課程設(shè)計(jì)——雙工對(duì)講機(jī)+目錄

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 雙工對(duì)講機(jī) 院（系）：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 電子091班 學(xué) 號(hào)： 090404009 學(xué)生姓名： 黃俊博 指導(dǎo)教師： 王景利 教師職稱： 副教授 起止時(shí)間：課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué) 號(hào)090404009學(xué)生姓名黃俊博專業(yè)班級(jí)電子091班課程設(shè)計(jì)（論文）題目雙工對(duì)講機(jī)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 采用集成運(yùn)放和集成功放及阻容元件等構(gòu)成對(duì)講機(jī)電路，實(shí)現(xiàn)甲、乙雙方異地有線通話對(duì)講；2. 用揚(yáng)聲器兼作話筒和喇叭，雙向?qū)χv，互不影響；3. 電源電壓+9v, p00.5w，工作可

2、靠，效果良好；4. 設(shè)計(jì)電路所需的直流電源.設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè)

3、計(jì) 說 明 書（論 文）目錄1雙工對(duì)講機(jī)12 倒向控制電路33 倒向開關(guān)電路方案431 模擬電子開關(guān)532選通放大器6雙工對(duì)講機(jī)整體電路7設(shè)計(jì)總結(jié)：8器件清單8參考文獻(xiàn)81雙工對(duì)講機(jī)人與人之間進(jìn)行交流，最簡單的通信方式是面對(duì)面的交談。人們說話所發(fā)出聲音，通過空氣介質(zhì)傳到對(duì)方，從而完成通信過程。有線對(duì)講機(jī)，使得兩個(gè)位于異地之間的人可以借助對(duì)講系統(tǒng)進(jìn)行通信。其工作過程如圖1所示。人說話所發(fā)出的聲音經(jīng)聲電轉(zhuǎn)換器變成模擬電信號(hào)，通過音頻功率放大后經(jīng)電聲轉(zhuǎn)換器再把電信號(hào)還原為聲音，傳輸給對(duì)方接收。運(yùn)用有線對(duì)講機(jī)，可以在十余公里近距離間進(jìn)行語言通信，而不受郵電通信部門的限制和外界環(huán)境的干擾，因而倍受使用者

4、的歡迎。二線線路對(duì)講機(jī)，用雙刀雙擲開關(guān)，可以改變語音信息的傳輸方向，控制兩地的發(fā)送轉(zhuǎn)換。若雙刀雙擲開關(guān)的位置如圖2所示，則b方利用揚(yáng)聲器b把發(fā)出的聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過雙刀雙擲開關(guān)后進(jìn)行音頻功率放大，a方的揚(yáng)聲器a通過雙刀雙擲開關(guān)把接收到的電信號(hào)再還原成聲音?？梢娬Z音信息只能從b方傳輸?shù)絘方，故稱為單工對(duì)講機(jī)。四線線路對(duì)講機(jī)，不需要雙刀雙擲開關(guān)，就可在a至b和b至a兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行信息的傳輸。其工作過程如圖3所示。a方利用聲音傳感器mic a將語音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)音頻功率放大器a把電信號(hào)傳送至b方，揚(yáng)聲器b將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)使b方得以接收。與此同時(shí)，b方可利用mic b將語音信號(hào)傳送

5、給音頻功率放大器b，再由揚(yáng)聲器a輸出。采用此傳輸方式的對(duì)講機(jī)，稱為全雙工對(duì)講機(jī)。運(yùn)用全雙工通信方式可以使信息的傳輸速度提高一倍，但通信所需的硬件資源增加了幾倍。這是由于雙方向的通信通路在任何時(shí)刻都是導(dǎo)通的，則在a方講話時(shí)，信息在經(jīng)音頻功放a傳輸給揚(yáng)聲器b時(shí)，也經(jīng)mic b和音頻功放b傳輸回?fù)P聲器a，整個(gè)對(duì)講系統(tǒng)形成了一個(gè)閉環(huán)的正反饋，使之不能正常工作。此現(xiàn)象稱為側(cè)音。為防止側(cè)音的出現(xiàn)，在每一通信通路中需增加一套消側(cè)音電路。所謂半雙工對(duì)講機(jī)，是以二線線路對(duì)講機(jī)為基礎(chǔ)，允許a b雙方交替地而不同時(shí)地傳輸信息。這也稱作分時(shí)雙工傳輸方式。其通信過程見圖4。這里用通信倒向控制電路和兩個(gè)受控單刀單擲倒向開

6、關(guān)代替了單工對(duì)講機(jī)中的雙刀雙擲開關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換信息傳輸方向的自動(dòng)控制。a方利用mic將語音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，分成兩路，一路送往倒向控制電路，另一路經(jīng)倒向開關(guān)電路ka送往音頻功率放大器a。倒向控制電路在電信號(hào)的控制下，使常斷開關(guān)ka閉合，常通開關(guān)kb打開，從而使語音信息傳輸?shù)絙方。只有在a方不講話時(shí)，倒向控制電路因得不到應(yīng)有的電信號(hào)，故常斷開關(guān)ka和常通開關(guān)kb保持原有狀態(tài)，b方才可以將語音信息經(jīng)音頻功率放大器b傳輸給a方。因?yàn)樵谌魏螘r(shí)刻，開關(guān)ka和kb的狀態(tài)都不相同，因此在任何時(shí)刻，整個(gè)對(duì)講系統(tǒng)只允許信息單方向傳輸，從而從根本上解決了雙工對(duì)講時(shí)易產(chǎn)生的側(cè)音干擾現(xiàn)象，節(jié)省了大量的系統(tǒng)硬件資源。

7、2 倒向控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)狀態(tài)各異的倒向開關(guān)的控制，最理想的是利用同時(shí)具有兩個(gè)狀態(tài)各異的信號(hào)輸出的觸發(fā)器。原理電路見圖5。a方的語音信號(hào)被mic拾取后經(jīng)前級(jí)放大器a放大。施密特反相器完成將前級(jí)放大器a輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫態(tài)的作用。施密特反相器可以將上升或下降速度緩慢的模擬信號(hào)整形為邊沿陡峭的數(shù)字式矩形波。圖6示出了它的邏輯符號(hào)和電壓傳輸特性。當(dāng)輸入電壓ui由低向高變化超過正門限電壓ut時(shí)，通過電路內(nèi)部的正反饋過程輸出電壓uo會(huì)迅速由高電平uoh變?yōu)榈碗娖絬ol。當(dāng)輸入電壓ui由高向低變化低于負(fù)門限電壓ut時(shí)，則正反饋過程又使輸出電壓uo迅速由低電平uol變?yōu)?/p>

8、高電平uoh。輸入回差電壓ututut0，體現(xiàn)了電路的抗干擾能力。選用cd40106施密特反相器，vdd為12v時(shí)，它的ut約為6v。而在a方不講話時(shí)，前級(jí)放大器的靜態(tài)輸出電壓ua1也為6v，已接近了正門限電壓。為了防止反相器誤動(dòng)作，進(jìn)一步提高它的抗干擾能力，應(yīng)引入分壓電阻r1和r2。于是，反相器的靜態(tài)輸入電壓ua2等于（r2（r1r2）ua1，小于ut，保證了反相器的靜態(tài)輸出為高電平。只有在a方語音信號(hào)達(dá)到一定強(qiáng)度以后，反相器的狀態(tài)才可由高電平變?yōu)榈碗娖?。一旦語音信號(hào)停止，它將恢復(fù)輸出高電平。顯然，r2越小反相器的抗干擾能力越強(qiáng)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于將隨間歇的語音信號(hào)而呈脈沖波的反相器輸出連續(xù)起

9、來，從而使倒向開關(guān)ka連續(xù)導(dǎo)通，防止失音現(xiàn)象。cd4098單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器恰恰具有可用連續(xù)脈沖觸發(fā)的特點(diǎn)，其邏輯功能示于表1中。這里選擇的是下降沿連續(xù)觸發(fā)方式。調(diào)節(jié)外接電阻r和電容c的值，使觸發(fā)器輸出的暫態(tài)脈寬tw略大于輸入信號(hào)的最大周期，則可以得到如圖7所示的輸出波形。只有在a方講話期間，q端輸出高電平，否則為高電平輸出，b方可向a方傳輸信息，符合設(shè)計(jì)要求。為了防止半雙工通信發(fā)生失音，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的暫態(tài)時(shí)間tw取05s較宜?？刂苩w的長短，不僅與外接阻容r，c的值有關(guān)而且與電源電壓vdd的值有關(guān)?？紤]降低功耗，可選取較大的電阻值。實(shí)驗(yàn)表明，vdd為12v時(shí)，c選01f漏電較小的獨(dú)石電容，r選

10、10m可變電阻即可實(shí)現(xiàn)無失音通信。3 倒向開關(guān)電路方案把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩個(gè)互補(bǔ)的輸出信號(hào)q和q分別作為開關(guān)ka和kb的選通信號(hào)，使ka、kb分時(shí)導(dǎo)通，就可以實(shí)現(xiàn)半雙工對(duì)講機(jī)自動(dòng)倒換信息傳輸方向的功能。一個(gè)性能良好的開關(guān)，要求導(dǎo)通時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通電阻為零，可視為短路，斷開時(shí)開關(guān)的截止電阻為無窮大，可視為開路，且開關(guān)改變狀態(tài)時(shí)的速度盡可能地高。還要求開關(guān)在用于傳輸模擬信號(hào)時(shí)線性度好，不存在被傳輸信號(hào)的失真?？捎糜谇凹?jí)放大與功率放大間導(dǎo)通與阻斷的選通開關(guān)電路，方案很多。無觸點(diǎn)的電子開關(guān)具有動(dòng)作速度快，可靠性好，功耗低，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于自控系統(tǒng)中。此處僅舉兩例。31 模擬電子開關(guān)由模擬電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)倒

11、向控制的半雙工對(duì)講機(jī)原理電路見圖8。cd4066雙向模擬開關(guān)在它的選通控制信號(hào)為高電平時(shí)，可以雙向傳輸線性倍率為1的模擬信號(hào)。負(fù)載電阻大于100k以后，輸出與輸入間的線性倍率越接近于理想。它具有靜態(tài)功耗低，截止電阻可達(dá)m級(jí)，被傳輸信號(hào)的上限頻率為40mhz，傳輸延遲時(shí)間僅為ns級(jí)等優(yōu)點(diǎn)。但是它的導(dǎo)通電阻有幾百歐姆，而且其值隨電源電壓的不同和輸入電壓的變動(dòng)有非線性變化。一般電源電壓越高，導(dǎo)通電阻越小。當(dāng)輸入電壓值接近正、負(fù)電源時(shí)，導(dǎo)通電阻呈最大，且線性度也最差。這非但易引起被傳輸信號(hào)的非線性失真，而且影響開關(guān)的帶負(fù)載能力。因此，有必要在模擬開關(guān)和功率放大器之間插入電壓跟隨電路。此電路由于引入了深

12、度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，具有輸入電阻可視為無窮大，輸出電阻接近于零的優(yōu)點(diǎn)，故可以起到穩(wěn)定和降低模擬開關(guān)輸出電阻，提高帶負(fù)載能力的作用。32選通放大器用兩個(gè)選通放大器代替兩個(gè)模擬電子開關(guān)的半雙工對(duì)講機(jī)原理電路見圖9。f3140高速高輸入阻抗運(yùn)算放大器接成電壓跟隨電路，在它的選通控制信號(hào)s為高電平時(shí)，可傳輸線性倍率為1的模擬信號(hào)。f3140的外引線功能如表2所示。為保證輸入信號(hào)in為零時(shí)，輸出信號(hào)out也為零，需外接100k電位器調(diào)試。電位器的滑動(dòng)觸頭接負(fù)電源v引線。f3140的選通端s為低電平，即其被阻斷時(shí)，若輸入信號(hào)的幅值過高，將影響阻斷效果，引發(fā)側(cè)音干擾。此現(xiàn)象易發(fā)生在a方向b方送話，即功率放大器

13、a的輸出信號(hào)作為前級(jí)放大器b的輸入信號(hào)時(shí)。因此，在f3140 b的輸入端應(yīng)插入箝位電路。此箝位電路經(jīng)電壓跟隨電路b1和b2共同組成。由電阻分壓電路可知，ub1為7v，ub2為5v。當(dāng)f3140 b的輸入電壓高于77v時(shí)，二極管d1導(dǎo)通箝位，當(dāng)輸入電壓低于43v時(shí)，二極管d2導(dǎo)通箝位，從而確保f3140 b阻斷時(shí)安穩(wěn)可靠。雙工對(duì)講機(jī)整體電路設(shè)計(jì)總結(jié)：通過本次課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì)模電理論知識(shí)的理解，同時(shí)也增強(qiáng)了動(dòng)手能力。設(shè)計(jì)過程中，每一元件都需要經(jīng)過精心的計(jì)算，電路圖的設(shè)計(jì)也需要潛心的琢磨所有的這一切培養(yǎng)了我作學(xué)問的嚴(yán)緊態(tài)度和科學(xué)作風(fēng)；本次課設(shè)為以后的學(xué)習(xí)乃至于走上工作崗位積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于我來說受益非潛。通過課設(shè)，發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)到實(shí)踐應(yīng)用還有一段距離，而作為當(dāng)代的大學(xué)生的我們，是祖國的棟梁，要的就是我們指導(dǎo)實(shí)踐，投入到實(shí)踐中去，如果僅僅有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以在今后的學(xué)習(xí)中我將積極的把理論和實(shí)際緊緊的聯(lián)系起來，加強(qiáng)自身素質(zhì)，爭取作一個(gè)合格的大學(xué)生。器件清單參