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1、;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：指导老师： 2013年12月 .'目录1 设计任务与要求3 2 总体框图33 选择器件44 功能模块95 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。信号运载及发声部分用555定时器
2、组成的多谐振荡器作为低频脉冲信号源 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。3 选择器件1555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516V范围内使用（TTL型，若为CMOS型的555芯片，则电压范围可在218V 内），电路的输出有缓冲
3、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VCCV516电源电流ICCmA阈值电压VTHVVCC触发电压VTRVVCC输出低电平VOLV1输出高电平VOHV13.3最大输出电流IOMAXmA200最高振荡频率fMAXKHz300时间误差tnS5 VTH即Vi1 ,VTR即V
4、i2 。 (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VCCV318电源电流ICCA60阈值电压VTHVVDD触发电压VTRVVDD输出低电平VV0.1输出高电平VV14.8最大输出电流IOMAXmA200最高振荡频率fMAXKHz500时间误差tnS 2.555定时器内部结构及工作原理 （1）内部结构图 图2 555定时器内部结构 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
5、端。图3 555定时器逻辑符号和引脚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001F（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
6、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。 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Q1，0，经输出反相缓冲器后，VO1，T截止。这时称55
7、5定时器“低触发”；表2 555定时器控制功能表输 入输 出THVODis×<<>×<>×LHHHLH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”。 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，VO0，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
8、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4 555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
9、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，VO1，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，VO1，T截止；当Vc= 时，Vi1>，555定时器处于高出发状态，VO0，T导通，电容C经过R2、T放电，Vc降低，当
10、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
11、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 图8运载及发声部分电路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 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
12、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）555（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12 555（2）控制端电压Ve的戴维南等效电路图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
13、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6 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
14、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。
15、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.'