毕业设计（论文）光电电子靶设计与制作.doc

目 录目 录i摘 要1ABSTRACT1第一章 引言21.1电子靶的历史发展回顾21.2电子靶的优势31.3 国内电子靶发展状况3第二章 电路设计42.1设计要求与方案42.2 电路工作原理62.3 各主要元器件的功能及应用82.3.1 时钟脉冲发生器82.3.2循环计数器/分配器112.3.3光敏开关电路132.3.4控制电路162.3.5语音发生电路172.4电路板制作19第三章 电路调试213.1电路调试及参数测定213.2遇到的问题及解决方案233.3测试结果24第四章 总结254.1工作总结254.2展望25参考文献26致谢27 摘 要此设计要求制作一个活动光电电子靶电路，通过分析此电路主要分成四大部分：时钟脉冲发生器，循环计数器/分配器，光敏开光电路，控制电路，语音发生电路。时钟脉冲发生器由NE555和电阻、电容组成的无稳态多谐振荡器构成；循环计数器/分配器采用CD4017，其CP脉冲由时钟脉冲发生提供；光敏开光电路由发光二极管和与其配对的光电三极管组成；控制电路采用CD4066，它的导通取决于光敏开关电路，即发光二极管的亮以及与之配对的光电三极管接受到光信号；语音发生电路采用KD9300以及三极管和扬声器组成的语音放大电路。经验证及调试，这些组件结合可以实现试验的要求。关 键 词：电子靶，无稳态多谐振荡，发光二极管，光电三极管。ABSTRACTThis design activities to produce a photoelectric target electronic circuit, through the analysis of this circuit is divided into four major parts: clock pulse generator, the cycle counter / divider, photo opening circuit, control circuit, voice circuit. Clock pulse generator by the NE555 and resistors, capacitors, composed of non-steady-state composition Multivibrator; cycle counter / divider using CD4017, the CP pulse provided by the clock pulse occurs; photosensitive optoelectronic route to open its matching light-emitting diodes and optical transistor electrical component; control circuit using CD4066, it depends on the light switch turn-on circuit, that is, the bright light-emitting diodes, as well as matching with photoelectric triode received optical signal; voice circuit occurred KD9300 transistor and speakers, as well as the composition of the voice amplifier. Certification and testing experience, these components can be combined with tests.KEY WORDS: E-target，Non-steady-state multi-harmonic oscillation，Light-emitting diodes，Optical Transistor。第一章 引言1.1电子靶的历史发展回顾第一部用电子计算成绩的机器是读靶机。把一张靶纸插入机器，电子眼根据距离靶心的不同的标记或“黑点”，对比估计出弹孔的位置。进行这样的成绩计算，必须要有实际的弹孔，结果是要么读出数字，要么印刷在靶纸上，或者两样都进行。紧接着就有了电子成绩统计靶系统这是由电子控制的依靠声波学定位原理计算弹着点环值的靶系统，它模拟可见的纸靶，确定用不同记号或“黑点”表示的这些被子弹击打的部位到靶心的位置。着手这样的确定环值的计算，只需要有子弹发射。用这种设备进行优良可靠的运转已经有很多年了，并且不断在被改进得更可靠更精确。SIUS公司开始电子靶探测系统的发展是在1974年。在1977年，第一次有两个S150型（300米用）的靶在瑞士的Wangen-Nuolen试验。对SIUS来说开始时在国内市场销售300米靶是合乎逻辑的。那时还没有认识到,快速的发展使SIUS公司的产品进入国际射击运动仅仅是在四年后,当时在泛美洲射击比赛的300米项目中使用了S150型电子靶。1977年后，SIUS开发了一系列开放式的探测系统给军用市场，这使得公司在用声波学探测弹丸的技术获得了宝贵的经验，也带来了财富。受到在1982年和1986年世界锦标赛使用成功的鼓舞，这种方式也被带到小口径枪项目中。但亚音速的小口径弹出了问题。因为小口径弹所产生的音量远远小于军用枪弹，同时要求的精度也更高。一长串令人失望的实验结果接踵而来。到1988年底，一种新型的麦克风用深奥的计算方法（一种预先设定好的连续级数的步骤），带来了戏剧性的效果。S50型靶在1989年出现了，同时使用在1989年慕尼黑世界杯决赛中。1990年，50个300米靶和90个50米靶在莫斯科世界锦标赛中使用。1990年S20型靶（10米用）出现了，它解决了UIT其他项目的问题。S20型从S50型吸取了很多有益的经验。主要的难点是发射气枪弹的能量很小。在1991年的四次世界杯和世界杯总决赛中，10米靶和50米靶都被使用了。在1992年，60个50米靶和60个10米靶被成功使用在巴塞罗那奥运会中。接下来，SIUS开始试验25米项目靶，正如预期的一样，25米边缘发火手枪弹能够被S50型靶探测到而不存在问题，但在25米手枪速射时出现了两个问题：从25米速射弹只接受到微弱的信号；同时也遇到从5个不同靶的接收器汇集到一个总接收器去识别处理的困难。但所有这些问题很快就公平地解决了。从1993年以后，25米项目都能使用这种靶了。1994年在意大利米兰的世界锦标赛中，40个25米靶被首次成功使用。遇到的主要是一些表面上的问题。在锦标赛期间，ISSF从规则上详细地为电子靶的使用制定了规定。1995年在巴塞罗那举行的现代五项世界锦标赛中使用了电子靶。1995年在10米移动靶项目中使用了标准的S20型靶。1996年亚特兰大奥运会中所有步枪、手枪和移动靶项目中都使用了电子靶。从那以后，所有ISSF的步枪、手枪、移动靶项目至少在决赛中都使用了电子靶。还在（1987年开始用了300米靶，同时从那时起使用多起来）各大洲锦标赛以及英联邦运动会中使用。（从1998年起）2000年底，一个新的以Windows为基础的探测控制系统被发展，同时在2001年被成功引进，并在2002年英联邦运动会中成功使用。2003年新一代的电子靶推荐出现，（SA931型早期是SA921型）对其软件系统提供了多种改进，可以更轻松放心地使用了。同时改装了25米靶的硬件，允许在系统发生手枪故障后自动校准记分。2004年雅典奥运会中电子靶更是被成功使用且没有出现任何问题。随机抽签系统也被发展，超过了前两年并成功使用，产生的所有步枪、手枪项目的竞赛通知单从2005年起在世界杯中有效使用1.2电子靶的优势使用电子靶在成绩统计过程中减少了成统裁判员数量：逐个判定弹孔，把每个运动员所有环数相加到总环中，根据规则排列名次，但仍然可能出现个人前十名和团体前三名的成绩因扣环处罚，故障或犯规出现等造成不准确。而电子靶允许不再使用检查员。总之可以减少裁判员数量。尽管如此，或许主要优势是电子靶具有成绩被确定得越快它传播得越快。预赛成绩的有效确认将面对更多的公众，不仅是射击场内的，它面对的是世界。（甚至可以通过因特网即时传播）对运动项目从更广泛情况将，这些优势还非常重要，尤其对步枪和手枪项目，电子靶用组合方式把射击比赛的各种形式变成了“现场直播”，与飞碟射击类似了。伴着不断改进的解说，普通观众都能随着比赛进程远距离观看获金牌的胜利者，从而使大众也能参与进来，抱着对成功的希望更大程度地感受愉快。而用纸靶必须花很长时间才能出来结果。1.3 国内电子靶发展状况目前，我军的射击训练器材整体情况大多数是靶壕加机械升落靶，由示靶员人工报靶，由人工统计、考核、评定成绩。少数是自动报靶系统，主要运用于室内或单一课目的训练，可以报靶，但不能自动考核评定，且难以普及推广。其原因有三：一是自动报靶系统科技含量高，成本相对较高；二是目前国内的自动报靶系统技术不够成熟，系统环境适应性差、性能单一，不能满足部队训练需求；三是少数模拟训练系统，只能进行模拟训练，不能实行实弹射击，训练质量难以保证。针对以上情况，为省时、省力、安全、避免成绩作弊，射击训练器材应重点放在真正实用的带有考核评定功能的自动报靶系统的研发上。国内的产品主要分为三类。电子类主要是以电子靶为特征的电子报靶系统。模拟类主要是以激光发射来替代实弹射击为手段的射击训练系统。视频类主要是以摄像头和图像处理算法为特征的视频报靶系统，包括：普通视频显示系统；视频自动报靶系统；视频智能自动报靶系统。上述三类产品，发展前景不一。电子类产品虽然精度高，但由于使用电子靶耗材高，现在正逐步被淘汰；模拟类产品使用方便、精度高，但由于激光只能进行模拟训练，不能实施实弹射击，而且某些产品需对训练场地进行大量改造，投入费用高，产品局限性较大，难以推广普及；视频类产品耗材低、一般不须改造场地、能够进行实弹射击训练，能够大范围使用，但一般产品精度低、对环境的适应性较差。第二章 电路设计2.1设计要求与方案在设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择,然后对方案中的各部分进行单元电路的设计,参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。一明确系统的设计任务要求：这个设计要求利用十进制计数器/分配器CD4017、双向模拟电子开关CD4066及KD9300等元器件设计一个活动光电电子靶电路。二方案选择：首先了解在任务要求中提到的芯片的功能：CD4017在CP脉冲触发下，其十个输出端可以以脉冲周期为间隔一次输出高电平；CD4066内部有4个开关，分别由4个引脚控制，在高电平触发下开关就导通；KD9300是音乐芯片，可以存储一首音乐。CP脉冲可以由NE555构成的无稳态多谐振荡器来提供，CD4066所需的控制信号可以由CD4017提供，音乐芯片可外接一扬声器，如果声音小，可以在其中间加三极管，起到放大作用。“靶”采用二极管和三极管组成的电路接受光信号，同时控制CD4017的输出信号能输入CD4066。三单元电路的设计：首先解决CP脉冲的产生问题，采用NE555以及R、C构成的无稳态多谐振荡器。4引脚为强制复位端，3引脚为输出端。CD4017以及CD4066的引脚图在下面会着重介绍，所以在此便不画出其具体的引脚接线。其次解决在CD4017与CD4066之间接入三极管以及二极管。二极管用来显示CD4017哪个引脚输出高电平即与之相连的CD4066的控制引脚有高电平输入，三极管的一端接CD4066的输入端，做到“哪块靶闪就射击哪块靶，否则射击无效”。最后是语音芯片与放大电路相连。 图2.1.1 NE555构成的无稳态多谐振荡器图2.1.2图2.1.3语音放大电路2.2 电路工作原理该电路的工作原理图如图2.2.1所示，它是由时钟脉冲发生器、循环计数器/分配器、光敏开关电路、控制电路、语音发生电路等组成。555与R1、R2、C1组成无稳态多谐振荡器，为计数器CD4017提供时基准脉冲。无稳态多谐振荡器的震荡频率为f=1.44/(R1+2R2)C1，约为0.5Hz，即周期为2秒。555的4脚是强制复位端，当该端为高电平时，震荡电路振荡，当该端为低点电平时，其振荡停止。该引脚与BG6的C极相连，即555的起振与终止震荡受控于BG6的截止与否。接通电源时BG6处于截止状态，其集电极为高电平，即4脚呈高电平，555自激振荡，并输出周期为2秒的计时脉冲，为高电平，当BG6饱和导通时，其集电极变成低电平，555的4引脚变为低电平，无脉冲输出。十进制计数器/分配器CD4017在接通电源时，由于C2、R3产生的微分脉冲作用在计数器的R端，使得计数器在刚接通电源时清零。此时输出端Q1、Q4、Q6、Q9均为低电平，发光二极管LED1LED4均熄灭，同时模拟开关S1-S4均处于关断状态，故三极管BG5，BG6均截止，继电器J1无电流通过而处于释放状态，后级的电路均不工作。当振荡器开始工作输出脉冲时，计数器的输出端Q1、Q4、Q6、Q9一次输出间隔为6、4、6秒的高电平脉冲，加至四双向模拟电子开关CD4066的相应控制端，与之相接的发光二极管LED1LED4也一次点亮。但各电子开关导通与否，取决于靶是否击中。此时可用光电枪瞄准目标射击，如果射中，也就是光束落在相应光电三极管的聚光镜上，导致其导通，在射极电阻上所产生的压降，经过模拟电子开关使稳压二极管DW2击穿，此时BG5，BG6均导通，继电器J1有电流通过而吸合，J1-1闭合，音乐芯片KD9300获电触发而发出声音，从扬声器Y中放出。用时BG6的C极的低电平加至555的4脚，555被强制复位，振荡终止。从原理图中不难看出，要射中目标必须在发光二极管闪亮的一瞬间，闪亮的频率越高，射中的难度越大。调整R1或R2，C1可设定其闪亮频率，从而设定射击的难易程度。图2.2.2是其原理框图。时钟脉冲发生器循环计数器/分配器控制电路光敏开光电路 无光照 光照语音发生电路图2.2.2图2.2.12.3各主要元器件的功能及应用正如图2.2.2所示，该电路是由时钟脉冲发生器、循环计数器/分配器、光敏开关电路、控制电路、语音发生电路等组成。时钟脉冲发生器是有NE555和R、C组成的，循环计数器/分配器采用CD4017，光敏开关电路由发光二极管以及配对的光电三极管组成，控制电路采用四双向模拟电子开关CD4066，语音发生器由CD9300和扬声器组成。2.3.1 时钟脉冲发生器时钟脉冲发生器的核心是由NE555和R，C组成的无稳态多谐振荡器。NE555 (Timer IC)大约在1971由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电，尽管近CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA 的 MC1455已被大的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前可直接的代用。 NE555是属于 555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。NE555的特点有： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。5.静态电流最大值VCC= 5 V, RL = =6mA ，VCC =15 V，RL = =15mA。NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器(Astable Multivibrator)。 如图2.1.1所示，将555与三个阻、容元件如图连接，便构成无稳态多谐振荡模式。与单稳态模式不同之处仅在于触发端（2脚）接在充、放电回路的C上，而不是受外部触发控制。当加上VDD电压后，由于C上端电压不能突变，故555处于置位状态，输出端（3脚）呈高电平“1”，而内部的放电管VT1截止，C通过RA、RB对其充电，2脚电位随C上端电压的升高呈指数上升，如波形图所示。当C上的电压随时间增加，达到2/3VDD阀值电平（6脚）时，上比较器A翻转，使得RS触发器置位，经缓冲级倒相，输出V0呈低电平“0”。此时，放电管VT1饱和导通，C 图23上的电荷经RB至VT1管放电。当C放电使其电压降至1/3VDD触发电平（2脚）时，比较器B翻转，RS触发器复位，经倒相后，使输出端（3脚）呈高电平“1”。以上过程重复出现，形成无稳态多谐振荡。由上面对多谐振荡过程的分析不难看出，输出脉冲的持续时间t1就是C上的电压1/3VDD充电到2/3VDD所需要的时间，故C两端电压的变化规律为设=，则上式可简化为从上式求的一般简写为电路的间歇期就是C两端的电压从2/3VDD放电到1/3VDD所需要的时间，即从上式中求得，并设，责一般简写为电路的振荡周期T为 振荡频率f=1/T，即 输出振荡波形的占空比D为当时，责D50%, 即输出波形为方波。由上面所有公式的推导，不难得出以下结论：（1）振荡周期与电源电压RA无关，而取决于充电和放电的总时间常数，即仅与RA、RB、C的值有关。（2）振荡波的占空比与C的大小无关，而仅与RA、RB的大小比值有关。2.3.2循环计数器/分配器循环计数器/分配器采用CD4017，数字电路CD4017是十进制计数分频器，图24是其引脚排布图，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有10个输出端（Q0Q9）和1个进位输出端Q5-9。每输入10个计数脉冲，Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输入端（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1Q9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。CD4017有两个时钟端 CP 和 EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从 CP 端输入；若用下降沿计数，则信号从 EN 端输入。设置两个时钟端是为了级联方便。图24是其引脚排布图。图2-4下面是其引脚功能： 脚(Y5)，第5输出端； 脚(Y1)，第1输出端； 脚(Y0)，第0输出端，电路清零时，该端为高电平； 脚(Y2)，第2输出端； 脚(Y6)第6输出端； 脚(y7)，第7输出端； 脚(Y3)，第3输出端； 脚(Vss)电源负端； 脚(Y8)，第8输出端； 脚(Y4)第4输出端； (11)脚(Y9)第9输出端； (12)脚(CO)，级联进位输出端，每输入 10 个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。 (13) 脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效； (14)脚(CP)，时钟输入端脉冲上升沿有效；(15)脚(CR)，清零输入端，在“CR”端加高电平或正脉冲时，CD40171C 计数器中各计数单元输出低电平“0”，在译码器中只有对应“0”状态的输出端 Y0 为高电平； (16)脚(Vdd)，电源正端318V 直流电压。图25是其波形图。图25 2.3.3光敏开关电路光敏开关电路主要由发光二极管和配对的光电三极管组成。光是一种能量形式，可由原子释出。光由一些具有能量和动量但无质量的类粒子束组成。这些粒子称为光子，是光的最基本单位。电子的跃迁会释放出光子。在原子结构中，电子在原子核周围的轨道中运动。电子在不同的轨道中具有不同的能量值。通常，能量更高的电子在离原子核更远的轨道中运动。为了让电子能够从低能轨道跃迁至高能轨道，就必须提高它的能级。反过来，电子从高能轨道跌落至低能轨道时则会释出能量。这种能量就以光子的形式得到释放。能量差约大，释出的光子能量就越大，继而表现为更高的频率。自由电子通过二极管时会陷入P型层中的空穴。这一过程涉及电子从传导带到低轨道的跌落，因而电子会以光子的形式释放出能量。这种情况在所有的二极管中都会发生，但只有当二极管由某些特定材料制成时，您才能看到光子。发光二极管简称为LED。如图26所示。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 与传统白炽灯相比，LED有几点优势。首先，它们不含可烧尽的灯丝，因而寿命更长；另外，小型塑料灯泡使得它们更加耐用。还有，它们也易于装配到现代电路中去。而LED最主要的优势在于其高效性。传统的白炽灯泡在发光过程中会散发出大量热量（因为灯丝需要加热）。这些热能将是彻头彻尾的浪费，除非您把灯当作加热器使用，因为绝大部分的电能都没有产生可见光。相对来说，LED产生的热量甚微，电能中直接用来发光的百分比要高很多，这样可以大大降低用电需求。LED由先进的半导体材料制成，因而相对昂贵，时至今日仍不能应用于大多数照明设备中。然而过去十年间，半导体设备的价格已经大幅下降，这使得LED照明在各种应用场合都成为一种性价比更高的选择。 尽管它们起初也许会比白炽灯更贵些，但更加低廉的长期成本还是会让它们成为一笔划算的买卖。并且，它们还会在未来的科技世界中扮演更加重要的角色。 电路中使用到稳压二极管，所以稍作介绍。如图27所示，稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡稳压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管访问就在电路到起到稳压的作用了。而且，稳压管与其它普能二极管不同之反向击穿是可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。光电三极管的外形图、图形符号和等效电路（1）光电三极管的外形、图形符号和等效电路如图28所示。（2）光电三极管的灵敏度远比光电二极管高，为了进一步提高灵敏度人们制出了达林顿光电三极管。图28光电三极管的外形图、图形符号和等效电路（a）外形图 （b）图形符号 （c）等效电路在使用时，光电三极管必须外加偏置电路，以保证集电结反偏、发射结正偏。工作时电压、电流、功耗等不允许超过其最大值。为提高响应速度，可使用基极带引线的光电三极管，并加上适当偏流。其它注意事项与光电二极管相同。在图29中，图a使用了高灵敏硅光敏三极管3DU80B，该管在钨灯（2856K）照度为1000Lx时能提供2mA的光电流，以直接带动灵敏继电器。二极管在光敏管关断瞬间对它进行保护。图b为简单的达林顿放大电路，3DU32受光照产生的光电流经过一级晶体管放大后便可驱动继电器。图b中的光敏三极管与放大管可用一只达林顿结构的光敏管来代替，如3DU912系列。图29光电三极管组成的光敏继电器电路2.3.4控制电路控制电路采用四双向模拟电子开关CD4066。模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。如图210所示，是CD4066引脚排布图。图211是其功能表。输入开关状态CHL导通 Z图211 Z=高阻态每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。图212是其内部情况，它们的控制引脚为13脚(控制与间开关)、脚(控制与间开关)、脚(控制与间开关)、12脚(控制与11间开关)。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为50dB。图212为模拟电子开关的电路组成及工作原理。当选通端和输人端A同为1时，则S2端为0，S1端为1，这时VT1导通，VT2截止，输出端B输出为1，A=B，相当于输入端和输出端接通。当选通E为0时，而输人端A为0时，则S2端为1，S1端为0，这时VT1截止，VT2导通，输出端B为，AB，也相当于输人端和输出端接通。当选通端E为0时，这时VT1和VT2均为截止状态，电路输出呈高阻状态。从上面的分析可以看出，只有当选通端为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从向传送信息；当输人端为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。 图212图2132.3.5语音发生电路电子制作中经常用到音乐集成电路和语言集成电路，一般称为语言片和音乐片。它们一般都是软包封，即芯片直接用黑胶封装在一小块电路板上。语音IC一般还需要少量外围元件才能工作，它们可直接焊到这块电路板上。 别看语音IC应用电路很简单，但是它确确实实是一片含有成千上万个晶体管芯的集成电路。其内部含有振荡器、节拍器、音色发生器、ROM、地址计算器和控制输出电路等。音乐片内可存储一首或多首世界名曲，价格很便宜，几角钱一片。音乐门铃都是用这种音乐片装的，其实成本很低。 不同的语言片内存储了各种动物的叫声，简短语言等，价格要比音乐片贵些。但因为有趣，其应用越来越多。会说话的计算器、倒车告警器、报时钟表等。语音电路尽管品种不少，但不能根据用户随时的要求发出声音， 因为商品化的语音产品采用掩膜工艺，发声的语音是做死的，使成本得到了控制。语音发生电路采用音乐晶片KD9300，音乐晶片（音乐卡）系指那些能存储一首或数首歌曲的集成电路。图213是KD9300的接线图和驱动电路。模拟音响集成电路虽给电子玩具推上一个台阶，但是它内储的歌曲模拟声响语言等内容是生产厂家事先存入的，用户不能按自己的意愿存储内容，限制了它的进一步应用。随着数字化语言处理与合成技术的法发展，出现了能对语言信号进行记录和再生的新语言处理集成电路。它可以按着用户的意图存入和放出语音信号，这无疑大大增加了电子玩具的趣味性。图214（a）KD9300接线图图214（b）磁控开关转换电路2.4电路板制作经过理论分析，通过设计要求得出的设计方案，上面给出的电路原理图符合设计的要求，能初步达到设计要求的效果。理论部分结束后，接下来的工作是利用手头的元器件按照电路原理图进行合理布局并焊接在面包板上。组装焊接电路所需要注意的方面很多：1. 电子电路组装的一般原则电子电路的组装关系到电路的调试、维修及外观，也会对电路的性能和稳定工作产生一定的影响，因此是一个需要重视的环节。电子电路一般会用到两种装接方式，其一是在通用面包板上进行插接，其二是在印制电路板上进行焊接。然而，不论是哪种方式都应遵循布局合理、连线正确、平整美观、接触可靠这些基本要求。其目的是使电子电路既有较强的抗干扰能力，又便于调试及维修。此设计选择第一种方式。电路装接时应注意的几个要点：（1）各级电路（各级集成芯片或晶体管）可按电路原理图的顺序，即电路信号流向的顺序排列布置，尽量避免相互交叉。（2）各级电路元件（电阻、电容等）应布设得靠近该级的集成芯片或晶体管等，不应拉得太远。（3）各级电路的连接导线应尽可能短些，以尽量减少寄生耦合，高频电路尤应注意。（4）一般情况下第一级输入线与末及输出线，强电流线与弱电流线 高频线与低频线应尽量避免相距过近和平行排列。（5）为防止电源（纹波电压 内阻）影响电路工作的稳定，一般可加接电源及放大器的去耦电路。在电源进线端加接一个去耦电容器C（称供电去耦），当然该电容C在放大器的工作频率范围内提供短路电压。有时为了使低频和高频时都有良好的去耦效果，可在此大电容（20uF旁并接一个小电容（0.1uF）。当放大器工作于高频情况下，可在放大器的输入级供电端加接级间去耦电容，以抑制公共阻抗干扰信号。（6）合理设置接地点（指电路的公共参考点）是抑制噪音和防止的最重要措施之一。在电子电路中，一般直流电源的一个电极往往作为电路测量各点电位的参考点-零点电位，即电路的接地点。与该点相连的线即为地线。各级电路的电流都需经地线形成回路。理想的接地，应使流经地线的各级电路互不影响。以下提供几种信号地线的接地方式。共用地线串联一点接地：适用于低频时（1MHz以下）且各电路的电平相差不大的场合。独立地线并联一点接地：仅适用于低频。多点接地式：适用于高频电路（10MHz以上）。同时，为了尽量抑制干扰，地线一般可加粗和缩短。数字逻辑电路一般应按高频电路处理。在每个数字逻辑集成芯片的电源引入端都应加装高频去耦电容器，并采用多点接地方式。 2. 插接方式基本操作要点在通过面包板上进行元器件插接时，其基本操作要点有以下几点应加以注意，以确保电路装接与调试的成功。（1）熟悉通用面包板（即实验板）的使用面包板是一种多孔的塑料板，板中间的一条无孔槽其宽度与常用双列直插式集成芯片上下二排引脚的间距一致，槽二侧各有65×5个插孔。一列5个插孔内有金属簧片相通，而相邻二列之间则完全绝缘，且二列插孔间的中心间距与芯片引脚的中心距离相等。集成芯片插接于槽上，其引脚正好插入孔中，余下的孔即为该引脚的扩展孔，用来连接其他元器件。在上下65列插孔的两侧还各有一条或两条11×5的插孔，有全部相通的，也有分段相通的，可用万用表检测。这些插孔可作为电源线和地线等。（2）插接时所有集成芯片应布局合理，方向要保持一致，即其引脚标记向左，不要把集成芯片倒插。且应将芯片按实，使各引脚切实插入孔内，以保证其接触可靠。（3）分立元件插接时，为了能重复使用，不要剪断引脚。若引脚直径超过0.8mm，一般不要插接，以免损坏簧片。（4）面包板通常采用0.6mm的单股导线进行连接。根据所需长度（包括插入插孔的长度）剪断导线，且将线头剪成45o斜口，剥去导线两头的绝缘皮约6mm左右，再弯成90度，部插入插孔内，以保证其接触可靠。（5）导线在连接过程中要求接线简便，连线最短，走线横平竖直，贴近面包板，且尽量不要重叠，更不允许跨越集成芯片。同时可用不同颜色的导线分别表示电源线、地线、数据线、控制信号线等。总之，连线既要美观，更要有利于调试时的查线和插拔元器件。用面包板装接的最大好处是方便，即器件的更换、连线的变动毫无障碍。电路的扩展也极容易实现，只需多加几块面包板即可。同时所有的器件与面包板还可重复使用，因此相对造价比较低廉。但其缺点也正是由于重复使用，往往使簧片弹性变差而造成接触不良，从而使电路的调试增加难度，这是需要注意的问题。在电路的组装中需要用到电烙铁进行局部的焊接。电烙铁是焊接工艺中必不可少的工具，在电子电路焊接时所采用的一般是内热式电烙铁，其功率可选2045W之间。烙铁头的形状可根据需要加工成弯头、斧形或锥形等，以方便各种元器件及连接线的焊接。电烙铁在使用前的注意点：检查电烙铁的电源线是否良好，其手炳与烙铁头间是否有松动。检查电烙铁的内阻，可用万用表的电阻挡，量其电源插头两端间的电阻应为0.52k左右，而插头与手柄间的绝缘电阻应达23M,确保使用时的安全可靠。通电使用时，电烙铁要避免振动，烙铁头上多余的焊锡不可乱甩，且烙铁头应经常保持清洁。焊接时，元器件焊脚及连接导线的剥头处预先搪锡可避免虚焊。焊接时，焊点要牢固，接触电阻要小，无虚焊及漏焊。且大小要尽可能均匀、圆滑。焊点表面要清洁，无残留杂物。焊点之间不能有搭焊，以免短路。第三章 电路调试3.1电路调试及参数测定电子电路在装接好后随之要进行调试。经调试发现电路存在的问题并予以解决，使电路正常工作，进而才能对电路的各项性能指标及技术参数进行测试。1电子电路的调试方法调试方法一般可分为分级调试方法、分块调试方法和整机调试方法等，这可视具体电路而定。（1）分级调试方法对于较简单的、控制信号也较单一的电路，宜采用分级调试方法。此时可根据电路的信号流向，一个单元一个单元的进行调试，在保证前级单元电路工作正常的前提下，再对下一级电路进行调试。在