救护车扬声器发声电路.doc

选择题目 2 基于 555 触发器的实用电路设计名称 救护车扬声器发音电路姓名 学号 班级 电子 081一、 设计方案该电路主要通过两片 555 定时器模拟救护车扬声器发声电路，输出周期性变化的高频信号和低频信号，驱动扬声器发出高音低音周期交替的警报声将两片 555 定时器分别连接成多谐振荡器，其中 555（1）的作用是控制高频声音和低频声音的持续时间，其输出 Vo1 是 555（2）的控制电压； 555（2）的作用是控制高低音的频率，作为压控振荡器将 555（1）输出的高低电平转化为频率，驱动扬声器发出响声二、 技术原理1．555 定时器器件特性555 定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插 8 脚结构，体积很小，使用起来方便 集成时基电路 555 的电源电压范围较宽，可在 5~16V 范围内使用（TTL 型，若为CMOS 型的 555 芯片，则电压范围可在 2~18V 内） ，电路的输出有缓冲器，因而有较强的带负载能力双极型时基集成电路最大的灌电流和拉电流都在 200mA 左右，因而可直接推动 TTL 或 CMOS 电路中的各种电路，包括能直接推动蜂呜器、小型继电器、喇叭和小型电动机等器件。

集成 555 定时器有双极性型和 CMOS 型两种产品它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同其主要参数见表 1.1.基于以上对 555 定时器参数及性能的分析，认为以 555 定时器搭建的电路能够驱动小功率扬声器发音，选择适当的外部电阻电容等器件与 555 定时器配合使用能够使此设计得以实现图 1(a)双极性型 5G555 的主要性能参数参数名称 符号 单位 参数电源电压 VCC V 5~16电源电流 ICC mA阈值电压 VTH V VCC32触发电压 VTR V VCC1输出低电平 VOL V 1输出高电平 VOH V 13.3最大输出电流 IOMAX mA ≤200最高振荡频率 fMAX KHz ≤300时间误差 △t nS ≤5① VTH 即 Vi1 ,VTR 即 Vi2 b) CMOS 型 7555 的主要性能参数参数名称 符号 单位 参数电源电压 VCC V 3~18电源电流 ICC μA 60阈值电压 VTH V VDD32触发电压 VTR V VDD1输出低电平 V V 0.1输出高电平 V V 14.8最大输出电流 IOMAX mA ≤200最高振荡频率 fMAX KHz ≥500时间误差 △t nS2.555 定时器内部结构及工作原理1> 内部结构：555 定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图 1 和图 2 所示。

Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为 THVi2（ ）：低电平触发端，简称低触发端，标志为 TRTRVCO：控制电压端VO：输出端Dis：放电端d555 定时器内含一个由三个阻值相同的电阻 R 组成的分压网络，产生 VCC和 VCC两3132个基准电压；两个电压比较器 C1、C 2；一个由与非门 G1、G 2组成的基本 RS 触发器（低电平触发） ；放电三极管 T 和输出反相缓冲器 G3是复位端，低电平有效复位后, 基本 RS 触发器的 端为 1（高电平） ，经反相缓Rd Q冲器后，输出为 0（低电平） V CO为控制电压端，在 VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C 2的参考电压不加控制电压时，要在 VCO和地之间接 0．01μF（电容量标记为 103）电容放电管 Tl的输出端 Dis 为集电极开路输出2> 工作原理：分析图 1 的电路：在 555 定时器的 VCC 端和地之间加上电压，当 VCO 悬空时，比较器 C1 的同相输入端接参考电压 = VCC，比较器 C2 反相输入T32端接参考电压 = VCC ；T31当 VCO 接控制电压 时，比较器 C1 的同相输入端接参考电压 =Ve，比较器 C2 反相e TTH6TR2Dis7 VCC8Rd4Q 3GND1Vco 55551 2 3 45678GNDTR Vo RdVcoTHDisVCC555..(a) 555µÄÂß¼­·ûºÅ(b) 555µÄÒý½ÅÅÅÁÐ图 2 555 定时器逻辑符号和引脚图 1 555 定时器内部结构R 5KR 5KR 5KC1C2G1G2G3RdVi1(TH)Vi2(TR)VCCTVcoR1VoVo'DisSR..输入端接参考电压 = Ve。

T12现做如下规定：当 TH 端的电压> 时，写为 VTH=1，当 TH 端的电压 时，写为 VTR=1，当 端的电压 且 Vi1 ，则 VTH=1，T比较器 C1 输出为低电平，无论 C2 输出何种电平，基本 RS 触发器因 =0，使 ＝1，经RQ输出反相缓冲器后，V O＝0，T 导通这时称555 定时器“高触发” 555 定时器的“低触发” 、 “高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即 VTH、V TR 的“0” 、 “1”）整理为表 2 根据 555 定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路，例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等3.555 定时器接成多谐振荡器1> 连接方法：将 555 定时器的 Vi1 和 Vi2连在一起结成施密特触发器，然后将 VO经 RC 积分电路接回输入端即构成了多谐振荡器，如图 3（a）所示2> 多谐振荡形成机理：初始时刻，Vc 为 0 时，V i2 ，V i1 ，555 定时器处于表 2 555 定时器控制功能表输 入 输 出TH TRdVO Dis×T××LHHHLH不变L导通截止不变导通高出发状态，V O＝0，T 导通，电容 C 经过 R2、T 放电，Vc 降低，当 Vc 下降到 时，V i2相关公式推导：通过 Vc 的波形球的电容 C 的充电时间 和放电时间 计算公式如下：1T2充电时间 计算公式：1T12lnCTVR放电时间 计算公式：2220llTT故电路的振荡周期为： 12122lnlnCTTVVTRR当 Vco 悬空（接电容后接地） ， = VCC = VCC时，T32T3112lnTRC2ln振荡周期： 1()R振荡频率： 12()lnfT三、 方案实施及结果分析1. 电路图设计及器件参数选择图 3 救护车扬声器发声电路图1>电路概述：所设计的救护车扬声器发声电路主要有两个连接为多谐振荡器的 555 定时器及相关外围组件组成。

具体电路图如图 3 所示通过 555（1）控制高频声音和低频声音的持续时间，555（2）作为压控振荡器将 555（1）输出的高低电平转化为频率，驱动扬声器发出响声2>扬声器高低音发声机理：555（1）主要通过 输出占空比一定的方波信号控制 555（2）的控制端电压，当 输出1OV 1OV为高电平时，555（2）控制电压端 为高电平，由振荡频率 f 的计算公式可知此时振荡co频率较低，为低音；相对应，当 输出为低电平时，555（2）控制电压端 为低电平，1O co此时振荡频率较高，为高音而高低音的持续时间则由 555（1）决定3>电路元件选取及仿真：根据经验和查阅相关资料，同时参考相应模型，选取各电路元件参数，使 555（1）输出电压周期数量级为毫秒级（ms）,高低音振荡周期数量级为微秒级（us） 通过仿真软件 Multisim 仿真电路，调节参数，观测波形结果如图 4 所示图 4 救护车扬声器发声电路高低音输出波形2.计算结果与仿真结果：①计算高频声音和低频声音的持续时间：高音（高频信号）时间即为 C1 经 R2 放电时间 T2，低音持续时间为 C1 经过 R1、R2 充电时间 T1.高音持续时间：（即为低电平持续时间）21ln4TRCms低音持续时间：（即为高电平持续时间）121c()ln6TVRs②555（2）的 5 管脚输入电压可根据戴维南等效电路求得：（如图 5）R215kΩR235kΩR310kΩ R225kΩ210VCC12VVCCVeVo1R310kΩRx3.3kΩC133uF450Vo1Ve2/3Vcc8v图 5 555（2）控制端电压 Ve 的戴维南等效电路图311/().083.XCXOOERkVRV③计算高频声音和低频声音振荡频率：当 =0V 时， =6.00V，1OE高音振荡频率：124552()lnln310.l0.l167852CEHVHfRRzTusf仿真结果如图 6 所示：图 6 高音振荡波形及周期显示（581.897us）当 =12V 时， =1OVE123.810.V低音振荡频率： 124552()lnln4.10.l0.l182CELVLfRRHzTusf仿真结果如图 7 所示：图 7 低音振荡波形及周期显示（862.069us）3.误差分析与总结经过多次参数调整，可使仿真波形近似完美地符合计算结果。

输出振荡频率为 1718Hz,持续时间为 4ms 的高音频信号以及振荡频率为 1222Hz,持续时间为 6ms 的低音频信号，由其驱动扬声器发声即为救护车扬声器发声信号在仿真过程中由于受仿真软件的不确定性性质，高音频第一周期内存在一次漏波，但基本不影响高音发声；另外，若要使高低音循环周期达到秒级，虽然计算结果可通过参数选择实现，却无法用仿真结果验证参考文献：[1] 阎石著.数字电子技术基础（第五版）. 高等教育出版社.、 。