拟声拟形电子玩具电路设计

第四章拟声拟形电子玩具电路设计第一节玩具安全标签知识为切实保证玩具产品的安全卫生，保障儿童生命健康安全，国家质检总局、国家认监委按照有关法律法规的规定，决定自2006年3月1日起，对童车、电玩具、塑胶玩具、金属玩具、弹射玩具、娃娃玩具实施强制性产品认证。玩具产品强制性认证标志强制性产品认证，又称CCC认证，是我国政府为保护广大消费者的人身健康和安全，保护环境、保护国家安全，依照法律法规实施的一种产品评价制度。它要求产品必须符合国家标准和相关技术规范，通过制定强制性产品认证的产品目录和强制性产品认证实施规则，对列入《目录》中的产品实施强制性的检测和工厂检查。凡列入强制性产品认证目录内的产品，没有获得指定认证机构颁发的认证证书，没有按规定加施认证标志，一律不得出厂、销售、进口或者在其他经营活动中使用。强制性认证标志的名称为“中国强制认证”，英文名称是“ChinaCompulsoryCertification”，英文缩写为“CCC”。CCC标志分为不同认证种类，在CCC标志基本图案的右部印制认证种类标注进行区分，它是由代表认证种类的英文单词的缩写字母组成。其中“S”代表“安全认证”、“EMC”代表“电磁兼容认证”、“S&E”代表“安全与电磁兼容认证”、“F”代表“消防产品认证”。如图所示：第二节电子拟声原理用电子方法模拟声音，可以用各种电路来实现。下面我们分别分析这些电路的工作原理。一、音频间歇振荡器当模拟断续的叫声，例如鸟叫、枪声时，通常采用音频间歇振荡器。最常用的两种电路如图4-1所示，（a)图所示的音频间歇振荡器的音频振荡部分（即去掉R2、L2、C3支路），是一电感三点式LG振荡器，其中L1、G1构成调谐回路，G2为耦合电容，R1为偏置电阻。支路R2、L3、C3的作用是使用音频振荡呈间歇状.图4—1音频间歇振荡器（a)三点式音频间歇振荡器（b）互补式音频间歇振荡器表4-1电容C1与模拟声的关系电容C1的数值（uF）0.0220.047550模拟的叫声小鸟蝈蝈母鸡青蛙二、采用单结管的音频间歇震荡器由图4-1看出，为了实现间歇的音频震荡，必须在基极回路连入电感线圈L3或L1，通常，它们由收音机输入变压器的初级线圈代用，显然，它增加了震荡器的体积，这在某些情况下是不允许的。这里介绍的电路是采用单结晶体积管实现音频间歇震荡的。图4-2为其电路原理图。BG1构成锯齿波发生器，BG2、BG3组成的音频震荡器。图4-2采用单结管的音频间歇震荡器表4-2模拟声与电路参数的关系R2（KΩ）C1(υF)C2(υF)C3(υF)C4(ρF)Ec(V)警笛鸟叫机枪6.914.79.15010105010.680.335.6×10-30.33300--664.5三、模拟音响集成电路随着微电子技术的发展，出现了所谓音乐晶片、语言电路、集成音响电路。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；语言电路系指那些存储诸如”欢迎光临”、”HappyBirthdag”等一句话的集成电路。集成音响电路系指能发出枪声、笛声、鸟叫、狗叫的集成电路。在这里，为了叙述方便，我们统称为模拟音响集成电路，这些电路均属于大规模集成电路，内部电路较复杂，包括震荡器、控制器、选择器、地址器、只读存储器与音阶发生器等。这些电路的型号与性能如表4-3所示。表4-3模拟音响集成电路型号性能简介KD-9300KD-150KD-151KD-152KD-152BKD-152GKD-152LKD-153KD-154KD-155KD-156KD-9561KD-9562KD-482KD-482BKD-482DKD-5603KD-5604KD-5605KD-5606KD-5607KD-5608KD-5609内存一首世界名曲、时间约24s内储”十五的月亮”曲一首\时间约24s内储黄梅戏”天仙配”中的”夫妻双双把家还”、约20s内储”军港之夜”曲一首、时间约20s内储台湾民歌”梅花”时间内储”济公”曲内储”兰花草”曲发”叮咚”声带光敏电阻的音乐片由口哨声控制的音乐片、连蜂鸣片有余音的叮咚声和鸟叫声模拟枪声、警报声、警车声、救护车声的四声电路模拟枪声、步枪、机枪、炮弹、警车、手榴弹八声电路内储12首曲.触发一次演奏一曲内储12首曲.并能打钟1~12下内储12首曲.并能打点1~12下,光控能讲”欢迎光临”能讲”谢谢光临”模拟猫叫能讲”ILoveYou”能讲”HappyBirthday”模拟狗叫模拟公鸡啼叫图4-3KD-9300的接线图与驱动电路(a)KD-9300接线图(b)磁控开关转换电路(c)定时触发发音电路(d)周期放音电路图4-3KD-9300的接线图与驱动电路(e)光、热控放音电路(f)触摸控制与声控放音电路图4-4为KD-9561的接线图(a)应用实例(b)印刷电路板接线图图4-5KD-9562模拟音响集成电路接线图。ECB可以外接NPN型硅三极管，如3DG6、9013等;电阻可在160~200kΩ之间选用；k为选声开关，共八档，分别发出手枪、步枪、机枪、炮弹、警车、救护车等八声模拟声。图4-5KD-9562接线图利用模拟音响集成电路，可以很方便地组装各种电子玩具，这仅减少了电路部分的体积，而且还大大地增加了玩具的功能，使电子玩具更具有魅力。第三节语言处理器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。本节介绍UM5101与t6668两种语言处理器。一、UM5101语言处理器图4-6（a）为UM5101的外形与引脚排列图，它采用标准的四十脚双列直插式塑料封装结构。图4-6（b）为UM5101的内部功能方框图。话筒方大部分是将话筒送来的微弱信号放大，并将信号控制在后级所需要的电平范围以内。A/D、D/A变换器分别负责模拟信号的分解与数字信号的合成。时钟电路、读/地址计数器、刷新地址计数器及存储器控制电路，为外接存储器提供地址和所需的各种控制信号。前置低放和功放动级负责再生语言信号的放大。控制逻辑部分协调其他功能块的工作并输出和接受各种控制信息。图4-6UM5101引脚排列与框图（a）外形与引脚排列图（b）内部功能方框图（a）（b）图4-7存储器4164引脚排列与框图（a）外形与引脚排列图（b）内部功能方框图图4-8UM5101的典型应用电路（a）UM5101与4164的连线（b）应用电路二、T6668语言处理器图4-9T6668引脚排列与内部功能框图a）外形与引脚排列图图4-9T6668引脚排列与内部功能框图（b）内部功能方框图图4-10T6668的典型录放电路第四节拟声电子玩具本节我们将结合实例分析拟声电子玩具的工作原理。一、对唱的电子鸟这里模拟的鸟叫犹如两只鸟对唱，显得更加活波欢快、优美动听，图3—11为对唱电子鸟的电路原理图。图4-11对唱电子鸟的电路原理图图4-12为其印刷版电路。BG1、BG2的β值一般选为20∽30，BG3的β值为40左右，电路的工作电流Imax150mA为宜，B为晶体管收音机的输出变压器。图4-12对唱的电子鸟印刷版电路二、金鸡报晓图4-13金鸡报晓电路图三、洒水车音响模拟器图4-14洒水车音响模拟器电路原理图图4-15各点的输出波形图4-16C033与C039的引线图(a)C033引线图(b)C039的引线图四、报晓声控狗这个玩具狗采用了模拟音响集成电路KD-9300与KD-5608。在光控情况下，能演奏一首“天仙配”主题曲；在声控情况下，能发出“汪汪”的狗叫声。图4-17为玩具的电路原理图。图4-17报晓声控狗的电路原理图图4-18为印刷板电路图与安装实体图。(a)印刷电路板(b)实体图图4-18报晓声控狗的印刷板电路图与安装实体图五、智能玩具狗图4-19为这种玩具的外形图。图4-20为这种玩具的电路原理图。图4-19智能玩具狗的外形图图4-20智能玩具狗的电路原理图六、声光枪与双心靶声光枪可以连续发出闪光及交替发出机枪点射声与步枪射击声.若枪的闪光对准双心靶的靶心“1”,双心靶立即发出闪光和消防车声,表示有了火情.如果在10S内,枪的闪光对准了靶心“2”,消防车声和亮光将全部小时,并演奏一首“军港的夜”歌曲,表示火情消灭,获得胜利.如果在0S内对不准靶心“2”,等到10S时,消防车和亮光在自动消灭;如果此时闪光对准靶心“2”,将不起任何反应.1、声光枪图4-21为声光枪的电路原理图.其中,BG1构成张弛振荡器,BG2、BG3构成直接耦合放大器,BG4、BG5构成自激多谐振荡器,KD-9562为八声模拟音响集成电路,BG8为输出放大器.电源开关K闭合后,BG1输出脉冲信号经BG2、BG3放大后,使小电珠ZD发出闪光.与此同时,组成自激多谐振荡器BG4、BG5两管交替地导通与截止,于是KD-9562的选声端“7”与“2”交替地被触发,分别发出步枪射击声与机枪声,最后经BG8放大由扬声器输出.图4-21声光枪的电路原理图图4-21声光枪的印刷板电路与外形图2、双心靶图4-23为双心靶的电路原理图。D1、D2为分别装在靶心“1”、“2”的光电二极管；BG4、BG5与BG7、BG8分别构成两个模拟可控硅；BG8和BG11分别构成两个时间控制电路；BG2、BG3与BG9、BG10分别构成两个复合管放大器；KD-9561为四声模拟；音响电路，KD-152为内储“军港之夜”歌曲的模拟音响电路。图4-23双心靶的电路原理图图4-23双心靶的印刷板电路七、电子摇马这种摇马与普通摇马不一样，在摇动时，马的双眼不仅闪烁发光，而且还能发出真的马蹄声与马的嘶叫声，故称作电子摇马。图4-25为电子摇马的电路原理图。本电路分成三部分，第一部分是由晶体管BG1、BG8门电路F1~F4组成的模拟马蹄声与马眼闪烁的电路；第二部分是BG7、BG8~F7组成的马叫声的电路；第三部分是由IC4100构成的功率放大器。图4-25电子摇马的电路原理图第五节拟形电子玩具本节我们将通过几个例子来说明电子方法如何实现拟形玩具的。—、吹电蜡烛图4-26为这种玩具的电路原理图。BG1、BG2构成直接耦合放大器，BG3为一反器，BG4、BG5构成射极耦合单稳态触发器，BG4截止，BG5饱和为稳态，这时继电吸合，充当蜡烛的氖灯点亮。图4-26吹电蜡烛的电路原理图二、电子萤火虫图4-27电子萤火虫的电路原理图第六节拟声拟形电子玩具现在我们以“能动会叫的电子鸟”为例进行分析。本玩具的电路原理如图4-28所示。图4-28能动会叫的电子鸟的电路原理图图4-29鸟架模型与磁钢、线圈相对位置示意图(a)鸟架与磁钢与线圈相对位置(b)磁钢与线圈相对位置