初核心构成。其中, 2:工作原理多谐振荡器2，多谐振荡器 3失电不工作多谐振荡器 i输出低电 平ICI和RI、RPI与CI组成一个超低频振荡电路，它的作用是控制鸣叫电路间歇的工作，开一段时间，停一段时间，不断地循环工作。RPI用来调节电路的振荡频率，实际上是调节电路的开、停时间和时间间隔。该电路对整个电路的控制过程实际上是通过由晶 体管VTI组成的电子开关来实现的，当ICI输出脉冲的上升沿到来时，VTI导通，工作电源通过VTI加至IC2、IC3的电源端，电路开始工作；当ICI输出脉冲的下降沿时，VTI 截止，IC2、IC3失去

5、电源停止工作。按照 R凹的阻值调节范围来计算，VTI的导通时间范围为12s ，截止时间范围为5s。第二章单元电路的设计工作原理电路工作原理分析本电路由三部分组成。IC3及其外围组件组成鸣叫声响的主振荡电 路，RP3、R4与C6决定着振荡电路的振荡频率，调节 RP3可以适当调节振荡电路振荡 频率的咼低。IC2与RP2、R2及C3组成另一个振荡电路，从参数上看，它的振荡频率要比主振电路 的振荡频率低得多，通过 RP2可以适当调节它的振荡频率。由IC2输出的低频振荡脉冲 作为主振脉冲的调制脉冲。由IC2的脚输出的低频脉冲，经过由 R3、C5组成的微分 电路变为尖脉冲后，加至IC3的脚，对主振电路产生

6、的脉冲进行调制。当主振电路的RP3调节至某一位置时，振荡电路输出的脉冲也固定在某一频率上。间歇时间，颤音的速率，可通过调节 RP1,RP2来实现。这时如果调节RP2，使低频振荡器输出的 调制脉冲不断变化，电路输出的模拟声就会不断变化，有时像某一动物的叫声，有时又像 各种不同的报警声。在本电路中，由于低频调制脉冲是经过微分后的尖脉冲，所以更接近 动物的鸣叫声，说得更具体一些，它很像知了、蟋蟀等。昆虫类动物的叫声。电路介绍1、555定时器内部结构555时基集成电路内部一共集成了 21个晶体三极管、16个电阻、4个二极管、组成了两个 电压比较器、一个 RS触发器、一个放电晶体管和一个由 3只全等电阻

7、组成的分压器。三 极管VT是放电晶体管;R1、R2 R3阻值相等，均为5K欧，组成分压器。555时基集成功 能框图如图3划线部分所示，图中A1、A2是两个高增益的电压比较器，它们的输出端分 别接到触发器的R端（置“ 0”端）和S端（置“ 1”端）;555的名称可能就因此而来。2. 555定时器工作原理555定时器内部结构的简化原理图如图 4所示。它由3个阻值为5KQ电阻分压得两个 基准电压VR1=2Vcc/3 VR2=1Vcc/3.两个电压比较器 C1和C2 一个由“与非”门组成的 基本RS触发器、一个放电三极管BJT T以及缓冲器G组成。比较器C1的参考电压为2/3UCC, 加在同向输入端；

8、C2的参考电压为1/3Ucc，加在反向输入端。两者均可以由分压器图由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为23Vcc和13Vcc。（1）当vii 23 Vcc, v 12 13 Vcc时，比较器Ci输出低电平，比较器 G输出高电平，基本RS触发器 被置0,放电三极管T导通，输出端vo为低电平。（2）当viiv 23 Vcc，vi213 Vcc时，比较器G输出为高电平，C2输出低电平，基本RS触发器置1,放电三极管截止， 输出端vo为高电平。（3）当vii 13 Vcc时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路 亦保持原状态不变。综合上述分析，可得555定时器功能表如

9、表1所示。表 555定时器功能表输入输出阀值输入（V11）触发输入（V12）复位（R）输出（V。）放电管TX00导通 23 V cc 23 V cc 13 V cc10导通 13 V cc1不变不变如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电（其值在0Vcc之间），比较器的参考电压 将发生变化，电路相应的阀值、触发电平也将随之变化，并影响电路的工作状态。NE555引脚功能介绍如下：1、为接地端GND。2、 为低电平触发。当2端的输入电压高于1/3 Ucc时，C2的输出为高电平，基本 RS触 发器保持不变；当输入电压低于1/3UCC时，C2的输出为低电平，使基本RS触发器置“ 13、为输出端。输出电流

10、可达200mA因此可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指 示灯等。输出高电平电压低于电源电压 Ucc大约13匕4、 为基本RS触发器的复位端。由此输入负脉冲（或使其低于0.7V）而使触发器直接复 位。5、 为控制电压端。 在此端可外加一电压，以此改变比较器的参考电压，不用时，经O.OluF 的电容接地，以防止引入干扰。6、 为高电平触发端。当输入电压低于2/3UCC时，C1的输出为高电平，基本RS触发器 保持不变；当输入电压高于2/3UCC时，C1的输出为低电平，使基本RS触发器置“ 0”。7、为放电端。当触发器的 Q端为“ 1”时，放电三极管导通，常用于给外接电容元件提 供放电通路。8为电

11、源端。 可在58V范围内使用。3. 基本工作模式555时基电路应用十分广泛，用它可以很容易地组成各式性能稳定的高、低频振荡器、 单稳态触发器、双稳态 RS触发器及各种电子开关电路等，但无论其电路如何变化，其基 本工作模式不外乎于单稳态、双稳态、无稳态 3种基本工作模式。1、单稳态工作模式单稳态工作模式是指电路只有一个稳定状态，在稳定状态时，555时基电路处于复位状态，即输出端3脚输出低电平。当电路受到低电平触发时，555电路翻转置位进入暂稳态，在暂稳态时间内，3脚输出高电平，经过一段延迟（或称定时）后，电路能自动返回 暂稳态，暂稳态时间通常简称为暂态时间。单稳态工作模式电路如图5所示。图中，定

12、时电阻 Rt、定时电容Ct决定电路的暂态 时间。平时电路处于稳定态，555时基电路复位，输出端3脚输出低电此时7脚也为低电 平，所以定时电容Ct无法通过定时电阻Rt充电。图2、双稳态工作模式双稳态工作模式是指电路有两个稳定状态，即置位态（3脚输出高电平）和复位态（3脚输出低电平）。3、无稳态工作模式无稳态工作模式是指电路没有固定的稳态状态，555时基电路处于置位与复位反复交替的状态，即输出端3脚交替输出高电平与低电平，输出波形为近似矩形波。由于矩形波 的高次谐波十分丰富，所以无稳态工作模式又称之为自激多谐振荡器。无稳电路就是多谐 振荡电路，是555电路中应用最广的一类。电路的变化形式也最多图5

13、是一种解法的无稳态工作模式，其工作过程是：电路初始通电时，由于电容C1两端电压为零不能突变，555的2脚为低电平，555被置位，3脚输出高电平，此高电平经 电阻R向C1充电，使C1两端电压即6脚电平不断升高，当升至 2VDD/3时，555复位，3 脚输出低电平，此时电容C1储存电荷就经R向555的3脚放电，从而使C1两端电压即555 的2脚电平开始下降，当降至 VDD/3时，555又置位，3脚输出高电平又向C1充电，周而 复始，电路产生振荡，3脚就交替输出高电平和低电平。5 5 5TOJCJuF图用555定时器组成的多谐振荡器如图所示5.1Kfi vc 6LB|+5V555 OUTO.Oluf

14、 zh CCo5i o.oiufGND厂3图(4)多谐振荡器及波形在接通电源后，Vcc通过R1、R2对电容C充电，在Uc未到达(1/3)Vcc和(2/3)Vcc之 前，6号、2号引脚状态为0、0和0、1,故输出U0为1,放电T截止。当电容C被充电 到达Uc(2/3)Vcc时，6号、2号引脚状态为1、1,则输出U0翻转为0,放电管T导通 此时电容C开始通过R2和T放电，使Uc按指数曲线下降。当Uc处于(2/3)Vcc和(1/3)Vcc 之间时，6号、2号引脚状态为0、1,输出维持为0,电容C继续放电，直到Uc (1/3)Vcc， 使6号、2号引脚状态为0、0,输出U0又翻转为1态，放电管T截止，

15、电容C又开始充 电，这样周而复始振荡下去，输出 U0为图所示矩形波。目前生产的定时器有双极型和 CMOS种类型，其型号分别有NE555或5G555)和C7555 等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而 CMO定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受 较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为516V,最大负载电流可达200mA CMOS定时器电源电压范围为318V,最大负载电流在4mA以下。第三章电路制作与调试3.1安装多谐振荡器检测合格的元器件按照元件布置图安装。3.2测量与调试（1）通电观察电路组装完成后，由直流稳

16、压源输出 6V电压，观察现象。（2）调试与参数的测量使用数字存储示波器测量集成电路 NE555的3脚输出的波形，通过调节电位器RP3使 其鸣叫时间长短不一，观察波形。调试过程，也遇到了一些问题。在观察电路现象时，出现的不是鸟鸣声，而是电流声， 检察几遍发现555中4号脚和电源接岔了， 555没通电。3.3总装后故障检修安装过程中，不正确、不规范的安装可能造成电路的故障，遇到不正常的显示，要检 查接线是否正确、电路中的元器件是否安装正确。序号故障现象故障原因检杳部位（1）喇叭没有声音电源未接通电源未接通或电源插件未插好NE555的8脚4脚未接电源正极或1脚未接 地NE555装反检查集成电路是否装

17、错（2）喇叭出现 电流声信号未输入检查外接数据线是否接触良好三个NE555的接插件是否接触良好信号输入太 弱，低于6V将输入信号调大IC1的3号脚输出rlidrlidrlrlrlrlrlrlrlidrl/IC2K3号脚输出ICM的3号脚输出图（5）IC1的3号脚输出的频率与峰峰值f=1/50s=0.02HZVp-p=1.4*2v=2.4vIC2的3号脚输出的频率与峰峰值f=1/1.6*100ms*0.001=7HZVp-p=2.3*2v=4.6vIC3的3号脚输出的频率与峰峰值f=1/2*50us*0.000001=10000HZVp-p=2.4*2v=4.8v第四章毕业设计心得体会为期一个月

18、的毕业设计即将结束，也就意味着我的大学生活即将结束。本次实验是在 指导老师杨定成的指导下完成的。在实验研究的过程中，宣峰老师给予了指导，并提供了 很多与该研究相关的重要信息，培养了我对科学研究的严谨态度和创新精神。这将非常有 利于我今后的学习和工作。作为一名电子信息工程专业的专科学生，我在大学三年的学习生活中，系统地学习了 电子及其相关专业的个门课程。我们的课程以数电、模电为基础。通过这一个月的学习和 实践，我学到了不少东西，也了解到了自己的不足之处，对于我今后的工作有着很大的帮 助。毕业论文设计基本完成，虽然这期间有点辛苦，但我觉得充实，我也从中学到从课本 里学不到的知识，增加了自己的知识面。课题的确定是主要的，其次是对电路的组装与调试。从电路的组装与调试能看出我的 动手能力还有些薄弱，以后应多注意自己的动手能力，对自己今后的工作得到了锻炼。在 论文设计中我严格要求自己，遵循老师的指导，反复的推敲自己的方案，理清电路的工作 原理，通过查阅资料和课本，对电路理解更加深刻。通过自己的努力和老师的指导，我的 设计方案终于成功。总之，这次毕业设计不是简简单单的完成了一个课题，而是使我初步的掌握了科学研 究的步骤与方法，巩固了我的专业知识，练习了我的实际操作能力，锻炼了我分析解决问 题的能力，为今后的工作学习打下了坚实的基础。致谢通过这一阶段的努力，