声音传输系统的设计课程设计.docx
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声音传输系统的设计课程设计
电子技术课程设计说明书
题目：
声音传输系统
学生姓名：
陈君
学号：
200906040215
院（系）：
电气与信息工程学院
专业：
测控技术与仪器
指导教师：
戴庆瑜
2011年11月18日
目录
1选题背景
1．1指导思想1
1．2方案论证1
1．3基本设计任务1
1．4发挥设计任务1
1．5电路特点2
2电路设计
2.1总体方框图3
2.2工作原理3
3各主要电路及部件工作原理
3.1555构成多谐振荡器简要说明4
3.2音频功率放大器LM386简要说明…………………………………………………………….............4
3.3LM567简要说明…………………………………………………………………………………………………….5
4原理总图6
5元器件清单6
6调试过程及测试数据
6.1通电前检查7
6.2通电检查7
6.2.1电源的检查7
6.2.2555输出电路调试7
6.2.3LM386的调试7
6.2.4LM567的调试7
6.3结果分析7
7小结7
8设计体会及今后的改进意见。
8.1体会7
8.2本方案特点及存在的问题8
8.3改进意见8
参考文献8
正文
1选题背景
今天语音识别越来越受到公众的关注，产生了很多诸如语音拨号、声控小车等有趣又好玩的东西。
同时手机电话也是应用声音在传输再到接收和识别等一系列过程的、从而使人们能从声音直接判断电话的另一端是谁。
从声音的本质来看，它又是各种震动频率产生的，不同的震动频率就会产生不同的声音。
在此基础上欲进一步了解认识声音的发声本质和如何能不失真地让声音在空气中做短距离传输以及在众多繁杂的声音中选中固定频率的声音。
所以通过本题——声音传输系统将揭开声音传输和锁定固定频率的声音的本质。
1．1指导思想
通过555构成多谐振荡器产生一定频率的音频脉冲信号,前一个555产生周期大约为1.5s的脉冲接到第二个555的复位端，使此555间歇发出固定频率的音频脉冲。
第二个555的输出再通过三极管的放大作用驱动扬声器发出响亮的声音，声音通过麦克风进入接收部分。
此时接收到的音频信号大概在5~20mV，需经过LM386的放大作用才能进入LM567。
利用LM567的锁相功能，使一定频率的音频脉冲能进入LM567并在8脚产生电信号。
通过接在8脚的LED的亮灭就能判断LM567是否接收到到固定频率的音频信号。
1．2方案论证
方案一：
用一只555产生占空比为50%的方波去控制一只有源蜂鸣器，使蜂鸣器发出声音，通过麦克风接受蜂鸣器发出的声音通过锁相环LM567精确锁定一定范围内的频率再用ＬＥＤ的亮灭做指示。
特点：
蜂鸣器频率不可调节，只可产生一种单一频率。
器材使用较少，花费较少。
方案二：
由一只555产生周期大约为1.5s的方波接在第二个555的复位端使第二个555间歇地工作。
第二个555再产生一定频率的音频信号通过三极管的放大作用驱动扬声器发出响亮的声音。
通过麦克风接收扬声器发出的声音，利用LM567的锁相功能使ＬＥＤ亮。
特点：
555的频率可以调节可以产生各种频率的声音，需要器材较多，花费较高，增加成本。
综合考虑，为了使频率可调，确定麦克风只能接受一定频率的声音，调节频率在接收频率之外ＬＥＤ不点亮，起到对比作用，采用方案二。
1．3基本设计任务
声源产生的信号为周期性音频脉冲信号，声音信号频率不限，脉冲周期不限，收部分能够准确地接收到声源发生的音频脉冲信号，并用LED显示。
1．4发挥设计任务
在完成基本设计的基础上考虑方案的经济性和环保性。
发挥的话可以选择：
1、在接收部分再做一个频率计把接收到的声音的频率显示出来。
2、用多个LM567接收多个生源产生的音频脉冲并算出声源间的距离。
1．5电路特点
这个由555构成的多谐振荡器能产生稳定的频率，通过三极管放大可以输出清晰的声音。
其中用第一个555产生的脉冲去控制第二个555的复位端使其间隙工作，达到扬声器间歇发出声音的要求。
麦克风接收的声音通过ＬＭ567的锁相能较大的减小杂音的干扰。
从而使这个电路的各项指标都能够达到题目的要求。
2电路设计
2.1总体方框图
2.2工作原理
1）方波产生电路，产生周期大约为1.5S的方波。
2）555多谐振荡器频率的产生,产生频率大约为4000Hz．
3）发声部分，通过喇叭发出频率这定的4000Hz的声音．
4）接收部分，发出的声音通过麦克风接收，经过LM567的锁相作用,产生电信号点亮LED。
3各主要电路及部件工作原理
3.1555多谐振荡器电路
此555产生周期约为1.5s的方波去控制第二个555的复位端。
此电路产生一定频率的音频脉冲信号。
此为555产生的音频脉冲信号。
由555定时器和外接电阻R1，R2，C1构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连,，利用电源通过R1，R2向电容C充电，充电到两端电压为2/3的VCC时，触发器复位，Vo为低电平，电容C1通过RB向放电端7端放电，当两端电压下降到1/3的VCC时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。
电容C在（1/3）VCC和（2/3）VCC之间充电和放电，从而使信号发生器产生方波信号
输出信号的时间：
T=T1+T2T1=R1Cln2T2=R2Cln2T=（R1+R2）Cln2
振荡频率：
f=1/T=1/（R1+R2）Cln2
占空比：
q=T1/T=T1=R1Cln2/（R1+R2）Cln2=R1/R1+R2
3.2LM386简要说明
LM386内部电路原理图如上图所示。
它是一个三级放大电路，LM386的外形和引脚的排列如上图所示。
引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。
3.3LM567简要说明
LM567为通用音调译码器，当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。
用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。
用外接电阻20比1频率范围，逻辑兼容输出具有吸收100mA电流吸收能力。
可调带宽从0%至14%
宽信号输出与噪声的高抑制
对假信号抗干扰
高稳定的中心频率，中心频率由5、6脚外加的电阻和电容决定Fo=1/（1.1RC）
中心频率调节从0.01Hz到500kHz
电源电压5V--15V，推荐使用8V。
应用举例：
输入端接104电容，输出端接上拉电阻10K，C1、C2为1uF。
R1、C1决定振荡频率，一般C1为104电容，R1为10K--200K。
电源电压为8V。
4原理图
PCB图：
5元器件清单
元器件
数量（个）
ＮＥ555
2
电阻
6
电容
16
电位器
5
三极管
1
整流二极管
4
喇叭
1
麦克风
1
LM386
1
LM567
1
LED
1
6调试过程及测试数据
6.1通电前检查
电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。
6.2.1电源的检查
首先将给电路两端接5伏直流电压和接地。
用数字毫伏表测电压，如果为5V且无短路，则电压源正常
6.2.2555输出电路调试
用示波器观察555的输出引脚3的波形和频率，符合仿真的要求。
6.2.3LM386的调试
通过示波器观察输入LM386前后信号的的幅值可以看出小信号可以通过LM386放大，放大大约200倍。
6.2.4LM567的调试
通过计算选择锁相中心频率为4000Hz，再据此确定LM567外围电阻电容。
利用函数信号发生器产生一定的频率的音频信号驱动扬声器，再通过麦克风接收，改变信号发生器的频率，可以看出只有在一定频率范围内才可以点亮ＬＥＤ，可以看出LM567的锁相作用。
6.3结果分析
上电后，调节NE555的6、7脚的电位器使其产生频率大约为4000Hz的方波，利用三极管8050驱动扬声器。
通过麦克风的接收，再由LM386放大进入LM567锁相环，当锁相环的中心频率也约为4000Hz时，锁相环就会在8脚输出一个低电平，从而可以点亮LED。
调节电位器改变声音频率，超过一定频率时LED不再发光，说明声音频率不在锁相环锁相范围内时，锁相环不工作。
即电路设计符合题目要求。
7小结
通过此次课程设计使我们进一步熟悉了常用芯片的使用，比如说NE555，LM386，还有LM567。
认识了386功放电路及其原理，567的锁相作用，对那些高端的语音识别和频谱分析有了起步的了解。
电路在初期调试时容易产生各种高频干扰，直接让LM567产生自激啦，后来查资料找了一些合适的电容，才把那些干扰降低了很多。
还有就是利用AltiumDesigner09画PCB，此次画得比较详细，完了后也做了很多改进和完善。
能把一件作品完整地设计好并做出实物、写出报告对我们是很好的锻炼。
调试时应该分布调试，并且理论应和实际相结合比较，最后才有可能达到预期的设计结果。
平时多做东西才能学到更多的东西，不做不知道自己知识缺在哪里，不学不知道自己有那么多的不懂，只有去真的动手做了才明白我们懂的东西都太少啦，我们要学的东西也太多啦！
8设计体会及今后的改进意见
8.1体会
通过此次课程设计使我再次体会到即使你仿真与实际制作实物还是有很大差距的，特别是涉及模电的各种电路，在实际工作中总是要考虑空气中信号的各种干扰，要接各种滤波、耦合、旁路电容。
还有在实物中要保证信号的稳定和不失真，有时也要接一些补偿或为保证电路的工作电平而加的上拉或下拉电阻。
或许模电和数电还是有很大的区别，玩模电玩得很费劲，明明电路分析得好好的，却得不到预期的结果。
这是学模电的一大特点！
8.2本方案特点及存在的问题
这个方案首先未装控制开关，只能上电直接让其工作。
其次出现了扬声器和电阻的功率不足，声音不够响亮。
而且电路在初期容易产生各种高频干扰（后接了滤波电容，基本保证信号能稳定输出）,使ＬＭ５６７无法锁定外界接收到的声音频率。
8.3改进意见
为了使喇叭更加响亮应该用大功率的电阻和大功率的三极管，增加放大作用。
从而使扬声器的声音洪亮易于被接收部分接收并经锁相环锁定频率，接收部分应该加旁路电容和去耦电容去除高频干扰，使接收的频率单一稳定，锁相更加稳定。
参考文献
【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006
【2】康华光.电子技术基础（模拟部分）.华中科技大学.高等教育出版社.2006
【3】李志健.数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.2007
【4】电路、电子技术实验与电子实训.党宏社主编.2008
【5】网上的各种资料
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