1、 數字電路課程設計報告 姓名;王開舉 班級：20100521 學號：2010052110 設計項目名稱：救護車揚聲器發(fā)生系統(tǒng) 一 設計方案該電路主要通過兩片555定時器模擬救護車揚聲器發(fā)聲電路，輸出周期性變化的高頻信號和低頻信號，驅動揚聲器發(fā)出高音低音周期交替的警報聲。將兩片555定時器分別連接成多諧振蕩器，其中555（1）的作用是控制高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時間，其輸出Vo1是555（2）的控制電壓；555（2）的作用是控制高低音的頻率，作為壓控振蕩器將555（1）輸出的高低電平轉化為頻率，驅動揚聲器發(fā)出響聲。二. 技術原理1555定時器器件特性555定時器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直

2、插8腳結構，體積很小，使用起來方便。集成時基電路555的電源電壓范圍較寬，可在516V范圍內使用（TTL型，若為CMOS型的555芯片，則電壓范圍可在218V 內），電路的輸出有緩沖器，因而有較強的帶負載能力。雙極型時基集成電路最大的灌電流和拉電流都在200mA左右，因而可直接推動TTL或CMOS電路中的各種電路，包括能直接推動蜂嗚器、小型繼電器、喇叭和小型電動機等器件。集成555定時器有雙極性型和CMOS型兩種產品。它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。其主要參數見表1.1.圖1(a)雙極性型5G555的主要性能參數參數名稱符號單位參數電源電壓VCCV516電源電流ICCmA閾值電壓VTHV

3、VCC觸發(fā)電壓VTRVVCC輸出低電平VOLV1輸出高電平VOHV13.3最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz300時間誤差tnS5 VTH即Vi1 ,VTR即Vi2 。 (b) CMOS型7555的主要性能參數參數名稱符號單位參數電源電壓VCCV318電源電流ICCA60閾值電壓VTHVVDD觸發(fā)電壓VTRVVDD輸出低電平VV0.1輸出高電平VV14.8最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz500時間誤差tnS基于以上對555定時器參數及性能的分析，認為以555定時器搭建的電路能夠驅動小功率揚聲器發(fā)音，選擇適當的外部電阻電容等器件與555定時器配合

4、使用能夠使此設計得以實現。2.555定時器內部結構及工作原理圖1 555定時器內部結構圖2 555定時器邏輯符號和引腳1 內部結構：555定時器的內部電路框圖及邏輯符號和管腳排列分別如圖1和圖2所示。Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標志為TH。Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。：復位端。555定時器內含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網絡，產生VCC和VCC兩個基準電壓；兩個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復位端，低電平

5、有效。復位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。不加控制電壓時，要在VCO和地之間接001F（電容量標記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。2 工作原理：分析圖1的電路：在555定時器的VCC端和地之間加上電壓，當VCO懸空時，比較器C1的同相輸入端接參考電壓=VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓=VCC ；當VCO接控制電壓時，比較器C1的同相輸入端接參考電壓=Ve，比較器C2反相輸入端接參考電壓=Ve?，F做如下規(guī)定：當TH端的電壓時，寫為VTH=1，當T

6、H端的電壓時，寫為VTR=1，當端的電壓時，寫為VTR=0。 低觸發(fā)：當輸入電壓Vi2 且Vi1時，VTR=0，VTH=0，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器的輸入端=0、=1，使Q1，0，經輸出反相緩沖器后，VO1，T截止。這時稱555定時器“低觸發(fā)”；表2 555定時器控制功能表輸 入輸 出THVODisLHHHLH不變L導通截止不變導通 保持：若Vi2 且Vi1，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使1，經輸出反相緩沖器后，VO0，T導通。這時稱555定時器“高觸發(fā)”。555定時器的“低觸發(fā)”、“高觸發(fā)”和“保持”三種基

7、本狀態(tài)和進入狀態(tài)的條件（即VTH、VTR的“0”、“1”）整理為表2 根據555定時器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號產生與處理電路電路，例如,史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。3.555定時器接成多諧振蕩器1 連接方法：將555定時器的Vi1 和Vi2連在一起結成施密特觸發(fā)器，然后將VO經RC積分電路接回輸入端即構成了多諧振蕩器，如圖3（a）所示。2 多諧振蕩形成機理：初始時刻，Vc為0時，Vi2 且Vi1 ，Vi1，555定時器處于高出發(fā)狀態(tài)，VO0，T導通，電容C經過R2、T放電，Vc降低，當Vc下降到時，Vi2 且Vi1相關公式推導：通過Vc的波形球的電容C的充電時間

8、和放電時間計算公式如下：充電時間計算公式：放電時間計算公式：故電路的振蕩周期為：當Vco懸空（接電容后接地），=VCC =VCC時， 振蕩周期：振蕩頻率： 二. 方案實施及結果分析 1. 電路圖設計及器件參數選擇 圖3 救護車揚聲器發(fā)聲電路圖 圖四 救護車揚聲器發(fā)聲效果仿真圖(a) 圖五 救護車揚聲器發(fā)聲效果仿真圖（b）1電路概述：所設計的救護車揚聲器發(fā)聲電路主要有兩個連接為多諧振蕩器的555定時器及相關外圍組件組成。具體電路圖如圖3所示。通過555（1）控制高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時間，555（2）作為壓控振蕩器將555（1）輸出的高低電平轉化為頻率，驅動揚聲器發(fā)出響聲。2揚聲器高低音發(fā)聲機

9、理：555（1）主要通過輸出占空比一定的方波信號控制555（2）的控制端電壓，當輸出為高電平時，555（2）控制電壓端為高電平，由振蕩頻率f的計算公式可知此時振蕩頻率較低，為低音；相對應，當輸出為低電平時，555（2）控制電壓端為低電平，此時振蕩頻率較高，為高音。而高低音的持續(xù)時間則由555（1）決定。3電路元件選取及仿真：根據經驗和查閱相關資料，同時參考相應模型，選取各電路元件參數，使555（1）輸出電壓周期數量級為毫秒級（ms）,高低音振蕩周期數量級為微秒級（us）。通過仿真軟件Multisim仿真電路，調節(jié)參數，觀測波形。結果如圖4所示。圖4 救護車揚聲器發(fā)聲電路高低音輸出波形2.計算結

10、果與仿真結果：計算高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時間：高音（高頻信號）時間即為C1經R2放電時間T2，低音持續(xù)時間為C1經過R1、R2充電時間T1.高音持續(xù)時間：（即為低電平持續(xù)時間）低音持續(xù)時間：（即為高電平持續(xù)時間）555（2）的5管腳輸入電壓可根據戴維南等效電路求得：（如圖5） 圖5 555（2）控制端電壓Ve的戴維南等效電路圖計算高頻聲音和低頻聲音振蕩頻率：當=0V時，=6.00V，高音振蕩頻率：仿真結果如圖6所示：圖6 高音振蕩波形及周期顯示（581.897us）當=12V時，=低音振蕩頻率：仿真結果如圖7所示：圖7 低音振蕩波形及周期顯示（862.069us）3.誤差分析與總結經過多次參數調整，可使仿真波形近似完美地符合計算結果。輸出振蕩頻率為1718Hz,持續(xù)時間為4ms的高音頻信號以及振蕩頻率為1222Hz,持續(xù)時間