数电课程设计报告.doc

<<数字电子技术基础>>
课程设计报告

题 目：__救护车警笛发生电路____
专 业：__通信工程______________
年 级：___2009级_______________
学 号：__0910618066____________
学生姓名：__韦星观________________
联系电话：__15278407067___________
指导老师：__张红燕________________

完成日期：2011 年 11 月21 日

救护车警笛发生电路
摘要
利用555定时器，设计一个救护车警笛发生电路，实现类似于救护车警笛声音的信号发生器。经测试，系统达到高低两种音频交替出现，高低音持续时间都在2秒以内的要求，具有使扬声器产生嘀-嘟-嘀-嘟声响,类似于救护车警笛。
关键词：555定时器；频率；多谐振荡

ABSTRACT

Using 555 timer, design an ambulance siren circuit, similar to ambulance siren sound to achieve a signal generator. Tested, both audio system to the alternating high and low, high and low duration are the requirements in less than two seconds, with the speaker produces tick - beep - beep - beep sound, similar to ambulance sirens.
Keywords: 555 timer; frequency; multivibrator

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目　录
摘要 II
ABSTRACT II
1．设计任务与要求 1
1．1设计任务 1
1.2设计要求 1
2.555芯片的介绍 1
2.1 555定时器 1
2.2多谐谐振荡器的应用 2
3.救护车警笛电路设计原理图及电路图 2
3.1设计原理 2
3.2电路图及仿真图 3
3.3频率的计算 4
4.系统测试 5
4.1元件清单 5
4.2安装调试及测试数据分析 5
5. 心得体会 6
参考文献 7

1．设计任务与要求
1．1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。
1.2设计要求
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。
2.555芯片的介绍
2.1 555定时器
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V-16V 工作，7555 可在 3-18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
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 4 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 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，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 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。
555定时器的集成电路外形、引脚、内部结构如图

图2.1外引线排列 图2.2内部结构图
CO：控制电压端 TH：高触发端 VCC：电源端 OUT：输出端 ：复位端
D：放电端 VCC：电源端 GND：接地端 ：低触发

2.2多谐谐振荡器的应用

图 2.3 多谢震荡器电路 图2.4多谢震荡器工作波形

图示为用两个多谐振荡器构成的模拟声响电路。将振荡器Ⅰ的输出电压Uo1，接到振荡器Ⅱ中555定时器的复位端（4脚），当Uo1为高电平时振荡器Ⅱ振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器Ⅱ停止震荡。
3.救护车警笛电路设计原理图及电路图
3.1设计原理
电路2片555定时器都接成了多谐振荡器，左端 与 、及组成的振荡器输出的低电平信号以控制右端的与、和组成的振荡器输出振荡频率。接通电源后，扬声器会发出高低交替的声音，类似报警器的警笛声。
左端555 组成的电路为低频振荡电路，的充、放电过程正是三角波形成的过程，而多谐振荡器起着开、关控制作用。多谐振荡器所产生的矩形波脉冲的周期也正是三角波的周期。将三角波输出后经过 加至 的控制端⑤脚，多谐振荡器的输出脉冲频率就会随着三角波的变化，由低到高再由高到低。表现在声响上就会是连续不断的"嘀-嘟-嘀-嘟"响声，也就是人们熟悉的警笛声。
3.2电路图及仿真图
电路图如图所示：

图 3.1 救护车警笛电路原理图

图 3.2 救护车警笛电路PCB图
仿真图如图3.3所示：

图3.3 救护车警笛电路仿真图
3.3频率的计算
IC1的工作频率比较低，其频率为：

该频率由IC1的3脚输出振荡方波，通过用来控制IC2的振荡频率。
IC2的频率为：

振荡周期为：

因此，该警笛电路的输出高音频为214hz，持续时间为0.48s，低音频125hz，持续时间为1s。
因为555的5脚控制端如果外接一个参考电压，则可以改变触发电平值，当IC1的3脚输出方波为低电平时，通过，加到IC2的5脚，IC2的振荡频率就变低，当IC1的3脚输出为高电平时，IC2的振荡频率变高，其变化的信号通过，使扬声器发出高、低音交错的呜叫，近似急救车的警笛声。
改变、和的值，警笛声的频率也会发声相应的变化。
创新部分：
警笛声模拟电路中，在电容 的充、放电回路中还有一只与串联的开关。上述的三角波产生电路中，这只开关是打开的。当这只开关合上后，由于Cl 的放电回路电阻远小于充电回路电阻，这时 的放电时间远小于充电时间。这样它所产生的波形就不再是三角波，而成了锯齿波。在锯齿波脉冲的调制下，电路发出的声响就会是连续的"瞅、瞅"声。
4.系统测试
4.1元件清单
表4-1 元件清单
元件序列
型 号
元件参数值
数量
U1、U2
555定时器

2
C1
无极性电容
4.7uF
1
C2、 C3
瓷片电容
0.01uF
2
R4
电阻
100k
1
R2
电阻
4.7k
1
R5
滑动变阻器
100K
1
R1、R3
电阻
10K
1
S1
开关

1
J2
蜂鸣器

1
4.2安装调试及测试数据分析
按照PCB图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的原件。安装时要注意，555定时器不能接反。确认电路连接无误后，接通电源，进行通电试验，扬声器会发出高低交替的声音，类似报救护车警器的警笛声。调节滑动变阻器，输出频率改变，扬声器发出高低交替的声音间隔大小将会改变。若调节范围不到要求，应重新调整、和的值。
由前面计算的结果，警笛电路的输出高音频为214hz，持续时间为0.48s，低音频125hz，持续时间为1s。符合该课程设计的要求。

5. 心得体会
通过两周的课程设计，是我对计算555计数器的多谐振荡器，算周期和频率，以及芯片之间的结合有了深刻的了解。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工大。作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

参考文献
[1] 童诗白主编 ．模拟电子技术基础.4版[M] ．北京：高等教育出版社，1988．
[2]康光华主编．电子技术基础：数字部分.4版[M] ．北京：高等教育出版社，2000．
[3]阎石主编．数字电子技术基础.4版[M] ．北京：高等教育出版社，1997．
[4] 李良荣.现代电子技术. [M] 北京：机械工业出版社，2004.
[5]郑家龙.集成电子技术基础教程. [M]北京：高等教育出版社，2002．