1、設 計 報 告課題名稱: 模擬救護車聲響電路 學 院： 專業班級： 電子信息工程072班 學 號： 學 生： 指導教師： 教務處2010年12月30日學 生指導教師課題名稱模擬救護車聲響電路設計時間設計地點實驗樓411設計目的1、熟悉555定時器的引腳安排；2、掌握555定時器的邏輯功能與使用方法；3、了解音響電路的組成和工作原理，并熟悉其設計和制作。一、系統設計概述11、概述 555定時器（時基電路）是一種用途廣泛的模擬數字混合集成電路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；設計新穎、構思奇巧，備受電子專業設計人員和電子愛好者青睞；它可以構成單穩態觸發器、多諧振蕩器、施密特

2、觸發器和壓控振蕩器等多種應用電路。555定時器是一種中規模集成電路，它使用靈活、方便，被廣泛應用于脈沖的產生、整形、定時和延遲等電路中。文中介紹了555定時器及其邏輯功能，以及由其構成的多諧振蕩器的工作原理，通過舉例論述了555多諧振蕩器在模擬救護車聲響電路中的應用，說明在實際生產中，只要將其各個功能加以綜合應用，便可得到許多實用電路。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀555定時器可以說是模擬電路與數字電路結合的典范。兩個比較器 C1和 C2各有一個輸入端連接到三個電阻

3、R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅動電流可達200mA。比較器C1和C2的參考電壓分別為UA和UB，根據C1和C2的另一個輸入端觸發輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發器的輸出狀態。當復位端為低電平時，RS觸發器被強制復位。若無需復位操作，復位端應接高電平。555的應用：（1）、構成施密特觸發器，用于TTL系統的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；（2）、構成多諧振蕩器，組成信號產生電路；（3）、構成單穩態觸發器，用于定時延時整形及一些定時開關中。555應用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發生器、

4、元件參數和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。12、555定時器的電路結構和邏輯功能121、電路結構和邏輯功能圖1 555定時器的內部電路結構和引腳圖圖1為555時基電路的電路結構和8腳雙列直插式的引腳圖，由圖可知555電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本RS觸發器、放電管和輸出緩沖器5個部分組成。它的各個引腳功能如下：1腳：GND(或Vss)外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.516V，CMOS型時基電路VCC的范圍為318V。一般用5V。3腳：OUT（或Vo）輸出

5、端。2腳：TR低觸發端。6腳：TH高觸發端。4腳：R是直接清零端。當R端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。電阻分壓器由三個5k的等值電阻串聯而成。電阻分壓器為比較器C1、C2提供參考電壓，比較器C1的參考電壓為2/3Vcc，加在同相輸入端，比較器C2的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結構相同的集成運

6、放C1、C2組成。高電平觸發信號加在C1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本RS觸發器R端的輸入信號；低電平觸發信號加在C2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本RS觸發器S端的輸入信號?；綬S觸發器的輸出狀態受比較器C1、C2的輸出端控制。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器C1、C2基準電壓分別為2/3Vcc，1/3Vcc的情況下，555時基電路的功能表如表1示。表1 555定時器的功能表從555定時器的功能表可以看出：555定時器有兩個閾值（Threshold）電平，分別是1/3VCC和2/3VCC；輸出端為低電平時三極管TD導通， 7腳輸出

7、低電平；輸出端為高電平時三極管TD截止， 如果7腳接一個上拉電阻， 7腳輸出為高電平。所以當7腳接一個上拉電阻時，輸出狀態與3腳相同。 122、555定時器的主要參數555定時器的主要參數有電源電壓、靜態電流、定時精度、閾值電壓、閾值電流、觸發電壓、觸發電流、復位電壓、復位電流、放電電流、驅動電流及最高工作頻率。123、等效電路555時基電路內部既有模擬電路，又有數字電路，讀圖和應用十分不便，為便于一目了然地理解555的功能，可以將555電路的數字與模擬功能合在一起考慮，進行化簡。圖2是圖1（a）中555電路的內電路方框圖簡化成為帶一個放電開關的特殊的RS觸發器，其邏輯功能見表3所示。圖2 5

8、55定時器化簡電路二、設計思路21、設計系統簡紹 555時基電路555定時器產品有TTL型和CMOS型兩類。TTL型產品型號的最后三位都是555，CMOS型產品的最后四位都是7555，它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。但雙極型555和CMOS型7555因其制造工藝和流程的不同，生產出的555集成電路的性能指標也有所差異。兩者的區別見表3。表2 雙極型555和CMOS型7555主要參數1、雙極型555和CMOS型7555的共同點二者的功能大體相同，外形和管腳排列一致，在大多數應用場合可直接替換。均使用單電源，適應電壓范圍大，可與TTL、HTL、CMOS型數字邏輯電路等共用電源。555的輸出為

9、全電源電平，可與TTL、HTL、CMOS型等電路直接接口。電源電壓變化對振蕩頻率和定時精度的影響小。對定時精度的影響僅0.05%/V，且溫度穩定性好，溫度漂移不高于50ppm/（即0.005%/）。2、雙極型555與CMOS型7555的差異CMOS型7555的功耗僅為雙極型的幾十分之一，靜態電流僅為300A左右，為微功耗電路。CMOS型7555的電源電壓可低至；各輸入功能端電流均為pA（微微安）量級。CMOS型7555的輸出脈沖的上升沿和下降沿比雙極型的要陡，轉換時間短。CMOS型7555在傳輸過渡時間里產生的尖峰電流小，僅為23mA；而雙極型555的尖峰電流高達300400mA，如圖3所示。

10、CMOS型7555的輸入阻抗比雙極型的要高出幾個數量級，高達1010。CMOS型7555的驅動能力差，輸出電流僅為13mA，而雙極型的輸出驅動電流可達200mA。圖3雙極型555與CMOS型555尖峰電流對比通過上面對兩種型號的555的比較，在進行電路設計和應用時，應視具體情況選擇型號。一般來說，在要求定時長、功耗小、負載輕的場合，宜選用CMOS型的7555.而在負載重、要求驅動電流大、電壓高的場合，宜選用雙極型的555.此外，由于雙極型的沖擊峰值電流大，在電路中應加電源濾波電容，且容量要大。雙極型555的輸出阻抗遠比CMOS型7555的輸入阻抗低，一般要在555的電壓控制功能端加一去耦電容（

11、0.010.1F），而CMOS型7555可不加。CMOS型7555的輸入阻抗高達1010量級，很適合做長延時電路，RC時間常數一般很大。負載驅動能力方面，雙極型555可直接驅動低阻負載，如繼電器、小直流電機、揚聲器等。CMOS型7555只可直接驅動高阻抗負載。若驅動低阻負載，可在輸出端加接三極管驅動。綜合上述考慮，故本次模擬交通燈的電路設計采用CMOS型7555，在實際硬件電路中采用東芝公司生產的HA17555。22、軟件分析本設計中，555定時器構成多諧振蕩器構成的多諧振蕩器如圖4所示。它是將兩個觸發端2腳和6腳合并在一起，放電端7腳接于兩電阻之間。圖4 多諧振蕩器電路圖 圖5 多諧振蕩器的

12、波形輸出波形的振蕩周期可用過渡過程公式計算：tw1 ：uC (0) = VCC /3 V、 uC () =VCC、 t1=(RA+ RB)C、 當t= tw1時，uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出： tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、uC () =0V、 t1= RBC、當t= tw2時，uC (tw2) =VCC /3 代入公式。于是可解出： 其中D為占空比。23、系統設計和參數計算1、電路系統設計：該電路由第一個555產生低頻輸出送給第2個555高頻輸出，通過計算輸出頻率約為700HZ，而人的耳朵能接受的頻率范圍為2020000HZ，故人能聽到，

13、符合設計的實際可行。2、元器件與參數設計：（根據公式f1=1/T=1.44/(RP+R1)C1，及f2=1.44/(2R5+R4)C4，可選擇電阻R1(10K)，RV1(0100k)，R3(10K)，R4(10K)，R5(100K)，C1(10)，C2(10n)，C3(10n)，C4(100)，兩片COMS型7555（HA17555）及功率2W內阻為8歐的揚聲器組成。本設計電路由兩個CMOS型7555組成，均工作在多諧振蕩狀態。由電路仿真圖示參數不難求出兩振蕩器的振蕩頻率：f1=1/T=1.44/(R1+2RV1)C1 當RV1，即電位器RV1的阻值在0100K變化時，對應的頻率為14.4HZ

14、0.62HZ。 f2=1.44/(R2+2R5)C3=700HZ振蕩波形的占空系數由公式D=t充/T來決定，故第一級振蕩波形的最大占空系數為47%。兩片7555輸出波形圖如下：圖6 5兩片7555的波形（藍色為第一片，黃色為第二片）IC2受控于IC1的低頻方波。當IC1的輸出為低電平時，IC2的振蕩頻率就低；而當IC1的輸出為高電平時，IC2的振蕩頻率就高，因而從喇叭上就發出“嘀噠，嘀噠”的節奏音響。改變R4，R5，C2的時間常數，輸出的音響頻率也會發生相應的變化。24、系統設計功能這里主要的元器件是COMS型7555，性能介紹如下：當給電路通電瞬間，電源正極通過電阻R1和RV1給電解電容C1

15、充電，此時C1兩端電壓由0V往上升，也就是555的、腳電壓從0V往上升，根據腳電壓小于13電源電壓時腳輸出高電平，IC2的震蕩頻率就高，當C1上電壓上升至2/3VDDV時，555的6腳電壓達到了23電源電壓，555電路翻轉，腳輸低電平，IC2的振蕩頻率就低，因此發出“滴-答，滴-答”的聲音。改變電位器RV1的阻值，可以通過改變輸出頻率改變聲音的快慢節奏。三、系統設計流程框圖第一片555振蕩器的輸出接到第二片555振蕩器的電壓控制端，即5腳Vc0，如電路仿真所示。則第一片555振蕩器輸出高電平時，第二片555振蕩器的振蕩頻率較低；當第一片555振蕩器輸出低電平時，第二片的振蕩頻率高，從而使第二片

16、振蕩器的輸出端產生兩種頻率的信號。3腳所接的揚聲器發出“嘟、嘟”的類似救護車的雙頻間歇響聲。圖7 系統設計流程框圖四、系統設計調試和故障及解決辦法41、系統調試當給電路通電后，揚聲器發出“滴-答，滴-答”的聲音。但是效果不是很明顯，帶有一定的雜音，調試電位器RV1的阻值，直至約40k，聲響清晰且響亮，然后繼續降低RV1阻值，可以通過改變輸出頻率，改變聲音的快慢節奏。42、故障和故障解決辦法 1、揚聲器不出聲解決辦法：認真檢查，并重新焊接與電源和接地的引腳，并用萬用表測試，直至發出聲響。2、一些元件虛焊解決辦法：檢查電路，并重新焊接。五、系統設計心得收獲我們進行了為期一周的課程設計。通過這次課程

17、設計，我拓寬了知識面，鍛煉了能力，綜合素質得到較大提高。安排課程設計的基本目的，在于通過理論與實際的結合、人與人的溝通，進一步提高思想覺悟。尤其是觀察、分析和解決問題的實際工作能力，以便培養成為能夠主動適應社會主義現代化建設需要的高素質的復合型人才。作為整個學習體系的有機組成部分，課程設計雖然安排在一周進行，但并不具有絕對獨立的意義。它的一個重要功能，在于運用學習成果，檢驗學習成果。運用學習成果，把課堂上學到的系統化的理論知識，嘗試性地應用于實際設計工作，并從理論的高度對設計工作的現代化提出一些有針對性的建議和設想。檢驗學習成果，看一看課堂學習與實際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學習中存在的不足，以便為完善學習計劃，改變學習內容與方法提供實踐依據。對我們電子通信專業的本科生來說，實際能力的培養至關重要，而這種實際能力的培養單靠課堂教學是遠遠不夠的，必須從課堂走向實踐。這也是一次預演和準備畢業設計工作。通過課程設計，讓我們找出自身狀況與實際需要的差距，并在以后的學習期間及時補充相關知識，為求職與正式工作做好充分的知識、能力準備，從而縮短從校園走向社會的心理轉型期。 課程設計促進了我系人才培養計劃的完善和課程設置的調整。近年來，我系為適應學生的實踐需要陸續增設與調整了一系列課程，受到同學的歡迎，其中這次的設計很受同學們的喜歡。這一次的設計也進一步提高了