救護(hù)車揚(yáng)聲器發(fā)音電路(共18頁)

1、目錄1、 實(shí)習(xí)題目 1.實(shí)習(xí)意義 2.實(shí)習(xí)目標(biāo)2、 實(shí)習(xí)目的3、 實(shí)驗(yàn)原理 1.設(shè)計(jì)方案 2.技術(shù)原理 （1）555定時(shí)器器件特性 （2）555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 1）內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2）555定時(shí)器工作原理 （3）555定時(shí)器接成多諧振蕩器 1）連接方法 2）多諧振蕩形成機(jī)理 3）相關(guān)公式推導(dǎo)4、 方案實(shí)施 1.電路圖設(shè)計(jì)及器件參數(shù)選擇 （1）電路概述 （2）揚(yáng)聲器高低音發(fā)聲機(jī)理 （3）電路元件選取及仿真5、 結(jié)果分析 1.實(shí)驗(yàn)原理圖 2.實(shí)驗(yàn)PCB圖6、 總結(jié)心得1、 實(shí)驗(yàn)題目救護(hù)車揚(yáng)聲器發(fā)音電路 1、實(shí)習(xí)意義 經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我們已掌握了一些簡單的電路的特性以及元器件的作用，但我們對(duì)生

2、活中已經(jīng)應(yīng)用了許久的電路依然陌生，比如簡單的喇叭、鬧鐘、信號(hào)燈等。我們?cè)趯W(xué)習(xí)中剛剛接觸到一些皮毛知識(shí)，而把這些知識(shí)運(yùn)用到爐火純青的地步是有一些難度的，所以我們以模擬救護(hù)車發(fā)音電路為題設(shè)計(jì)電路，可以提高我們對(duì)555芯片的認(rèn)識(shí)，可以鞏固我們所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，實(shí)踐所掌握的電子制作技能，完成一個(gè)實(shí)際的電子產(chǎn)品，進(jìn)一步提高分析問題、解決問題的能力。 2、實(shí)習(xí)目標(biāo) 在電子技術(shù)課中我們學(xué)到了許多有關(guān)電子技術(shù)方面的知識(shí)，其中我們學(xué)到了555芯片的原理與功能，那些只是書本上的理論知識(shí)，我們沒有將這些所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，不能說明我們對(duì)555芯片已經(jīng)熟知，所以通過此次的設(shè)計(jì)我們要對(duì)555芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其級(jí)

3、聯(lián)等方面的應(yīng)用有更深層次的了解。比如應(yīng)用一個(gè)555芯片可以帶動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，但這種聲響聲音單一，發(fā)音效果不太好聽。此次課程設(shè)計(jì)不僅為了提高我們對(duì)555芯片的認(rèn)識(shí)，也是為了拓寬我們的知識(shí)面，提高綜合素質(zhì)。二實(shí)習(xí)目的1.利用學(xué)過的知識(shí)分析實(shí)際電路。2.學(xué)習(xí)利用電路制作軟件Protel完成原理圖。3.根據(jù)繪制的原理圖完成PCB板的設(shè)計(jì)工作。4.熟悉PCB電路板中元器件的形態(tài)，元器件制作，元器件排布，及其布線等；5.通過獨(dú)立完成原理圖，PCB電路圖，對(duì)信號(hào)發(fā)生器的原理，及其運(yùn)行方式有充分的了解；6.經(jīng)過實(shí)習(xí)過程達(dá)到對(duì)課程的充分了解。三、工作原理 1.設(shè)計(jì)方案 電路構(gòu)成 該電路主要通過兩片555定時(shí)器

4、模擬救護(hù)車揚(yáng)聲器發(fā)聲電路，輸出周期性變化的高頻信號(hào)和低頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出高音低音周期交替的警報(bào)聲。將兩片555定時(shí)器分別連接成多諧振蕩器，其中555（1）的作用是控制高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時(shí)間，其輸出Vo1是555（2）的控制電壓；555（2）的作用是控制高低音的頻率，作為壓控振蕩器將555（1）輸出的高低電平轉(zhuǎn)化為頻率，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出響聲。2.技術(shù)原理（1）555定時(shí)器器件特性555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。 集成時(shí)基電路555的電源電壓范圍較寬，可在516V范圍內(nèi)使用（TTL型，若為CMOS型的555芯片，則電壓范圍可在31

5、8V 內(nèi)），電路的輸出有緩沖器，因而有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。雙極型時(shí)基集成電路最大的灌電流和拉電流都在200mA左右，因而可直接推動(dòng)TTL或CMOS電路中的各種電路，包括能直接推動(dòng)蜂嗚器、小型繼電器、喇叭和小型電動(dòng)機(jī)等器件。集成555定時(shí)器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。其主要參數(shù)見表1：表1(a)雙極性型5G555的主要性能參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)單位參數(shù)電源電壓VCCV516電源電流ICCmA閾值電壓VTHVVCC觸發(fā)電壓VTRVVCC輸出低電平VOLV1輸出高電平VOHV13.3最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz300時(shí)間誤差tnS5 V

6、TH即Vi1 ,VTR即Vi2 。 (b) CMOS型7555的主要性能參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)單位參數(shù)電源電壓VCCV318電源電流ICCA60閾值電壓VTHVVDD觸發(fā)電壓VTRVVDD輸出低電平VV0.1輸出高電平VV14.8最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz500時(shí)間誤差tnS 基于以上對(duì)555定時(shí)器參數(shù)及性能的分析，認(rèn)為以555定時(shí)器搭建的電路能夠驅(qū)動(dòng)小功率揚(yáng)聲器發(fā)音，選擇適當(dāng)?shù)耐獠侩娮桦娙莸绕骷c555定時(shí)器配合使用能夠使此設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。（2）555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列分別如圖2和圖3所示。Vi1（TH

7、）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。：復(fù)位端。555定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器C1、C2；一個(gè)由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。不加控制電壓時(shí)，要在VCO和地之間接001F（電容

8、量標(biāo)記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。 圖3 555定時(shí)器邏輯符號(hào)和引腳 圖2 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2）555定時(shí)器工作原理 分析圖2的電路：在555定時(shí)器的VCC端和地之間加上電壓，當(dāng)VCO懸空時(shí)，比較器C1的同相輸入端接參考電壓VT+=VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓VT-=VCC ；當(dāng)VCO接控制電壓Ve時(shí)，比較器C1的同相輸入端接參考電壓VT+=Ve，比較器C2反相輸入端接參考電壓VT-=Ve?，F(xiàn)做如下規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓>VT+時(shí)，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓<VT+時(shí)，寫為VTH=0。當(dāng)端的電壓>VT-時(shí)，寫為VTR=1，當(dāng)端的

9、電壓<VT-時(shí)，寫為VTR=0。 低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2<VT- 且Vi1<VT+時(shí)，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端=0、=1，使Q1，0，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO1，T截止。這時(shí)稱555定時(shí)器“低觸發(fā)”； 保持：若Vi2>VT- 且Vi1<VT+，則VTR=1，VTH=0，=1，基本RS觸發(fā)器保持，VO和T狀態(tài)不變，這時(shí)稱555定時(shí)器“保持”。 高觸發(fā)：若Vi1>VT+，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO0，T導(dǎo)通。這時(shí)

10、稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。555定時(shí)器的“低觸發(fā)”、“高觸發(fā)”和“保持”三種基本狀態(tài)和進(jìn)入狀態(tài)的條件（即VTH、VTR的“0”、“1”）整理為表2。 根據(jù)555定時(shí)器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號(hào)產(chǎn)生與處理電路電路，例如,史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。表2 555定時(shí)器控制功能表輸 入輸 出THVODis×<<>×<>×LHHHLH不變L導(dǎo)通截止不變導(dǎo)通（3）555定時(shí)器接成多諧振蕩器 1）連接方法：將555定時(shí)器的Vi1 和Vi2連在一起結(jié)成施密特觸發(fā)器，然后將VO經(jīng)RC積分電路接回輸入端即構(gòu)成了多諧振蕩器，

11、如圖3（a）所示。 2）多諧振蕩形成機(jī)理：初始時(shí)刻，Vc為0時(shí)，Vi2<VT-且Vi1<VT+，555定時(shí)器處于低觸發(fā)狀態(tài)，VO1，T截止，電容C經(jīng)過R1、R2充電；當(dāng)Vc上升到VT-時(shí)，Vi2>VT- ，Vi1<VT+，處于保持狀態(tài)，電容繼續(xù)充電，Vc繼續(xù)升高，VO1，T截止；當(dāng)Vc= VT+時(shí)，Vi1>VT+，555定時(shí)器處于高出發(fā)狀態(tài)，VO0，T導(dǎo)通，電容C經(jīng)過R2,T放電，Vc降低；當(dāng)Vc下降到時(shí)，Vi2<VT- 且Vi1<VT+，電路再次進(jìn)入低觸發(fā)狀態(tài)，電容C經(jīng)過R1、R2充電以此循環(huán)往復(fù)，電容Vc上的電壓在VT-和VT+之間往復(fù)振蕩，Vo端

12、輸出具有一定占空比的方波脈沖，通過調(diào)節(jié)RW或電容C，可得到不同的時(shí)間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出，波形如圖3（b）所示。 圖3（b） 3）相關(guān)公式推導(dǎo)：通過Vc的波形球的電容C的充電時(shí)間和放電時(shí)間計(jì)算公式如下：充電時(shí)間計(jì)算公式：放電時(shí)間計(jì)算公式：故電路的振蕩周期為：當(dāng)Vco懸空（接電容后接地），=VCC =VCC時(shí)， 振蕩周期：振蕩頻率：四、方案實(shí)施 電路圖設(shè)計(jì)及器件參數(shù)選擇 圖4（1）電路概述： 所設(shè)計(jì)的救護(hù)車揚(yáng)聲器發(fā)聲電路主要有兩個(gè)連接為多諧振蕩器的555定時(shí)器及相關(guān)外圍組件組成。具體電路圖如圖4所示。通過555（1）控制高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時(shí)間，555（2）作為壓控振蕩器將

13、555（1）輸出的高低電平轉(zhuǎn)化為頻率，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出響聲。（2）揚(yáng)聲器高低音發(fā)聲機(jī)理： 555（1）主要通過輸出占空比一定的方波信號(hào)控制555（2）的控制端電壓，當(dāng)輸出為高電平時(shí)，555（2）控制電壓端為高電平，由振蕩頻率f的計(jì)算公式可知此時(shí)振蕩頻率較低，為低音；相對(duì)應(yīng)，當(dāng)輸出為低電平時(shí)，555（2）控制電壓端為低電平，此時(shí)振蕩頻率較高，為高音。而高低音的持續(xù)時(shí)間則由555（1）決定。（3）電路元件選取及仿真： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和查閱相關(guān)資料，同時(shí)參考相應(yīng)模型，選取各電路元件參數(shù)，使555（1）輸出電壓周期數(shù)量級(jí)為毫秒級(jí)（ms）,高低音振蕩周期數(shù)量級(jí)為微秒級(jí)（us）。通過仿真軟件Multisim仿真電

14、路，調(diào)節(jié)參數(shù)，觀測(cè)波形。結(jié)果如圖5所示。且當(dāng)圖4電路圖被執(zhí)行時(shí)，條形光柱（LVL）出現(xiàn)明顯的閃耀報(bào)警。 圖5五、結(jié)果分析 1.實(shí)驗(yàn)原理圖2.實(shí)驗(yàn)PCB圖六、總結(jié)心得 通過兩周的課程設(shè)計(jì)，是我對(duì)計(jì)算555計(jì)數(shù)器的多諧振蕩器，算周期和頻率，以及如何非門，或非門，與門的結(jié)合，以及芯片之間的結(jié)合有了一些了解。在沒有做課程設(shè)計(jì)以前覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。通過這次課程設(shè)計(jì)，才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助、交流不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 在此要感謝我們的指導(dǎo)老師丁老師對(duì)我們悉心的指