《電子應(yīng)用技術(shù)項目教程（第4版）》課件 項目7救護車警笛電路的制作

救護車警笛電路制作目錄學(xué)習(xí)目標工作任務(wù)知識鏈接知識小結(jié)1.會識別和測試555定時器等電子元器件。2.能完成救護車、消防車警笛電路的安裝與調(diào)試。了解脈沖產(chǎn)生與變換的基本概念;掌握555定時器的結(jié)構(gòu)框圖和工作原理;熟悉555定時器的應(yīng)用電路及其工作原理;掌握555定時器應(yīng)用電路的設(shè)計方法;掌握救護車、消防車警笛電路的組成與工作原理。學(xué)習(xí)目標知識目標能力目標素質(zhì)目標1.培養(yǎng)責(zé)任心與職業(yè)道德。2.培養(yǎng)創(chuàng)新意識及自我學(xué)習(xí)能力。救護車警笛電路工作任務(wù)1.實訓(xùn)目標

（1）增強專業(yè)意識,培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和職業(yè)習(xí)慣。

（2）熟悉用555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器。（3）熟悉555時基電路控制端(5腳)的功能和作用。（4）了解用電壓調(diào)制頻率的兩種方法。

（5）掌握救護車警笛電路的調(diào)試方法。

（1）各小組制訂工作計劃。（2）識別救護車警笛電路原理圖,明確元器件連接和電路連線。（3）設(shè)計、制作裝配圖。（4）完成電路所需元器件的購買與檢測。（5）根據(jù)裝配圖制作救護車警笛電路。（6）完成救護車警笛電路功能檢測和故障排除。（7）通過小組討論,完成電路的詳細分析并撰寫任務(wù)工單。2.任務(wù)要求IC1輸出的方波信號通過R5去控制IC2的5腳電平當IC1輸出高電平時，由IC2組成的多諧振蕩器電路輸出頻率較低的一種音頻當IC1輸出低電平時，由IC2組成的多諧振蕩器電路輸出頻率較高的另一種音頻3.實訓(xùn)電路與說明4.實訓(xùn)設(shè)備與元器件

裝配圖

5.安裝與調(diào)試

6.評價反饋

評分表(與項目1任務(wù)工單的評分表一樣)。555定時器為數(shù)字-模擬混合集成電路,可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩,內(nèi)部有3個5kΩ的電阻分壓器,故稱為555。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。555定時器的產(chǎn)品型號繁多,但所有TTL集成單定時器型號的最后3位數(shù)碼都為555,雙定時器都為556,電源電壓的工作范圍為4.5~16V;所有COMS型集成單定時器型號的最后4位數(shù)碼都為7555,雙定時器都為7556,電源電壓的工作范圍為3~18V。

7.1555集成定時器知識鏈接

555定時器電路電壓比較器的功能：

v+>v-，vO=1v+<v-，vO=0由以下幾部分組成：（1）電阻分壓器:三個5kΩ電阻組成的分壓器。為電壓比較器C1和C2提供基準電壓。（2）電壓比較器:C1和C2。1.電阻分壓器2.電壓比較器3.基本RS觸發(fā)器4.放電管T5.緩沖器（3）基本RS觸發(fā)器

正常工作時，必須使R處于高電平。（4）放電管

輸出為0時，T導(dǎo)通，輸出為1時，T截止。（5）緩沖器G

用于提高電路的負載能力。外引腳排列圖在1腳接地、5腳未外接電壓時，C1、C2基準電壓分別為2/3UCC

、1/3UCC

的情況下，555定時器電路的功能表如表所示。555定時器是一種用途很廣的集成電路,只要改變555集成電路的外部附加電路,就可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用電路。這里僅介紹多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器三種典型應(yīng)用電路。

7.2555定時器的應(yīng)用電路知識鏈接7.2.1多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路,它是一種自激振蕩器,在接通電源以后,不需要外加觸發(fā)信號,便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖信號。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量,所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩電路叫作多諧振蕩器。1.電路組成用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的電路圖及工作波形如圖所示。

2.工作原理單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有如下顯著特點。(1)有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。(2)在外界觸發(fā)脈沖作用下,能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài),暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后,自動返回穩(wěn)態(tài)。(3)暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù),與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。由于具備上述特點,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于脈沖整形、延時(產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖)及定時(產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號)等電路。7.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成將低觸發(fā)端TR作為輸入端uI,將高觸發(fā)端TH和放電管輸出端D接在一起,并與定時元件R、C連接,就可以構(gòu)成一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。接通電源后,未加負脈沖,uI=1/3UCC,而C充電,uC上升,當uC>2/3UCC時,uO輸出為低電平,放電管VT導(dǎo)通,C快速放電,使uC=0。這樣,在加負脈沖前,uO為低電平,uC=0,這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t=t0時刻,uI負跳變(TL端電平小于1/3UCC),而uC=0(TH端電平小于2/2UCC),所以輸出uO翻轉(zhuǎn)為高電平,放電管VT截止,C充電,uC按指數(shù)規(guī)律上升。t=t1時,uI負脈沖消失;t=t2時,uC上升到2/3UCC(此時TH端電平大于2/3UCC,TL端電平大于1/3UCC),uO又自動翻轉(zhuǎn)為低電平;在t0~t2這段時間,電路處于暫穩(wěn)態(tài);t>t2時,放電管VT導(dǎo)通,C快速放電,電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。由分析可得輸出正脈沖寬度tW=1.1RC。注意:如圖7.8所示的電路只能用窄負脈沖觸發(fā),即觸發(fā)脈沖寬度ti必須小于tW

。2.工作原理3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(1)脈沖延時。如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時間,可利用如圖7.7(a)所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路來實現(xiàn)。從圖7.8的波形可以看出,經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的延遲,由于uO的下降沿比輸入信號uI的下降沿延遲了tW的時間,因而可以用輸出脈沖uO的下降沿去觸發(fā)其他電路,從而達到脈沖延時的目的。圖7.8

單穩(wěn)態(tài)電路的脈沖延時電路(2)脈沖定時。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tW的矩形脈沖,利用這個脈沖去控制某個電路,可使其僅在tW時間內(nèi)工作。例如,利用寬度為tW的正矩形脈沖作為與門的一個輸入信號,使得在矩形脈沖為高電平的tW期間,與門的另一個輸入信號uI才能通過。脈沖定時的原理框圖及工作波形如圖所示。圖7.9

脈沖定時施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路,它在性能上有以下兩個重要的特點。(1)輸入信號從低電平上升的過程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換對應(yīng)的輸入電平,與輸入信號從高電平下降過程中電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換對應(yīng)的輸入電平不同。(2)在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時,通過電路內(nèi)部的正反饋過程,輸出電壓波形的邊沿變得十分陡峭。利用上述兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波,而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效地加以消除。7.2.3施密特觸發(fā)器1.電路組成將高觸發(fā)端TH和低觸發(fā)端TR連在一起作為輸入端uI,就可以構(gòu)成一個反相輸出的施密特觸發(fā)器。由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的電路圖和工作波形如圖所示。現(xiàn)設(shè)輸入信號uI為如圖7.10(b)所示的三角波,結(jié)合555定時器電路的功能表7.1可知,當uI<1/3UCC時,兩個比較器的輸出為uC1=“1”,uC2=“0”,因而基本RS觸發(fā)器狀態(tài)為Q=“1”,輸出uO=“1”;當1/3UCC<uI<2/3UCC時,兩個比較器的輸出為uC1=uC2=“1”,基本RS觸發(fā)器保持狀態(tài)不變,故輸出uO也保持不變;當uI≥2/3UCC時,兩個比較器的輸出為uC1=“0”,uC2=“1”,因而基本RS觸發(fā)器狀態(tài)為Q=0,輸出uO=“0”。2.工作原理當1/3UCC<uI<2/3UCC時,兩個比較器的輸出為uC1=uC2=“1”,基本RS觸發(fā)器保持狀態(tài)不變,仍為Q=“0”,輸出uO=“0”;當uI≤13UCC時,兩個比較器的輸出為uC1=“1”,uC2=“0”,基本RS觸發(fā)器狀態(tài)被置為Q=“1”,輸出uO=“1”;電路的工作波形如圖7.10(b)所示。根據(jù)以上分析可知,由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的上限觸發(fā)閾值電壓UT+=23UCC,下限觸發(fā)閾值電壓UT-=13UCC,回差電壓ΔU=13UCC。如果在CO端加上控制電壓UIC,則可以改變電路的UT+、UT-和ΔU。(1)用于波形變換。利用施密特觸發(fā)器可以把幅度變化的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。圖7.11所示為一正弦信號轉(zhuǎn)換為矩形脈沖信號的電路輸入、輸出電壓波形,只要輸入信號的幅度大于UT+,就可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同頻率的矩形脈沖信號。3.應(yīng)用舉例圖7.11

正弦信號轉(zhuǎn)換為矩形脈沖信號的電路輸入、輸出電壓波形(2)用于脈沖整形。在數(shù)字系統(tǒng)中,矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變,圖7.12給出了幾種常見的情況。當傳輸線上電容較大時,波形的上升沿和下降沿將明顯變壞,如圖7.12(a)所示;當傳輸線較長,而且接收端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時,在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象,如圖7.12(b)所示;當其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號上時,信號上將出現(xiàn)附加的噪聲,如圖7.12(c)所示。無論出現(xiàn)上述哪種情況,都可以使用施密特觸發(fā)反相器整形而獲得比較理想的矩形脈沖波形。由圖7.12可見,只要施密特觸發(fā)反相器的UT+和UT-設(shè)置合適,就能達到滿意的整形效果。圖7.12

施密特觸發(fā)反相器的脈沖整形1.脈沖的產(chǎn)生電路即多諧振蕩器,其主要用途是產(chǎn)生數(shù)字邏輯電路的時鐘脈沖,脈沖的振蕩周期T(或頻率f)由R和C的值決定,但石英晶體振蕩器的頻率由石英諧振頻率決定。多諧振蕩