救护车警笛电路.docx
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救护车警笛电路
电子课程设计
——救护车警笛电路
学院:
太原科技大学
专业、班级:
姓名:
学号:
****2013年12月
一.设计任务与要求……………………………………3
二.总体框图……………………………………………3
三.选择器件……………………………………………4
四.功能模块……………………………………………9
五.总体设计电路图……………………………………11
六.课程设计心得体会……………………………………14
双音救护车
一.任务设计与要求
1.设计任务
设计一个可以产生类似于救护车警笛声音的信号发生器
2.任务要求
(1)、高低两种音频交替出现。
(2)、高低音持续时间都在2秒以内。
二.总体框图
1.电路结构
根据设计要求,本次设计模仿救护车声的电路,要有脉冲信号源以及产生高频信号的振荡器把信号运载出去,我设计了如下方案,原理框图如图1所示。
图1救护车警笛电路原理框图
2.设计方案
将两片555定时器分别连接成多谐振荡器,其中555
(1)的作用是控制高频声音和低频声音的持续时间,其输出Vo1是555
(2)的控制电压;555
(2)的作用是控制高低音的频率,作为压控振荡器将555
(1)输出的高低电平转化为频率,驱动扬声器发出响声。
三.选择器件
1.555定时器器件特性
555定时器是一种中规模集成电路,外形为双列直插8脚结构,体积很小,使用起来方便。
集成时基电路555的电源电压范围较宽,可在5~16V范围内使用(TTL型,若为CMOS型的555芯片,则电压范围可在2~18V内),电路的输出有缓冲器,因而有较强的带负载能力。
双极型时基集成电路最大的灌电流和拉电流都在200mA左右,因而可直接推动TTL或CMOS电路中的各种电路,包括能直接推动蜂呜器、小型继电器、喇叭和小型电动机等器件。
集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。
它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
其主要参数见表1.
表1(a)双极性型5G555的主要性能参数
参数名称
符号
单位
参数
电源电压
VCC
V
5~16
电源电流
ICC
mA
阈值电压
VTH
V
VCC
触发电压
VTR
V
VCC
输出低电平
VOL
V
1
输出高电平
VOH
V
13.3
最大输出电流
IOMAX
mA
≤200
最高振荡频率
fMAX
KHz
≤300
时间误差
△t
nS
≤5
VTH即Vi1,VTR即Vi2。
(b)CMOS型7555的主要性能参数
参数名称
符号
单位
参数
电源电压
VCC
V
3~18
电源电流
ICC
μA
60
阈值电压
VTH
V
VDD
触发电压
VTR
V
VDD
输出低电平
V
V
0.1
输出高电平
V
V
14.8
最大输出电流
IOMAX
mA
≤200
最高振荡频率
fMAX
KHz
≥500
时间误差
△t
nS
2.555定时器内部结构及工作原理
(1)内部结构图
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图2和图3所示。
Vi1(TH):
高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,标志为TH。
Vi2(
):
低电平触发端,简称低触发端,标志为
。
VCO:
控制电压端。
VO:
输出端。
Dis:
放电端。
:
复位端。
555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络,产生
VCC和
VCC两个基准电压;两个电压比较器C1、C2;一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器(低电平触发);放电三极管T和输出反相缓冲器G3。
是复位端,低电平有效。
复位后,基本RS触发器的
端为1(高电平),经反相缓冲器后,输出为0(低电平)。
VCO为控制电压端,在VCO端加入电压,可改变两比较器C1、C2的参考电压。
不加控制电压时,要在VCO和地之间接0.01μF(电容量标记为103)电容。
放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。
(2)工作原理
分析图2的电路:
在555定时器的VCC端和地之间加上电压,
当VCO悬空时,比较器C1的同相输入端接参考电压
=
VCC,比较器C2反相输入端接参考电压
=
VCC;
当VCO接控制电压
时,比较器C1的同相输入端接参考电压
=Ve,比较器C2反相输入端接参考电压
=
Ve。
现做如下规定:
当TH端的电压>
时,写为VTH=1,当TH端的电压<
时,写为VTH=0。
当
端的电压>
时,写为VTR=1,当
端的电压<
时,写为VTR=0。
1低触发:
当输入电压Vi2<
且Vi1<
时,VTR=0,VTH=0,比较器C2输出为低电平,C1输出为高电平,基本RS触发器的输入端
=0、
=1,使Q=1,
=0,经输出反相缓冲器后,VO=1,T截止。
这时称555定时器“低触发”;
2
表2555定时器控制功能表
输入
输出
TH
VO
Dis
×
<
<
>
×
<
>
×
L
H
H
H
L
H
不变
L
导通
截止
不变
导通
保持:
若Vi2>
且Vi1<
,则VTR=1,VTH=0,
=
=1,基本RS触发器保持,VO和T状态不变,这时称555定时器“保持”。
3高触发:
若Vi1>
,则VTH=1,比较器C1输出为低电平,无论C2输出何种电平,基本RS触发器因
=0,使
=1,经输出反相缓冲器后,VO=0,T导通。
这时称555定时器“高触发”。
555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件(即VTH、VTR的“0”、“1”)整理为表2
根据555定时器的控制功能,可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路,例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。
(2)、555定时器引脚图
555定时器引脚图如图4所示。
图4555定时器管脚图
555引脚图介绍如下。
1地(GND)
2触发(TR),是下比较器的输入
3输出(OUT),有0和1两种状态,它的状态由输入所加的电平决定
4复位(R),叫上低电平(<0.3V)时可使输出端为低电平
5控制电压(CV),可以用来改变上下触发电平值
6门限(阈值)(TH),是上比较器的输入
7放电(DIS),是内部放电管的输出,它有悬空和接地两种状态,也是由输端的状态决定
8电源电(VCC)
3.555定时器接成多谐振荡器
(1)连接方法:
将555定时器的Vi1和Vi2连在一起结成施密特触发器,然后将VO经RC积分电路接回输入端即构成了多谐振荡器,如图5(a)所示。
(2)多谐振荡形成机理:
初始时刻,Vc为0时,Vi2<
且Vi1<
,555定时器处于低触发状态,VO=1,T截止,电容C经过R1、R2充电;当Vc上升到
时,Vi2>
,Vi1<
,处于保持状态,电容继续充电,Vc继续升高,VO=1,T截止;当Vc=
时,Vi1>
,555定时器处于高出发状态,VO=0,T导通,电容C经过R2、T放电,Vc降低,当Vc下降到
时,Vi2<
且Vi1<
,电路再次进入低触发状态,电容C经过R1、R2充电……以此循环往复,电容Vc上的电压在
和
之间往复振荡,Vo端输出具有一定占空比的方波脉冲,通过调节RW或电容C,可得到不同的时间常数;还可产生周期和脉宽可变的方波输出,波形如图5(b)所示。
图5由定时器555组成的多谐振荡器电路图与工作波形
(3)、相关公式推导
通过Vc的波形球的电容C的充电时间
和放电时间
计算公式如下:
充电时间
计算公式:
放电时间
计算公式:
故电路的振荡周期为:
当Vco悬空(接电容后接地),
=
VCC
=
VCC时,
振荡周期:
振荡频率:
四.功能模块
1.用555定时器组成多谐振荡器作为低频脉冲信号源电路
电路如图6所示
图6由定时器555组成的多谐振荡器脉冲信号源
其产生的周期信号可用示波器显示如图7所示:
图7脉冲信号源周期信号
2.信号运载及发声部分电路
信号运载及发声部分电路如图8所示
信号运载及发声部分电路的信号可用示波器显示如图9所示
图9运载及发声部分电路波形图
五.总体设计电路图:
1.总体设计图10所示
图10总设计图
2.仿真结果
通过仿真软件Multisim仿真电路,调节参数,观测波形。
结果如图11所示
图11仿真结果波形图
①计算高频声音和低频声音的持续时间:
高音(高频信号)时间即为C1经R2放电时间T2,低音持续时间为C1经过R1、R2充电时间T1.
高音持续时间:
(即为低电平持续时间)
低音持续时间:
(即为高电平持续时间)
②555
(2)的5管脚输入电压可根据戴维南等效电路求得:
(如图12)
图12555
(2)控制端电压Ve的戴维南等效电路图
③计算高频声音和低频声音振荡频率:
当
=0V时,
=6.00V,
高音振荡频率:
4.误差分析及总结
经过多次参数调整,可使仿真波形近似完美地符合计算结果。
输出振荡频率为1718Hz,持续时间为4ms的高音频信号以及振荡频率为1222Hz,持续时间为6ms的低音频信号,由其驱动扬声器发声即为救护车扬声器发声信号。
在仿真过程中由于受仿真软件的不确定性性质,高音频第一周期内存在一次漏波,但基本不影响高音发声;另外,若要使高低音循环周期达到秒级,虽然计算结果可通过参数选择实现,却无法用仿真结果验证
六.课程设计心得体会
本次了验在过程中可谓一波三折,本来以为很简单的一个试验在设计的过程中出现了很多问题,可能是由于本人的理论知识匮乏的原因吧,在我课后上网和图书馆搜寻资料后,做出来了一个大致的草图,但是在第一次的仿真试验中还是出现了许多问题,后来经过老师的指导和我的努力终于完成乐本次实验,但是,由于计算上的误差和仿真系统本身的误差导致间歇10s的任务没有很完美的体现出来,以后会继续研究的。
做课程真的是很不容易的,在这两周里,我一次又一次的告诉自己,坚持,再坚持,自己看起来原本多完美的图纸在一检查仿真下就漏洞百出了。
说实话,课程设计这几天学到的东西还真不少。
以前不清楚的现在都暴露出来了。
以前认为学了没用的课程现在也用到了。
而在硬件实验中,又一次看到细心的重要性。
在做实验之前一定要提前把准备工作做好:
检查导线、芯片功能、实验箱是否能用、熟悉各个芯片的原理管脚图。
在接线的时候要头脑清醒,思路清晰。
一个模块一个模块地接,减少错误的发生。
这样才能成功的做出结果。
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异,电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域,在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。
回顾起此次电子技术课程设计,至今我仍感慨颇多,的确,从选题到定稿,从理论到实践,在整整两星期多的日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,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,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,比如有时候被一些小的,细的问题挡住前进的步伐,让我总是为了解决一个小问题而花费很长的时间。
最后还要查阅其他的书籍才能找出解决的办法。
并且我在做设计的过程中发现有很多东西,也知道拉自己的不足之处,知道自己对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固.
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- 救护车 警笛 电路