1、 PAGE11 / NUMPAGES11聲控直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)報(bào)告關(guān)鍵詞：聲控、信號放大、三穩(wěn)態(tài) 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)聲音接收電路，當(dāng)拍一次手時，控制電機(jī)（用紅綠兩個發(fā)光二極管模擬）正轉(zhuǎn)紅燈亮，當(dāng)連續(xù)拍兩次手時，電機(jī)反轉(zhuǎn)綠燈亮，當(dāng)連續(xù)拍三次手時，電機(jī)停下不亮。 （1）遙控距離：2m以上；（2）連續(xù)拍手時間間隔：0.5秒左右。（3）用兩種不同的發(fā)光管顯示電機(jī)不同的工作狀態(tài)。 方案選擇與電路的工作原理（一）.前級聲音信號處理：方案一：聲音信號用麥克風(fēng)（咪頭）采集，使用三極管作第一級信號放大，采用LM358進(jìn)行第二級信號放大，LM358采用雙電源供電。方案二：聲音信號放大直接采用LM358進(jìn)行兩級放大，LM

2、358采用單電源供電。然后采用電容整流，使用比較器輸出脈沖。由于此設(shè)計(jì)題目不用考慮信號的失真，以與考慮到放大倍數(shù)可調(diào)性，最終選擇方案二。（二）.后級邏輯電路處理方案一：采用數(shù)字芯片移位寄存器74LS194，搭建后級觸發(fā)電路。方案二：采用數(shù)字芯片4017。方案三：使用三極管反相器搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路控制LED發(fā)光。考慮到此實(shí)驗(yàn)是模擬電路設(shè)計(jì)，所以最終選擇方案三使用三極管搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路控制LED發(fā)光。單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算與元器件的選擇電源選擇：此系統(tǒng)采用的是12V直流單電源供電麥克風(fēng)參數(shù)設(shè)定：經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知麥克風(fēng)（咪頭）工作在6.5V左右的聲音信號最良好。聲音信號放大處理：聲音信號放大處理采用運(yùn)放LM3

3、58做兩級放大處理，第一級采用正向放大，放大倍數(shù)為100倍。然后采用RC整流電路，對信號進(jìn)行整流，再進(jìn)行第二級信號放大。比較電路：比較電路采用專用比較器LM393對信號處理，使輸出信號為脈沖信號。三穩(wěn)態(tài)電路：三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路采用三極管搭建。元器件選擇：LM358、LM393、三極管、開關(guān)二極管、LED、普通電容、電阻。LM358：LM358 部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、部頻率補(bǔ)償?shù)?HYPERLINK :/baike.baidu /view/418194.htm t _blank 雙運(yùn)算放大器，適合于電源電壓圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。

4、它的使用圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。LM393：LM393 是雙電壓比較器集成電路。 工作電源電壓圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2 36V， 雙電源：118V； 消耗電流小， ICC=0.8mA； 輸入失調(diào)電壓小， VIO=2mV； 共模輸入電壓圍寬， VIC=0VCC-1.5V； 輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容。設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)概述（1）、系統(tǒng)框圖聲 音 信 號 放 大整 流電 路聲 音 信號 采 集三 穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)電 路LED亮 滅比 較電 路 圖一：（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是采用傳統(tǒng)模擬電子電

5、路設(shè)計(jì)方法，對聲音信號進(jìn)行采集、放大、整流、比較處理后將聲音信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號。后級電路主要是采用的三極管搭建三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。系統(tǒng)主要是包括六個模塊：（1）.聲音信號采集、（2）信號放大、（3）信號整流、（4）比較電路、（5）三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析(1).聲音信號采集聲音信號采集是采用麥克風(fēng)（咪頭）將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)查資料和實(shí)驗(yàn)得知咪頭的最佳工作電壓為6.5V，工作靜態(tài)直流為0.8mA左右。電容C1主要是隔直通交電容圖二：（2）第一級信號放大第一級信號放大處理采用的是單電源供電的LM358正向放大，由深度負(fù)反饋可知：放大倍數(shù)：=100電容C2 作用為防止運(yùn)放自激圖三：（

6、3）整流電路整流電路采用的是RC整流，利用電容兩端的電壓不能突變的原理。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可得電容C3為47uF圖四：電阻R3為2K是實(shí)驗(yàn)效果比較好（4）第二級放大電路二級放大電路同樣是采用單電源供電的LM358，利用LM358的同相放大放大倍數(shù)：圖五：（5）比較電路比較電路采用的是單電源供電的LM393組成的圖六：單限正向比較器，由于LM393是TTL器件，故接了一個上拉電阻R8，當(dāng)輸入電壓高于門限電壓時，輸出為高電平+12V。（6）三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 圖七：三穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路：用三極管搭建反相器組成三穩(wěn)態(tài)電路圖七所示三穩(wěn)態(tài)電路可以通過輸入脈沖電路Ui來使三極管的穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)，例如：設(shè)電路原來處于穩(wěn)態(tài)一（Uce1

7、截止，Uce2、Uce3導(dǎo)通）；當(dāng)Ui輸入一個脈沖時，此時穩(wěn)態(tài)電路將會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將會達(dá)到穩(wěn)態(tài)二（Uce1導(dǎo)通、Uce2截止、Uce3導(dǎo)通）；當(dāng)Ui再輸入一個脈沖時，穩(wěn)態(tài)將繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，將會達(dá)到穩(wěn)態(tài)三（Uce1、Uce2導(dǎo)通，Uce3截止）。如圖八 圖八三穩(wěn)態(tài)電路仿真： 圖九仿真結(jié)果如下所示：3電路的安裝與調(diào)試介紹電路安裝調(diào)試過程中所遇到的主要技術(shù)問題，給出現(xiàn)象記錄、原因分析、解決措施與效果，詳細(xì)介紹電路的性能指標(biāo)或功能的測試方法、步驟、儀器設(shè)備、記錄的圖表和數(shù)據(jù)。電路板調(diào)試主要技術(shù)問題：前級聲音信號轉(zhuǎn)換電信號不理想原因分析：麥克風(fēng)端電壓較小，聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號較弱解決措施：通過查資料得知麥克風(fēng)的

8、最佳工作電壓為6.5V左右，調(diào)節(jié)分壓電阻阻值，使麥克風(fēng)工作在最佳的狀態(tài)。放大電路放大倍數(shù)不夠原因分析：LM358采用的是單電源供電的正向放大，放大倍數(shù)有負(fù)方的兩個電阻決定。解決措施：將負(fù)方向的反饋電阻加大，使其放大倍數(shù)加大，已達(dá)到凡達(dá)效果，所以此處使用電位器以方便后級電路的調(diào)試。無信號輸入時，仍有信號輸出原因分析：LM358的放大倍數(shù)太大，電路產(chǎn)生自激震蕩。解決措施：在反饋電阻上并聯(lián)一個1000pF的電容，使交流小信號不能夠放大。比較器電壓輸出為0.8V原因分析：經(jīng)過電路的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)電路連接問題，初步分析為LM393可能被燒壞。解決措施：換一個LM393電路正常工作。三穩(wěn)態(tài)電路燈的亮滅不符

9、合題目要求 現(xiàn)象：調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)三個LED的亮滅與題目要相反的，即有兩個燈亮，一個燈滅，依次循環(huán)下去。原因分析：如果三極管不并聯(lián)LED時，三極管的導(dǎo)通截止是一個截止，兩個導(dǎo)通。而并聯(lián)上LED后，三極管導(dǎo)通截止的平衡被LED破壞，LED的導(dǎo)通壓降為1.8V，而三極管截止時應(yīng)該有6V左右。解決措施：方案一,不直接接LED，使用三極管搭建反相器，減小對前級電路的影響。方案二，在并聯(lián)的LED上串聯(lián)上一個歐左右的電阻，分的一定的電壓，是三極管的電截止電壓能在左右。如圖所示：經(jīng)過電路的仿真以與電路板的搭建，最終選擇方案二。、整流電路效果不是很好現(xiàn)象：通過數(shù)字式示波器觀察知道，拍掌時希望能產(chǎn)生一個方波電路，

10、但是事與愿違，出來的波形總是不令人滿意。出來的波形總是不止一個脈沖信號。原因分析：整流電路的整流效果不好， 電容的取值比較小，整流電路是采用的比較簡單的RC整流電路，效果不是很好。以與后級的比較電路方案選擇不是很好。解決措施：增大電容的容值，經(jīng)過調(diào)試最終選擇47uF，其次調(diào)節(jié)門限比較器的門限電壓，門限電壓比較電壓設(shè)定為2.2V比較合理。電路測試方法：電路調(diào)試過程使用的是信號追蹤的方法，即根據(jù)信號的流向，逐級進(jìn)行調(diào)試。有時也可根據(jù)實(shí)際情況從后級向前檢測。系統(tǒng)缺點(diǎn)：信號處理不穩(wěn)定，使得觸發(fā)電路具有不確定性。改進(jìn)方法：將比較器改為遲滯比較器。電路板參數(shù)：元件靜態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù)麥克風(fēng)6.5V、0.8mA

11、 10mV交流比較電路正向輸入0.2V10V（max）6V（一般）比較電路門限電壓2.2V三極管電壓6V(截止)0.3V（飽和）五心得體會與建議江鴻：通過這次電子實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，再一次對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)作了回顧；對運(yùn)算放大器的使用又進(jìn)一步的掌握，加深了對電路性能和信號保護(hù)的考慮；熟悉了protel 99SE與Altium designer 6軟件的使用。學(xué)會了自己制作電路板。調(diào)試電路過程中，由于是自己搭建的三穩(wěn)態(tài)電路，不是很穩(wěn)定，出現(xiàn)了信號的干擾。實(shí)驗(yàn)本身很簡單，只是由于沒有數(shù)字芯片，所以調(diào)試了很久；希望以后的實(shí)驗(yàn)，不要規(guī)定方法，只要能夠?qū)崿F(xiàn)功能就應(yīng)該被允許。勛：通過此次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東

12、西，這不僅僅是從理論到實(shí)踐的飛躍，更重要的是我的動手能力的到了鍛煉。學(xué)習(xí)不僅僅是書本上的，更重要的是將書本上的知識應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一個很好的平臺，這次的設(shè)計(jì)題目是聲控直流電機(jī)，關(guān)于這個題目，可以說我是一步步的見證了它的成長。由最初的查找資料、方案論證、調(diào)試電路、到方案選擇、原理圖繪制、PCB繪制、電路板制作焊接等等一系列的工作。在這個過程中對于制作電路板沒有太多經(jīng)驗(yàn)的我來說，學(xué)到了很多。在這個過程中雖然有幾次失敗制作了三塊電路板，但是做每一塊電路板我都是懷著期待與興奮的心情。這也是我為什么能夠在調(diào)試板子過程中一次次堅(jiān)持下來的原因。在設(shè)計(jì)過程中遇到了許多的問題，第一次方案沒有論證好，就很匆忙的做了快電路板，結(jié)果可想而知失敗。第二次方案論證好，可是實(shí)際與理論是有差距的，又一次的失敗了。在一次次的失敗中我們堅(jiān)持到了最后。通過查資料，問老師、學(xué)長來充實(shí)自己，完成電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。畫PCB心得元件一定要根據(jù)信號的走向來布局。通過電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)我們小組學(xué)到了很多，不僅是將我自己學(xué)到的東西用于設(shè)計(jì)，更重要的是我用自己學(xué)到的東西幫助了同學(xué)。我的建議：希望電子實(shí)驗(yàn)中心能夠支持這種課程，能夠在平時也能夠?yàn)橥瑢W(xué)們提供開放實(shí)驗(yàn)室，以讓同學(xué)們能夠有地方法調(diào)試、焊接電路板，六附錄電路