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1、模擬救護(hù)車(chē)聲響電路設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱:模擬救護(hù)車(chē)聲響電路學(xué)院:專業(yè)班級(jí):電子信息工程072班學(xué)號(hào):學(xué) 生:指導(dǎo)教師:教務(wù)處2010年12月30日模擬救護(hù)車(chē)聲響電路學(xué)生指導(dǎo)教師課題名稱模擬救護(hù)車(chē)聲響電路設(shè)計(jì)時(shí)間2 010. 12. 2 6-2011.14設(shè)計(jì)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)樓41 1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。模擬救護(hù)車(chē)聲響電路一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述1.1、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(S i gnetics)研制:設(shè)計(jì)新穎、構(gòu)思奇巧,備
2、受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛(ài) 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(guò)舉例論述了 555多諧振蕩器在模擬救護(hù)車(chē)聲響電路中的應(yīng)用,說(shuō)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
3、時(shí)器可以說(shuō)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(jí)和放電管。輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)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(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)器被孩制復(fù) 位。若無(wú)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(hào)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(kāi)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(lái)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(hào)發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測(cè)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。模擬救護(hù)車(chē)聲響電路1.2> 555定時(shí)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(shí)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(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
5、。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(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:C0(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓,則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(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. 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(shí)器時(shí)電容的放電。
6、電 阻分壓器由三個(gè)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(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(hào)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(hào);低電 平觸發(fā)信號(hào)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(hào)?;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、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(chē)聲響電路表1555定時(shí)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(shí)器的功能表可以看出:555定時(shí)器有兩個(gè)閾值(Thresho I d )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,如呆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。1. 2.2、555定時(shí)器的主要參數(shù)555定時(shí)器的主
8、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。1.2. 3、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(jiǎn)。圖2是圖1 (a)中555電路的內(nèi)電路方框圖簡(jiǎn)化成為帶一個(gè)放電開(kāi)關(guān)的特 殊的RS觸發(fā)器,其邏輯功能見(jiàn)表3所示。圖2 555定時(shí)器化簡(jiǎn)電路二、設(shè)計(jì)思路2.1、設(shè)計(jì)系統(tǒng)簡(jiǎn)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(hào)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(chē)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(jiàn)表3。表2 雙極型555和CMO S型755 5主要參數(shù)名稱符號(hào)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(shí)精度1:%v畫(huà)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(dòng)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(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(chǎng)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(duì)振蕩頻率和定時(shí)精度的 影響小。對(duì)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/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(jí)。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755 5在傳輸過(guò)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(jí),高達(dá)10 1 0OoCMO S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)200m AoIn(mA)圖3雙極型555與CMOS型555尖峰電流對(duì)比通過(guò)上面對(duì)兩種型號(hào)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
12、號(hào)。一般 來(lái)說(shuō),在要求定時(shí)長(zhǎng)、功耗小、負(fù)載輕的場(chǎng)合,宜選用CMOS型的75 55.而在負(fù)載重、要 求驅(qū)動(dòng)電流大、電壓高的場(chǎng)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(jí),很適合做長(zhǎng)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
13、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HA1755 5o2. 2、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。輸出波形的振蕩周期可用過(guò)渡過(guò)程公式計(jì)算:tw 1 :uC (0) = VCC /3 V、uC(8)二VCC、 t1 = (RA+ RB)C、 當(dāng) t 二 tw1 時(shí),uC (tw1) =2 V CC /3 代 入三要素方程仏仔腿即解岀鳥(niǎo))Ctw2 : uC (0) = 2V
14、CC /3 V、uC(oo)二0V、11= RBC.當(dāng) t二 tw2 時(shí),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(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(guò)計(jì) 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(tīng)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(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:fF 1 /T=1.44/ (D+2RQG當(dāng)R V1,即電位器RV1的阻值在0100K變化時(shí),對(duì)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(lái)決定,故第一級(jí)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(shí),IC2的振蕩頻率就低;而當(dāng)I S 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“嘀一噠,嘀一噠”的節(jié)奏音響。 改變Rs R5, ©的時(shí)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(jì)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(guò)電阻R1和RV 1給電解電容C1充電,此時(shí)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(shí) 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(shí),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(guò)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(shí),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(shí),
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(hào)。3腳所接的揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟.嘟”的類似救護(hù)車(chē)的雙頻間歇響聲。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4. 1 -系統(tǒng)調(diào)試模擬救護(hù)車(chē)聲響電路當(dāng)給電路通電后,揚(yáng)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(guò)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(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(wàn)用表測(cè)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(guò)這次課程設(shè)計(jì),我拓寬了知識(shí)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(guò)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(jué)悟。尤其是觀察、分析和解決問(wèn)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(duì)獨(dú) 立的意艾。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(shí),嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作,并從理論
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