救護車警笛發(fā)生器

1、救護車警笛發(fā)生器一、 設(shè)計任務(wù)與要求1、 設(shè)計任務(wù)： 設(shè)計一個可以產(chǎn)生類似于家用防盜報警器聲音的信號發(fā)器。2、 設(shè)計要求： （1）、高低兩種音頻交替出現(xiàn) （2）、高低音頻持續(xù)時間都在兩秒以內(nèi) 二、總體框圖：555多蕩器 計數(shù)器 數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器 燈泡X1燈泡X1設(shè)計思路：用555設(shè)計一個多諧振蕩器提供時鐘信號，輸入計數(shù)器使得計數(shù)器進行計數(shù)，在計數(shù)器的輸出端接兩個數(shù)據(jù)選擇器選擇不同等輸出狀態(tài)，使得燈泡顯示不同的亮滅情況從而達到設(shè)計目的。二、器件選擇：器件名稱 件數(shù)555芯片1件 CT74LS160芯片 1件 CT74LS151芯片2件 電阻2件 電容2件 燈泡2件1、555芯片的介紹： 55

2、5 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 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)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排

3、列圖分別如圖 4 所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于

4、VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 555定時器的集成電路外形、引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 （a）外引線排列 (b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 CO：控制電壓端 TH：高觸發(fā)端 VCC：電源端OUT：輸出端 ：復(fù)位端 D：放電端 VCC：電源端 GND：接地端 ：低觸發(fā)COUTHUTRUOUTT的狀態(tài)00*UOL導(dǎo)通50UOL導(dǎo)通不變不變*UOH截止1VCOUOL導(dǎo)通VCOUOL不變*不變截止5定時器應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器：1.電路組成:只要將555定時器的2號腳和6號腳接在一起，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器。圖（11 ） 555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)

5、器（1）VI =0V時，V o1輸出高電平。（2）當(dāng)VI上升到時，V o1輸出低電平。當(dāng)VI由繼續(xù)上升，V o1保持不變。（3）當(dāng)VI下降到時，電路輸出跳變?yōu)楦唠娖?。而且在VI繼續(xù)下降到0V時，電路的這種狀態(tài)不變。圖中，R、VCC2構(gòu)成另一輸出端Vo2，其高電平可以通過改變VCC2進行調(diào)節(jié)。2.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1). 用作接口電路-將緩慢變化的輸入信號，轉(zhuǎn)換成為符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。2). 用作整形電路-把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。圖13 慢輸入波形的TTL系統(tǒng)接口 圖14 脈沖整形電路的輸入輸出波形3.) 用于脈沖鑒幅將幅值大于VT+的脈沖選出。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

6、具有下列特點：第一，它有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)；第二，在外來觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)；第三，暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，將自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)狀態(tài)時間的長短，與觸發(fā)脈沖無關(guān)，公決定于電路本身的參數(shù)。1.電路組成及其工作原理由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形如圖所示將555的6號腳和7號腳接在一起，并添加一個電容 和一個電阻 ，就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器我們簡記為“七六搭一，上R下C ”。 圖（21）用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形2. 主要參數(shù)估算(1) 輸出脈沖寬度TW輸出脈沖寬度就是暫穩(wěn)態(tài)維持時間，也就是定時電容的充電時間。由圖21（b）所示電容電壓VC的

7、工作波形不難看出VC（0+）0V，VC（）=VCC，VC（TW）=，代入RC過渡過程計算公式，可得 上式說明，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度TW僅決定于定時元件R、C的取值，與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié)R、C的取值，即可方便的調(diào)節(jié)TW。3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用（1）延時在圖24中，VO的下降沿比VI的下降沿滯后了時間TW，即延遲了時間TW。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這種延時作用常被應(yīng)用于時序控制中。（2）定時在圖24中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出電壓V/O，用做與門的輸入定時控制信號，當(dāng)V/O為高電平時，與門打開，VO= VF，當(dāng)V/O為低電平時，與門關(guān)閉，VO為低電平。顯然與門打開的時間是恒定不變的，就是單穩(wěn)態(tài)觸

8、發(fā)器輸出脈沖V/O的寬度TW。圖12.2.24 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于脈沖的延時與定時選通（3）整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號VI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖VO。VO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度TW。決定時間。多諧振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩 1.電路組成及其工作原理圖31用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖31為555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對C充電。當(dāng)uc上升到2VCC/3時，uo=0，T導(dǎo)通，C通過R2和T放電，Uc下降。當(dāng)Uc下降到VCC/3時，UO又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R1和R2對C充電。如此重復(fù)上述過程，在

9、輸出端Uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。2.振蕩頻率的估算電路諧撼振頻率f的估算：振蕩周期為：振蕩頻率為：3.多諧振蕩器的應(yīng)用圖示為用兩個多諧振蕩器構(gòu)成的模擬聲響電路。將振蕩器的輸出電壓Uo1，接到振蕩器中555定時器的復(fù)位端（4腳），當(dāng)Uo1為高電平時振蕩器振蕩，為低電平時555定時器復(fù)位，振蕩器停止震蕩。2、CT74LS160芯片：74160，是一個4位二進制的計數(shù)器，它具有異步清除端與同步清除端不同的是，它不受時鐘脈沖控制，只要來有效電平，就立即清零，無需再等下一個計數(shù)脈沖的有效沿到來。 1.異步清零功能 只要（CR的非）有效電平到來，無論有無CP脈沖，輸出為“0”。在圖形符號中，CR的非的信號

10、為CT=0，若接成七進制計數(shù)器，這里要特別注意，控制清零端的信號不是N-1（6），而是N（7）狀態(tài)。其實，很容易解釋，由于異步清零端信號一旦出現(xiàn)就立即生效，如剛出現(xiàn)0111，就立即送到（CR的非）端，使?fàn)顟B(tài)變?yōu)?000。所以，清零信號是非常短暫的，僅是過度狀態(tài)，不能成為計數(shù)的一個狀態(tài)。清零端是低電平有效。2.同步置數(shù)功能 當(dāng)（LD的非）為有效電平時，計數(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0D3的數(shù)據(jù)被置入計數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0Q3端。若接成七進制計數(shù)器，控制置數(shù)端的信號是N（7）狀態(tài)，如在D0D3置入0000，則在Q0Q3端呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)就是0110。1,集成十進制同步加法計數(shù)器CT74LS160

11、（1）CT74LS160的引腳排列圖和邏輯功能示意圖D 74LS160真值表圖2、CT74LS160的邏輯功能： =0時異步清零.C0=0 =1, =0時同步并行置數(shù). =1且CPT=CPP=1時,按照BCD碼進行同步十進制計數(shù). =1且CPTCPP=0時,計數(shù)器狀態(tài)保持不變. （74LS160的邏輯圖）小總結(jié)：集成十進制同步加法計數(shù)器74LS16074LS16、的引腳排列圖與74LS161、74LS163相同，不通的是，74LS160是十進制的同步加法計數(shù)器，而74LS161、74LS163是四位二進制加法同步計數(shù)器。此外，74LS160采用的是異步清零的方式，74LS162采用的是同步清零

12、的方式。3,數(shù)據(jù)選擇器： 數(shù)據(jù)選擇器有多個輸入，一個輸出。其功能類似于單刀多擲開關(guān)，故又 稱多路開關(guān)（MUX）。在控制端的作用下可從多路并行數(shù)據(jù)中選擇一路送輸 出端。數(shù)據(jù)選擇器的主要用途是實現(xiàn)多路信號的分時傳送、實現(xiàn)組合邏輯函 數(shù)進行數(shù)據(jù)的串-并轉(zhuǎn)換。 數(shù)據(jù)選擇器主要品種、性能及功能雙極型數(shù)據(jù)選擇器及性能見表2-3，數(shù)據(jù)選擇器主要品種及性能見表2-4。表2-3中延遲時間的兩個數(shù)值指數(shù)據(jù)輸入D到輸出端Z或的延遲時間或使能端到Z或的延遲時間。表2-3 雙極型MUX主要品種及性能功能型號輸出功耗（mW）延遲時間（ns）四2選1 MUX7415774LS147原碼150499，145，8雙4選1 MU

13、X7415374LS153原碼1803114，1714，178選1 MUX7415174LS151原、反碼1453081116選1 MUX74150反碼20011，18表三表2-4 CMOS MUX的主要品種及性能功能型號輸出VDD（V）傳輸延遲時間 tpd（ns）轉(zhuǎn)換時間tTHL、tTLH（ns）四2選1 MUX74HC15774HC15874HC257原碼反碼原碼555202012101515雙4選1 MUX74HC15374HC253原碼原碼551624558選1 MUXCD4512原碼5101520085601005040表四 數(shù)據(jù)選擇器的功能以74LS151為例說明，其功能見表2-5

14、。（2）數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用 用數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)邏輯函數(shù)數(shù)據(jù)選擇器是典型的“與或”門陣列，用它可直接實現(xiàn)“與或”式邏輯函 數(shù)。例如 又可表示為 三變量函數(shù)有8個最小項，用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151就可實現(xiàn)。 將變量A、B、C接數(shù)據(jù)選擇器控制端A2、A1、A0，令D1=D2=D4=D7=1， D0=D3=D5=D6，輸出端Z實現(xiàn)函數(shù)F，見下圖（1）、（2）。表2-5 74LS151功能表控制使能輸出A2A1A0Z1010000D00010D10100D20110D31000D41010D51100D61110D7圖(1) 圖(2) 對于三變量的邏輯函數(shù)，也可用4選1數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)，只要將其中 一

15、個變量分離出來，加到數(shù)據(jù)選擇器的輸入 端， 其余兩個變量加到控制端。 對于上例，分離出變量C，即可用4選1數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)函數(shù)。二、 功能模塊：第一、 用555接成的多諧振蕩器。連接圖如下圖所示，接示波器觀察其波形如下圖所示：通過改變電阻電容的數(shù)值可得到不同的輸出信號，上圖中的參數(shù)可據(jù)公式： 振蕩周期：振蕩頻率：通過改變電阻電容的數(shù)值可得到不同的輸出信號，上圖中的參數(shù)可據(jù)公式： 振蕩周期：振蕩頻率：第二、計數(shù)器： 圖B 由第一部分圖A產(chǎn)生的始終信號從計數(shù)器的CLK端輸入，計數(shù)器會通過計數(shù)輸出000111八種不同的狀態(tài)，供數(shù)據(jù)選擇器選擇。3、數(shù)據(jù)選擇器 當(dāng)計數(shù)器在時鐘脈沖的輸入下產(chǎn)生（000-111）八種狀態(tài)循環(huán)時，數(shù)據(jù)選擇器會對這八組數(shù)據(jù)進行選擇。 數(shù)