救护车报警器.doc

电子课程设计设 计 报 告课题名称: 模拟救护车报警器 专业班级： 电气工程学院0906班 学 号： 09272001 学 生： 陈怀鑫 指导教师： 朱颖 2011年6月30日一、系统设计概述11、概述 555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；设计新颖、构思奇巧，备受电子专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。555定时器是一种中规模集成电路，它使用灵活、方便，被广泛应用于脉冲的产生、整形、定时和延迟等电路中。文中介绍了555定时器及其逻辑功能，以及由其构成的多谐振荡器的工作原理，通过举例论述了555多谐振荡器在模拟救护车声响电路中的应用，说明在实际生产中，只要将其各个功能加以综合应用，便可得到许多实用电路。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。555的应用：（1）、构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；（2）、构成多谐振荡器，组成信号产生电路；（3）、构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。12、555定时器的电路结构和逻辑功能121、电路结构和逻辑功能图1 555定时器的内部电路结构和引脚图图1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。它的各个引脚功能如下：        1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。        8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.516V，CMOS型时基电路VCC的范围为318V。一般用5V。        3脚：OUT（或Vo）输出端。        2脚：TR低触发端。        6脚：TH高触发端。        4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。        5脚：CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。        7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5k的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。        在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1示。表1 555定时器的功能表从555定时器的功能表可以看出：555定时器有两个阈值（Threshold）电平，分别是1/3VCC和2/3VCC；输出端为低电平时三极管TD导通， 7脚输出低电平；输出端为高电平时三极管TD截止， 如果7脚接一个上拉电阻， 7脚输出为高电平。所以当7脚接一个上拉电阻时，输出状态与3脚相同。 122、555定时器的主要参数        555定时器的主要参数有电源电压、静态电流、定时精度、阈值电压、阈值电流、触发电压、触发电流、复位电压、复位电流、放电电流、驱动电流及最高工作频率。123、等效电路555时基电路内部既有模拟电路，又有数字电路，读图和应用十分不便，为便于一目了然地理解555的功能，可以将555电路的数字与模拟功能合在一起考虑，进行化简。        图2是图1（a）中555电路的内电路方框图简化成为带一个放电开关的特殊的RS触发器，其逻辑功能见表3所示。图2 555定时器化简电路二总电路图所需的器件：555定时器 2片；100欧的滑动变阻器 1个；5千欧的电阻 2片；10千欧的电阻 1片；100千欧的电阻 1片；150千欧的电阻 1片；10nF的电容 1个；10uF的电容 1个；30uF的电容 1个；8欧的扬声器 1个。输出信号的波形图（U3电压）：会产生频率不断变化的波形图。当按下开关时，扬声器会发出高低交换的声音，就像模拟救护车的声音。输出的脉冲波形如上图。充电时的输出脉冲比较宽，就是周期大些。放电时的输出脉冲比较窄，就是周期小些。图中电路2片555定时器都接成了多谐振荡器，左端555的振荡器的输出的高低电平信号以控制右端的555振荡器输出振荡频率， 左端555 组成的电路为低频振荡电路，按RC 的数值计算，它的振荡频率仅为0.46Hz; 由右端的555组成的振荡电路，它的RC 数值比左端的小,它的振荡频率为681Hz，所以它是高频振荡电路。由左端的555的脚输出的方波脉冲经R3加至右端的555的脚，对右端产生的高频信号脉冲进行调制，最后产生出救护车模拟声响。 由资料得，当 V=12v时 555定时器的输出高低电平为11 V和0.2V 。 当Vo1=11V 时，持续时间为 t1=(R1+R2)C1ln2=1.1s （1）右端振荡器的5脚上的电压为 ： Vco=(5/10)/（R3+5/10）*Vo1+(R3/10)/(5+R3/10)*Vcc=9.2V （2） 所以振荡器的输出频率为： f=1/(R4+R5)C2ln(Vcc-Vt-)/(Vcc-Vt+)+R2C5ln2=568 hz （3） （Vt+=2Vt-=9.2V） 当 V01=0.2V时，持续时间为 t2=R2C1ln2=1.0s （4）右端振荡器的5脚上的电压为： Vco=(5/10)/(R3+5/10)*Vo1+(R3/10)/(5+R3/10)*Vcc=4.88V （5） 所以振荡器的输出频率为：f=1/(R4+R5)C2ln(Vcc-Vt-)/(Vcc-Vt+)+R2C5ln2=986 hz （Vt+=2Vt-=4.88V）高音频为986hz，持续时间为1，低音频568hz，持续时间为1.1s。 555救护车声响模拟电路的调制过程是这样的：当左端555输出低频脉冲的高电平时即8.75V，电源通过R1，R2对电容C1充电，7号引脚的三极管断开，使得C1两端的电压增高，所以 右端 的脚的参考电压为8.75V， 这就使右端555 的振荡频率降低。当左端555输出脉冲的低电平到来时，即6.05V ，C1通过R2放电，7号引脚导通，C1两端放电，通过R2到地上，所以 右端555的脚的参考电压为Vo1+R3 及555 电路内输出管的管压降，为6.05V低电平，这就使右端555的输出频率升高。右端555的脚接参考电压。总的说来就是多谐振荡器通过积分回路，自发的反复振荡，也就产生了高低电平。这就是说， 右端输出的脉冲只能被调制在两个频率上，一个频率为高频，一个为低频。相对应的声响也只能在两个基本固定的高、低频率上，也就是我们通常所听到的救护车声。而且高音频为875hz ， 持续时间为1，低音频614hz 持续时间为1.1s。三、工作原理第一片555振荡器的输出接到第二片555振荡器的电压控制端，即5脚Vc0，如电路仿真所示。则第一片555振荡器输出高电平时，第二片555振荡器的振荡频率较低；当第一片555振荡器输出低电平时，第二片的振荡频率高，从而使第二片振荡器的输出端产生两种频率的信号。3脚所接的扬声器发出“滴嘟、滴嘟”的双音声，酷似救护车所发出的声音。四心得体会通过这次课程设计，培养了我们的动手操作能力，检验了我们的掌握知识的能力，增强了我们动脑子思考问题的能力，还有就是要学以至用，学会用所学的知识解决实际生活中的问题。我还知道了面包板上的一行5个是串联的 ，所以可以任意插入一个，是等效的 。面包板的插槽相当于固定的导线，相邻的两行不通，但同行的5个是串联的，芯片必须跨在插槽的两边，否则都导通了，没有效果。最后我们精简了很多导线，因为电路设计要越简单而且实现的功能越多越好。所以电路的评价标准，不仅是功能，还有简洁和节省。才是理想的设计。通过自己动手实验，取得成功后，很有成就感，激发了自己对数电的学习兴趣，以及对自然科学的探索的激情。由于能力有限，实验设计过程中有很多不足，我会在以后学习中加以强化，不断学习，争取做得更好。四、个人分工 这次课程设计各个部分大多由我两共同完成。主要包括：原理电路构想，进行软件电路仿真，收集相关设计资料，到实验室进行电路实际测试，收集器材并进行器材检查，进行面包板的焊接，进行电路测试并改正错误部分，美观面包板。 这次课程设计我的分工主要倾向于面包板的实际焊接和操作，如：收集器材并进行器材检查，进行面包板的焊接，进行电路测试并改正错误部分。五、心得一星期的课程设计结束了。通过这一次的课程设计，我的动手能力和经验有了一定程度的提高，在数字逻辑电路技术的理论知识上也有了更深的了解。在调试的过程中，通过排除故障，我学到了不少，增长了许多经验，而这些是书上学不到的.作为一名电气工程学院的大二学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义的。在已度过的两年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上把握的仅仅是专业基础课的理论面，如何面对现实中的各种设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中呢？我想类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感慨最深确当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，一次次翻阅设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。我们做的是课程设计，而不是艺术家的设计，艺术家可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是电气工程的电路设计人，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。整个设计我基本上还满足，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。六参考文献1侯建军主编数字电子技术基础（第二版）：北京，高等教育出版社，2007年12月。2 孙余凯,项绮明等.精选实用电子电路260例. 北京:电子工业出版社. 2007年6月。