模拟动物鸣叫音响电路的设计与制作

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

2、筛选、以及对它们的调试，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 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题。本

3、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 图电路主要由IC1-IC3、VT3DK4为核心构成。其中，IC1、IC2、IC3的型号均为NE

4、5552：工作原理多谐振荡器1输出高电平三极管VT导通多谐振荡器2，多谐振荡器3工作多谐振荡器1输出低电平三极管VT截止多谐振荡器2，多谐振荡器3失电不工作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，

5、IC2 、IC3 失去电源停止工作。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高低。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

6、变为尖脉冲后，加至IC3 的脚，对主振电路产生的脉冲进行调制。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、

7、一个放电晶体管和一个由3只全等电阻组成的分压器。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5K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

8、同向输入端；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(1)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v1123 Vcc, v1213 Vcc时，比较器C1输出低电平，比较器C2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v0为低电平。 （2）当v1123 Vcc，v1213 Vcc时，比较器C1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v0为高电平。（3）当v1123 Vcc，v1213 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

9、析，可得555定时器功能表如表1所示。表(2) 555定时器功能表 输入 输出阀值输入（v11） 触发输入（v12） 复位（RD） 023 Vcc13 Vcc 123 Vcc 13 Vcc 123 Vcc 13 Vcc1输出（vo） 放电管T0导通1截止0导通不变 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1/3U

10、cc时，C2的输出为低电平，使基本RS触发器置“1”。3、 为输出端。 输出电流可达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13V。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0.01uF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

11、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

12、，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)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

13、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。图(3)用555定时器组成的多谐振荡器如图所示 图（4）多谐振荡器

14、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，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

15、的定时器有双极型和CMOS两种类型，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CMOS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

16、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查部位（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

17、是否接触良好信号输入太弱，低于6V将输入信号调大 图（5）IC1的3号脚输出的频率与峰峰值 f=1/50s=0.02HZ Vp-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=7HZ Vp-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=10000HZ Vp-p=2.4*2v=4.8v第四章 毕业设计心得体会为期一个月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

18、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，我的毕业论文模拟动物鸣叫音响电路的