有線(xiàn)雙工對(duì)講機(jī)設(shè)計(jì)制作報(bào)告

1、有線(xiàn)雙工對(duì)講機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作報(bào)告（上海大學(xué)）二零一三年 三月 一日一、 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的題目及要求設(shè)計(jì)一個(gè)有線(xiàn)對(duì)講機(jī)功能描述：不像電話(huà)機(jī)需通過(guò)電信局的中轉(zhuǎn)，有線(xiàn)對(duì)講機(jī)是用導(dǎo)線(xiàn)直接連接，當(dāng)“通話(huà)”按鈕按下時(shí)可以通話(huà)。 設(shè)計(jì)要求： 一般要求：半雙工通信，“講”時(shí)不能“聽(tīng)”，“聽(tīng)”時(shí)不能“講”，由“通話(huà)”按鈕來(lái)切換狀態(tài)。附加要求：全雙工通信，像電話(huà)機(jī)一樣，“聽(tīng)”和“講”可以同時(shí)進(jìn)行。1、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理，設(shè)計(jì)分析計(jì)算過(guò)程清晰。2、電路工作穩(wěn)定可靠，喇叭聲音清晰。3、全雙工通信時(shí)沒(méi)有回聲。二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備及總體思路 當(dāng)確定分組、組長(zhǎng)，選定項(xiàng)目設(shè)計(jì)的題目之后，我們首先進(jìn)行了合理的分工，分配大家的任務(wù)，然后

2、我們大家各自查閱有關(guān)制作有線(xiàn)對(duì)講機(jī)的資料并自學(xué)一些必要的知識(shí)，兩周后小組一起討論確定項(xiàng)目實(shí)施方案，完成中期報(bào)告。我們?cè)O(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全雙工通信，總體思路是：（全雙工通信又稱(chēng)為雙向同時(shí)通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接受信息的信息交互方式。全雙工（Full Duplex）是 在微處理器與外圍設(shè)備之間采用發(fā)送線(xiàn)和接受線(xiàn)各自獨(dú)立的方法，可以使數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行傳送操作。指在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進(jìn)行，這好像我們平時(shí)打電話(huà)一樣，說(shuō)話(huà)的同時(shí)也能夠聽(tīng)到對(duì)方的聲音。） 利用麥克風(fēng)將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)隔直電容后輸出微弱的電信號(hào)。 經(jīng)過(guò)前置的運(yùn)算放大器電路和功率放大電路將微弱的電信

3、號(hào)放大。 為防止側(cè)音的干擾，電路中需要消側(cè)音電路，消除通話(huà)過(guò)程中的回音，使得在進(jìn)行通話(huà)時(shí)聽(tīng)不到喇叭傳來(lái)的自己的聲音，提高通話(huà)質(zhì)量。（側(cè)音通常指在終端設(shè)備（例如電話(huà)機(jī)）中，發(fā)端信號(hào)經(jīng)處理后，其中一部分回饋到自身接收電話(huà)的那部分信號(hào)。） 為了減小噪音，提高聲音的清晰度，我們?cè)O(shè)計(jì)添加了一個(gè)低通濾波器電路。 最后信號(hào)傳輸?shù)嚼龋葘㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)，發(fā)出聲音。 設(shè)計(jì)有線(xiàn)雙工對(duì)講機(jī)的原理可以用如下所示的系統(tǒng)圖表示。主要由弱聲音采集、前置放大器、消側(cè)音電路、低通濾波器電路、功率放大電路、揚(yáng)聲器等組成。 放大電路消側(cè)音電路低通電路 信號(hào)源1 音頻放大電路放大電路信號(hào)源2消側(cè)音電路低通電路音頻放大電路傳

4、輸線(xiàn)傳輸線(xiàn)輸出輸出三、 元件的使用清單功率放大器：TDA1013B兩片運(yùn)算放大器：A741 四個(gè)駐極體話(huà)筒：2個(gè)揚(yáng)聲器：兩個(gè)電位器：4.7k 2個(gè) 10k 2個(gè)三極管：2個(gè)電阻：1k 10個(gè) 4.7k 6個(gè) 6.7k 2個(gè) 10k 10個(gè) 220k 2個(gè)電容：0.01F 4個(gè) 0.1F 10個(gè) 1F 2個(gè) 6.8F 2個(gè) 10F 8個(gè) 220F 4個(gè)洞洞板：兩塊導(dǎo)線(xiàn)：若干四、 具體設(shè)計(jì)1、 駐極體話(huà)筒的結(jié)構(gòu)與工作原理駐極體話(huà)筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。駐極體話(huà)筒與電路的接法有兩種：源極輸出與漏極輸出。不管是源極輸出或漏極輸出，駐極體話(huà)筒必須提供直流電壓才能工作，因?yàn)樗鼉?nèi)部裝有場(chǎng)效應(yīng)管。話(huà)

5、筒的基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個(gè)上面有若干小孔的金屬電極（背稱(chēng)為背電極）構(gòu)成。駐極體面與背電極相對(duì)，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q =CU 所以當(dāng)C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲電的變換。根據(jù)所查資料及實(shí)際電路測(cè)試，當(dāng)上拉電壓為12V時(shí)，駐極體話(huà)筒需加10k的上拉電阻

6、，經(jīng)過(guò)一個(gè)隔直電容后輸出微弱的電信號(hào)，測(cè)量駐極體話(huà)筒輸出波形的峰峰值約為100200mv。2、 喇叭喇叭的額定功率為0.5w，額定電阻為8，因此為小電阻用電器，而運(yùn)算放大器只放大電壓不能放大電流，外接小電阻用電器運(yùn)算放大器容易損壞，因此輸往喇叭的電信號(hào)要經(jīng)過(guò)特定的功率放大器進(jìn)行放大才能輸出合適的電信號(hào)。3、 功率放大器對(duì)于功率放大我們除了使用功放芯片外也可以用運(yùn)算放大器A741后面加一個(gè)PNP和一個(gè)NPN連接后輸出，但實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有PNP只有NPN。因此我們選用實(shí)驗(yàn)室提供的型號(hào)為T(mén)DA1013B的功率放大器。電路原理圖如下：利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入

7、信號(hào)變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的波，即交流信號(hào)電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的倍，是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基極，則集電極流過(guò)的電流會(huì)等于基極電流的倍，然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來(lái)，就得到了電流(或電壓)是原先的倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象稱(chēng)為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)不斷的電流放大，就完成了功率放大。通過(guò)資料查閱與電路設(shè)計(jì)，項(xiàng)目實(shí)施中實(shí)際使用的TDA1013B伴音功放電路(TDA1013B引腳功能圖)的電路圖如下：4、 運(yùn)算放大器使用運(yùn)放來(lái)初步放大話(huà)筒輸出的微弱的電信號(hào)，放大倍數(shù)為10倍，輸出信號(hào)峰峰值為12V。電路圖如下所示，有R2=10*R1，取R1=

8、1k，R2=10k,R3=1k。5、二階RC有源低通濾波器人所發(fā)出的聲音頻率為300HZ3400HZ，低頻較低，因此設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器來(lái)濾除雜音，提高聲音清晰度。低頻增益A(0)=2，Q=1, f=3.4kHz。根據(jù)該電路低頻增益A(0)=K=1+R3/R4=2，Q=1/3-k=1,可知R3=R4,選R3=R4=10k。根據(jù)截止頻率f=3.4KHz可求得f=w/2=1/2RC。選C=0.01F，算出R=1/(2fC) 5.3K.考慮實(shí)際手邊可用的電阻沒(méi)有5.3k的，隨著此電阻的增大通頻帶會(huì)減小，所以只能適當(dāng)?shù)臏p小電阻，取實(shí)驗(yàn)室提供的電阻4.7k，二階RC有源低通濾波器的電路圖如下所示：6、消側(cè)

9、音電路利用三極管的C,E極輸出信號(hào)與E極輸出的信號(hào)幅度相同，相位相反，可以相疊加后將信號(hào)消去。三極管采用型號(hào)9013.，電位器104。為了使三極管正常工作，在三極管B端由R1和R2分壓，三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)4.5V，則令=，由于有=0.7V，則，.令R3=R4=1，則由得。設(shè),那么，考慮實(shí)驗(yàn)室可用的電阻且基本滿(mǎn)足上述比例取R1=6.8k，R2=4.7k。電路圖如下：消側(cè)音電路7、各部分電路都有了設(shè)計(jì)方案后，我們?cè)谲浖﨧ultisim 11.0上進(jìn)行了模擬，驗(yàn)證了各部分電路都能實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的功能，我們就將各部分電路連接起來(lái)，繪制完整的實(shí)施電路圖，如下圖所示：五、 電路焊接及調(diào)試過(guò)程原理部分設(shè)計(jì)完成后，

10、我們就進(jìn)行電路焊接，將電路圖用實(shí)物呈現(xiàn)在電路板上，為防止出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)難以尋找錯(cuò)誤，給調(diào)試帶來(lái)難度，我們首先沒(méi)有把各部分功能塊電路連接在一起，而是分模塊進(jìn)行調(diào)試。最后確定每部分都沒(méi)有問(wèn)題后，將電路整體連接進(jìn)行最終的調(diào)試。1、 各部分電路調(diào)試首先是駐極體話(huà)筒的輸出，在外加12V穩(wěn)壓電源，上拉電阻10k的情況下，經(jīng)過(guò)一個(gè)隔直電容后輸出，測(cè)試輸出信號(hào)峰峰值不超過(guò)200mv，滿(mǎn)足初期測(cè)試結(jié)果。驗(yàn)證前置運(yùn)放也能達(dá)到放大十倍的效果。其次是消側(cè)音的電路，接傳輸線(xiàn)的位置信號(hào)與輸入信號(hào)相同，接自己喇叭的位置通過(guò)調(diào)節(jié)10k的滑動(dòng)變阻器可以使得輸出為零，從而達(dá)到消側(cè)音的目的。對(duì)于低通濾波器電路，由于沒(méi)有5.3k的電阻而

11、用4.7k的電阻代替，使得通頻帶略有擴(kuò)展，截止頻率為4k左右，但對(duì)性能的影響不大，可以使用。功率放大的電路通過(guò)一個(gè)滑動(dòng)變阻器可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，測(cè)試得電壓放大倍數(shù)為幾倍到幾十倍，加上前置的運(yùn)放電路能夠滿(mǎn)足放大的要求，且可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié)輸出音量大小。2、總體電路調(diào)試各部分都能實(shí)現(xiàn)功能后，我們將實(shí)際電路連接起來(lái)，連接長(zhǎng)度3米的傳輸線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試，可是又出現(xiàn)了新的問(wèn)題：當(dāng)一方說(shuō)話(huà)時(shí)，兩個(gè)喇叭都能聽(tīng)到聲音，而且聲音大小還相差不大，也就是消側(cè)音電路沒(méi)有起效。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們首先將傳輸線(xiàn)斷開(kāi)，對(duì)每一方的電路進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)對(duì)著一方話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)，自己的喇叭并沒(méi)有輸出，消側(cè)音電路是有作用的，但是連接傳輸線(xiàn)

12、后消側(cè)音電路再次失效。我們一時(shí)陷入無(wú)助，重新查找資料來(lái)驗(yàn)證傳輸線(xiàn)的接法是否有問(wèn)題，可是經(jīng)過(guò)大量的資料查閱，電路的接法并沒(méi)有問(wèn)題，因此我們只好求助老師。最終還是老師指點(diǎn)迷津，指出了問(wèn)題所在：如下頁(yè)圖所示，當(dāng)連接了傳輸線(xiàn)以后，對(duì)于交流信號(hào)，Vcc看成接地，兩個(gè)1k的電阻相當(dāng)于并聯(lián)，原先接1k處的電阻相當(dāng)于減小了，當(dāng)不接傳輸線(xiàn)時(shí)通過(guò)電阻平衡能起到消側(cè)音的目的，而接了傳輸線(xiàn)便不再平衡，也就不能消除側(cè)音了，老師建議將原來(lái)1k的電阻換成2k。找到了問(wèn)題所在，我們便按照老師的方案在Multisim軟件上進(jìn)行仿真，誰(shuí)料此方案也不能消除側(cè)音，還是會(huì)有。考慮到應(yīng)該是電容對(duì)交流不能真的短路，可能還會(huì)有一定阻抗，上下

13、仍然不平衡導(dǎo)致此方案的不成功。最終想到改變電阻也只是為了使上下平衡，而10k的滑動(dòng)變阻器起的就是可以通過(guò)調(diào)節(jié)它來(lái)平衡上下的作用，所以我們想到了連接了傳輸線(xiàn)以后，為了達(dá)到消側(cè)音的目的可能滑片的位置并不與不連傳輸線(xiàn)時(shí)相同 ，當(dāng)連接傳輸線(xiàn)以后重新調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片的位置可以使上下平衡。然后我們就以此方案進(jìn)行仿真，果不其然，可以消除側(cè)音，于是進(jìn)行實(shí)際調(diào)試，調(diào)節(jié)電位器滑片的位置能夠?qū)?cè)音消除，保證通話(huà)的質(zhì)量，使得全雙工通話(huà)無(wú)回聲，至此，項(xiàng)目制作完成。六、 項(xiàng)目制作結(jié)果經(jīng)過(guò)理論和實(shí)踐的努力，本小組成功設(shè)計(jì)出一個(gè)用導(dǎo)線(xiàn)直接連接的有線(xiàn)對(duì)講機(jī)，實(shí)現(xiàn)了“全雙工通信”的要求。并且喇叭聲音清晰，通話(huà)過(guò)程中沒(méi)有回音。

14、七、團(tuán)隊(duì)分工合作情況這次的課外設(shè)計(jì)提升了我們的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的初步階段，查找了很多相關(guān)資料，對(duì)多種電路進(jìn)行分析和比較，則優(yōu)選擇最佳的實(shí)驗(yàn)方案，焊接電路的時(shí)候，雖然有失敗，但是很快就能找到原因。從電路分析，設(shè)計(jì)到最后焊接，每個(gè)環(huán)節(jié)都有很大收獲,我們也學(xué)到了很多課外的知識(shí)。主要負(fù)責(zé)協(xié)助負(fù)責(zé)查找資料全體組員分析實(shí)驗(yàn)原理全體組員設(shè)計(jì)電路夏軍旗 伍 偉汪微龍 武 斌韋尚暢焊接電路汪微龍 武 斌夏軍旗 伍 偉韋尚暢調(diào)試電路夏軍旗 汪微龍武 斌 伍 偉韋尚暢撰寫(xiě)報(bào)告夏軍旗 汪微龍韋尚暢武 斌 伍 偉八、 心得體會(huì)花了幾周的時(shí)間對(duì)此課外項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)在項(xiàng)目制作完成了，有很多心得體會(huì)。在完成項(xiàng)目的過(guò)程中最大的感受就是課堂上的理論可能看起來(lái)并不是很難，但是要想活學(xué)活用卻還有很長(zhǎng)的路要走。在實(shí)際的項(xiàng)目制作中要嚴(yán)謹(jǐn)，一個(gè)細(xì)節(jié)的出錯(cuò)都可能會(huì)造成不可預(yù)估的錯(cuò)誤，而且還會(huì)給調(diào)試帶來(lái)很大的難度。在設(shè)計(jì)項(xiàng)目的時(shí)候我們?cè)诒ＷC嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瑫r(shí)還要有足夠的自信，相信自己的判斷力，當(dāng)然這要是在有理論支撐的基礎(chǔ)上的。我們要敢于嘗試，敢于測(cè)試，原件的功能，參數(shù)，使用的效果都從測(cè)試中得來(lái)。遇到困難的時(shí)候要敢于不斷嘗試，有足夠的耐心去尋找錯(cuò)誤，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候還可以尋求老師同學(xué)的幫助。這些經(jīng)驗(yàn)我們要在以后的項(xiàng)目制作中多加利用。相比上個(gè)學(xué)期的電路課程項(xiàng)目，我們?cè)庥龅搅烁嗟穆闊?，但同樣?/p>