課程設(shè)計——雙工對講機+目錄

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計（論文）題目： 雙工對講機 院（系）：電子與信息工程學院專業(yè)班級： 電子091班 學 號： 090404009 學生姓名： 黃俊博 指導教師： 王景利 教師職稱： 副教授 起止時間：課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室：電子信息工程學 號090404009學生姓名黃俊博專業(yè)班級電子091班課程設(shè)計（論文）題目雙工對講機課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計任務(wù)：1. 采用集成運放和集成功放及阻容元件等構(gòu)成對講機電路，實現(xiàn)甲、乙雙方異地有線通話對講；2. 用揚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)計電路所需的直流電源.設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(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。對各種方案進行比較，以電路的先進性、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，逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師評語及成績成績： 指導教師簽字： 年 月 日遼 寧 工 業(yè) 大 學 課 程 設(shè)

3、計 說 明 書（論 文）目錄1雙工對講機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雙工對講機整體電路7設(shè)計總結(jié)：8器件清單8參考文獻81雙工對講機人與人之間進行交流，最簡單的通信方式是面對面的交談。人們說話所發(fā)出聲音，通過空氣介質(zhì)傳到對方，從而完成通信過程。有線對講機，使得兩個位于異地之間的人可以借助對講系統(tǒng)進行通信。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，通過音頻功率放大后經(jīng)電聲轉(zhuǎn)換器再把電信號還原為聲音，傳輸給對方接收。運用有線對講機，可以在十余公里近距離間進行語言通信，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。二線線路對講機，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方利用揚聲器b把發(fā)出的聲音轉(zhuǎn)換成電信號，通過雙刀雙擲開關(guān)后進行音頻功率放大，a方的揚聲器a通過雙刀雙擲開關(guān)把接收到的電信號再還原成聲音?？梢娬Z音信息只能從b方傳輸?shù)絘方，故稱為單工對講機。四線線路對講機，不需要雙刀雙擲開關(guān)，就可在a至b和b至a兩個方向上同時進行信息的傳輸。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，然后經(jīng)音頻功率放大器a把電信號傳送至b方，揚聲器b將電信號轉(zhuǎn)換成聲音信號使b方得以接收。與此同時，b方可利用mic b將語音信號傳送

5、給音頻功率放大器b，再由揚聲器a輸出。采用此傳輸方式的對講機，稱為全雙工對講機。運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刻都是導通的，則在a方講話時，信息在經(jīng)音頻功放a傳輸給揚聲器b時，也經(jīng)mic b和音頻功放b傳輸回揚聲器a，整個對講系統(tǒng)形成了一個閉環(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。所謂半雙工對講機，是以二線線路對講機為基礎(chǔ)，允許a b雙方交替地而不同時地傳輸信息。這也稱作分時雙工傳輸方式。其通信過程見圖4。這里用通信倒向控制電路和兩個受控單刀單擲倒向開

6、關(guān)代替了單工對講機中的雙刀雙擲開關(guān)，用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)換信息傳輸方向的自動控制。a方利用mic將語音信號轉(zhuǎn)換成電信號，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，倒向控制電路因得不到應(yīng)有的電信號，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。因為在任何時刻，開關(guān)ka和kb的狀態(tài)都不相同，因此在任何時刻，整個對講系統(tǒng)只允許信息單方向傳輸，從而從根本上解決了雙工對講時易產(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 倒向控制電路實現(xiàn)對兩個狀態(tài)各異的倒向開關(guān)的控制，最理想的是利用同時具有兩個狀態(tài)各異的信號輸出的觸發(fā)器。原理電路見圖5。a方的語音信號被mic拾取后經(jīng)前級放大器a放大。施密特反相器完成將前級放大器a輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入暫態(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和電壓傳輸特性。當輸入電壓ui由低向高變化超過正門限電壓ut時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程輸出電壓uo會迅速由高電平uoh變?yōu)榈碗娖絬ol。當輸入電壓ui由高向低變化低于負門限電壓ut時，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，它的ut約為6v。而在a方不講話時，前級放大器的靜態(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作，進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方語音信號達到一定強度以后，反相器的狀態(tài)才可由高電平變?yōu)榈碗娖?。一旦語音信號停止，它將恢復輸出高電平。顯然，r2越小反相器的抗干擾能力越強。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于將隨間歇的語音信號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，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。實驗表明，vdd為12v時，c選01f漏電較小的獨石電容，r選

10、10m可變電阻即可實現(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)器兩個互補的輸出信號q和q分別作為開關(guān)ka和kb的選通信號，使ka、kb分時導通，就可以實現(xiàn)半雙工對講機自動倒換信息傳輸方向的功能。一個性能良好的開關(guān)，要求導通時開關(guān)的導通電阻為零，可視為短路，斷開時開關(guān)的截止電阻為無窮大，可視為開路，且開關(guān)改變狀態(tài)時的速度盡可能地高。還要求開關(guān)在用于傳輸模擬信號時線性度好，不存在被傳輸信號的失真。可用于前級放大與功率放大間導通與阻斷的選通開關(guān)電路，方案很多。無觸點的電子開關(guān)具有動作速度快，可靠性好，功耗低，壽命長等優(yōu)點，廣泛運用于自控系統(tǒng)中。此處僅舉兩例。31 模擬電子開關(guān)由模擬電子開關(guān)實現(xiàn)倒

11、向控制的半雙工對講機原理電路見圖8。cd4066雙向模擬開關(guān)在它的選通控制信號為高電平時，可以雙向傳輸線性倍率為1的模擬信號。負載電阻大于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m級，被傳輸信號的上限頻率為40mhz，傳輸延遲時間僅為ns級等優(yōu)點。但是它的導通電阻有幾百歐姆，而且其值隨電源電壓的不同和輸入電壓的變動有非線性變化。一般電源電壓越高，導通電阻越小。當輸入電壓值接近正、負電源時，導通電阻呈最大，且線性度也最差。這非但易引起被傳輸信號的非線性失真，而且影響開關(guān)的帶負載能力。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，故可以起到穩(wěn)定和降低模擬開關(guān)輸出電阻，提高帶負載能力的作用。32選通放大器用兩個選通放大器代替兩個模擬電子開關(guān)的半雙工對講機原理電路見圖9。f3140高速高輸入阻抗運算放大器接成電壓跟隨電路，在它的選通控制信號s為高電平時，可傳輸線性倍率為1的模擬信號。f3140的外引線功能如表2所示。為保證輸入信號in為零時，輸出信號out也為零，需外接100k電位器調(diào)試。電位器的滑動觸頭接負電源v引線。f3140的選通端s為低電平，即其被阻斷時，若輸入信號的幅值過高，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的輸出信號作為前級放大器b的輸入信號時。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f3140 b的輸入電壓高于77v時，二極管d1導通箝位，當輸入電壓低于43v時，二極管d2導通箝位，從而確保f3140 b阻斷時安穩(wěn)可靠。雙工對講機整體電路設(shè)計總結(jié)：通過本次課程設(shè)計，加深了對模電理論知識的理解，同時也增強了動手能力。設(shè)計過程中，每一元件都需要經(jīng)過精心的計算，電路圖的設(shè)計也需要潛心的琢磨所有的這一切培養(yǎng)了我作學問的嚴緊態(tài)度和科學作風；本次課設(shè)為以后的學習乃至于走上工作崗位積累了豐富的經(jīng)驗，對于我來說受益非潛。通過課設(shè)，發(fā)現(xiàn)理論知識到實踐應(yīng)用還有一段距離，而作為當代的大學生的我們，是祖國的棟梁，要的就是我們指導實踐，投入到實踐中去，如果僅僅有理論知識是遠遠不夠的，所以在今后的學習中我將積極的把理論和實際緊緊的聯(lián)系起來，加強自身素質(zhì)，爭取作一個合格的大學生。器件清單參