模擬救護(hù)車聲響電路.doc

設(shè)計(jì)報(bào)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日設(shè)計(jì)報(bào)告模擬救護(hù)車聲響電路第2頁共10頁學(xué)生指導(dǎo)教師課題名稱模擬救護(hù)車聲響電路設(shè)計(jì)時(shí)間2010.12.26-2011.1.4設(shè)計(jì)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)樓411設(shè)計(jì)目的1、熟悉555定時(shí)器的引腳安排；2、掌握555定時(shí)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(jì)和制作。一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述11、概述555定時(shí)器（時(shí)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（Signetics）研制；設(shè)計(jì)新穎、構(gòu)思奇巧，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)和延遲等電路中。文中介紹了555定時(shí)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(shí)際生產(chǎn)中，只要將其各個(gè)功能加以綜合應(yīng)用，便可得到許多實(shí)用電路。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀555定時(shí)器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個(gè)比較器C1和C2各有一個(gè)輸入端連接到三個(gè)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(dòng)電流可達(dá)200mA。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(gè)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(shí)，RS觸發(fā)器被強(qiáng)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(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開關(guān)中。555應(yīng)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(shí)用的電子電路，如定時(shí)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(dòng)控制電路等。設(shè)計(jì)報(bào)告模擬救護(hù)車聲響電路第3頁共10頁12、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能121、電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能圖1555定時(shí)器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和引腳圖圖1為555時(shí)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555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(gè)部分組成。它的各個(gè)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。8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.516V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為318V。一般用5V。3腳：OUT（或Vo）輸出端。2腳：TR低觸發(fā)端。6腳：TH高觸發(fā)端。4腳：R是直接清零端。當(dāng)R端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F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(shí)器時(shí)電容的放電。電阻分壓器由三個(gè)5k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，加在同相輸入端，比較器C2的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號加在C1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(gè)比較器C1、C2基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc，1/3Vcc的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表1示。設(shè)計(jì)報(bào)告模擬救護(hù)車聲響電路第4頁共10頁表1555定時(shí)器的功能表從555定時(shí)器的功能表可以看出：555定時(shí)器有兩個(gè)閾值（Threshold）電平，分別是1/3VCC和2/3VCC；輸出端為低電平時(shí)三極管TD導(dǎo)通，7腳輸出低電平；輸出端為高電平時(shí)三極管TD截止，如果7腳接一個(gè)上拉電阻，7腳輸出為高電平。所以當(dāng)7腳接一個(gè)上拉電阻時(shí)，輸出狀態(tài)與3腳相同。122、555定時(shí)器的主要參數(shù)555定時(shí)器的主要參數(shù)有電源電壓、靜態(tài)電流、定時(shí)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(dòng)電流及最高工作頻率。123、等效電路555時(shí)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555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(gè)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2555定時(shí)器化簡電路二、設(shè)計(jì)思路21、設(shè)計(jì)系統(tǒng)簡紹555時(shí)基電路555定時(shí)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555，CMOS型產(chǎn)品的最后四位都是7555，它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。設(shè)計(jì)報(bào)告模擬救護(hù)車聲響電路第5頁共10頁但雙極型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CMOS型7555主要參數(shù)1、雙極型555和CMOS型7555的共同點(diǎn)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(shí)精度的影響小。對定時(shí)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/（即0.005%/）。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300A左右，為微功耗電路。CMOS型7555的電源電壓可低至；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(shí)間短。CMOS型7555在傳輸過渡時(shí)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(gè)數(shù)量級，高達(dá)1010。CMOS型7555的驅(qū)動(dòng)能力差，輸出電流僅為13mA，而雙極型的輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA。圖3雙極型555與CMOS型555尖峰電流對比設(shè)計(jì)報(bào)告模擬救護(hù)車聲響電路第6頁共10頁通過上面對兩種型號的555的比較，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)，應(yīng)視具體情況選擇型號。一般來說，在要求定時(shí)長、功耗小、負(fù)載輕的場合，宜選用CMOS型的7555.而在負(fù)載重、要求驅(qū)動(dòng)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555的輸出阻抗遠(yuǎn)比CMOS型7555的輸入阻抗低，一般要在555的電壓控制功能端加一去耦電容（0.010.1F），而CMOS型7555可不加。CMOS型7555的輸入阻抗高達(dá)1010量級，很適合做長延時(shí)電路，RC時(shí)間常數(shù)一般很大。負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力方面，雙極型555可直接驅(qū)動(dòng)低阻負(fù)載，如繼電器、小直流電機(jī)、揚(yáng)聲器等。CMOS型7555只可直接驅(qū)動(dòng)高阻抗負(fù)載。若驅(qū)動(dòng)低阻負(fù)載，可在輸出端加接三極管驅(qū)動(dòng)。綜合上述考慮，故本次模擬交通燈的電路設(shè)計(jì)采用CMOS型7555，在實(shí)際硬件電路中采用東芝公司生產(chǎn)的HA17555。22、軟件分析本設(shè)計(jì)中，555定時(shí)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(gè)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。圖4多諧振蕩器電路圖圖5多諧振蕩器的波形輸出波形的振蕩周期可用過渡過程公式計(jì)算：tw1：uC(0)=VCC/3V、uC()=VCC、1=(RA+RB)C、當(dāng)t=tw1時(shí)，uC(tw1)=2VCC/3代入三要素方程。于是可解出：tw2：uC(0)=2VCC/3V、uC()=0V、1=RBC、當(dāng)t=tw2時(shí)，uC(tw2)=VCC/3VCCuoRRCCAB123456785555w1AB0.7()tRRC設(shè)計(jì)報(bào)告模擬救護(hù)車聲響電路第7頁共10頁代入公式。于是可解出：w1w2ABAB1w10.7(2)11.44(2)100%100%TttRRCfTRRCTtDTT其中D為占空比。23、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算1、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)：該電路由第一個(gè)555產(chǎn)生低頻輸出送給第2個(gè)555高頻輸出，通過計(jì)算輸出頻率約為700HZ，而人的耳朵能接受的頻率范圍為2020000HZ，故人能聽到，符合設(shè)計(jì)的實(shí)際可行。2、元器件與參數(shù)設(shè)計(jì)：（根據(jù)公式f1=1/T=1.44/(RP+R1)C1，及f2=1.44/(2R5+R4)C4，可選擇電阻R1(10K)，RV1(0100k)，R3(10K)，R4(10K)，R5(100K)，C1(10)，C2(10n)，C3(10n)，C4(100)，兩片COMS型7555（HA17555）及功率2W內(nèi)阻為8歐的揚(yáng)聲器組成。本設(shè)計(jì)電路由兩個(gè)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：f1=1/T=1.44/(R1+2RV1)C1當(dāng)RV1，即電位器RV1的阻值在0100K變化時(shí)，對應(yīng)的頻率為14.4HZ0.62HZ。f2=1.44/(R2+2R5)C3=700HZ振蕩波形的占空系數(shù)由公式D=t充/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65兩片7555的波形（藍(lán)色為第一片，黃色為第二片）IC2受控于IC1的低頻方波。當(dāng)IC1的輸出為低電平時(shí)，IC2的振蕩頻率就低；而當(dāng)IC1的輸出為高電平時(shí)，IC2的振蕩頻率就高，因而從喇叭上就發(fā)出“嘀噠，嘀噠”的節(jié)奏音響。改變R4，R5，C2的時(shí)間常數(shù)，輸出的音響頻率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。w2B0.7tRC設(shè)計(jì)報(bào)告模擬救護(hù)車聲響電路第8頁共10頁24、系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能這里主要的元器件是COMS型7555，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RV1給電解電容C1充電，此時(shí)C1兩端電壓由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13電源電壓時(shí)腳輸出高電平，IC2的震蕩頻率就高，當(dāng)C1上電壓上升至2/3VDDV時(shí)，555的6腳電壓達(dá)到了23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-答，滴-答”的聲音。改變電位器RV1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(jì)流程框圖第一片555振蕩器的輸出接到第二片555振蕩器的電壓控制端，即5腳Vc0，如電路仿真所示。則第一片555振蕩器輸出高電平時(shí)，第二片555振蕩器的振蕩頻率較低；當(dāng)?shù)谝黄?55振蕩器輸出低電平時(shí)，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(yáng)聲器發(fā)出“嘟、嘟”的類似救護(hù)車的雙頻間歇響聲。開始第一片555定時(shí)器上電電解電容C1充電2腳電壓升高大于1/3VDD第一片5558腳輸出高電平電解電容C1充電2腳電壓升高大于2/3VDD第一片5558腳輸出低電平第二片555振蕩頻率高第二片555振蕩頻率低結(jié)束圖7系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程框圖四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試和故障及解決辦法41、系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計(jì)報(bào)告模擬救護(hù)車聲響電路第9頁共10頁當(dāng)給電路通電后，揚(yáng)聲器發(fā)出“滴-答，滴-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40k，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。42、故障和故障解決辦法1、揚(yáng)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(jì)心得收獲我們進(jìn)行了為期一周的課程設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)，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(jì)的基本目的，在于通過理論與實(shí)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(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)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(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計(jì)雖然安排在一周進(jìn)行，但并不具有絕對獨(dú)立的意義。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)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(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理論的高度對設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。對我們電子通信專業(yè)的本科生來說，實(shí)際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實(shí)際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。通過課程設(shè)計(jì)，讓我們找出自身狀況與實(shí)際需要的差距，并在以后的學(xué)習(xí)