16声音响发生器

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本电路设计的指导思想,是尽量开发音响集成电路的潜在功能,扩大其用途。电路以一块KD9561四声音响集成块为核心,用四位二进制数码对KD9561的工作状态进行编码控制,使其产生16种不同的模拟声响,比KD9561的典型工作状态(4种声响)增加了12种声响。本电路可用作报警器、电子玩具、电子门铃等,由于采用数字编码控制,给使用带来不少方便。比如:用作报警器时,多个(1~16个,下同)被保护目标可以共用一条报警线,各目标编码不同,报警声响也不同,一听便知。用作门铃时,多个家人和常来客人有不同的代码,听声响即可知道是谁来了。作为电子玩具,可使儿童了解和熟悉二进制数字电路,为将来学习计算机知识打下基础。

工作原理

本电路的控制原理如图1,分为基本控制和附加控制两部分。

图1
图1 🔍原图 (579×621)

(1)基本控制部分:

KD9561的典型工作状态如表1所列,基本控制部分就是用两位二进制数码来控制这四种工作状态,使产生四种基本声响。 图1左下部分为基本控制部分原理,两位二进制数码CD通过或非门HF1、与非门YFZ2、YF3、传输门TG1控制KD9561的两个选声端。当CD=00时(“0”为低电平,“1”为高电平,下同),或非门HF1输出为“1”,高电平加至“选声2”端,电路发机枪声(参看表1);当CD≠00时,或非门HF1输出为“0”,低电平加全“选声2”端,此时电路工作状态由“选声1”决定。

图2
图2 🔍原图 (889×481)

当CD=11时,与非门YF3输出为“0”,低电平加至传输门TG1控制端,TG1截止,“选声1”端处于高阻抗状态(相当于悬空),电路发警车声;当CD≠11时,与非门YF3输出为“1”,高电平加至传输门TG1控制端,TG1导通,“选声1”端状态取决于与非门YF2的输出。当C=0时,与非门YF2(作非门用)输出“1”,高电平加至“选声1”端,电路发消防车声;当C=1时,与非门YF2输出“0”,低电平加至“选声1”端,电路发救护车声。

(2)附加控制部分:

KD9561的振荡器有一个外接电阻,通过改变这个电阻,便可改变振荡参数,从而产生新的声响。为此,本电路设计了一个附加控制部分(图1上半部分),由三个传输门TG2、TG3、TG4、一个与非门YF4、以及电阻R\(_{6}\)、R7、R\(_{8}\)、R9组成,用两位二进制数码AB控制。当AB=00时,低电平加至传输门TG2、TG3的控制端。TG2、TG3截止,R\(_{6}\)、R7开路,与非门YF4输出为“1”,高电平加至传输门TG4控制端,TG4导通,R\(_{9}\)被短路,此时振荡器外接电阻总阻值R总=R\(_{8}\)=270k。当AB=01时,传输门TG2仍截止,R6开路;TG3因控制端变为高电平而导通,R\(_{7}\)并于R8上;TG4仍导通,R\(_{9}\)短路,R总=R\(_{7}\)∥R8=270k∥270k=135k。

当AB=10时,传输门TG2控制端变为高电平而导通,R\(_{6}\)并于R8上;TG3控制端变为低电平而截止,R\(_{7}\)开路;TG4仍导通,R9短路,此时,R\(_{总}\)=R6∥R\(_{8}\)=62k∥270k≈50k。当AB=1 1时,高电平加至传输门TG2、TG3控制端,TG2、TG3均导通,R6、R\(_{7}\)与R8并联;与非门YF4输出为“0”,低电平加至传输门TG4控制端,TG4截止,R\(_{9}\)串入R8回路,R\(_{总}\)=(R6∥R\(_{7}\)∥R8)+R\(_{9}\)=(62k∥270k∥270k)+620k≈662K。

通过附加控制部分,对应于AB两位二进制数码的四种状态,使R\(_{6}\)、R7、R\(_{8}\)、R9产生四种不同的组合,达到改变外接电阻R\(_{总}\),即改变振荡多数的目的。振荡参数的改变,不单单是改变了振荡频率(声调),而且派生出许多新的声响来。

把基本控制部分和附加控制部分结合起来,便是一个完整的控制电路,由ABCD四位二进制数码控制,使KD9561产生2\(^{4}\)=16种声响。16种声响及其所对应的代码见表2。

图3
图3 🔍原图 (389×1322)

本电路的实际电路见图2。控制和附加部分采用一块CMOS四-2输入与非门C006和一块CMOS四传输门C514构成。

图4
图4 🔍原图 (880×739)

开关K\(_{A}\)、KB、K\(_{C}\)、KD组成编码器,合上为“1”,断开为“0”,编出的ABCD四位二进制数码通过控制部分使KD9561发出相应的声响。当本电路与报警器、电子玩具、电子门铃等电路组合使用时,可免去K\(_{A}\)、KB、K\(_{C}\)、KD四个编码开关,而直接由其它电路发出的编码信号来控制不同声响的产生。

D\(_{3}\)是保护二极管,防止电源接反造成电路损坏。电源电压采用4.5V,减去D3压降0.7V,加在电路上的电源电压实际为3.8V,保证了CMOS电路即使在电池用旧的情况下也能可靠工作;另一方面,KD9561音响集成块也能在3.8V电源电压下正常工作。

AN是发声按钮,实际上是控制电源的总通断,按下AN,电路发声;松开AN,停止发声。

印刷电路板如图3所示(1:1),元件全部焊在铜箔面。开关、按钮及电池安装在印刷板背面,使整机成为一个整体。

图5
图5 🔍原图 (906×909)

本电路无需调试,只要元器件质量良好,安装无误,接通电源即可正常工作。(门宏)