Трёхтональный звуковой сигнализатор

Министерство  образования и науки Украины

Херсонский  Национальный Технический Университет

Кафедра метрологии и информационно-измерительных  технологий 
 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 

по дисциплине: «Электроника»

                    на тему: «Трёхтональный звуковой сигнализатор» 
 
 

Выполнил

студент группы 3МВТ_______________________________ Филиппов В.Н 
 
 
 

Проверил  __________________________________________ Голощапов С.С. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Херсон 2011

СОДЕРЖАНИЕ 
 

Список сокращений

Введение                                                                                                                 

1. Постановка задачи                                                                                         2. Анализ существующих решений                                                                                            3. Разработка электрической структурной схемы                                       

4.  Разработка электрической функциональной схемы                                       

5.  Разработка электрической принципиальной схемы                                       

6. Разработка печатной платы                                   

7. Описание сборочного чертежа

8. Расчёты генераторов                                                                                                       

9.  Заключение

10.     Список использованной  литературы

                                                              
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

    Рассматривая  популярную литературу по электронике, можно заметить, что в последние годы у радиолюбителей появился устойчивый интерес ко всякого рода музыкальным звуковым сигнализаторам. И не важно, будь то дверной звонок, звуковой брелок, телефонное вызывное устройство или, даже, охранное устройство, не говоря уж о сигнализаторе электронного будильника. Многим хотелось бы, чтобы все звуковые сигналы были мелодичными, а ещё лучше – музыкальными. Рассматриваемый звуковой сигнализатор выполняет эту задачу, так как позволяет получить звучание различного характера. Трехтональный звуковой сигнал более различим на фоне окружающего шума, чем двухтональный. Если соотношения тонов выбраны правильно, то такой сигнал будет приятным на слух.

    Чтобы избежать трудностей, связанных с музыкальной настройкой сигнализатора, а также нестабильностью тонов при изменении температуры и питающего напряжения, целесообразно строить его на основе единого задающего генератора и триггерного делителя частоты. Выбрав соответствующие коэффициенты деления частоты генератора, можно сформировать желаемые ноты. Коэффициенты деления при этом должны представлять собой, по меньшей мере, трехзначные числа. Такие делители сложны и дороги. Однако задача станет много проще, если ограничиться воспроизведением лишь мажорного, а тем более минорного трезвучий. Так, для, последовательного перебора звуков минорного аккорда нужно, чтобы значения их частоты были в отношении 6:5:4. Ясно, что реализовать на практике такие небольшие коэффициенты деления частоты значительно легче, чем трехзначные. Для музыкального сигнализатора представляют интерес два частных случая — восходящее и нисходящее арпеджио. В первом случае звуки перебирают в порядке возрастания их высоты, начиная с самого низкого, во втором — наоборот. 
 

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 

     Заданием  курсового проекта является рассмотрение электронного прибора (в данном курсовом проекте – трёхтонального звукового сигнализатора), а также, если возможно, улучшение его конструкции.

Необходимо  рассмотреть существующие решения  и обосновать выбор принятого принципа проектируемого устройства; проанализировать принцип действия устройства, способы достижения целей и дальнейшее его применение; рассмотреть возможные сферы применения данного устройства.  В ходе выполнения курсового проекта необходимо разработать схему электрическую структурную, электрическую функциональную и электрическую принципиальную схемы, начертить чертеж печатной платы, сборочный чертёж и составить его описание.

         Необходимо произвести расчеты  по выбранному элементу (элементам), (в данном проекте -  задающего генератора, собранного на трёх логических элементах микросхем DD1 К561ЛА7, генератора низкой частоты (2 Гц), собранного на трёх логических элементах микросхем DD5 К561ЛА7). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ  РЕШЕНИЙ 

     Исходя  из предназначения прибора и целей его использования, можно предложить следующий способ реализации данного электронного прибора.

      Прибор  должен формировать желаемые мажорные и минорные трезвучия и воспроизводить звуки с помощью динамической головки. Выполнить поставленную задачу можно следующим образом.

Задающий генератор  работает на частоте 14 Гц. Эту частоту  делит счётчик импульсов, выполненный на триггерах. Узел пуска сигнализатора содержит триггер. Задающий генератор и делитель частоты работают тогда, когда пусковой триггер находится в единичном состоянии,- на нижнем по схеме входе элемента DD1.1 будет высокий уровень, а на входе R триггеров делителя частоты — низкий.

    Если  на катоде диодов VD1 и VD2 низкий уровень, триггеры делителя частоты работают в обычном счетном режиме. Поэтому период повторения импульсов на выходе триггера DD4.1 равен 32Т, что соответствует частоте 438 Гц — примерно нота ля первой октавы (А). Если же на катоде диода VD1 действует низкий уровень, а на катоде VD2 — высокий, то цепь R4СЗ будет периодически устанавливать (по входу S) триггер DD3.1 в единичное состояние. При этом,  период повторения импульсов на выходе триггера DD4.1 уже будет равен 24Т), что дает частоту 583 Гц, или ре второй октавы (D2).

    Когда же оба диода VD1 и VD2 закрыты (на их катоде высокий уровень), оба триггера  DD2.2 и DD3.1   будут периодически устанавливаются в единичное состояние. Период повторения выходных импульсов триггера DD4.1 уменьшается до 20Т, а частота становится равной 700 Гц, или фа второй октавы (F2). Таким образом, коммутируя диоды VD1 и VD2, можно получить три значения частоты, которые находятся в отношении 8:6:5 (32:24:20), что соответствует обращению минорного трезвучия.

    Но  может возникнуть необходимость  получить ноты, образующие мажорное звучание. В этом случае коэффициент деления 20 нужно заменить на 19. Сделать это можно, введя в устройство дополнительную цепь С9R9, VD4, показанную ниже на рис. 2.1

      
 
 
 
 
 
 

    Рис. 2.1 

    Так как катоды диодов VD4 и VD1 оказываются соединенными, открываться и закрываться эти диоды будут одновременно. Это даст (при закрытых диодах VD1, VD2, VD4) вместо ноты фа второй октавы (20Т), ноту фа-диез той же октавы (19Т или 737 Гц). Иначе говоря, звучавшая ранее последовательность ре минор сменится на ре мажор.

    После короткого нажатия на кнопку SB1 сначала звучит нота А1, затем D2 и наконец F2. Время звучания каждой равно 0,5 с. Если кнопку SB1 удерживать нажатой более 1,5 с, то воспроизводимые ноты будут непрерывно повторяться в том же порядке. Это происходит потому, что при нажатой кнопке SB1 пусковой триггер DD4.2 не может переключиться в нулевое состояние. После отпускания кнопки SB1 сигнализатор доигрывает фрагмент A1,D2,F2 до  конца и только тогда выключается. Так же работает устройство и при воспроизведении минорного трезвучия. 
 
 
 
 

3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

     Электрическая структурная схема трёхтонального звукового сигнализатора представлена на чертеже, имеющем код №ХНТУ 6.091300.Э1.

    Задающий  генератор собран на трёх логических элементах К561ЛА7 и работает на частоте 14 кГц (на схеме – блок 1). Эта частота поступает на счетчик импульсов, выполненный на триггерах К561ЛТМ2 (блок2).

    Манипулятор составлен из двух триггеров К561ЛТМ2 и генератора низкой частоты (2Гц) на трёх логических элементах К561ЛА (блок 4). С манипулятора эта частота подаётся на счетчик частот,  реализованый на триггерах К561ЛТМ2 (блок 3). Диоды типа КД102А служат дешифратором в схеме (блок 5).

    Узел  пуска сигнализатора (блок 6) собран на резисторах

МЛТ- 0,125, конденсаторе К10-17 и выключателе П2К, в нем работают триггер К561ЛТМ2, а также интегрирующая  и дифференцирующая цепь.

    Динамическая  головка 4ГД-8Е — эмиттерная нагрузка двухтактного мостового усилителя , собранного на транзисторах КТ972А, КТ973А. Логический элемент К561ЛА7 играет роль управляемого фазоинвертора сигнала (блок 8), подаваемого на усилитель (блок 7). Сигнал с усилителя подаётся на динамик (блок 9). Смотри рис. 3.1. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                               Рис. 3.1

4. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

     Электрическая функциональная схема трёхтонального музыкального сигнализатора представлена на чертеже, имеющем код № ХНТУ 6.091300Э2.

    Задающий  генератор собран на элементах DD1.1 - DD1.3 и работает на частоте 14 кГц. Эта частота подаётся на счетчик импульсов, выполненный на триггерах DD2.1, DD2.2, DD3.1, DD3.2, DD4.1, который делит её.

    Манипулятор управляет сменой коэффициента деления  частоты. Он составлен из триггеров DD6.1, DD6.2 и генератора низкой частоты (2Гц) на элементах DD5.1 — DD5.3. Триггеры DD6.1, DD6.2 представляют собой счётчик частот. Частота с генератора подаётся на счётчик, который делит её на 3. Диоды VD1, VD2 осуществляют  дешифрование состояния этого счетчика.

    В узле пуска сигнализатора работает триггер DD4.2, а также интегрирующая цепь C5R5 и дифференцирующая R8C8. Триггер DD4.2 может устанавливаться в нулевое состояние (дежурный режим сигнализатора) и в единичное состояние (рабочий режим сигнализатора).

    Дифференцирующая  цепь R8C8 служит для установки в нулевое состояние триггера DD4.2 после включения питания. Низкий уровень с прямого выхода DD4.2 затормаживает задающий генератор и генератор манипулятора. Из-за высокого уровня на усилителе, тока через динамик нет.

    Интегрирующая цепь C5R5  препятствует переключению триггера  DD6.1 по входу С от фронта первого импульса с выхода элемента DD5.2. после переключения пускового триггера в единичное состояние. После короткого нажатия на кнопку SB2 сигнализатор работает в течении 1,5 с.

         Элемент DD1.4, выполняющий роль управляемого фазоинвертора сигнала, подаёт этот сигнал на усилитель. Динамическая головка ВА1 воспроизводит звуки, поступающие на неё с усилителя. 

5. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

     Принципиальная  схема трёхтонального музыкального сигнализатора, а так же перечень элементов, используемых в схеме, представлены на чертеже, имеющем код №ХНТУ 6.091300ЭП.

           Выбор элементной базы.

     В разрабатываемой плате прибора  применены конденсаторы К50 (С1-С3, С7), К10 (С4-С6, С8). Все постоянные резисторы, примененные в приборе – МЛТ-0,125. Тип выключателя SB2 -  П2К, тип динамика ВА – 4ГД-8Е. Транзисторы, используемые в приборе – КТ972А (VT1, VT3), КТ973А (VT2, VT4). Все диоды, примененные в приборе – КД102А, а так же использованы два типа микросхем – К561ЛА7 (DD1, DD5), К561ЛТМ2 (DD2-DD4, DD6).

Разработка  схемы.

      Задающий генератор реализован  на элементах DD1.1 – DD1.3. Генератор работает на частоте 14 кГц. Период повторения  Т импульсов задающего генератора равен примерно 70 мкс. Счётчик импульсов  реализован на триггерах DD2.1, DD2.2, DD3.1, DD3.2, DD4.1. Манипулятор, который выполняет смену коэффициента деления частоты, составлен из триггеров DD6.1, DD6.2 и генератора низкой частоты на элементах DD5.1 – DD5.3. Этот генератор работает на частоте 2 Гц. На триггерах DD6.1, DD6.2 реализован счётчик, который делит эту частоту на 3. Дешифратор на схеме представлен двумя диодами, которые дешифруют состояние этого счётчика. На схеме элементы R6, C6, R7, SB2, триггер DD4.2 представляют собой узел пуска сигнализатора, C5R5 и R8C8 – интегрирующая и дифференцирующая цепи соответственно. На транзисторах VT1-VT4 собран двутактный мостовой усилитель ЗЧ. Элемент DD1.4 играет роль управляемого фазоинвертора сигнала, ВА1 – динамическая головка для воспроизведения звука. Маломощная часть устройства разделена по питанию от усилителя ЗЧ цепью VD3C7.