模擬救護(hù)車聲響電路

1、模擬救護(hù)車聲響電路設(shè)計報告課題名稱：模擬救護(hù)車聲響電路學(xué)院:專業(yè)班級:電子信息工程072班學(xué)號:學(xué) 生：指導(dǎo)教師：教務(wù)處2010年12月30日模擬救護(hù)車聲響電路學(xué)生指導(dǎo)教師課題名稱模擬救護(hù)車聲響電路設(shè)計時間2 010. 12. 2 6-2011.14設(shè)計地點實驗樓41 1設(shè)計目的1、熟悉555定時器的引腳安排；2、掌握555定時器的邏輯功能與使用方法；3、了解音響電路的組成和工作原理，并熟悉其設(shè)計和制作。模擬救護(hù)車聲響電路一、系統(tǒng)設(shè)計概述1.1、概述555定時器(時基電路)是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。1972年由西格 尼蒂克斯公司(S i gnetics)研制：設(shè)計新穎、構(gòu)思奇巧，備

2、受電子專業(yè)設(shè)計人員和電子愛 好者青睞；它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和壓控振蕩器等多種應(yīng)用電 路。555定時器是一種中規(guī)模集成電路，它使用靈活、方便，被廣泛應(yīng)用于脈沖的產(chǎn)生、整形、定 時和延遲等電路中。文中介紹了 555定時器及其邏輯功能，以及由其構(gòu)成的多諧振蕩器的工 作原理，通過舉例論述了 555多諧振蕩器在模擬救護(hù)車聲響電路中的應(yīng)用，說明在實際生產(chǎn) 中，只要將其各個功能加以綜合應(yīng)用，便可得到許多實用電路。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀 555定

3、時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個比較器C1和 C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出 接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達(dá)200mAo比較器C1和C2的參考電壓分別為UA和UB,根據(jù)C1和C2的另一個輸入端觸發(fā)輸 入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時，RS觸發(fā)器被孩制復(fù) 位。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。555的應(yīng)用：(1) 、構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；(2) 、構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路；(3) 、構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。555應(yīng)

4、用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路, 如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告 警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。模擬救護(hù)車聲響電路1.2> 555定時器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能A 12. J電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能GXDTROUI圖1555定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和引腳圖圖1為555吋基電路的電路結(jié)構(gòu)和8腳雙列直插式的引腳圖，由圖可知5 55電路由電 阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、放電管和輸出緩沖器5個部分組成。它的各個引腳 功能如下：1腳：GND （或Vss）外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地

5、。8腳：VCC（或VDD）外接電源VCC,雙極型時基電路VCC的范圍是4. 516V, CMOS型時基電路VCC的范圍為318V。一般用5V。3腳：OUT（或Vo）輸出端。2必腳：TR低觸發(fā)端。»6腳訂H高觸發(fā)端。4»腳:R是直接清零端。當(dāng)R端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不 用時應(yīng)接高電平。5»腳：C0（或VC）為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0. 01 uF電容接地, 以防引入干擾。7腳:D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。

6、電 阻分壓器由三個5kQ的等值電阻串聯(lián)而成。電阻分壓器為比較器C1、C2提供參考電壓，比 較器C1的參考電壓為2/3Vcc,如在同相輸入端，比較器C2的參考電壓為1 /3 Vcc,加在反 相輸入端。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號加在C 1的反相 輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器R端的輸入信號；低電 平觸發(fā)信號加在C2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā) 器S端的輸入信號?；綬S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器C1、C2的輸出端控制。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器C1、C 2基準(zhǔn)電壓分別為2/3V cc,

7、1/3Vcc的情況下，555吋基電路的功能表如表1示。模擬救護(hù)車聲響電路表1555定時器的功能表輸入輸出功能iff零輔1高觸發(fā)喘TH低觸發(fā)踹TRour（Q"）滾電竹VT0XX0導(dǎo)逋1>-va3 e扌咯9導(dǎo)通胃011哉i置11扌不空保持從555定時器的功能表可以看出：555定時器有兩個閾值(Thresho I d )電平，分別是1/3VCC和2/3VCC;輸出端 為低電平時三極管TD導(dǎo)通，7腳輸出低電平；輸出端為高電平時三極管TD截止，如呆7 腳接一個上拉電阻，7腳輸出為高電平。所以當(dāng)7腳接一個上拉電阻時，輸出狀態(tài)與3腳相 同。1. 2.2、555定時器的主要參數(shù)555定時器的主

8、要參數(shù)有電源電壓、靜態(tài)電流、定時精度、閾值電壓、閾值電流、 觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流、復(fù)位電壓、復(fù)位電流、放電電流、驅(qū)動電流及最高工作頻率。1.2. 3、等效電路555時基電路內(nèi)部既有模擬電路，又有數(shù)字電路，讀圖和應(yīng)用十分不便，為便于一目了 然地理解5 5 5的功能，可以將555電路的數(shù)字與模擬功能合在一起考慮，進(jìn)行化簡。圖2是圖1 (a)中555電路的內(nèi)電路方框圖簡化成為帶一個放電開關(guān)的特 殊的RS觸發(fā)器，其邏輯功能見表3所示。圖2 555定時器化簡電路二、設(shè)計思路2.1、設(shè)計系統(tǒng)簡紹555時基電路555定時器產(chǎn)品有TTL型和CMOS型兩類。TTL型產(chǎn)品型號的最后三位都 是5 5 5, CMOS型

9、產(chǎn)品的最后四位都是75?它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。模擬救護(hù)車聲響電路但雙極型555和CMOS型7555因其制造工藝和流程的不同，生產(chǎn)出的555集成電路的性能指 標(biāo)也有所差異。兩者的區(qū)別見表3。表2 雙極型555和CMO S型755 5主要參數(shù)名稱符號雙極型CMOS 型單位電源電壓vdd(vcc)4.5-153-15V靜態(tài)電流IDD(ICC)100.2EL-.定時精度1:%v畫位電流IslliAlpAliA/pA主復(fù)位電流IMRlOOpA50pAyA.z，pA復(fù)位電流IRlpAloop AliA/pA驅(qū)動電流IV200與Vdd大小有關(guān)mA放電電流IDIS200與Vdd大小有關(guān)uA戰(zhàn)高

10、工作頻率fmax300500kHz1雙極型555和CMOS型755 5的共同點二者的功能大體相同，外形和管腳排列一致，在大多數(shù)應(yīng)用場合可直接替換。均使用單 電源，適應(yīng)電壓范圍大，可與TTL、HTL、CMOS型數(shù)字邏輯電路等共用電源。555的輸出為全 電源電平，可與TTL、HTL、CMOS型等電路直接接口。電源電壓變化對振蕩頻率和定時精度的 影響小。對定時精度的影響僅0. 05%/V,且溫度穩(wěn)定性好，溫度漂移不高于50ppm/nC (即0.0 05%/°C)。2、雙極型555與CMOS型7555的差異CMOS型7555的功耗僅為雙極型的幾十分之一，靜態(tài)電流僅為300 piA左右，為微功

11、耗電 路。CMOS型7555的電源電壓可低至23V;各輸入功能端電流均為pA (微微安)量級。CMOS型7555的輸出脈沖的上升沿和下降沿比雙極型的要陡，轉(zhuǎn)換時間短。CMOS型755 5在傳輸過渡時間里產(chǎn)生的尖峰電流小，僅為23mA:而雙極型555的尖峰 電流高達(dá)300400mA,如圖3所示。CMOS型7555的輸入阻抗比雙極型的要高出幾個數(shù)量級，高達(dá)10 1 0OoCMO S型7555的驅(qū)動能力差，輸出電流僅為13mA,而雙極型的輸出驅(qū)動電流可達(dá)200m AoIn(mA)圖3雙極型555與CMOS型555尖峰電流對比通過上面對兩種型號的555的比較，在進(jìn)行電路設(shè)計和應(yīng)用時，應(yīng)視具體情況選擇型

12、號。一般 來說，在要求定時長、功耗小、負(fù)載輕的場合，宜選用CMOS型的75 55.而在負(fù)載重、要 求驅(qū)動電流大、電壓高的場合，宜選用雙極型的555.此外，由于雙極型的沖擊峰值電流大，在 電路中應(yīng)加電源濾波電容，且容量要大。雙極型5 55的輸出阻抗遠(yuǎn)比CMOS型7555的輸入 阻抗低，一般要在55 5的電壓控制功能端加一去耦電容(0.0 1 0. 1 nF),而CMOS型755 5可 不加。CMOS型7555的輸入阻抗高達(dá)1 01 0 Q量級，很適合做長延時電路，RC時間常數(shù)一般 很大。負(fù)載驅(qū)動能力方面，雙極型555可直接驅(qū)動低阻負(fù)載，如繼電器、小直流電機(jī)、揚聲 器等。CMOS型7555只可直接

13、驅(qū)動高阻抗負(fù)載。若驅(qū)動低阻負(fù)載，可在輸出端加接三極管驅(qū) 動。綜合上述考慮，故本次模擬交通燈的電路設(shè)計采用CMOS型7555,在實際硬件電路中采用 東芝公司生產(chǎn)的HA1755 5o2. 2、軟件分析本設(shè)計中，555定時器構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖4所示。它是將兩個觸發(fā) 端2腳和6腳合并在一起，放電端7腳接于兩電阻之間。輸出波形的振蕩周期可用過渡過程公式計算：tw 1 :uC (0) = VCC /3 V、uC(8)二VCC、 t1 = (RA+ RB)C、 當(dāng) t 二 tw1 時,uC (tw1) =2 V CC /3 代 入三要素方程仏仔腿即解岀鳥)Ctw2 : uC (0) = 2V

14、CC /3 V、uC(oo)二0V、11= RBC.當(dāng) t二 tw2 時，uC (t w2) =VCC /37-rrr代入公式。于是可解出：Q=°7RbCT =心 +心=07(/?a +2/?b)C11.44T (R,+2RJC其中D為占空比。2.3、系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)計算1、電路系統(tǒng)設(shè)計：該電路由第一個555產(chǎn)生低頻輸出送給第2個555高頻輸出，通過計 算輸出頻率約為7 0 0 H Z，而人的耳朵能接受的頻率范圍為20 2 0 0 00HZ,故人能聽到， 符合設(shè)計的實際可行。2、元器件與參數(shù)設(shè)計：(根據(jù)公式f 1 h/T二1.44/(RP+R1)C1,及f 2= 1.44 / (2R5

15、 + R4) C4,可選擇電阻 R1 (1 0K),RV1 (0 1 00k), R3 (10K), R 4 (10K) , R5 ( 1 00K), C1 (10 U ), C2 ( 1 On), C3( 1 0n),C4(100p),兩片 COMS 型 75 55(HA1 7 555)及功率 2W 內(nèi)阻為 8歐的揚聲器組成。本設(shè)計電路由兩個CMOS型7555組成，均工作在多諧振蕩狀態(tài)。由電路仿真圖示參數(shù)不難 求出兩振蕩器的振蕩頻率：fF 1 /T=1.44/ (D+2RQG當(dāng)R V1,即電位器RV1的阻值在0100K變化時，對應(yīng)的頻率為14. 4Hz062H“f2=1.44 / (R2+2

16、R5)C3=700Hz振蕩波形的占空系數(shù)由公式D = t t/T來決定，故第一級振蕩波形的最大占空系數(shù)為47%。兩片7555輸出波形圖如下：圖6 5兩片7555的波形(藍(lán)色為第一片，黃色為第二片)IC2受控于IS的低頻方波。當(dāng)IG的輸出為低電平時，IC2的振蕩頻率就低；而當(dāng)I S 的輸出為高電平時，IC2的振蕩頻率就高，因而從喇叭上就發(fā)出“嘀一噠，嘀一噠”的節(jié)奏音響。 改變Rs R5, ©的時間常數(shù)，輸出的音響頻發(fā)生相應(yīng)的変化。2.4、系統(tǒng)設(shè)計功能這里主要的元器件是COMS型755 5,性能介紹如下：當(dāng)給電路通電瞬間，電源正極通過電阻R1和RV 1給電解電容C1充電，此時C1兩端電壓

17、 由0V往上升，也就是555的、腳電壓從0V往上升，根據(jù)腳電壓小于1 /3電源電壓時 腳輸出高電平，I C2的震蕩頻率就高，當(dāng)C1上電壓上升至2 /3VDDV時,55 5的6腳電壓達(dá) 到了 2/3電源電壓，555電路翻轉(zhuǎn)，腳輸?shù)碗娖?，IC2的振蕩頻率就低，因此發(fā)出''滴 一答，滴-答”的聲音。改變電位器RV 1的阻值，可以通過改變輸出頻率改變聲音的快慢節(jié) 奏。三、系統(tǒng)設(shè)計流程框圖第一片5 5 5振蕩器的輸出接到第二片555振蕩器的電壓控制端，即5腳VcO,如電路 仿真所示。則第一片555振蕩器輸出高電平時，第二片5 55振蕩器的振蕩頻率較低；當(dāng)?shù)?一片555振蕩器輸出低電平時，

18、第二片的振蕩頻率高，從而使第二片振蕩器的輸出端產(chǎn)生兩 種頻率的信號。3腳所接的揚聲器發(fā)出“嘟.嘟”的類似救護(hù)車的雙頻間歇響聲。圖7系統(tǒng)設(shè)計流程框圖四. 系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試和故障及解決辦法4. 1 -系統(tǒng)調(diào)試模擬救護(hù)車聲響電路當(dāng)給電路通電后，揚聲器發(fā)出“滴一答，滴一答”的聲音。但是效果不是很明顯，帶有一定 的雜音，調(diào)試電位器RV1的阻值，直至約4OkQ,聲響清晰且響亮，然后繼續(xù)降低RV1阻值, 可以通過改變輸出頻率，改變聲音的快慢節(jié)奏。4. 2、故障和故障解決辦法1、揚聲器不出聲解決辦法：認(rèn)真檢查，并重新焊接與電源和接地的引腳，并用萬用表測試，直至發(fā)出聲響。2、一些元件虛焊解決辦法：檢查電路，并重新焊接。五、系統(tǒng)設(shè)計心得收獲我們進(jìn)行了為期一周的課程設(shè)計。通過這次課程設(shè)計，我拓寬了知識面，鍛煉了能力，綜 合素質(zhì)得到較大提高。安排課程設(shè)計的基本目的，在于通過理論與實際的結(jié)合、人與人的溝通，進(jìn)一步提高思想 覺悟。尤其是觀察、分析和解決問題的實際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動適應(yīng)社會主義 現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。作為整個學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計雖然安排在一周進(jìn)行，但并不具有絕對獨 立的意艾。它的一個重要功能，在于運用學(xué)習(xí)成果，檢驗學(xué)習(xí)成果。運用學(xué)習(xí)成果，把課堂 上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應(yīng)用于實際設(shè)計工作，并從理論