救护车报警器Word格式文档下载.docx
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1.1、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。
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55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。
1.2、555定时器的电路结构和逻辑功能
1.2.1、电路结构和逻辑功能
图1555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4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
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0.01μF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5kΩ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1555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。
1.2.2、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。
1.2.3、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2555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③脚输出的方波脉冲经R3加至右端的555的⑤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11V和0.2V。
①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]=568hz(3)(Vt+=2Vt-=9.2V)
②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)
f=1/[(R4+R5)C2ln(Vcc-Vt-)/(Vcc-Vt+)+R2C5ln2]=986hz(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。
③555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⑤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⑤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⑤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。
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- 关 键 词:
- 救护车 报警器