課設(shè)-變音信號產(chǎn)生器電路的設(shè)計說明

XX理工大學(xué)《電子綜合實訓(xùn)BⅡ》說明書.....目錄1.技術(shù)指標(biāo)12.設(shè)計方案及其比較12.1設(shè)計方案實現(xiàn)基礎(chǔ)1555定時器的組成1555定時器的應(yīng)用32.2方案一：基礎(chǔ)的變音信號產(chǎn)生電路4實驗原理4具體實驗電路的設(shè)計與仿真52.3方案二：單向限流變音信號產(chǎn)生器7實驗原理7具體實驗電路的設(shè)計與仿真72.4方案三：利用三極管控制高低電平傳輸電路8實驗原理8具體實驗電路的設(shè)計與仿真92.5方案比較103.實現(xiàn)方案113.1實驗原理113.2具體實驗電路的設(shè)計與仿真11實驗方案所給元件清單11實現(xiàn)方案電路的計算12實現(xiàn)方案的仿真12布線圖134.調(diào)試過程及結(jié)論144.1接線和輸出波形的檢測144.2調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題164.3小結(jié)165.心得體會166.參考文獻17..變音信號產(chǎn)生器電路的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)能發(fā)出兩種不同頻率、不同節(jié)拍的聲音。電路輸出波形成周期變化。每一周期中其中前半部分波形呈現(xiàn)一種規(guī)律,后半部分另一種規(guī)律。設(shè)計方案及其比較設(shè)計方案實現(xiàn)基礎(chǔ)555定時器的組成555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示,它由分壓器、比較器、基本RS鎖存器、和放電三極管等部分組成[1]。圖1555定時器的電路結(jié)構(gòu)通過555定時器可以看出,555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓,當(dāng)5腳懸空時,則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3,C2的反相輸入端的電壓VCC/3。若觸發(fā)輸入端v12的電壓小于VCC/3,則比較器C2的輸出為0,可使RS觸發(fā)器置1,使輸出端v0=1。如果閾值輸入端v11的電壓大于2VCC/3,同時TR端的電壓大于VCC/3,則C1的輸出為0,C2的輸出1,可將RS觸發(fā)器置0,使輸出v0為低電平。表1555定時器功能表由功能表可知,555定時器存在兩個閾值電壓,則555定時器有著廣泛的應(yīng)用,如：555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器、555定時器構(gòu)成多諧振蕩器等,如圖2為555定時器引腳圖。圖2555定時器引腳圖555定時器的應(yīng)用本實驗的基礎(chǔ)是兩個555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器,如圖3是由555的定時器構(gòu)成的多諧振蕩器基本電路。圖3基本多諧振蕩器組成在基本多諧振蕩器中,通過對R1、R2的控制,可以控制多諧振蕩器的周期、頻率、以及占空比,則可<1><2><3><4>顯然有這些公式可以看出周期、頻率、占空比只與R1方案一：基礎(chǔ)的變音信號產(chǎn)生電路實驗原理運用555定時器構(gòu)成的兩個多諧振蕩器串聯(lián),用第一個振蕩器實現(xiàn)對第二個振蕩器的控制。如圖4為簡單的示意圖。圖4兩多諧振蕩器串聯(lián)如圖4,將兩個多諧振蕩器串聯(lián),顯然第一個多諧振蕩器能產(chǎn)生一定占空比的方波,將第一個多諧振蕩器輸出接入第二個的閾值輸入,達到控制第二個多諧振蕩器閾值電壓的作用,使之能產(chǎn)生兩種組合的閾值電壓,則會在不同時刻產(chǎn)生兩種不同占空比,不同頻率的方波,從而由于振動頻率不同在揚聲器上發(fā)出的聲音也就不同了。圖5為方案一的原理圖。圖中主要有三部分構(gòu)成。第一部分為R1、RV1、R2與C1構(gòu)成的節(jié)拍器；第二部分是R3、RV2圖5基礎(chǔ)變音信號產(chǎn)生電路各個部分的具體作用：R1、RV1、R2與CRV1、R2與R3、RV2、RRV2、R4而3腳與5腳相連,中間所接電阻主要作用是分壓。當(dāng)3腳輸出高電平voH時,多諧振蕩器2的閾值電壓變?yōu)関iH和viH/2,電壓較高,則多諧振蕩器充放電時間長,頻率較低；當(dāng)3腳輸出低電平vo具體實驗電路的設(shè)計與仿真通過對任務(wù)書的解讀,設(shè)計者決定設(shè)計一個多諧振蕩器1占空比大于2/3的多諧振蕩器2占空比可調(diào)〔頻率可變的變音產(chǎn)生電路,于是通過計算繪制出了如下仿真圖6。圖6具體設(shè)計方案一的仿真圖從上圖中可以看到設(shè)計者具體化了電容電阻的參數(shù),同時具體化了所加直流電壓的數(shù)值。方案一中確定多諧振蕩器1頻率、占空比周期所用到的公式如下：<5><6><7><8>對于多諧振蕩器2的參數(shù)確定與多謝振蕩器1完全相同,唯一變化的就是需要將部分元件參數(shù)值一一替換,這里不再贅述。仿真的兩個多諧振蕩器輸出波形如下圖7所示。圖7兩多諧振蕩器輸出對比波形從圖7中可以看出多諧振蕩器1為高電平,多諧振蕩器2的頻率高；多諧振蕩器1為低電平,多諧振蕩器2的頻率相對較低,滿足所需要求。方案二：單向限流變音信號產(chǎn)生器實驗原理實驗基本原理與方案一大致類似,唯一區(qū)別在于為每一個多諧振蕩器增加了兩個控制單向?qū)ǖ亩O管,其他部分工作原理相同[3]。由于二極管有單向?qū)ㄗ饔?所以一旦在某一支路中出現(xiàn)二極管,則此支路只能朝一個方向?qū)?顯然設(shè)計此電路的目的是為了使充放電的電阻不同,實驗原理圖如圖8所示。圖8單向限流變音信號產(chǎn)生器原理圖具體實驗電路的設(shè)計與仿真再增加了四個二極管后,更改電路,得到的仿真圖如圖9所示。圖9具體設(shè)計方案二的仿真圖方案二中確定多諧振蕩器1頻率、占空比周期所用到的公式如下:<9><10><11><12>仿真方案二的兩個多諧振蕩器輸出波形如圖10所示。圖10兩多諧振蕩器輸出對比波形從圖10中可以看出多諧振蕩器1為高電平,多諧振蕩器2的頻率高；多諧振蕩器1為低電平,多諧振蕩器2的頻率相對較低。有兩種不同的頻率,滿足所需要求。方案三：利用三極管控制高低電平傳輸電路實驗原理實驗基本原理與方案二大致類似,除了3腳與5腳所接之處不同外其他地方的原理以及作用完全相同。實驗原理圖如圖11所示。圖11方案三實現(xiàn)原理圖圖的基本組成單元仍然是兩個多諧振蕩器,而3腳與5腳相連的方式不同,很顯然從圖11中可以看出多加了一個三極管,但是中間所接電阻主要作用仍是分壓。當(dāng)3腳輸出高電平voH時,三極管Q1導(dǎo)通,則相當(dāng)于電阻接通高電平,忽略三極管上的壓降,多諧振蕩器2的閾值電壓變?yōu)関CC和vCC/2,電壓較高,則多諧振蕩器充放電時間長,頻率較低；當(dāng)3腳輸出低電平voL時,具體實驗電路的設(shè)計與仿真加入三極管后進行仿真,具體的仿真實現(xiàn)電路如圖12所示。圖12方案三電路實現(xiàn)仿真圖方案三中確定多諧振蕩器1頻率、占空比周期所用到的公式如下：[4]<13><14><15><16>這里的VT+與V仿真方案三的兩個多諧振蕩器輸出波形如圖13所示。圖13兩多諧振蕩器輸出對比波形從圖13中可看出最后輸出的兩中頻率有一定區(qū)別,但并不太明顯。方案比較對于方案一、方案二、方案三這三個方案來說都不是完美的變音產(chǎn)生電路,都有各自的優(yōu)缺點,以下分別兩兩作比較并陳述他們的優(yōu)缺點。對于方案一和方案二來說,方案一是方案二的基礎(chǔ),方案二是方案一的發(fā)展與衍生。兩者的基本原理相同,區(qū)別在于方案一比方案二多了四支二極管,而二極管有著良好的單向?qū)щ娦?這就將充放電回路隔離開來了,減少了要得到不同的充放電電阻需要消耗的元件數(shù),同時電路的保護性較強。對于方案二和方案三來說,兩者控制芯片2高低電平的方式不同,方案二是直接輸出,而方案三則是間接控制,但由于間接控制之后的兩種組合閾值電壓相差不大,再考慮上原件耗壓,導(dǎo)致最后的兩種組合產(chǎn)生的效果可能一樣,最終就達不到控制兩種聲音的效果了。綜上所述,方案二是在這三個方案中最好的方案。實現(xiàn)方案實驗原理實現(xiàn)方案的電路原理與方案一類似,考慮到實際耗材,以及電路連接,采用如圖14的電路進行實現(xiàn)。圖14實現(xiàn)方案電路原理圖所以從圖14中可看出電路主要部分仍然由兩部分組成。具體實驗電路的設(shè)計與仿真實驗方案所給元件清單表2元件清單元件大類集成電路電阻電容其他元件類型NE55533kΩ10kΩ51kΩ0.01μF0.1μF100μF33μF喇叭元件數(shù)量/個222111111實現(xiàn)方案電路的計算<17><18><19><20>實現(xiàn)方案的仿真圖15實現(xiàn)方案的仿真圖得到實現(xiàn)方案的兩個多諧振蕩器輸出波形如圖16所示。圖16實現(xiàn)方案兩多諧振蕩器輸出對比波形顯然從圖中可以看出低電平所對應(yīng)的波形間隔窄一些,高電平所對應(yīng)的間隔大一些,且仿真時揚聲器有著不同的聲音,即此電路理論上可實現(xiàn)。布線圖如下圖17所示為實物電路的布線圖。布線選擇在面包板上好處有幾點。一不用焊接,降低了學(xué)生燙傷的風(fēng)險；二減少了可能出現(xiàn)問題的數(shù)量,單就焊接這一過程來說,就可能出現(xiàn)虛焊、多焊帶來的問題；三面包板上不同地方的孔有不同的與其他孔短路斷路的關(guān)系,使接線變得靈活。圖17實際連接電路的布線圖調(diào)試過程及結(jié)論表3器材清單器材名稱直流穩(wěn)壓源函數(shù)信號發(fā)生器萬用表示波器器材臺數(shù)一臺一臺兩臺一臺接線和輸出波形的檢測先將本已經(jīng)基本連接的電路放在適當(dāng)位置；然后修改直流穩(wěn)壓電源使某紅端輸出+5V電壓,使另黑端輸出-5V電壓,共引出2條線相接放在共地端,按照原理圖連接好電路,如圖18所示。圖18實現(xiàn)方案實物連線圖如圖19兩種波形對比整體效果圖。圖19兩多諧振蕩器輸出對比波形如圖20是高電平控制的芯片二的振蕩波形。圖20高電平控制的芯片二的振蕩波形從圖中可以讀出頻率為373.1Hz。如圖21是低電平控制的芯片二的振蕩波形。圖21低電平控制的芯片二的振蕩波形從圖中可以讀出頻率為599.5Hz。調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題一是過于著急,有許多細節(jié)沒有注意到。比如：地線沒有接；輸出端口忘記接在示波器上,只能看到噪聲,以為是電路錯了；有時又會忘記接輸入。二是實驗室部分儀器有新舊之分,以及部分機器有一些問題需要提前去挑選好的儀器。三是集成器件管腳,容易接錯腳,且芯片容易燒壞爆炸。四是示波器功能很強大,看可以直接顯示頻率和周期,開始的時候不會操作。小結(jié)此次實驗通過使用面包板連接電氣元件,設(shè)計出了比較優(yōu)良的變音信號產(chǎn)生器,使我們受益匪淺。心得體會通過這次這次課程設(shè)計,我感受頗多。首先是老師帶來的感受,這次課程設(shè)計主要通知方式是通過的方式進行的,每個老