救护车警笛发生器概要.docx
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救护车警笛发生器概要
救护车警笛发生器
一、设计任务与要求
1、设计任务:
设计一个可以产生近似于家用防盗报警器声音的信号
发器。
2、设计要求:
(1)、高低两种音频交替出现
(2)、高低音频连续时间都在两秒之内
二、整体框图:
555多荡器
计数器
数据选择器数据选择器
灯泡X1
灯泡X1
设计思路:
用555设计一个多谐振荡器供给时钟信号,输入
计数器使得计数器进行计数,在计数器的输出端接两个数据选择器选
择不一样样输出状态,使得灯泡显示不一样的亮灭状况从而达到设计目
的。
二、器件选择:
器件名称
件数
555芯片
1件
CT74LS160芯片
1件
CT74LS151芯片
2件
电阻
2件
电容
2件
灯泡
2件
1、555芯片的介绍:
555准时器是一种模拟和数字功能相联合的中规模集成器件。
一般用双
极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单准时器
外,还有对应的双准时器556/7556。
555准时器的电源电压范围宽,可在
4.5V~16V工作,7555可在
3~18V工作,输出驱动电流约为
200mA,
因此其输出可与
TTL、CMOS
也许模拟电路电平兼容。
555准时器成本低,性能靠谱,只要要外接几个电阻、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。
它也常作为准时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子丈量及自动控制
等方面。
555准时器的内部电路框图和外引脚摆列图分别如图
内部包含两个电压比较器,三个等值串通电阻,一个RS
电管T及功率输出级。
它供给两个基准电压VCC/3和
4所示。
它触发器,一个放2VCC/3
555准时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控
制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压,当
5脚悬空
时,则电压比较器
A1的反相输入端的电压为
2VCC/3,A2
的同相输入
端的电压为VCC/3。
若触发输入端
TR的电压小于VCC/3,则比较器A2
的输出为1,可使RS触发器置
1,使输出端
OUT=1。
假如阈值输入端
TH
的电压大于
2VCC/3,同时TR
端的电压大于VCC/3,则
A1的输
出为
1,A2的输出为0,可将
RS
触发器置
0,使输出为
0
电平。
555准时器的集成电路外形、引脚、内部结构如图
(a)外引线摆列(b)内部结构图
CO:
控制电压端
TH:
高触发端
VCC:
电源端OUT:
输出端
R:
R:
复位端
D:
放电端
VCC:
电源端
GND:
接地端
TR:
低触发
R
CO
UTH
0
0
*
2
VCC
3
0
2VCC
3
*
5
>VCO
1
* UTR * 1VCC 3 1VCC 3 1VCC 3 1VCO 2 1VCO 2 1VCO 2 UOUT T的状态 UOL 导通 UOL 导通 不变不变 UOH截止 UOL导通 UOL不变 不变截止 5准时器应用举例 施密特触发器: 1.电路构成: 只要将555准时器的2号脚和6号脚接在一起,就可以构成施密特触发 器。 VCC VCC2 vI VCC RD 2 R 3VCC 8 4 1 vIC 5 7 vO2 3VCC vI1 t vI 6 3 vO1 vO1 vI2 555 2 1 t (a)电路图 (b)波形图 图(1—1)555准时器构成的施密特触发器 (1)VI =0V时,Vo1输出高电平。 ()当 I上涨到 2 Vcc 时,Vo1输出低电平。 当VI由 2 V cc 连续上涨,Vo1保 2 V 3 3 持不变。 ()当 I降落到 1 时,电路输出跳变成高电平。 并且在VI连续降落到0V 3 V Vcc 3 时,电路的这类状态不变。 图中,R、VCC2构成另一输出端Vo2,其高电平可以经过改变VCC2进行调理。 2.施密特触发器的应用举例 1).用作接口电路----将缓慢变化的输入信号,变换成为吻合TTL系统要求 的脉冲波形。 2).用作整形电路----把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。 MOS 1 VT+ 输入 CMOS VT- 正弦波 1 振荡器 输出 图1—3慢输入波形的TTL系统接口图1—4脉冲整形电路的输入输出波形 3.)用于脉冲鉴幅——将幅值大于VT+的脉冲选出。 单稳态触发器 单稳态触发器拥有以下特色: 第一,它有一个稳固状态和一个暂稳状态;第二,在外来触发脉冲作用下,可以由稳固状态翻转到暂稳状态;第三,暂稳状态 保持一段时间后,将自动返回到稳固状态,而暂稳状态时间的长短,与触发脉冲没关,公决定于电路自己的参数。 1.电路构成及其工作原理 由555构成的单稳态触发器及工作波形以以下图将555的6号脚和7号脚接在一起,并增加一个电容和一个电阻,就可以构成单稳态触发器我们简记为“七六搭一,上R下C”。 VCC vI R VCC RD 8 4 O t 7 vC vI1 3 vO VCC 6 2VCC vC 3 vI2 555 O vI 2 vO t C 1 5 0.01μF tW C1 O t t0 t1 (a) (b) 图(2—1)用555准时器构成的单稳态触发器及工作波形 2.主要参数估量 (1)输出脉冲宽度TW 输出脉冲宽度就是暂稳态保持时间,也就是准时电容的充电时间。 由图2—1 (b)所示电容电压VC的工作波形不难看出VC(0+)≈0V,VC(∞)=VCC,VC 2 (TW)=Vcc,代入RC过渡过程计算公式,可得 TW 1lnVC()VC(0) VC( )VC(tW) VCC 0 1 ln 2VCC VCC 3 1 ln3 1.1RC 上式说明,单稳态触发器输出脉冲宽度TW仅决定于准时元件R、C的取值,与输入触发信号和电源电压没关,调理R、C的取值,即可方便的调理TW。 3.单稳态触发器的应用 (1)延时 在图2-4中,VO的降落沿比VI的降落沿滞后了时间TW,即延缓了时间 TW。 单稳态触发器的这类延时作用常被应用于时序控制中。 (2)准时 在图2-4中,单稳态触发器的输出电压V/O,用做与门的输入准时控制 信号,当V/O为高电平常,与门打开,VO=VF,当V/O为低电平常,与门关闭, VO为低电平。 明显与门打开的时间是恒定不变的,就是单稳态触发器输出脉冲 V/O的宽度TW。 1 vO & vI vO 单稳 vF 与门 vI vOtW vF vO 图-4单稳态触发器用于脉冲的延时与准时选通 (3)整形 单稳态触发器可以把不规则的输入信号VI,整形成为幅度和宽度都相同 的标准矩形脉冲VO。 VO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平,宽度TW。 决准时间。 多谐振荡器——产生矩形脉冲波的自激振荡 1.电路构成及其工作原理 VCC uc R1 84 2VCC/3 VCC/3 7 3 uo 0 t R2 6 555 uo uc 2 5 C 1 0.01μF 0 t tP1 tP2 (a) 电路 (b)工作波形 图3—1用555准时器构成的多谐振荡器 如图3—1为555准时器构成的多谐振荡器,接通 VCC后,VCC经R1和R2对C 充电。 当uc上涨到2VCC 时, , T 导通, C 经过 R 2和T放电,Uc降落。 /3 uo=0 当Uc降落到VCC/3时,UO又由0变成1,T截止,VCC又经R1和R2对C充电。 这样重复上述过程,在输出端Uo产生了连续的矩形脉冲。 2.振荡频率的估量 电路谐撼振频率 f的估量: 振荡周期为: T 0.7(R12R2)C 振荡频率为: f 1 1 1.43 T0.7(R1 2R2) (R12R2)C 3.多谐振荡器的应用 VCC R1 84 R3 84 uo1 7 uo1 7 uo2 3 3 R2 6 555Ⅰ R4 6 C 555Ⅱ 2 5 2 5 uo2 C1 1 C2 1 0.01μF 0.01μF (b)工作波形 (a)电路 将振荡器Ⅰ的输出电压Uo1,接到振荡器Ⅱ中555准时器的复位端(4脚),当 Uo1为高电平常振荡器Ⅱ振荡,为低电平常555准时器复位,振荡器Ⅱ停止震荡。 2、CT74LS160芯片: 74160,是一个4位二进制的计数器,它拥有异步除去端与同步除去端 不一样 的是,它不受时钟脉冲控制,只要来有效电平,就马上清零,无需再等下一个计 数脉冲的有效沿到来。 1.异步清零功能 只要(CR的非)有效电平到来,无论有无CP脉冲,输出为“0。 ”在图形 符号中,CR的非的信号为CT=0,若接成七进制计数器,这里要特别注意,控 制清零端的信号不是N-1(6),而是N(7)状态。 其实,很简单解说,因为异 步清零端信号一旦出现就马上奏效,如刚出现0111,就马上送到(CR的非)端, 使状态变成0000。 因此,清零信号是特别短暂的,仅是过分状态,不可以成为计 数的一个状态。 清零端是低电平有效。 2.同步置数功能 当(LD的非)为有效电平常,计数功能被严禁,在CP脉冲上涨沿作用下 D0~D3的数据被置入计数器并体此刻Q0~Q3端。 若接成七进制计数器,控制 置数端的信号是N(7)状态,如在D0~D3置入0000,则在Q0~Q3端体现 的数据就是0110。 1,集成十进制同步加法计数器CT74LS160 (1)CT74LS160的引脚摆列图和逻辑功能表示图 D 74LS160真值表图 2、CT74LS160的逻辑功能: ①CR=0时异步清零.C0=0 ②CR=1,LD=0时同步并行置数. ③CR=LD=1且CPT=CPP=1时,依据BCD码进行同步十进制计数. ④CR=LD=1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变. (74LS160的逻辑图) 小总结: 集成十进制同步加法计数器74LS16074LS16、的引脚摆列图与 74LS161、74LS163相同,不通的是,74LS160是十进制的同步加法计数器,而 74LS161、74LS163是四位二进制加法同步计数器。 其他,74LS160采纳的是异 步清零的方式,74LS162采纳的是同步清零的方式。 3,数据选择器: 数据选择器有多个输入,一个输出。 其功能近似于单刀多掷开关,故又 称多路开关(MUX)。 在控制端的作用下可从多路并行数据中选择一路送输 出端。 数据选择器的主要用途是实现多路信号的分时传递、实现组合逻辑函 数进行数据的串-并变换。 ①数据选择器主要品种、性能及功能 双极型数据选择器及性能见表2-3,数据选择器主要品种及性能见表2-4。 表2-3中延缓时间的两个数值指数据输入 D到输出端Z或Z的延缓时间或 使能端到Z或Z的延缓时间。 表2-3 双极型MUX主要品种及性能 功能 型号 输出 功耗(mW) 延缓时间(ns) 四2选1MUX 74157 原码 150 9,14 74LS147 49 5, 8 双4选1MUX 74153 原码 180 14, 17 74LS153 31 14, 17 8选1MUX 74151 原、反码 145 8 74LS151 30 11 16选1MUX 74150 反码 200 11,18 表三 表2-4CMOSMUX的主要品种及性能 功能 型号 输出 VDD(V) 传输延缓时间tpd 变换时间tTHL、 (ns) tTLH(ns) 四2选1 74HC157 原码 5 20 10 74HC158 反码 5 20 15 MUX 74HC257 原码 5 12 15 双4选1 74HC153 原码 5 16 5 MUX 74HC253 原码 5 24 5 8选1 5 200 100 CD4512 原码 10 85 50 MUX 15 60 40 表四 数据选择器的功能以74LS151为例说明,其功能见表2-5。 (2)数据选择器的应用 ①用数据选择器实现逻辑函数 数据选择器是典型的“与或”门阵列,用它可直接实现“与或”式逻辑函数。 比方 FABCABCABCABC 又可表示为 F(1,2,4,7) 三变量函数有8个最小项,用8选1数据选择器74LS151即可实现。 将变量A、B、C接数据选择器控制端A2、A1、A0,令D1=D2=D4=D7=1, D0=D3=D5=D6,输出端Z实现函数F,见以下图 (1)、 (2)。 表2-5 74LS151功能表 控制 使能 输出 A2 A1 A0 E Z Z × × × 1 0 1 0 0 0 0 D0 D0 0 0 1 0 D1 D1 0 1 0 0 D2 D2 0 1 1 0 D3 D3 1 0 0 0 D4 D4 1 0 1 0 D5 D5 1 1 0 0 D6 D6 1 1 1 0 D7 D7 图 (1)图 (2) 对于三变量的逻辑函数,也可用4选1数据选择器来实现,只要将此中 一个变量分别出来,加到数据选择器的输入端,其他两个变量加到控制端。 对于上例,分别出变量C,即可用4选1数据选择器实现函数。 二、功能模块: 第一、用555接成的多谐振荡器。 连接图以以下图所示,接示波器观察 其波形以以下图所示: 经过改变电阻电容的数值可获得不一样的输出信号,上图中的参数可据公 式 : : 振荡周期: T0.7(R1 2R2)C1 1 1 1.43 振荡频率: f (R12R2)C1 T0.7(R12R2)C1 经过改变电阻电容的数值可获得不一样的输出信号,上图中的参数可据公式: 振荡周期: T0.7(R12R2)C1 1 1 1.43 振荡频率: f 0.7(R12R2)C1 (R12R2)C1 T 第二、计数器: 图B 由第一部分图A产生的一直信号从计数器的CLK端输入,计数器会经过计数 输出000—111八种不一样的状态,供数据选择器选择。 3、数据选择器 当计数器在时钟脉冲的输入下产生(000--111)八种状态循环时,数据选 择器会对这八组数据进行选择。 数据选择器 X1对输 000--011—100--101--111 ; 进行数据选择器 X2对输入的 001—011--101--111 进行选择,数 1.2把所选择 来数据分别接到负 载灯 X1、X2上给出不一样的输入状态, 对应的 X1、X2显示不一样灭 状况,使得X1、X2交替并以连续时间在两秒之内发亮。 三、整体设计电路图: 电路开始工作时,由图A的多谐振荡器产生时钟信号输给图B的计 数器,经过计数器计数产生的八个状态输入图C的数据选择器,经过数据选择 器的选择给灯泡输入不一样的状态,从而出现不一样的亮灭状况。
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