模擬動物鳴叫音響電路的設(shè)計與制作

1、 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)電氣工程系電氣自動化專業(yè) 班級 電氣1003學(xué)號0401100326課題名稱 模擬動物鳴叫音響電路的設(shè)計與制作 學(xué)生姓名 劉帥 指導(dǎo)教師 宣峰 2013年05月25日模擬動物鳴叫音箱電路的設(shè)計與制作【摘 要】本課題由三只555和分立元件組成的模擬動物鳴叫音響電路。它的工作原理是利用555的集成電路和分立元件組成電路，使電路的振蕩受到人體感應(yīng)的調(diào)制而變化，再經(jīng)音頻功放推動喇叭發(fā)聲。本文粗略講述了我在本次實習(xí)中的整個設(shè)計過程及收獲。講述了多諧振蕩器的工作原理以及其各個組成部分，記述了我在整個設(shè)計過程中對各個部分的設(shè)計思路、對各部分電路設(shè)計方案的選擇、元器件的

2、篩選、以及對它們的調(diào)試，到最后得到比較滿意的實驗結(jié)果的方方面面 ?！娟P(guān)鍵詞】多諧振蕩器 前言電子技術(shù)密切聯(lián)系實際，實用性很強(qiáng)，開展電子技術(shù)課程設(shè)計在電子電氣類我認(rèn)為非常重要，不僅可以學(xué)好專業(yè)知識，還可以增強(qiáng)動手能力，有利于我們適應(yīng)未來這個競爭激烈的社會，訓(xùn)練我們綜合運(yùn)用知識能力資料素材的查閱及收集能力，電子元?dú)饧牟少?，電子電路的組裝和調(diào)試能力，特別是在電路多樣化的創(chuàng)新方面，從理性和感性上都得到了很大的提高，經(jīng)過查閱資料、選擇方案、設(shè)計電路等過程，各方面都得到了訓(xùn)練 。模擬動物鳴叫音響電路是新型涉及玩具鳥的電路基礎(chǔ)。解決隨著玩者握持的松緊和掌形的變化，會發(fā)出變化多端的模擬的鳥類鳴叫聲的問題。本

3、課題以555和分立元件組成多諧振蕩介紹其制作過程。通過制作的實踐，從感性到理性逐步理解數(shù)字電路的知識；從直觀的元器件和電路板到實際檢測和安裝操作，掌握元器件識別和檢測手段，學(xué)習(xí)識讀電路圖和安裝圖，掌握數(shù)字集成電路的封裝及引腳排列等相關(guān)知識。遵循師生雙向選擇的原則，我選擇了楊定成老師的模擬動物鳴叫音響電路的設(shè)計與制作的課題，要求電路具有放電時間1-15秒，充電時間15-30秒。鳴叫時間的長短可以調(diào)節(jié)。我負(fù)責(zé)方案的論證與確定，硬件電路，安裝與調(diào)試及結(jié)果的記錄等工作。第一章 方案論證設(shè)計方案：1：電路組成 圖電路主要由IC1-IC3、VT3DK4為核心構(gòu)成。其中，IC1、IC2、IC3的型號均為NE

4、5552：工作原理多諧振蕩器1輸出高電平三極管VT導(dǎo)通多諧振蕩器2，多諧振蕩器3工作多諧振蕩器1輸出低電平三極管VT截止多諧振蕩器2，多諧振蕩器3失電不工作ICI 和RI 、RPI 與CI 組成一個超低頻振蕩電路，它的作用是控制鳴叫電路間歇的工作，開一段時間，停一段時間，不斷地循環(huán)工作。RPI 用來調(diào)節(jié)電路的振蕩頻率，實際上是調(diào)節(jié)電路的開、停時間和時間間隔。該電路對整個電路的控制過程實際上是通過由晶體管VTI 組成的電子開關(guān)來實現(xiàn)的，當(dāng)ICI 輸出脈沖的上升沿到來時， VTI 導(dǎo)通，工作電源通過VTI 加至IC2 、IC3 的電源端，電路開始工作;當(dāng)ICI 輸出脈沖的下降沿時， VTI 截止，

5、IC2 、IC3 失去電源停止工作。按照R凹的阻值調(diào)節(jié)范圍來計算， VTI 的導(dǎo)通時間范圍為12s ，截止時間范圍為5s 。 第二章 單元電路的設(shè)計工作原理電路工作原理分析本電路由三部分組成。IC3 及其外圍組件組成鳴叫聲響的主振蕩電路， RP3 、R4 與C6 決定著振蕩電路的振蕩頻率，調(diào)節(jié)RP3 可以適當(dāng)調(diào)節(jié)振蕩電路振蕩頻率的高低。IC2 與RP2 、R2 及C3 組成另一個振蕩電路，從參數(shù)上看，它的振蕩頻率要比主振電路的振蕩頻率低得多，通過RP2 可以適當(dāng)調(diào)節(jié)它的振蕩頻率。由IC2 輸出的低頻振蕩脈沖作為主振脈沖的調(diào)制脈沖。由IC2 的腳輸出的低頻脈沖，經(jīng)過由R3 、C5 組成的微分電路

6、變?yōu)榧饷}沖后，加至IC3 的腳，對主振電路產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)主振電路的RP3 調(diào)節(jié)至某一位置時，振蕩電路輸出的脈沖也固定在某一頻率上。間歇時間，顫音的速率，可通過調(diào)節(jié)RP1,RP2來實現(xiàn)。這時如果調(diào)節(jié)RP2 ，使低頻振蕩器輸出的調(diào)制脈沖不斷變化，電路輸出的模擬聲就會不斷變化，有時像某一動物的叫聲，有時又像各種不同的報警聲。在本電路中，由于低頻調(diào)制脈沖是經(jīng)過微分后的尖脈沖，所以更接近動物的鳴叫聲，說得更具體一些，它很像知了、蟋蟀等。昆蟲類動物的叫聲。電路介紹1、555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)555時基集成電路內(nèi)部一共集成了21個晶體三極管、16個電阻、4個二極管、組成了兩個電壓比較器、一個RS觸發(fā)器、

7、一個放電晶體管和一個由3只全等電阻組成的分壓器。三極管VT是放電晶體管;R1、R2、R3阻值相等，均為5K歐，組成分壓器。555時基集成功能框圖如圖3劃線部分所示，圖中A1、A2是兩個高增益的電壓比較器，它們的輸出端分別接到觸發(fā)器的R端（置“0”端）和S端（置“1”端）；555的名稱可能就因此而來。2. 555定時器工作原理555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡化原理圖如圖4所示。它由3個阻值為5K電阻分壓得兩個基準(zhǔn)電壓VR1=2Vcc/3、VR2=1Vcc/3.兩個電壓比較器C1和C2、一個由“與非”門組成的基本RS觸發(fā)器、一個放電三極管BJT T以及緩沖器G組成。比較器C1的參考電壓為2/3Ucc，加在

8、同向輸入端；C2的參考電壓為1/3Ucc，加在反向輸入端。兩者均可以由分壓器圖(1)由圖可知，當(dāng)5腳懸空時，比較器C1和C2的比較電壓分別為23Vcc和13Vcc。（1） 當(dāng)v1123 Vcc, v1213 Vcc時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端v0為低電平。 （2）當(dāng)v1123 Vcc，v1213 Vcc時，比較器C1輸出為高電平，C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，放電三極管截止，輸出端v0為高電平。（3）當(dāng)v1123 Vcc，v1213 Vcc時，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1, 觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。綜合上述分

9、析，可得555定時器功能表如表1所示。表(2) 555定時器功能表 輸入 輸出閥值輸入（v11） 觸發(fā)輸入（v12） 復(fù)位（RD） × 023 Vcc13 Vcc 123 Vcc 13 Vcc 123 Vcc 13 Vcc1輸出（vo） 放電管T0導(dǎo)通1截止0導(dǎo)通不變 不變 如果在電壓控制端（5腳）施加一個外加電（其值在0Vcc之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閥值、觸發(fā)電平也將隨之變化，并影響電路的工作狀態(tài)。NE555引腳功能介紹如下： 1、為接地端 GND 。2、為低電平觸發(fā)。 當(dāng)2端的輸入電壓高于1/3 Ucc時，C2的輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器保持不變；當(dāng)輸入電

10、壓低于1/3Ucc時，C2的輸出為低電平，使基本RS觸發(fā)器置“1”。3、 為輸出端。 輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器、指示燈等。輸出高電平電壓低于電源電壓Ucc大約13V。4、 為基本RS觸發(fā)器的復(fù)位端。 由此輸入負(fù)脈沖（或使其低于0.7V）而使觸發(fā)器直接復(fù)位。 5、為控制電壓端。 在此端可外加一電壓，以此改變比較器的參考電壓，不用時，經(jīng)0.01uF的電容接地，以防止引入干擾。 6、 為高電平觸發(fā)端。 當(dāng)輸入電壓低于2/3Ucc時，C1的輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器保持不變；當(dāng)輸入電壓高于2/3Ucc時，C1的輸出為低電平，使基本RS觸發(fā)器置“0”。 7、 為

11、放電端。當(dāng)觸發(fā)器的Q端為“1”時，放電三極管導(dǎo)通，常用于給外接電容元件提供放電通路。8、為電源端。 可在58V范圍內(nèi)使用。 3. 基本工作模式555時基電路應(yīng)用十分廣泛，用它可以很容易地組成各式性能穩(wěn)定的高、低頻振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)RS觸發(fā)器及各種電子開關(guān)電路等，但無論其電路如何變化，其基本工作模式不外乎于單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)、無穩(wěn)態(tài)3種基本工作模式。1、單穩(wěn)態(tài)工作模式單穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，在穩(wěn)定狀態(tài)時，555時基電路處于復(fù)位狀態(tài)，即輸出端3腳輸出低電平。當(dāng)電路受到低電平觸發(fā)時，555電路翻轉(zhuǎn)置位進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)時間內(nèi)，3腳輸出高電平，經(jīng)過一段延遲（或稱定時）后，電路能

12、自動返回暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)時間通常簡稱為暫態(tài)時間。單穩(wěn)態(tài)工作模式電路如圖5所示。圖中，定時電阻Rt、定時電容Ct決定電路的暫態(tài)時間。平時電路處于穩(wěn)定態(tài) ，555時基電路復(fù)位，輸出端3腳輸出低電此時7腳也為低電平，所以定時電容Ct無法通過定時電阻Rt充電。圖 (2)2、雙穩(wěn)態(tài)工作模式雙穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即置位態(tài)（3腳輸出高電平）和復(fù)位態(tài)(3腳輸出低電平)。3、無穩(wěn)態(tài)工作模式無穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路沒有固定的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，555時基電路處于置位與復(fù)位反復(fù)交替的狀態(tài)，即輸出端3腳交替輸出高電平與低電平，輸出波形為近似矩形波。由于矩形波的高次諧波十分豐富，所以無穩(wěn)態(tài)工作模式又稱之為自激多諧振蕩

13、器。無穩(wěn)電路就是多諧振蕩電路，是555電路中應(yīng)用最廣的一類。電路的變化形式也最多圖5是一種解法的無穩(wěn)態(tài)工作模式，其工作過程是：電路初始通電時，由于電容C1兩端電壓為零不能突變，555的2腳為低電平，555被置位，3腳輸出高電平，此高電平經(jīng)電阻R向C1充電，使C1兩端電壓即6腳電平不斷升高，當(dāng)升至2VDD/3時，555復(fù)位，3腳輸出低電平，此時電容C1儲存電荷就經(jīng)R向555的3腳放電，從而使C1兩端電壓即555的2腳電平開始下降，當(dāng)降至VDD/3時，555又置位，3腳輸出高電平又向C1充電，周而復(fù)始，電路產(chǎn)生振蕩，3腳就交替輸出高電平和低電平。圖(3)用555定時器組成的多諧振蕩器如圖所示 圖（

14、4）多諧振蕩器及波形在接通電源后，Vcc通過R1、R2對電容C充電，在Uc未到達(dá)(1/3)Vcc和(2/3)Vcc之前，6號、2號引腳狀態(tài)為0、0和0、1，故輸出U0為1，放電T截止。當(dāng)電容C被充電到達(dá)Uc(2/3)Vcc時，6號、2號引腳狀態(tài)為1、1，則輸出U0翻轉(zhuǎn)為0，放電管T導(dǎo)通此時電容C開始通過R2和T放電，使Uc按指數(shù)曲線下降。當(dāng)Uc處于(2/3)Vcc和(1/3)Vcc之間時，6號、2號引腳狀態(tài)為0、1，輸出維持為0，電容C繼續(xù)放電，直到Uc(1/3)Vcc，使6號、2號引腳狀態(tài)為0、0，輸出U0又翻轉(zhuǎn)為1態(tài)，放電管T截止，電容C又開始充電，這樣周而復(fù)始振蕩下去，輸出U0為圖所示矩

15、形波。目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE555(或5G555)和C7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時器具有較大的驅(qū)動能力，而CMOS定時器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為516V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA；CMOS定時器電源電壓范圍為318V，最大負(fù)載電流在4mA以下。第三章 電路制作與調(diào)試3.1安裝多諧振蕩器檢測合格的元器件按照元件布置圖安裝。3.2測量與調(diào)試（1） 通電觀察 電路組裝完成后，由直流穩(wěn)壓源輸出6V電壓，觀察現(xiàn)象。（2） 調(diào)試與參數(shù)的測量使用數(shù)

16、字存儲示波器測量集成電路NE555的3腳輸出的波形，通過調(diào)節(jié)電位器RP3 使其鳴叫時間長短不一，觀察波形。調(diào)試過程，也遇到了一些問題。在觀察電路現(xiàn)象時，出現(xiàn)的不是鳥鳴聲，而是電流聲 ，檢察幾遍發(fā)現(xiàn)555中4號腳和電源接岔了，555沒通電。3.3總裝后故障檢修安裝過程中，不正確、不規(guī)范的安裝可能造成電路的故障，遇到不正常的顯示，要檢查接線是否正確、電路中的元器件是否安裝正確。序號故障現(xiàn)象故障原因檢查部位（1）喇叭沒有聲音電源未接通電源未接通或電源插件未插好NE555的8腳4腳未接電源正極或1腳未接地NE555裝反檢查集成電路是否裝錯（2）喇叭出現(xiàn)電流聲信號未輸入檢查外接數(shù)據(jù)線是否接觸良好三個NE

17、555的接插件是否接觸良好信號輸入太弱，低于6V將輸入信號調(diào)大 圖（5）IC1的3號腳輸出的頻率與峰峰值 f=1/50s=0.02HZ Vp-p=1.4*2v=2.4vIC2的3號腳輸出的頻率與峰峰值 f=1/1.6*100ms*0.001=7HZ Vp-p=2.3*2v=4.6vIC3的3號腳輸出的頻率與峰峰值 f=1/2*50us*0.000001=10000HZ Vp-p=2.4*2v=4.8v第四章 畢業(yè)設(shè)計心得體會為期一個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，也就意味著我的大學(xué)生活即將結(jié)束。本次實驗是在指導(dǎo)老師楊定成的指導(dǎo)下完成的。在實驗研究的過程中，宣峰老師給予了指導(dǎo)，并提供了很多與該研究相關(guān)的重

18、要信息，培養(yǎng)了我對科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和創(chuàng)新精神。這將非常有利于我今后的學(xué)習(xí)和工作。作為一名電子信息工程專業(yè)的?？茖W(xué)生，我在大學(xué)三年的學(xué)習(xí)生活中，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了電子及其相關(guān)專業(yè)的個門課程。我們的課程以數(shù)電、模電為基礎(chǔ)。通過這一個月的學(xué)習(xí)和實踐，我學(xué)到了不少東西，也了解到了自己的不足之處，對于我今后的工作有著很大的幫助。畢業(yè)論文設(shè)計基本完成，雖然這期間有點(diǎn)辛苦，但我覺得充實，我也從中學(xué)到從課本里學(xué)不到的知識，增加了自己的知識面。課題的確定是主要的，其次是對電路的組裝與調(diào)試。從電路的組裝與調(diào)試能看出我的動手能力還有些薄弱，以后應(yīng)多注意自己的動手能力，對自己今后的工作得到了鍛煉。在論文設(shè)計中我嚴(yán)格要求自己，遵循老師的指導(dǎo)，反復(fù)的推敲自己的方案，理清電路的工作原理，通過查閱資料和課本，對電路理解更加深刻。通過自己的努力和老師的指導(dǎo)，我的設(shè)計方案終于成功?？傊?，這次畢業(yè)設(shè)計不是簡簡單單的完成了一個課題，而是使我初步的掌握了科學(xué)研究的步驟與方法，鞏固了我的專業(yè)知識，練習(xí)了我的實際操作能力，鍛煉了我分析解決問題的能力，為今后的工作學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。致 謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文模擬動物鳴叫音響電路