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1、设计报告 模拟救护车声响电路设 计 报 告课题名称: 模拟救护车声响电路 学 院： 专业班级： 电子信息工程072班 学 号： 学 生： 指导教师： 教务处2010年12月30日学 生指导教师课题名称模拟救护车声响电路设计时间2010.12.26-2011.1.4设计地点实验楼411设计目的1、熟悉555定时器的引脚安排；2、掌握555定时器的逻辑功能与使用方法；3、了解音响电路的组成和工作原理，并熟悉其设计和制作。一、系统设计概述11、概述 555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；设计新颖、构思奇巧，备受电子专业设
2、计人员和电子爱好者青睐；它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。555定时器是一种中规模集成电路，它使用灵活、方便，被广泛应用于脉冲的产生、整形、定时和延迟等电路中。文中介绍了555定时器及其逻辑功能，以及由其构成的多谐振荡器的工作原理，通过举例论述了555多谐振荡器在模拟救护车声响电路中的应用，说明在实际生产中，只要将其各个功能加以综合应用，便可得到许多实用电路。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555定时器可以说是模拟电路与数字电
3、路结合的典范。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；（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
4、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。12、555定时器的电路结构和逻辑功能121、电路结构和逻辑功能图1 555定时器的内部电路结构和引脚图图1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。它的各个引脚功能如下：1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.516V，CMOS型时基
5、电路VCC的范围为318V。一般用5V。3脚：OUT（或Vo）输出端。2脚：TR低触发端。6脚：TH高触发端。4脚：R是直接清零端。当R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：CO(或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0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：D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。电阻分压器由三个5k的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参
6、考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1示。表1 555定时器的功能表从555定时器的功能表可以看出：555定时器有两个阈值（Threshold）电平，分别是1/
7、3VCC和2/3VCC；输出端为低电平时三极管TD导通， 7脚输出低电平；输出端为高电平时三极管TD截止， 如果7脚接一个上拉电阻， 7脚输出为高电平。所以当7脚接一个上拉电阻时，输出状态与3脚相同。 122、555定时器的主要参数555定时器的主要参数有电源电压、静态电流、定时精度、阈值电压、阈值电流、触发电压、触发电流、复位电压、复位电流、放电电流、驱动电流及最高工作频率。123、等效电路555时基电路内部既有模拟电路，又有数字电路，读图和应用十分不便，为便于一目了然地理解555的功能，可以将555电路的数字与模拟功能合在一起考虑，进行化简。图2是图1（a）中555电路的内电路方框图简化成
8、为带一个放电开关的特殊的RS触发器，其逻辑功能见表3所示。图2 555定时器化简电路二、设计思路21、设计系统简绍 555时基电路555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。TTL型产品型号的最后三位都是555，CMOS型产品的最后四位都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。但双极型555和CMOS型7555因其制造工艺和流程的不同，生产出的555集成电路的性能指标也有所差异。两者的区别见表3。表2 双极型555和CMOS型7555主要参数1、双极型555和CMOS型7555的共同点二者的功能大体相同，外形和管脚排列一致，在大多数应用场合可直接替换。均使用单电源，适应电压范围大，可
9、与TTL、HTL、CMOS型数字逻辑电路等共用电源。555的输出为全电源电平，可与TTL、HTL、CMOS型等电路直接接口。电源电压变化对振荡频率和定时精度的影响小。对定时精度的影响仅0.05%/V，且温度稳定性好，温度漂移不高于50ppm/（即0.005%/）。2、双极型555与CMOS型7555的差异CMOS型7555的功耗仅为双极型的几十分之一，静态电流仅为300A左右，为微功耗电路。CMOS型7555的电源电压可低至；各输入功能端电流均为pA（微微安）量级。CMOS型7555的输出脉冲的上升沿和下降沿比双极型的要陡，转换时间短。CMOS型7555在传输过渡时间里产生的尖峰电流小，仅为2
10、3mA；而双极型555的尖峰电流高达300400mA，如图3所示。CMOS型7555的输入阻抗比双极型的要高出几个数量级，高达1010。CMOS型7555的驱动能力差，输出电流仅为13mA，而双极型的输出驱动电流可达200mA。图3双极型555与CMOS型555尖峰电流对比通过上面对两种型号的555的比较，在进行电路设计和应用时，应视具体情况选择型号。一般来说，在要求定时长、功耗小、负载轻的场合，宜选用CMOS型的7555.而在负载重、要求驱动电流大、电压高的场合，宜选用双极型的555.此外，由于双极型的冲击峰值电流大，在电路中应加电源滤波电容，且容量要大。双极型555的输出阻抗远比CMOS型
11、7555的输入阻抗低，一般要在555的电压控制功能端加一去耦电容（0.010.1F），而CMOS型7555可不加。CMOS型7555的输入阻抗高达1010量级，很适合做长延时电路，RC时间常数一般很大。负载驱动能力方面，双极型555可直接驱动低阻负载，如继电器、小直流电机、扬声器等。CMOS型7555只可直接驱动高阻抗负载。若驱动低阻负载，可在输出端加接三极管驱动。综合上述考虑，故本次模拟交通灯的电路设计采用CMOS型7555，在实际硬件电路中采用东芝公司生产的HA17555。22、软件分析本设计中，555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图4所示。它是将两个触发端2脚和6脚合并在一起，放
12、电端7脚接于两电阻之间。图4 多谐振荡器电路图 图5 多谐振荡器的波形输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1 ：uC (0) = VCC /3 V、 uC () =VCC、 t1=(RA+ RB)C、 当t= tw1时，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、当t= tw2时，uC (tw2) =VCC /3 代入公式。于是可解出： 其中D为占空比。23、系统设计和参数计算1、电路系统设计：该电路由第一个555产生低频输出送给第2个555高频输出，通过计算输出频率约为700
13、HZ，而人的耳朵能接受的频率范围为2020000HZ，故人能听到，符合设计的实际可行。2、元器件与参数设计：（根据公式f1=1/T=1.44/(RP+R1)C1，及f2=1.44/(2R5+R4)C4，可选择电阻R1(10K)，RV1(0100k)，R3(10K)，R4(10K)，R5(100K)，C1(10)，C2(10n)，C3(10n)，C4(100)，两片COMS型7555（HA17555）及功率2W内阻为8欧的扬声器组成。本设计电路由两个CMOS型7555组成，均工作在多谐振荡状态。由电路仿真图示参数不难求出两振荡器的振荡频率：f1=1/T=1.44/(R1+2RV1)C1 当RV1
14、，即电位器RV1的阻值在0100K变化时，对应的频率为14.4HZ0.62HZ。 f2=1.44/(R2+2R5)C3=700HZ振荡波形的占空系数由公式D=t充/T来决定，故第一级振荡波形的最大占空系数为47%。两片7555输出波形图如下：图6 5两片7555的波形（蓝色为第一片，黄色为第二片）IC2受控于IC1的低频方波。当IC1的输出为低电平时，IC2的振荡频率就低；而当IC1的输出为高电平时，IC2的振荡频率就高，因而从喇叭上就发出“嘀哒，嘀哒”的节奏音响。改变R4，R5，C2的时间常数，输出的音响频率也会发生相应的变化。24、系统设计功能这里主要的元器件是COMS型7555，性能介绍如下：当给电路通电瞬间，电源正极通过电阻R1和RV1给电解电容C1充电，此时C1两端电压由0V往上升，也就是555的、脚电压从0V往上升，根据脚电压小于13电源电压时脚输出高电平，IC2的震荡频率就高，当C1上电压上升至2/3VDDV时，555的6脚电压达到了23电源电压，555电路翻转，脚输低电平，IC2的振荡频率就低，因此发出“滴-答，滴-答”的声音。改变电位器RV1的阻值，可以通过改变输出
