双工对讲机设计

1、北京经济管理职业学院毕业设计题目：双工对讲机姓名：xxx 专业：应用电子技术班级：200906251学号： 06指导老师：xxx日期：2012.52012.6目录北京经济管理职业学院1摘要21方案设计31.1无线双工对讲机系统框图31.2、设计思路31.3、设计方案的选择42模电设计背景52.1设计目的及意义52.2设计时间:五周52.3开发环境proteus简介53、课程设计内容73.1课程设计题目与要求73.2实验目的74.双工对讲机整体电路84.1双工对讲机仿真图94.2双工对讲机工作原理94.3双工对讲机各单元电路介绍104.3.1 电桥电路（上图为仿真图，下图为原理图）104.3.2

2、前置放大电路114.3.3功率放大电路125元件介绍135.1运算放大器ua741135.1.1元器件参数135.2音频集成功放145.2.1元器件参数146电路仿真156.1仿真数据156.2仿真结果分析187实际电路安装与调试197.1元件列表：197.2调试环节：198成品图209心得体会2010参考文献21摘要在现在通信中，对讲机是一种近距离的、简单的无线传输通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们欢迎。目前，它广泛的应用于公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业的小范围移动通信工程中。调频对讲机是通过调节频率和接收频率使一组对

3、讲机功能的无线通信工具。 移动通信技术包括很多种类，无线对讲机也是移动通信中一个重要的分支。本论文研究设计了一款调频无线对讲机，主要是指导学生选电路，选元器件，组装调配，把移动通信技术以及它的前沿课程：电路分析，模拟电子电路，高频电子电路等结合起来，使学生更直观的了解移动通信，同时也加深理论知识的理解。 调频对讲机是通过调节频率使一组对讲机的接收频率和发射频率与另一组对讲机的发射频率和接收频率相同，从而实现对讲功能的无线通讯工具。 通过对调频对讲机的安装与调试，能对所学过的高频电路原理知识及各单元电路的电路形式，各电路间的耦合方式及信号传送波形和结果，有更深入的了解。 同时，也对以前所学过的各

4、类模拟单元电路的工作原理、电路形式、调试方法、测量方法、整机电路统调技巧等方面知识，得到全面的、传统的训练。为今后从事工作有坚实的技术基础。 本设计是调频无线对讲机，首先介绍了调频无线对讲机的功能、性能指标和工作原理。关键词：对讲机 调频 双工1方案设计1.1无线双工对讲机系统框图系统分为两个部分：发射部分和接收部分，设计框图如下图1所示。图1 无线双工对讲机系统框架图声音信号经mic拾入，经过调制放大器，即低频放大器放大，经过振荡器及放大电路，将输入的低频调制信号和振荡产生的高频载波信号变换为高频已调信号（调制），并以足够大的功率输送到天线，辐射到空间；再由天线接收到需要频率信号进行初步的选

5、择和放大，以便抑制其他频率的无用信号，再经过声音接收专用集成电路，解调出原发射信号，最后通过低频功率放大器输出。1.2、设计思路为达到设计要求，采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现半双工通话。设计的难点在于选频网络的预置和检波电路的设计。1.3、设计方案的选择方案一：整个系统电路全部采用集成运放，接收部分采用超外差接收方式。用专用高收音机接收芯片d1800和集成功放d2822以及外围阻容元件组成。d1800作为收音接收专用芯片，内部集成了fm混频、本振，低通滤波，fm中放、监频和静噪、一级功放与一体，具有高温定性。集成功放d2822作为第二级功率放大，进一步放大功率推动扬声器

6、发出声音。系统原理图如下：图2 方案一：原理框图方案二：系统以集成运放为主，部分采用分立元件搭成，接收部分采用直接接受方式。发射部分采用高频三极管和阻容元件搭成，接收部分采用电容电感自制选频网络和检波器，用集成功放lm386作为功率放大级，推动扬声器发出声音。系统原理框图如下图所示：图3 方案二：原理框图方案一系统主要部分采用专用集成芯片，接收范围广，信号强度好且清晰，但是采用成本高，在本设计中没有使用的必要。相比之下，方案二接收部分采用分立元件搭成，理论上能够满足设计要求，它的缺点在于稳定度不高，杂音较重。综合比较，考虑到成本和设计需要，采用方案二。2模电设计背景2.1设计目的及意义（1）培

7、养学生正确的设计思想,理论联系实际的工作作风,严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。（2）锻炼学生自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。（3）通过课程设计,使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机引用方面的能力得到训练和提高。（4）巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。（5）为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。2.2设计时间:五周2.3开发环境proteus简介 proteus软件是英国喇叭labcenter electronics公司出版的eda工作软件。它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围元件。它是

8、目前最好的仿真单片机及外围元件的工具.虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐.proteus是世界上著名的eda工具（仿真软件）,从原理布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到pcb设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、8086和msp430等，2010年即将增加cortex和dsp系列处理器，并继续增加其他系列处理器模型。在编译方

9、面,它也支持iar、keil和mplab等多种编译器。其功能特点：protex软件具有其它eda工具软件的功能。例如：（1） 原理布图（2） pcb自动或人工布线（3） spice电路仿真革命性特点（1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如ram、rom、键盘、马达、led、lcd、ad/da，部分spi器件，部分iic器件。（2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、avr、pic、arm、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型。上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，proteus建立了完备的电子设计开发环境。prote

10、us提供了丰富的资源（1）proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。（2）proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、spi调试器、i2c调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意调用。（3）除了现实存在的仪器外,proteus还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时的显示出来,其作用与示波器相似,但功能更多。这些虚拟的仪器仪表具有理想的参数指标,例如极高的输入阻抗、极低的输入阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。（4）prote

11、us可提供的调试手段proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。电路功能仿真在proteus绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件：hex,可以在proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。proteus是单片机课程教学的先进助手。proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化,也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果,后者则是实物演示难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度相对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改

12、、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业岗位的重要实践环节。由于proteus提供了实验是无法相比的大量原器件库,提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创新精神的平台。随着科技的发展,“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活,结果、过程的统一特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中proteus也能获得越来越广泛的应用。使用proteus软件进行单片机系统仿真设计,是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用,有利于培养学生的

13、电路设计能力及仿真软件的操作能力;在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中,我们使用proteus开发环境对学生进行培训,在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映对单片机的学习比单纯的学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明,在使用proteus进行系统仿真开发成功后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此,proteus有较高的推广利用价值。目前proteus的最新版为7.7sp2,今年将推出8.0版本,增加dsp系列及ar mcortex处理器。3、课程设计内容3.1课程设计题目与要求（1）设计任务根据技术指标和已知条件，完成对多路对讲机的设计、装配与调试。（2）设计要求采用

14、集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现双方异地有线通话对讲；用扬声器兼作话筒和喇叭，双相对讲，互不影响；工作可靠，效果良好。电源电压：+9v，功率0.5w。（3）可选元件：扬声器，集成运放，集成功放（器件选择应满足技术指标）。电容、电阻电位若干；或自选元器件。直流电源+9v，或自选电源。（4）可用仪器：示波器、万用表，毫伏表等。3.2实验目的 （1）通过实验使我了解了ua741芯片的特性和在电路中所起的作用。 （2）通过实验使我了解了lm386芯片的特性和其优点。4.双工对讲机整体电路图1.双工对讲机原始电路图4.1双工对讲机仿真图图2.替换原件后的对讲机一方4.2双工对讲机工作原

15、理 电桥电路如图（1）所示，扬声器（r2）与电阻r1（8），r3（10k）组成电桥电路。由于电桥电阻远小于差动放大器的输入电阻，故差动放大器对电桥的负载效应可以不考虑。 电桥的输出电压,式中，r是扬声器不讲话时的等效电阻（8），r是对准扬声器讲话时的电阻变化量。 f007即ua741通用型集成运放，它是一种具有高开环增益，高输入电压范围，有内部频率补偿，高共模抑制比，有短路保护，不会出现阻塞且便于失调电压调零等特点的高性能集成运放。 原电路图中，音频功率放大电路采用5g37，但由于仿真软件中无此元件所以采用lm386电路，lm386为低电压音频功率放大器。 c4为4.7uf为退耦电容，所谓退耦

16、即防止前后电路网络电流大小变化时,在供电电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。换言之,退耦电容能够有效地消除电路网络之间的寄生耦合。退耦滤波电容的取值通常为4.7-200uf,退耦压差越大,电容的取值应该越大。7号引脚所接为旁路电容,它可将混有高频信号和低频信号的交流信号中的高频成分旁路电容。c2为隔直传交电容,r2为8欧的电阻将其看做扬声器,观察其输出波形。4.3双工对讲机各单元电路介绍电路各个部分及其作用 4.3.1 电桥电路（上图为仿真图，下图为原理图）以下原理分析以原理图为准： 电桥电路如图（1）所示，扬声器（r2）与电阻r1（8），r3（10k）组成电桥电路。由于电桥电阻远

17、小于差动放大器的输入电阻,故差动放大器对电桥的负载效应可以不考虑。电桥的输出电压,式中,r是扬声器不讲话时的等效电阻（8）,r是对准扬声器讲话时的电阻变化量。当r很小,即很小时,v2-v1=v3/4可见差动放大器的输出信号与扬声器的电阻相对变化率成正比。当自方对准扬声器讲话时，r0,电桥失去平衡，v2-v10，该信号经过前置放大电路电压放大,再经音频功率放大,传输到对方扬声器去，即对方就可听见自己的讲话声音。因此此时,对方没有对准扬声器讲话，故对方r=0，电桥输出信号为0，或者说对方的差动放大器输出信号为零，所以不会干扰自方讲话。反之亦然，这就实现了双工对讲互不影响的作用。图中扬声器兼做话筒和

18、喇叭。r15上方的1k电阻以及+9v电源是用来给扬声器提供偏置电压的。4.3.2前置放大电路 图2-4前置放大电路（上图为仿真图，下图为原理图）f007即ua741通用型集成运放,它是一种具有高开环增益,高输入电压范围,有内部频率补偿,高共模抑制比,有短路保护，不会出现阻塞且便于失调电压调零等特点的高性能集成运放。ua741的7号引脚和4号引脚为偏置端,接入正负9v的电源。1号和5号引脚为调零端。ua741的两个输入端,各接100k的电阻r5、r6一方面是配合反馈电阻1m来决定输出的电压表达式,事实上,由于它们满足一定比例关系,增益放大的倍数是不变的。另一方面,为了保证运算放大器的两个差动输入

19、端处于平衡工作状态,避免输入偏流产生附加的差动输入电压。采用差动输入的方式,运算放大器工作于线性区,线性电路的叠加原理使用于此处,即可求出v1、v2分别作用时vo的结果,然后利用叠加原理,得出v1和v2同时作用的结果。d1、d2为输入保护二极管，限制输入电压幅度。rv为滑动变阻器，作用是用来调节进入音频功率放大级的信号大小。即调节音量大小。4.3.3功率放大电路 原电路图中，音频功率放大电路采用5g37,但由于仿真软件中无此元件所以采用lm386电路,lm386为低电压音频功率放大器。 图2-5功率放大电路（上图为仿真图,下图为原理图）如图2-4左图所示为lm386外围器件最少的连接方式,其内

20、置电压增益为20倍。若在其1号引脚和8号引脚间接入电阻和电容可将其电压增益提高。采用连接方式,最小失真率为0.2%。c4为4.7uf为退耦电容,所谓退耦即防止前后电路网络电流大小变化时,在供电电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。换言之,退耦电容能够有效地消除电路网络之间的寄生耦合。退耦滤波电容的取值通常为4.7-200uf,退耦压差越大,电容的取值应该越大。7号引脚所接为旁路电容，它可将混有高频信号和低频信号的交流信号中的高频成分旁路电容。c2为隔直传交电容，r2为8欧的电阻将其看做扬声器，观察其输出波形。5元件介绍5.1运算放大器ua741ua741m，ua741i，ua741c

21、（单运放）是高增益运算放大器,用于军事,工业和商业应用。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式,差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。图2-6ua741管脚图ua741m, ua741i, ua741c芯片引脚和工作说明： 1和5为偏置（调零端）,2为正向输入端,3为反向输入端,4接地,6为输出,7接电源,8为空脚。 5.1.1元器件参数ua741芯片技术参数：工作电压max（v）：36；工作电压min（v）：7；每通道iq（典型值）（ma）：2.80；带宽gbw（典型值）（mhz）：1；转换速率（典型值）（v/us）：0.500；输入失

22、调电压（25）(max)（mv）：6；失调漂移（典型值）（uv/）:；输入偏置电流（max）（pa）：500000；共模抑制比（min）（db）：70；噪声电压（典型值）：；单电源供电：no；封装/温度（）：pdip8/070ua741芯片优点： 宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。（1）无频率补偿要求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4)大的共模、差模电压范围；（5）低功耗5.2音频集成功放 lm386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增

23、益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值，直至200.输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6v电源电压下,它的静态功耗仅为24mw，使得lm386特别适用于电池供电的场合。 lm386是一种音频集成功效,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点,广泛应用于录音机和收音机之中。lm386的引脚图图2-7lm386的外形和管脚排列 lm386的外形和引脚图的排列如右图所示。引脚2为反向输入端,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

24、接旁路电容,通常取10uf。 5.2.1元器件参数lm386芯片技术参数： 功率、有效值：325mw；工作最低温度：0；工作最高温度：70；带宽：0.3mhz；放大器类型：功率；温度范围：商用；电源电压 最大：12v； 电源电压 最小：4v；负载阻抗 最小：80hm； 输入偏移电压 最大：2.5mv；输出功率：0.25w；运放特点：低功率；额定电源电压：+9vlm386芯片的优点：（1） 外接元件少（2） 低功耗（3） 低失真6电路仿真6.1仿真数据（1）信号源参数：5mv，f=50hz信号源曲线:为一正弦曲线,如图3-1所示。信号源幅值为5mv。图3-1输入信号（2）经ua741前置放大后的

25、曲线如图3-2所示：图3-2经ua741前置放大后的曲线 由波形可以看出,信号经过前置放大端后,输出得到放大。输入波形幅值为5mv,输出波形幅值为24.00mv,所以ui的有效值为3.54mv，输出uo的有效值为16.97mv。放大倍数av=uo1/ui=4.80倍。 （3）rv处于中点处经过滑变后的信号：图3-3rv处于中点处经过变滑后的信号输出波形（4）rv处于中点处经过lm386放大的波形：图3-4 rv处于中点处经过lm386放大的信号输出波形（5）调节音量大小后的曲线如图3-3：音量最大时对应的输出波形：图3-5音量最大时对应的输出波形音量为50%时对应的输出波形：图3-6 rv处于

26、中点处输出波形音量最小时对应的输出波形：图3-7音量最小时对应的输出波形6.2仿真结果分析由波形可以看出,信号经过前置放大后，输出得到放大。输入波形幅值为5mv,输出波形幅值为24.00mv,放大倍数av=uo1/ui=4.80倍。当滑变处在中央时,监测输入输出波形。uo的幅值为24mv,经过滑动变阻器后的ui的幅值为11.50mv,进入音频功率放大电路的信号ui的幅值为11.50mv,所以经过lm386放大后的音频u的幅值为240mv,放大倍数为av=uo/ui'=240mv/11.50mv=20.86倍,与理论值20倍相差不大,属于误差范围内。经过电容滤波最终信号的幅值为127.5

27、0mv，所以放大倍数为av=127.50mv/5.0mv=25.5倍,此时滑动变阻器在中点。当滑动变阻器处于最大值时，最终输出波形的幅值为222.50mv，最终放大倍数为av=222.50mv/5.0mv=44.5倍。输出功率的计算：在输出端放置电压探针和电流探针如图所示图3-8喇叭的电压与电流仿真结果如图（13）所示,最大电压出现在vmax=0.174653v,imax=0.0218316a，pmax=0.174653*0.0218316=0.0038w,满足输出功率小于等于0.5w。7实际电路安装与调试7.1元件列表：元件名称数量（个）元件名称数量（个）运放ua7412二极管4运放lm38

28、62电容0.1uf2电阻1k2电容4.7uf2电阻10k4电容0.05uf2电阻100k4电容250uf2电阻1m4喇叭2电阻8欧4麦克风2滑动变阻器10k27.2调试环节：检查电路及电源电压检查电路元器件是否接错,注意晶体管管脚、二极管方向、电解电容极性是否接对、焊点是否牢固等,检查电路无误，再测电源电压的数值和极性是否符合设计要求。一切正常之后方可通电开始调试实验。静态调试先不接输入信号,测量各级晶体管静态工作点。检测运放的正负输入端及输出端,测量各个节点的电压与理论值相比较,在误差允许的范围内数据合理后再接入输入信号。动态调试接输入信号,各级电路的输出端应有相应的信号输出。线性放大电路不应有非线性是真;波形产生及变换电路的输出波形也应符合设计要求。调试时,可由前级开始逐级向右检测，这样容易找出故障点，及时调整改进。指标测试电路能正常工作之后,即可进行技术指标测