【正文】 的 EPROM 來存儲錄音信號 ,使得此芯片具有抗斷電 , 可反復(fù)改寫內(nèi)容 , 耗電小等特 ISD4003 系列語音芯片采用了 3V 單電源供電 ,其工作電流的典型值為 :錄音時 , ICC = 25mA 。這個基于 CMOS 的芯片由片內(nèi)晶振、抗混疊濾波器、自動靜音功能、音頻放大器和高密度的多層閃爍存儲陣列等部分組成。根據(jù)本設(shè)計的要求，采用的語音芯片為 美國 ISD 公司生產(chǎn)的語音錄放芯片 ISD4003。 語音芯片的選擇 目前在市場上， 存在著多種語音芯片。由于本設(shè)計所面向研究對象為電力機車，所以這里的警告提示音為，“車頂有高壓，請不要攀登”，給使用者以語音警告，避免高壓設(shè)備對操作人員造成威脅。 語音提示電路 為了使電路能夠進行語音報警，設(shè)計必須含有一個語音提示電路，該電 路，由一個語音芯片 ISD4003，一個運放 LM308 和一個喇叭 LS1 及其外圍電路構(gòu)成，其電路圖如下圖 所示： 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 語音提示電路電路圖 在上述的報警控制電路中，繼電器 K1 的常開觸電通過一個電阻 R5 與所述語音芯片 ISD4003 的輸出端 4 端依次經(jīng)過一個電阻 R可變電阻 R24 的滑動端以及一個電解電容 C21 后與所述運放 LM308 的同相輸入端相連，其中電解電容 C21 的正極端與所述可變電阻 R24 的滑動端相連，還有一個電解電容 C21 的正極也連接到運放 U3 的同相輸入端，負(fù)極接地，所述揚聲 器 LS1 的兩端一端接地，另一端經(jīng)過電解電容 C10后與所述運放 U3 的輸出端相連，其中電解電容 C10 的負(fù)極連接到揚聲器的輸入端。 語音提示和發(fā)光電路的組成 如果電路檢測出來的設(shè)備的確帶有高壓，設(shè)計的電路中必須發(fā)出警報的裝置，往往生活中，進行警報的方法有聲光兩種。在上述的比較電路的輸出端依次經(jīng)過一個正相連接的二極管 D湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 電阻 R16 后與所述場效應(yīng)管 Q1 的柵極，一個電阻 R22和電解電容 C12 并聯(lián)后一端與所述場效應(yīng)管 Q1的柵極連接，另一端接地，其中電解電容 C12 的負(fù)極端接地，所述場效應(yīng)管 Q1 的源極也接地，漏極經(jīng)過所述繼電器 K1的線圈后與工作電源端 VCC 相連，所述續(xù)流二極管并聯(lián)在繼電器 K1 的線圈兩端，所述繼電器 K1的常開觸點與所述語音提示電路相連，公共端與所述電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連。因此在比較電路后必須接有一個報警控制電路，對比較結(jié)果進行反應(yīng)。 報警控制電路 經(jīng)過上述比較電路，對采集信號與設(shè) 定值進行比較，從而判斷出所測的高壓是否高于基準(zhǔn)電壓，檢測出設(shè)備是否帶有高壓，是否會產(chǎn)生危險。 經(jīng)過上述比較電路比較的信號，就可以判斷出所采集信號處的設(shè)備電壓是否過高，從而部分實現(xiàn)非接觸高電壓的檢測。 故本設(shè)計的比較電路部分的電路圖如下圖 所示： 圖 比較電路電路圖 本設(shè)計的比較電路由一個運放 LM379 及其外圍電路構(gòu)成，所述運放的反相輸入端經(jīng)過一個電阻 R14 與所述放大電路的輸出端相連，電阻 R15 和電解電容 C11 并聯(lián)后一端接地，另一端也連接到運放 LM379 的反相輸入端，所述運放 U4B 的同相輸入端經(jīng)過電阻 R20 與工作電源 VCC 相連，還 同時依次經(jīng)過電阻 R2可變電阻 R26 接地，湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 所述可變電阻 R26 的滑動端也接地，通過調(diào)節(jié)所述可變電阻 R26 的阻值大小，能夠?qū)崿F(xiàn)對比較電路中基準(zhǔn)電壓的調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)設(shè)定的檢測距離和檢測電壓。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關(guān)（高低電平）量。運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定 “ 運算參數(shù) ” ，比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。簡單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此人們就要對它進行改進。 電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和 數(shù)字電路 的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。所謂的電壓比較電路： 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近 “ 無窮大 ” 的運算放大器。如有，則產(chǎn)生信號到報警控制電路進行預(yù)警，從而達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。 比較電路 通過上述放大電路對信號的放大 處理，為了檢測設(shè)備是否含有高壓，就必須對采集的信號進行比較了。 在本設(shè)計中，濾波電路的電路部分結(jié)構(gòu)圖如下圖 所示： 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 放大電路部分的電路圖 此放大電路中，由一個運算放大器 LM379 及其外圍電路構(gòu)成，用于將濾波后的信號進行放大，所示運放 LM379 的同相輸入端與所述濾波電路的輸出端直接相連，反相輸入端經(jīng)過電阻 R13后 接地，同時依次 經(jīng)過電阻 R1可變電阻 R25 連接到二極管 D6一端 ，所述可變電阻 R25 的滑動端也接地，通過調(diào)節(jié)所述可變電阻的大小，實現(xiàn)放大電路放大倍數(shù)的 調(diào)節(jié)，所述運放 LM379 的輸出端分為兩路，一路經(jīng)過一個反向連接的二極管 D6形成反饋與反相輸入端相連，另一路經(jīng)過一個正向連接的二極管 D7與下述比較電路相連，所述二極管 D6 的正極和 D7的負(fù)極直接還連接一個電阻 R29。所謂轉(zhuǎn)換速率是指在額定負(fù)載條件下，當(dāng)輸入邊沿陡峭為大信號時，運放輸出電壓的變化與所用時間比值，即輸出電壓變化率，用 SR 表示。考慮到集成運放的參數(shù)有下： 工作電壓、靜態(tài)工作電流，信噪比、電壓最大增益、功耗、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào) 電流 、輸入阻抗、輸出阻抗、增益帶寬積及轉(zhuǎn)換速率等 。 特點：反相端為虛地，所以共模輸入可視為 0，對運放共模抑制比要求低輸出電阻小，帶負(fù)載能力強。如下圖 所示。 特點：輸入電阻高，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強， V=V+=Vi，所以共模輸入等于輸入信號，對運放的共模抑制比要求高。如下圖 所示。兩個輸入端中，一個與輸出端為反相關(guān)系，另一個為同相關(guān)系，分別稱為反相輸入端和同相輸入端。如下圖 所示。 從原理上說，集成運算放大電路實質(zhì)是 — 個具有高放大倍數(shù)的多級直耦合放大電路。 放大電路 由上述濾波電路調(diào)理過的采集信號可以得到一個穩(wěn)定的信號，但是設(shè)計需求是此信號能與設(shè)定電壓相比，才能得出判斷是否為高壓信號。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 濾波電路部分的電路結(jié)構(gòu) 在整個濾波電路的設(shè)計中，根據(jù)總體設(shè)計圖可知，低通濾波電路結(jié)構(gòu)組成為，包括一個電容 C一個穩(wěn)壓管 D電阻 R R1 R1 R1 R18，所述高壓探頭E1 的信號輸出端一次經(jīng)過電阻 R R1 R12 后連接到所述放大電路中，電阻 R17一端連接到電阻 R1 R12 之間，另一端接地，電阻 R1電容 C8 與穩(wěn)壓管 D5 并聯(lián)后一端接 地另一端也與放大電路相連。 根據(jù)設(shè)計的要求，本文采用一階低通濾波電路，如截止頻 率為 50HZ，先選擇電容的容量為 ，根據(jù)參數(shù)計算，設(shè)計所選擇的電阻約為 。 截至頻率： 12Hf RC?? ； 截止頻率即 3db 頻率 。 一階低通濾波器的電路圖見圖 所示，其幅頻特性見下圖圖 所示，圖中虛線湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 為理想的情況，實線為實際的情況。為了達(dá)到這一目的，設(shè)計時必須對整個信號調(diào)理電路的組成進行選擇和判斷，從而使電路和元件能夠具有一定的 功能完成相應(yīng)的設(shè)計目標(biāo)。在本電路的設(shè)計過程中，考慮到檢測的高壓設(shè)備主要方向是電力機車等方面，其電壓比較高，本文選擇的高壓探頭為市場上常見的 TAG5000 型探頭 ，該探頭的使用范圍可達(dá)近 10M，其主要參數(shù)見附錄一。故只有采用高壓探頭，才能將高壓檢測到的信號傳入下一級進行調(diào)理變化。而為了使電路能夠?qū)Ω邏盒盘栠M行報警 ，電路中設(shè)計了一個報警電路對檢測結(jié)果進行反應(yīng)，當(dāng)采集電壓為高電壓時，報警電路能通過語音提示電路和發(fā)光電路進行報警。 信 號 調(diào) 理 電 路語 音 提 示 電 路電 源 轉(zhuǎn) 換 電 路發(fā) 光 電 路高壓探頭電源 圖 電路框圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 總設(shè)計電路圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 3 章 信號調(diào)理和聲光電路的組成 通過上章電路設(shè)計的總體設(shè)想，要完成上述設(shè)計的整個規(guī)劃，必須要選擇不同的電路，進行組合才能得到一個完整的非接觸式高壓檢測電路。其功能是檢查 整個電路的通電情況。 可以自檢。 可以對外界電源轉(zhuǎn)換。其中包括對信號的濾波、放大，然后將所得信號與所設(shè)定的安全值進行比較，判斷如果電壓過高，就進行報警。 可以對信號進行調(diào)理、判斷并進行報警。所謂的高壓探頭，其主要用途是， 高壓探頭主要采用衰減的方法，比如： 1： 10， 1： 100， 1： 1000 等等的衰減比例， 將 信號接入示波器，萬用表，電腦等等時，因為以上的設(shè)備不能夠承受 800V 甚至更高的電壓，所以要通過高壓探頭將電壓衰減（只是電壓縮小了其它參數(shù)不變）到設(shè)備可測的范圍內(nèi)才能準(zhǔn)確的測試出來。 電路功能 在本文所 設(shè)計的電路中，其電路功能主要歸納于以下幾個方面。 設(shè)計電路中的電源轉(zhuǎn)換電路包括一個全波整流橋、一個整流器及其外圍元件。 設(shè)計電路中的信號調(diào)理電路包括一個濾波電路、一個放大電路、一個比較電路和一個報警控制電路并依次連接。 設(shè)計電路中的報警電路能夠在得到信號后發(fā)出語音的語音提示電路。 本設(shè)計的目標(biāo)電路框圖如下圖 所示，本設(shè)計的目標(biāo)電路原理圖下圖 所示。這樣，就形成了一個完整的非接觸式高壓檢測電路的設(shè)計