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变音警笛电路DOC
1.总体方案的设计与选择
1.1.方案原理构思
1.1.1.提出原理方案
555定时器的发展:
555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路,因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。
此电路后来竟风靡世界。
目前,流行的产品主要有4个:
BJT两个:
555,556(含有两个555);CMOS两个:
7555,7556(含有两个7555)。
555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。
555的设计制作:
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定时器的的应用
(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;
图1
振荡周期:
T=0.7(R1+2R2)C
(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。
555定时器是一种集模拟,数字于一体的中规模集成电路,其应用极为广泛。
它不仅
用于信号的产生和变换,还常用于控制与检验电路中。
定时器有双极型和CMOS两种类型的产品,它们的结构及工作原理基本相同,没有本质的区别。
一般来说,双极型定时器的驱动能力较强,电源电压范围为15~16V,最大负载电流可达200mA。
而COMS定时器的电源电压范围为3~18V,最大负载电流在4mA以下,它具有功耗低,输入阻抗高等优点。
1.2.总体方案的确定
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表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图1和图2所示。
它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个RS触发器,一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压,当5脚悬空时,则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3,C2的反相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器C2的输出为0,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,则C1的输出为0,C2的输出为1,可将RS触发器置0,使输出为0电平。
它的各个引脚功能如下:
(555定时器引脚图如图2所示)
1脚:
外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
8脚:
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:
输出端Vo
2脚:
低触发端
6脚:
TH高触发端
4脚:
是直接清零端。
当此端接低电平,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:
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:
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。
在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下,555时基电路的功能表如表1示。
表1555定时器的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端
Q
放电管T
功能
0
×
×
0
导通
直接清零
1
0
1
x
保持上一状态
保持上一状态
1
1
0
x
保持上一状态
保持上一状态
1
0
1
0
1
1
0
导通截止
置1
清零
图1555计时器引脚分布图
图2555定时器的内部结构
利用555定时器制作多谐振荡器:
多谐振荡器又称为无稳态触发器,它没有稳定的输出状态,只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后,经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
多谐振荡器可用作方波发生器。
如下图3
图3多谐振荡器电路和波形
理论分析:
接通电源后,假定是高电平,则T截止,电容C充电。
充电回路是VCC—R1—R2—
C—地,按指数规律上升,当上升到时(TH、端电平大于),输出翻转为低电平。
是低电平,T导通,C放电,放电回路为C—R2—T—地,按指数规律下降,当下降到时(TH、端电平小于),输出翻转为高电平,放电管T截止,电容再次充电,如此周而复始,产生振荡,经分析可得
理论计算:
输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2
输出低电平时间T=R2Cln2
振荡周期T=(R1+2R2)Cln2
输出方波的占空比为
利用555定时器制作多谐振荡器,输入电源后,使其产生波形脉冲,为单电源变双电源电路提供电路输入。
1.2.单元电路的选择与设计
1.2.1.单元电路的选择与设计
利用555定时器制作多谐振荡器,输入电源后,使其产生波形脉冲,为单电源变双电源电路提供电路输入
1.2.2.元器件的选择
根据以上设计分析,我们选择的元件必须符合设计的要求才行,因此按照每个模块作出如下选择:
NE5551个
电容
2000pf1个
0.01uf1个
22uf
二极管2个
电阻
12千欧1个
导线若干
1.2.3总体电路
经过一系列设计的方案确定及计算,我们得出以下电路:
我们组用的MULTISIM10作为此电路的仿真。
给电路12V的供电电压,时基电路555接成无稳态电路,3脚输出频率为20KHz、占空比为1:
1的方波。
3脚为高电平时,C4被充电;低电平时,C3被充电。
由于VD1、VD2的存在,C3、C4在电路中只充电不放电,充电最大值为EC,,在A、C两端就得到+/-EC的双电源。
4.安装调试
4.1.元件引脚识别
NE555元件引脚如下:
时基电路555是一种用途较广的精密定时器,可用来发生脉冲、作方波发生器、自激振荡器、定时电路、延时电路、脉宽调制电路、脉宽缺少指示电路、监视电路等。
其工作电压为5~18V,常用10~15V,最大输出电流200mA,可驱动功率开关管、继电器、发光管、指示灯、,做振荡器时,最高频率可达300kHz。
时基电路555比较简单,内部集成了21个晶体三极管、4个晶体二极管和16个电阻组成了两个电压比较器、一个R-S触发器、一个放电晶体管和一个由3只电阻组成的分压器。
图中上比较器A1和下比较器A2是由两个高增益的电压比较器,VT为放电三极管,3个电阻R1、R2、R3阻值都是5kΩ,是3个5组成,时基电路555名称由此而来。
555的8脚是集成电路工作电压输入端,电压为5~18V,以UCC表示;从分压器上看出,上比较器A1的5脚接在R1和R2之间,所以5脚的电压固定在2UCC/3上;下比较器A2接在R2与R3之间,A2的同相输入端电位被固定在UCC/3上。
1脚为地。
2脚为触发输入端;3脚为输出端,输出的电平状态受触发器控制,而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。
当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时,触发器被置于复位状态,3脚输出低电平;
2脚和6脚是互补的,2脚只对低电平起作用,高电平对它不起作用,即电压小于1Ucc/3,此时3脚输出高电平。
6脚为阈值端,只对高电平起作用,低电平对它不起作用,即输入 电压大于2Ucc/3,称高触发端,3脚输出低电平,但有一个先决条件,即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。
3脚在高电位接近电源电压Ucc,输出电流最大可打200mA。
4脚是复位端,当4脚电位小于0.4V时,不管2、6脚状态如何,输出端3脚都输出低电平。
5脚是控制端。
7脚称放电端,与3脚输出同步,输出电平一致,但7脚并不输出电流,所以3脚称为实高(或低)、7脚称为虚高。
4.2.元件的检测
电阻检测用万用表,调到电阻档.电容直接给定就OK,发光二极管的正负极也可用万用表检测.二极管利用正向导通反向截止的特性可以先将万用表调到电阻档,正向时电阻很小,反向电阻很大.
4.3.用到的仪器仪表
本设计用到万用表和示波器.
4.4.调试步骤
在焊接好了之后,接上12V电源,用万用表或示波器测量电压,得到相等正负电压,达到设计结果。
4.5.调试常见的故障与处理方法
在焊接过程,可能会遇到线与线之间没有真正的接通或虚焊,可以用万用表的蜂鸣档,用表笔接触需要连接通路的两端,若有响,则代表通了,反之则没有通。
芯片或其他地方没有通或没有电压,可以用万用表的电压档表笔一段端接负,另一端接需要连通的一端,看有没有电压值。
实物图如下:
正面和反面
我们用12V作为电压,最初我们完成焊接电路,用示波器测试,发现只有正向有电压显示,负的一方没有。
于是我们开始检查电路,尝试自己调节。
将最初的3拐角接地改为不接地,示波器显示出正负两组数据结果。
产生正负13.2V的双电源。
完成调试并得到相关的结果。
现象结果图
5.心得体会
本次电子技术课程设计即将结束,总的来说,经过这门课的学习收获还是相当大的。
回顾这两周的课程设计,至今我仍感慨万分。
从选材到制作,从理论到实践,在两周的实训日子里,可以说苦大于甜,但是可以学到很多很多的东西,同时不仅巩固了以前所学到的知识,还学到了很多在书本上没有的知识。
通过这次课程设计使我们都更加的懂得了理论与实践结合的重要性,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从实践中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实践能力和独立思考能力。
设计过程中遇到了许多的困难,并且发现了自己许多的不足之处,发现自己对以前所学的知识了解不够深刻,掌握得不够牢固,有待加强。
生活就是这样,汗水预示着结果但也见证着收获。
劳动是人类生存.生活永恒不变的话题,通过实训,我才真正领略到“艰苦奋斗”的含义。
我想说,设计确实有些辛苦,但苦中也有乐,在如今单一的理论学习中,很少有实践的机会,但我们可以。
而且设计也是一个团队任务,一起的工作可以让我们有说有笑,相互帮助,配合默契。
我想说,在之前切实很累,但在看到我们自己所做的成果时,心中免不了产生兴奋。
对于我们专业来说,实际动手能力的培养很重要,而这种能力的培养单靠课堂的时间是不够的,必须从课堂走向实践。
通过课程设计,让我们找出自身状况与实际需要的差距,并在以后的学习中及时补充相关知识,为求职与工作做好充分的知识,能力准备,从而缩短从校园走向社会的心理转型期。
此次课程设计达到了专业学习预期的目的。
在课程设计之后,我们都感到不仅实际动手能力得到提高,更重要的是通过对软件开发,软件管理流程的了解,进一步激发我们对专业知识的兴趣,并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。
参考文献
1.《电子技术基础数字部分(第五版)》康光华主编华中科技大学电子技术课程组编高等教育出版社2006.1
2.《多功能集成电路555经典应用实例第二集》陈永甫主编电子工业出版社2009.6
3.《电子技术课程设计指导》彭介华主编高等教育出版社1997
4.《常用电子元件简明手册》于洪珍主编
5.《Protel99SE&DXP电路设计教程》王庆主编电子工业出版社2011.3
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