救护车扬声器发声电路Word格式.docx
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201009121
王亚虎
市场调研、设计、查找并买元器件、焊接
201009142
聂仁杰
201009116
任彬彬
市场调研、查找并买元器件、写报告
201009117
李盼
201009122
韩永宇
201009132
路玉杰
201009141
武奇
200911007
牟小莉
市场调研、查找并买元器件、审核报告
二、作品说明
1、功能
本设计题目名称为救护车声模拟电路的设计。
经过电路设计和市场调查,选择出简单可行且成本较低的救护车声模拟电路。
该设计是由两片555芯片、五个电阻、两个电解电容、两个瓷片、一个扬声器、一节6V的干电池以及若干导线组成的。
若电路焊接成功，则第一片555组成的多谐振荡器将会产生低频信号，第二片555组成的多谐振荡器将会产生高频信号来运载之前产生的低频信号，当信号传递到扬声器之后，扬声器会发出“滴答，滴答”的声音。
2、操作说明
按下开关便可以发生“滴答，滴答”的声音，调节滑动变阻器
的阻值，通过改变第一片的555芯片的占空比，进而控制高音与低音的时间TH、TL，可以任意调节滴答声的效果。
三、基本原理
1、原理图
双极性型5G555的主要性能参数如表2所示。
表2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
触发电压
VTR
输出低电平
VOL
1
输出高电平
VOH
13.3
CMOS型7555的主要性能参数如表3所示。
表3CMOS型7555的主要性能参数
3~18
μA
60
0.1
14.8
（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。
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。
2、电路图设计及器件参数选择
（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1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V01输出占空比一定的方波信号控制555
（2）的控制端电压，当V01输出为高电平时，555
（2）控制电压端Vco为高电平，由振荡频率f的计算公式可知此时振荡频率较低，为低音；
相对应，当V01输出为低电平时，555
（2）控制电压端Vco为低电平，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。
救护车扬声器发声电路如图1所示。
图1救护车扬声器发声电路图
3、555定时器内部结构及工作原理
（1）内部结构：
555定时器内部结构如图2所示。
555定时器逻辑符号和引脚如图3所示。
Vi1（TH）：
高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。
Vi2（
）：
低电平触发端，简称低触发端，标志为
。
VCO：
控制电压端。
VO：
输出端。
Dis：
放电端。
：
复位端。
555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两个基准电压；
两个电压比较器C1、C2；
一个由与非门G1、G2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），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。
VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2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:
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。
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VT+=
VCC，比较器C2反相输入端接参考电压VT-=
VCC；
当VCO接控制电压Ve时，比较器C1的同相输入端接参考电压VT+=Ve，比较器C2反相输入端接参考电压VT-=
Ve。
现做如下规定：
当TH端的电压>
VT+时，写为VTH=1，当TH端的电压<
VT+时，写为VTH=0。
当
端的电压>
VT-时，写为VTR=1，当
端的电压<
VT-时，写为VTR=0。
低触发：
当输入电压Vi2<
VT-且Vi1<
VT+时，VTR=0，VTH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端
=0、
=1，使Q＝1，
＝0，经输出反相缓冲器后，VO＝1，T截止。
这时称555定时器“低触发”。
保持：
若Vi2>
VT+，则VTR=1，VTH=0，
=
=1，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。
高触发：
若Vi1>
VT+，则VTH=1，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，经输出反相缓冲器后，VO＝0，T导通。
这时称555定时器“高触发”。
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,施密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。
4、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。
多谐振荡器原理图如图4所示。
图4多谐振荡器原理图
（2）多谐振荡形成机理：
初始时刻，Vc为0时，Vi2<
VT+，555定时器处于低触发状态，VO＝1，T截止，电容C经过R1、R2充电；
当Vc上升到VT-时，Vi2>
VT-，Vi1<
VT+，处于保持状态，电容继续充电，Vc继续升高，VO＝1，T截止；
当Vc=VT+时，Vi1>
VT+，555定时器处于高出发状态，VO＝0，T导通，电容C经过R2、T放电，Vc降低，当Vc下降到VT-时，Vi2<
VT+，电路再次进入低触发状态，电容C经过R1、R2充电……以此循环往复，电容Vc上的电压在VT-和VT+之间往复振荡，Vo端输出具有一定占空比的方波脉冲，通过调节RW或电容C，可得到不同的时间常数；
还可产生周期和脉宽可变的方波输出。
（3）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：
充电时间
计算公式：
放电时间
故电路的振荡周期为：
当Vco悬空（接电容后接地），
VCC,
VCC时，
振荡周期：
振荡频率：
四、元件的市场调研与选择
表5元件市场调研表
名称
规格型号
价格（元）
调研地点
是否选用
三极管
3DG6
0.2
西北电子商贸城
否
BS182
BSS84
IRFZ44N
1.4
S8050
0.5
9013
9015
2N5551
2N5401
A1015
碳膜电阻
R
100Ω
2
南关电子市场
是
510Ω
3
20K
10K
1.6
5K
100K
0.04
1MΩ
5
电容
C
1000pF
10uF
4.7uF
0.01uF
100nF
单向晶闸管
VT
继电器
k
HH52PN
3.6
TN106（12V）
4.5
HH52P
5.8
JQX-16F
3.8
JZC-7FA9V
二极管
VD
1N4007
1N4004
1N4148
1N4001
电感
L
AL0810
GH106-102
22uF
SP54-101K
0.6
镇流桥堆
UR
发光二极管
VL
WH-Y3133
φ5mm
芯片
EN555
CD4011
CD40110
74LS194
74LS160
74LS161
74LS138
74LS283
7段显示管
MTS3101AR
0.8
压电陶瓷片
HTD
小型电动扬声器
YD57-2
8Ω
小型拨氏开关
2x2
4x4
按钮开关
滑动变阻器
RP
电路板
7
芯片座
导线
1m
2.5
变压器
T
220V-6V
白炽灯
EL
15W
五、方案实施及结果分析
1、元件清单
元器件清单如表6所示。
表6元器件清单
规格
单价（元）
数量
R1
1个
R2
R3
R4
R5
RL
1块
至少1米
蜂鸣器
f=200Hz
555芯片
2个
开关
电池
4节
电池座
C1
C2
5nF
Cf
10μF
2、电路仿真及器件参数选择
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。
救护车扬声器发声电路高低音输出波形如图5所示。
图5救护车扬声器发声电路高低音输出波形
3、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）
低音持续时间：
（即为高电平持续时间）
（2）555
（2）的5管脚输入电压可根据戴维南等效电路求得：
555
（2）控制端电压Ve的戴维南等效电路图如图6所示。
图6555
（2）控制端电压Ve的戴维南等效电路图
（3）计算高频声音和低频声音振荡频率：
=0V时，
=3.00V，
高音振荡频率：
高音振荡波形及周期显示如图7所示。
图7高音振荡波形及周期显示（581.897us）
=6V时，
低音振荡频率：
低音振荡波形及周期显示如图8所示。
图8低音振荡波形及周期显示（862.069us）
六、制作与调试
在整个焊接实物的过程中，我们都非常的小心、仔细。
王亚虎首先初步规划了电路图，确定了元件的具体安放位置，接着我们根据跳线的需要把需要调整的元件进行了调整，在实验板上做了相应的记号之后我们开始了元件的焊接工作。
我的主要工作是电子元器件的焊接和实验报告的排版与检验。
在焊接电路的过程中基本没有出现太大的问题，只有两了555芯片的焊接出现了困难。
由于555芯片的引脚之间的距离特别小，而且每个引脚上还得焊接一根导线，在这样情况下还必须注意两引脚之间不能短路且不能出现虚焊或漏焊等现象，这无疑增加了焊接的难度。
在焊接电容的时候要注意分清电解电容的正负极，应遵循长正短负的原则。
此片电容和电阻的焊接相对来说就简单得多了。
在焊接电路时，要认真细心，一部分一部分有条理得焊，防止漏焊和错焊。
焊接的时候要思考线的布局，尽量是焊接美观。
在完成电路的焊接后，刚开始加了电源以后，扬声器不工作。
我们首先检查了焊点是否出现了虚焊或漏焊现象，排除了焊点出错的情况。
接着我们检查了两个555芯片的所有引脚以及所有相邻很近的焊点，看是否出现了短路的现象，经过检查我们发现第二片555芯片的第六引脚和第七引脚发生了短路。
检查完短路问题之后我们检查了断路问题，发现第一片555芯片的第一引脚和导线之间发生了断路。
找出错误之后我们对其进行了修改，最后再检查了一遍，没有发现问题。
加了电源以后扬声器发出了“滴答，滴答”的声音。
七、设计小结
通过这次的课程设计，我们进一步知道了555芯片的引脚图。
也进一步了解到自己对很多元件的功能，一开始都是一知半解并且对于其在电路中的使用有很多误解。
而且平时看课本时，觉得自己很了解的内容在实际的制作时才发现那些元件的实际应用、性价比、市场行情、可替代元件等现实方面都是自己所不了解的。
但经过元器件的采买和市场调查我觉得这些都可以掌握了。
性价比：
（1）利用555定时器做出多谐振荡器相比于由门电路组成的多谐振荡器而言，在由频率计算电阻的时候要简便的多，而且555定时器组成的多谐振荡器的元件也比较的少而经济。
（2）在较低价位的情况下，555定时器组成的多谐振荡器可以较高质量的完成模拟救护车声响的电路，可以说性价比比较高。
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1756Hz，持续时间为346.57ms的高音频信号以及振荡频率为1176Hz，持续时间为415.89ms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。
八、参考文献
[1]王连英主编.基于multisim10的电子仿真实验与设计.北京:
北京邮电大学出版社,2009.
[2]张金编著.电子设计与制作100例.北京:
电子工业出版社,2009.
[3]黄智伟主编.基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京:
电子工业出版社,2008.
[4]阎石主编.数字电子技术基础[第五版].北京:
高等教育出版社,2006.
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