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1、东北大学秦皇岛分校电子信息系电子线路课程设计警笛电路专业名称通信工程班级学号学生姓名指导教师设计时间2011.6.282011.7.8课程设计任务书专业：通信工程 学号：4090831 学生姓名（签名）： 设计题目：警笛电路一、设计实验条件电子信息系学生创新实验室二、设计任务及要求1. 运用所学数字电路技术的知识设计一个警笛电路，并能够通过计算，得到该电路需要的元器件型号和参数值大小；2. 能够将设计好的电路在仿真软件的模拟环境下中模拟出题目的要求，即可以发出“hee-haw hee-haw”的警笛声，能听出明显的高低音变化； 3. 通过改变频率才能得到高低音，所以我们需要设计一个能产生高低频
2、率的电路。通过对数字电路技术的学习我们知道需要用到两片555定时器；4. 学会使用仿真软件，比如multisim10.0，能够熟练运用此类软件经行模拟，从而达到任务要求。三、设计报告的内容1. 设计任务书-设计题目与设计任务：设计一个警笛电路，能够驱动扬声器发出类似警笛的有明显高低音变化声响。并且将其通过仿真软件模拟出来，发出符合要求的声音。2. 前言-设计目的及意义： 1 复习巩固数字电路技术，掌握555定时器的内部结构及原理，学会分析和测试，并且能够熟练运用555定时器来构成多谐振荡器，使两片555定时器构成的多谐振荡器产生高低频率用以驱动扬声器发出高低音。2 让我们能够通过运用所学知识设
3、计电路来模拟出实际生活中的一些常见的器件，将知识和运用联系起来。3 可以培养并锻炼我们的动手实践的能力、查阅并手机资料的能力、独立思考分析解决问题的能力以及团结合作的能力，以便在以后的学习工作和生活中，能够更好地分析解决真实遇到的问题。4 学习并使用仿真软件multisim10.0经行模拟仿真，熟悉元件库和各种仪器的使用，作图并进行调试，能够最终模拟出最符合要求的声音。5 在multisim10.0中能够用示波器显示输出的波形图，将变化的高低音转化成高低频率的脉冲波形表示出来，帮助我们分析和判断电路的实际功能。3. 设计主体:1 设计警笛电路所需的元器件清单：555定时器 2片；100千欧的滑
4、动变阻器 1个；150千欧的滑动变阻器 1个；5.1千欧的电阻 1个；10千欧的电阻 2个；100千欧的电阻 1个；1千欧的电阻 1个；2千欧的电阻 1个；10u F的电容 1个；10nF的电容 1个；680mF的电容 1个；75nF的电容 1个；三极管2N2905 1个；二极管1N1199C 1个；发光二极管 1个；开关 1个；蜂鸣器 （BUZZER） 1个。 2 设计内容及图表： 警笛电路设计原理图及电路图：电路图如图 1所示：图 1 警笛电路原理图仿真电路如图 2所示：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。图2 警笛电路设计仿真电路图仿真后模拟输出脉冲波形如图 3所
5、示：充电时间T1比放电时间T2长。 图3 输出信号的波形图 原理：图中电路2片555定时器都接成了多谐振荡器，左端U2 与R4 、RP2 及C4组成的振荡器输出的低电平信号以控制右端的U1 与R1 、RP1 和C1组成的振荡器输出振荡频率。左端555 U1组成的电路为低频振荡电路，晶体管VT 组成射极跟随器。VT 的基极连接在电容C1 的上端，使射极跟随器的t作状态跟着C1 的充、放电过程而变化。由前面介绍的三角波电路的工作过程可知， C1 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。多谐振荡器与射极跟随器配合工作.
6、在射极跟随器的输出端就会输出三角波。将三角波输出后经过R3 加至IC2 的控制端脚，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呜、呜声，也就是人们熟悉的警笛声。右端555 U2为高频振荡电路产生高频率的矩形波脉冲信号，电位器RP2 用来调节振荡器的振荡频率，使其在一定范围内变化，以便将模拟声响调节到最逼真的状态。数值计算与分析：通过仿真软件得到：当 Vdd=12v时 555定时器的输出高低电平为11.983 V和 0.1V。（1）当Vo1=11.983V 时，电容C的充电持续时间为 t1=(R1+R5)*C1*ln2=(10k+150k)*1
7、0*0.69= 1.1s 右端振荡器的5脚上的电压为 ： Vco=(5/10)/(R2+R3+5/10)*Vdd+(R3+R2)/10/5+(R2+R3)/10*Vdd =10/3/(6.1+10/3)*12+61/16.1/(5+61/16.1)*12 =4.237+5.173=9.41VVt+=2Vt-=9.41V Vt-=Vt+-1/3*Vdd=5.41V 所以当输出高电平时，振荡器的输出频率为： f=1/(R4+R6)*C4*ln(Vdd-Vt-)/(Vdd-Vt+)+R6*C4*ln2 =1/(60000*0.000000075*ln(12-5.41)/(12-9.41) +5000
8、0*0.000000075*ln2 = 147Hz （2）当 V01=0.1V时，持续时间为 t2=R5C1ln2=1.0s 右端振荡器的5脚上的电压为： Vco=(5/10)/(R2+R3+5/10)*Vo1+(R3+R2)/10/5+(R2+R3)/10*Vdd =10/3/(6.1+10/3)*0.1+61/16.1/(5+61/16.1)*12 =0.0353+5.173 =5.208V Vt+=2Vt-=5.208V Vt-=Vt+-1/3*Vdd=1.208V所以当输出为高电平时，振荡器的输出频率为：f=1/(R4+R6)C4ln(Vdd-Vt-)/(Vdd-Vt+)+R6C4ln
9、2 =1/(60000*0.000000075*ln(12-1.208)/(12-5.208) +50000*0.000000075*ln2 =214Hz 因此，该警笛电路的输出高音频为214hz，持续时间为1s，低音频147hz，持续时间为1.1s。 创新部分： 警笛声模拟电路中，在电容C1 的充、放电回路中还有一只与RP1 并联的二极管YD ，在二极管回路中还串联了一只开关。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Cl 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
10、的声响就会是连续的瞅、瞅声。 在电路末端我们又添加一个发光二极管，当接通电源后，该发光二极管随扬声器的高低音一闪一闪发出红色的光，酷似警笛。4.结束语 课程设计的收获和心得体会：刚接到题目的时候都不知道如何入手，再要用仿真软件仿真模拟，更觉得很难下手，难上加难了。但是后来我们通过老师的提示，经过小组内讨论和每个人自己的独立思考与分析抓住了题目的核心要点-用555定时器组成多谐振荡器来产生脉冲波形用以模拟声音频率的高低变化。然后通过上网和看书查阅资料我们选择了multisim10.0作为模拟警笛声音仿真软件，下载安装了该软件并简单学习了软件的使用。我们设计了很多电路图并在软件里一一进行了仿真模拟
11、，因为我刚开始用multisim10.0进行仿真的时候遇到了很多问题，波形和声音不理想，后来通过网上查询资料学习并运用了软件中的很多仪器例如示波器经行了电路的调试，根据实际情况对电路中的元件参数进行了修改和调整，才得到了理想的波形，让我明白了实践要灵活，这是我在实际操作中得到的收获之一，并最终选出了一个声音和波形最接近的电路图。在设计电路图的过程中，对数字电路技术的知识又进行了一次复习和强化，进一步熟悉了555时基电路的内部结构和原理，掌握了用555定时器构成多谐振荡器的方法和原理，也熟练了多谐振荡器的周期、频率等参数的计算。得到了与仿真相一致的结果。这也让我明白了理论和实践相辅相成的关系，明
12、白了实践成功与否是建立在牢固的理论知识基础上的，同时也让我坚定了一定要先学好理论知识的决心。这也是我本次课程设计最大的收获。总之，通过这些天夜以继日的奋斗，这次课程设计让我受益不小，也体会到了设计工作的不易。不但要求有丰富的知识储备，思维缜密，认真细致，体力和脑力也很重要。我觉得通过做这个题目，我的分析问题和解决问题的能力都得到了很大的提高，并且学会了使用multisim10.0软件进行电路设计。最后，要感谢老师对我们的帮助和培养，还有队友们的共同努力，如果没有你们，这次的课程设计就得不到圆满的结果。谢谢大家相互的帮助和支持。我觉得过程比结果更重要。5.参考资料1 清华大学电子教研组编，童诗白主编 模拟电子技术基础（第二版）M 北京：高等教育出版社，1988年2 华中工学院电子学教研室编，康光华主编电子技术基础数字部分（第三版）M 北京：高等教育出版社，1988年3 清华大学电子教研组编，阎石主编数字电子技术基础（第四版）M 北京：高等教育出版社，1997年4 声效模拟PCB资源网站EB/OL.http:/四、设计时间与安排1、设计时间： 2周2、设计时间安排： 熟悉实验设备、收集资料：1 天设计图纸、实验、计算、程序编写调试：2 天编写课程设计报告：2 天答辩：1 天
