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1、辽 宁 工 业 大 学电子技术基础课程设计（论文）题目： 双工对讲机 院（系）：电子与信息工程学院专业班级： 电子091班 学 号： 090404009 学生姓名： 黄俊博 指导教师： 王景利 教师职称： 副教授 起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程学 号090404009学生姓名黄俊博专业班级电子091班课程设计（论文）题目双工对讲机课程设计（论文）任务设计任务：1. 采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现甲、乙双方异地有线通话对讲；2. 用扬声器兼作话筒和喇叭，双向对讲，互不影响；3. 电源电压+9V, P00.5W，工作可
2、靠，效果良好；4. 设计电路所需的直流电源.设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设
3、计 说 明 书（论 文）目录1双工对讲机12 倒向控制电路33 倒向开关电路方案431 模拟电子开关532选通放大器6双工对讲机整体电路7设计总结：8器件清单8参考文献81双工对讲机人与人之间进行交流，最简单的通信方式是面对面的交谈。人们说话所发出声音，通过空气介质传到对方，从而完成通信过程。有线对讲机，使得两个位于异地之间的人可以借助对讲系统进行通信。其工作过程如图1所示。人说话所发出的声音经声电转换器变成模拟电信号，通过音频功率放大后经电声转换器再把电信号还原为声音，传输给对方接收。运用有线对讲机，可以在十余公里近距离间进行语言通信，而不受邮电通信部门的限制和外界环境的干扰，因而倍受使用者
4、的欢迎。二线线路对讲机，用双刀双掷开关，可以改变语音信息的传输方向，控制两地的发送转换。若双刀双掷开关的位置如图2所示，则B方利用扬声器B把发出的声音转换成电信号，通过双刀双掷开关后进行音频功率放大，A方的扬声器A通过双刀双掷开关把接收到的电信号再还原成声音。可见语音信息只能从B方传输到A方，故称为单工对讲机。四线线路对讲机，不需要双刀双掷开关，就可在A至B和B至A两个方向上同时进行信息的传输。其工作过程如图3所示。A方利用声音传感器MIC A将语音转换成电信号，然后经音频功率放大器A把电信号传送至B方，扬声器B将电信号转换成声音信号使B方得以接收。与此同时，B方可利用MIC B将语音信号传送
5、给音频功率放大器B，再由扬声器A输出。采用此传输方式的对讲机，称为全双工对讲机。运用全双工通信方式可以使信息的传输速度提高一倍，但通信所需的硬件资源增加了几倍。这是由于双方向的通信通路在任何时刻都是导通的，则在A方讲话时，信息在经音频功放A传输给扬声器B时，也经MIC B和音频功放B传输回扬声器A，整个对讲系统形成了一个闭环的正反馈，使之不能正常工作。此现象称为侧音。为防止侧音的出现，在每一通信通路中需增加一套消侧音电路。所谓半双工对讲机，是以二线线路对讲机为基础，允许A B双方交替地而不同时地传输信息。这也称作分时双工传输方式。其通信过程见图4。这里用通信倒向控制电路和两个受控单刀单掷倒向开
6、关代替了单工对讲机中的双刀双掷开关，用于实现转换信息传输方向的自动控制。A方利用MIC将语音信号转换成电信号，分成两路，一路送往倒向控制电路，另一路经倒向开关电路KA送往音频功率放大器A。倒向控制电路在电信号的控制下，使常断开关KA闭合，常通开关KB打开，从而使语音信息传输到B方。只有在A方不讲话时，倒向控制电路因得不到应有的电信号，故常断开关KA和常通开关KB保持原有状态，B方才可以将语音信息经音频功率放大器B传输给A方。因为在任何时刻，开关KA和KB的状态都不相同，因此在任何时刻，整个对讲系统只允许信息单方向传输，从而从根本上解决了双工对讲时易产生的侧音干扰现象，节省了大量的系统硬件资源。
7、2 倒向控制电路实现对两个状态各异的倒向开关的控制，最理想的是利用同时具有两个状态各异的信号输出的触发器。原理电路见图5。A方的语音信号被MIC拾取后经前级放大器A放大。施密特反相器完成将前级放大器A输出的模拟信号转换成数字信号，从而控制单稳态触发器进入暂态的作用。施密特反相器可以将上升或下降速度缓慢的模拟信号整形为边沿陡峭的数字式矩形波。图6示出了它的逻辑符号和电压传输特性。当输入电压UI由低向高变化超过正门限电压UT时，通过电路内部的正反馈过程输出电压UO会迅速由高电平UOH变为低电平UOL。当输入电压UI由高向低变化低于负门限电压UT时，则正反馈过程又使输出电压UO迅速由低电平UOL变为
8、高电平UOH。输入回差电压UTUTUT0，体现了电路的抗干扰能力。选用CD40106施密特反相器，VDD为12V时，它的UT约为6V。而在A方不讲话时，前级放大器的静态输出电压UA1也为6V，已接近了正门限电压。为了防止反相器误动作，进一步提高它的抗干扰能力，应引入分压电阻R1和R2。于是，反相器的静态输入电压UA2等于（R2（R1R2）UA1，小于UT，保证了反相器的静态输出为高电平。只有在A方语音信号达到一定强度以后，反相器的状态才可由高电平变为低电平。一旦语音信号停止，它将恢复输出高电平。显然，R2越小反相器的抗干扰能力越强。单稳态触发器用于将随间歇的语音信号而呈脉冲波的反相器输出连续起
9、来，从而使倒向开关KA连续导通，防止失音现象。CD4098单稳态触发器恰恰具有可用连续脉冲触发的特点，其逻辑功能示于表1中。这里选择的是下降沿连续触发方式。调节外接电阻R和电容C的值，使触发器输出的暂态脉宽TW略大于输入信号的最大周期，则可以得到如图7所示的输出波形。只有在A方讲话期间，Q端输出高电平，否则为高电平输出，B方可向A方传输信息，符合设计要求。为了防止半双工通信发生失音，单稳态触发器输出的暂态时间TW取05s较宜。控制TW的长短，不仅与外接阻容R，C的值有关而且与电源电压VDD的值有关。考虑降低功耗，可选取较大的电阻值。实验表明，VDD为12V时，C选01F漏电较小的独石电容，R选
10、10M可变电阻即可实现无失音通信。3 倒向开关电路方案把单稳态触发器两个互补的输出信号Q和Q分别作为开关KA和KB的选通信号，使KA、KB分时导通，就可以实现半双工对讲机自动倒换信息传输方向的功能。一个性能良好的开关，要求导通时开关的导通电阻为零，可视为短路，断开时开关的截止电阻为无穷大，可视为开路，且开关改变状态时的速度尽可能地高。还要求开关在用于传输模拟信号时线性度好，不存在被传输信号的失真。可用于前级放大与功率放大间导通与阻断的选通开关电路，方案很多。无触点的电子开关具有动作速度快，可靠性好，功耗低，寿命长等优点，广泛运用于自控系统中。此处仅举两例。31 模拟电子开关由模拟电子开关实现倒
11、向控制的半双工对讲机原理电路见图8。CD4066双向模拟开关在它的选通控制信号为高电平时，可以双向传输线性倍率为1的模拟信号。负载电阻大于100k以后，输出与输入间的线性倍率越接近于理想。它具有静态功耗低，截止电阻可达M级，被传输信号的上限频率为40MHz，传输延迟时间仅为ns级等优点。但是它的导通电阻有几百欧姆，而且其值随电源电压的不同和输入电压的变动有非线性变化。一般电源电压越高，导通电阻越小。当输入电压值接近正、负电源时，导通电阻呈最大，且线性度也最差。这非但易引起被传输信号的非线性失真，而且影响开关的带负载能力。因此，有必要在模拟开关和功率放大器之间插入电压跟随电路。此电路由于引入了深
12、度电压串联负反馈，具有输入电阻可视为无穷大，输出电阻接近于零的优点，故可以起到稳定和降低模拟开关输出电阻，提高带负载能力的作用。32选通放大器用两个选通放大器代替两个模拟电子开关的半双工对讲机原理电路见图9。F3140高速高输入阻抗运算放大器接成电压跟随电路，在它的选通控制信号S为高电平时，可传输线性倍率为1的模拟信号。F3140的外引线功能如表2所示。为保证输入信号IN为零时，输出信号OUT也为零，需外接100k电位器调试。电位器的滑动触头接负电源V引线。F3140的选通端S为低电平，即其被阻断时，若输入信号的幅值过高，将影响阻断效果，引发侧音干扰。此现象易发生在A方向B方送话，即功率放大器
13、A的输出信号作为前级放大器B的输入信号时。因此，在F3140 B的输入端应插入箝位电路。此箝位电路经电压跟随电路B1和B2共同组成。由电阻分压电路可知，UB1为7V，UB2为5V。当F3140 B的输入电压高于77V时，二极管D1导通箝位，当输入电压低于43V时，二极管D2导通箝位，从而确保F3140 B阻断时安稳可靠。双工对讲机整体电路设计总结：通过本次课程设计，加深了对模电理论知识的理解，同时也增强了动手能力。设计过程中，每一元件都需要经过精心的计算，电路图的设计也需要潜心的琢磨所有的这一切培养了我作学问的严紧态度和科学作风；本次课设为以后的学习乃至于走上工作岗位积累了丰富的经验，对于我来
14、说受益非潜。通过课设，发现理论知识到实践应用还有一段距离，而作为当代的大学生的我们，是祖国的栋梁，要的就是我们指导实践，投入到实践中去，如果仅仅有理论知识是远远不够的，所以在今后的学习中我将积极的把理论和实际紧紧的联系起来，加强自身素质，争取作一个合格的大学生。器件清单参考文献1王传新多路声控半双工对讲机北京：电声技术，199882王传新F3140及其在半双工对讲机中的应用北京：电子应用技术，1998123赵保经主编中国集成电路大全北京：国防工业出版社，19854刘淑英，蔡胜乐。电路与电子学。第二版。北京：电子工业出版社，2002.35康华光 陈大钦 电子技术基础模拟部分（第四版）北京：高等教育出版社 20036王永军，李景华。数字逻辑与数字系统，第二版。北京：电子工业出版社，20029
