简易警笛电路

精品文档 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 电子课程设计电子课程设计 简易警笛电路简易警笛电路 学院 电子信息工程学院 专业 班级 姓名 学号 指导教师 李小松 2013 年 12 月 22 日 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 目录 第一 设计任务及要求 2 第二 总体框图 2 第三 选择器件 2 第四 功能模块 5 第五 总体设计电路图 11 第六 硬件调试 12 第七 设计心得与体会 13 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 简易警笛电路简易警笛电路 1 1 设计任务与要求设计任务与要求 通过所学的定时器 555 的知识 设计一个简易的警笛电路 能驱动扬声器 发出类似公安警笛的有明显声音变化声响 并且将其通过仿真软件模拟出来 发出符合要求的声音 2 2 总体框图总体框图 总体框图如图总体框图如图 1 1 所示 所示 图 1 1 由定时器 555 构成低频多谐振荡器 通过电容的充放电产生锯形波 2 射极电压跟随器是将前一通道产生的锯形波输送到高频多谐振荡器的 5 号管脚 3 由定时器 555 构成的高频多谐振荡器用来产生高频脉冲 并且脉冲频率 随着锯形波的变化而变化 4 输出端接蜂鸣器 发出声音 3 3 选择器件选择器件 1 1 选择元件清单如表 选择元件清单如表 1 1 所示 所示 表 1 器件数量 定时器 555 2 100 千欧滑动变阻器 1 5 7 千欧电阻 1 10 千欧电阻 2 低频振荡 射极电压跟随器高频振荡 输出 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 2 2 定时器定时器 555555 的结构组成和工作原理的结构组成和工作原理 定时器 555 是一种模拟电路和数字电路结合的器件 引脚图和等效逻辑 图如图 2 图 3 所示 图 2 引脚图 图 3 等效逻辑图 100 千欧电阻 1 1uF 电容 1 10nF 电容 2 10uF 电容 1 二极管 1 三极管 1 蜂鸣器 1 示波器 1 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 由图 3 所示 它有比较器 C1 比较器 C2 由非门 G1 与 G2 组成的 SR 锁存 器和放电三极管组成 D T 比较器 1 的反相端是阈值输入端 若同相端不外接控制信号 则是电阻分 压的道德参考电压 比较器 2 的同相端是触发端 反相端是电阻分压得到 CC V 3 2 的参考电压 当放电晶体管导通时 放电端与地相连 CC V 3 1 在复位端家低电平信号 锁存器复位 可以使输出低电平 正常工作是 O V 复位端应加高电平 控制端所加电压可以改变比较器 1 同相端 比较器 2 反相端的电压值 因 此也改变比较器 1 反相端的阈值电压和比较器 2 同相端的触发电压 若控制端 不外加电压 则比较器 1 同相端的电压为 比较器 2 反相端的电压为 CC V 3 2 CC V 3 1 若复位端为高电平 则输入信号 与输出状态之间的关系如下所述 1I V 2I V 1 阈值端电压大于 触发端电压大于 锁存器的端 1I V CC V 3 2 2I V CC V 3 1 R 为低电平 端为高电平 锁存器输出 Q 置零 放电管导通 输出端输出低 S O V 电平 2 阈值端电压小于 触发端电压大于 锁存器的端 1I V CC V 3 2 2I V CC V 3 1 R 为高电平 端为高电平 锁存器保持原状态不变 放电管维持原状态不变 S 输出端状态不变 3 阈值端电压小于 触发端电压小于 锁存器的端 1I V CC V 3 2 2I V CC V 3 1 R 为高电平 端为低电平 锁存器输出 Q 置 1 放电管导通 输出端输出高 S O V 电平 4 阈值端电压大于 触发端电压小于 锁存器的端 1I V CC V 3 2 2I V CC V 3 1 R 为低电平 端为低电平 锁存器输出 Q 置 1 放电管截止 输出端输出高 S O V 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 电平 定时器 555 是一种多功能集成电路 只要在外部接上几个电阻和电容 就 可以组成施密特触发器 单稳态触发器和多谐振荡器 这次设计主要应用定 时器 555 组成的多谐振荡器 下面介绍多谐振荡器的工作原理和波形图 图 4 是定时器 555 组成的多谐振荡器电路图与工作波形图 a b 图 4 由定时器 555 组成的多谐振荡器电路图与工作波形图 从电路图图 4 a 可知 通过电阻和向电容 C 充电 充电到 1 R 2 R C V 时 比较器 1 输出低电平 输出端输出低电平 放电管导通 电容通过电 CC V 3 2 阻和放电管放电 放电到 时 比较器 2 输出低电平 输出端输出高 2 R C V CC V 3 1 电平 放电管截止 电容开始充电 如此循环 产生震荡 电容充放电曲线和 输出脉冲如图 4 b 所示 充电时间 T1 2ln 21 CRR 放电时间 T2 2ln2CR 振荡周期 T T1 T2 0 69CRR 221 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 3 3 射极电压跟随器射极电压跟随器 射极电压跟随器如图 5 所示 图 5 射极跟随器 1 具有输入高电阻 输出低电阻 2 电压放大倍数接近于 1 3 输出电压能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化以及输入输出信 号相同 4 4 功能模块功能模块 1 1 由定时器由定时器 555555 构成的低频多谐振荡器构成的低频多谐振荡器 由定时器 555 构成的低频多谐振荡器产生锯齿波的电路如图 6 所示 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 图 6 锯齿波发生电路 逻辑功能 通过调节滑动变阻器 R2 来改变锯齿波的周期 二极管的的作用 使电容 C1 快速放电使原来的三角波变成想要的锯齿波 当电路与电源接通瞬间 C1 两端没有存储电荷 两端的电压为零 555 定 时器的 2 6 端输入电压为零 即出现 6 端电压输出小于 2 端的输入电 CC V 3 2 压小于的情况 输出信号 Vo 为高电平 是 555 定时器内部的晶体管截止 CC V 3 1 电源经 R1 R2 C1 到公共端对 C1 充电 这种情况直到维持到 C1 的两端电 CC V 压略超过 CC V 3 2 当 C1 两端电压超过时 出现 6 端输入电压大于 2 端的输入 CC V 3 2 CC V 3 2 电压大于的情况 输出信号 Vo 为低电平 使晶体管导通 电容经 C1 R2 CC V 3 1 放电到公共端的地 这种情况直到 C1 两端的电压小于 此后又重新回到 CC V 3 1 上述状态 输出波形如图 7 所示 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 图 7 锯齿波 数据的计算 电容 C1 的充电时间即为锯齿波的周期 锯齿波的周期为 T 0 41s2ln1 21 CRR 63 10 10 10 5010 69 0 低频振荡器频率为 f 2 4Hz T 1 2 2 射极电压跟随器射极电压跟随器 射极电压跟随器如图 8 所示 图 8 射极电压跟随器 逻辑功能 图为 PNP 射极电压跟随器 它能将左侧的输入电压通过晶体管 从右边输出 且输入电压与输出电压一致 另外起到缓冲和隔离的作用 3 3 由定时器 由定时器 555555 组成的高频多谐振荡器组成的高频多谐振荡器 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 由定时器 555 组成的高频多谐振荡器如图 9 所示 图 9 555 多谐振荡器 逻辑功能 5 号管脚接电容接地时 当电路与电源接通瞬间 C3 两端没有存储电荷 两端的电压为零 555 定 时器的 2 6 端输入电压为零 即出现 6 端电压输出小于 2 端的输入电 CC V 3 2 压小于的情况 输出信号 Vo 为高电平 是 555 定时器内部的晶体管截止 CC V 3 1 电源经 R1 R2 C1 到公共端对 C1 充电 这种情况直到维持到 C1 的两端电 CC V 压略超过 CC V 3 2 当 C1 两端电压超过时 出现 6 端输入电压大于 2 端的输入电 CC V 3 2 CC V 3 2 压大于的情况 输出信号 Vo 为低电平 使晶体管导通 电容经 C1 R2 放 CC V 3 1 电到公共端的地 这种情况直到 C1 两端的电压小于 此后又重新回到上 CC V 3 1 述状态 输出波形为方波如图 10 所示 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载 图 10 多谐振荡器产生方波 当 5 号管脚接入前级产生的锯齿波时 多谐振荡器产生的方波的频率会随 着锯齿波的变化而变化 如图 11 图 12 所示 图 11 处于锯齿波低点是的输出波形 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 图 12 处于锯齿波高点时的输出波形 输出端通过一个音频耦合电容接入蜂鸣器 当输出接蜂鸣器时 通过示波器观察仿真波形如图 13 所示 图 13 仿真波形 当开关闭合时 通过频率计可以观察出频率的变化 频率变化如图 14 所示 a b 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 c d 图 14 频率计变化 通过观察可知输出频率从 1 137Hz 递减至 636Hz 而后又回到 1 37kHz 不 断循环 通过可以蜂鸣器发生类似警笛的声音 五 总体设计电路图五 总体设计电路图 总体设计电路图如图 15 所示 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 图 15 总体设计电路图 电路图说明 左端定时器 555 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 由前面所学的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 但在定时器 555 的 6 号管脚与 7 号管脚之间加一个二极管就会使电容 C1 快速放电 从而形成锯齿波 而多谐振 荡器起着开 关控制作用 多谐振荡器与射极跟随器配合工作 在射极跟随器 的输出端就会输出锯齿波 将锯齿波输出后加至右端定时器 555 的控制端 脚 多谐振荡器的输出脉冲频率就会随着锯齿波的变化 由高到低 由高到低 表 现在声响上就会是连续不断的声响 也就是人们熟悉的警笛声 右端定时器 555 为高频振荡电路产生高频率的矩形波脉冲信号 仿真结果 仿真结果如图 16 所示 图 16 仿真结果 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 6 6 硬件调试硬件调试 在设计过程中 我更进一步地熟悉了数电课上学过各种芯片的结构 工作 原理和其具体的使用方法 通过这次硬件搭建 增加了我的动手操作能 力 而在硬件实验中 又一次看到细心的重要性 在做实验之前一定要提前把 准备工作做好 检查导线 芯片功能 实验箱是否能用 熟悉各个芯片的原理 管脚图 在接线的时候要头脑清醒 思路清晰 一个模块一个模块地接 减少 错误的发生 这样才能成功的做出结果 虽然期间遇到一些困难 但最后通 过我不断的学习和同学研究讨论 最终得以解决 这些困难也增强了我 分析问题 解决问题的能力 使以后不仅只学习书本中的理论知识 而 且知道学以致用 在实验的硬件实现过程中 理论的电路实现结果与真 实的结果往往存在差别 由于实验器件的限制 实际操作连接的电路与 理论的也存在差别 六 心得与体会六 心得与体会 回顾此次课程设计 感觉学习到了很多 从理论到实践 在整整几天的时 间里 我学到了很多的知识 不仅巩固了以前所学的知识 还学到了很多书本 上所没有的内容 通过这次设计我懂得了理论与实际结合是很重要的 从理论 中得出结论 并运用到实践中 才能提高自己的独立动手能力和独立思考能力 这个过程是一个自我探索 自我学习的过程 我由此弥补了不足 提高了自己 我在此次课程设计的过程中 最初由于对器件的了解相对较少 因此一度 毫无进展 最后我通过与其他同学的交流 并且自己实践 慢慢的摸索 终于 掌握了相关器件的使用 此次课程设计让我得到了多方面的锻炼 一方面我对 数字电子技术基础专业知识有了进一步的掌握 并熟悉了更多电子仪器的使用 及电子电路的测试方法 了解常用电子器件的类型和特性 同时掌握如何合理 选用电子