救护车警笛发生器.docx

1、救护车警笛发生器救护车警笛发生器设计任务与要求1、 设计任务： 设计一个可以产生类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）、高低音频持续时间都在两秒以内、总体框图：数据选择器灯泡 X1设计思路：用 555 设计一个多谐振荡器提供时钟信号，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 择不同等输出状态，使得灯泡显示不同的亮灭情况从而达到设计目 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 定时器是一种模拟和数字功能相结

2、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 ，除单定时器 外，还有对应的双定时器 556/7556 。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作， 7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA ， 因而其输出可与 TTL 、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、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。 它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制 等方面。 555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如

3、图 4 所示。 它 内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放 电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3555 定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 。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3 ，同时

4、 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 定时器的集成电路外形、引脚、内部结构 如图R ：复位端 D：放电端 VCC：电源端 GND：接地端 TR ：低触发RCOUTHUTRUOUTT 的状态00*UOL导通2VCC3 CC1VCC3 CCUOL导通02VCC3 CC1VCC3 CC不变不变5*1VCC3 CCUOH截止VCO12VCOUOL导通1VCO12VCOUOL不变*12VCO不变截止5 定时器应用举例施密特触发器 ：1.电路组成 :只要将 555定时器的 2 号脚和 6 号脚接在一起

5、，就可以构成施密特触发图（11 ） 555 定时器构成的施密特触发器（1）VI =0V 时，V o1输出高电平。（2）当VI上升到 2Vcc时，Vo1输出低电平。当VI由2Vcc继续上升，Vo1保3 cc 3 cc持不变。（3）当 VI 下降到 1Vcc 时 ，电路输出跳变为高电平。 而且在 VI 继续下降到 0V3时，电路的这种状态不变。图中， R、 VCC2构成另一输出端 Vo2，其高电平可以通过改变 VCC2进行调节。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， 转换成为符合 TTL 系统要求的脉冲波形。3.） 用于脉冲鉴幅 将幅值大于 VT+的脉冲选出 。单稳

6、态触发器单稳态触发器具有下列特点： 第一， 它有一个稳定状态和一个暂稳状态； 第 二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态 维持一段时间后， 将自动返回到稳定状态， 而暂稳状态时间的长短， 与触发脉冲 无关，公决定于电路本身的参数。1.电路组成及其工作原理由555构成的单稳态触发器及工作波形如图所示将 555的6号脚和 7号脚接 在一起，并添加一个电容 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 ”。2.主要参数估算（1） 输出脉冲宽度 TW输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间， 也就是定时电容的充电时间。 由图 21 （b）所示电容电压

7、 VC 的工作波形不难看出 VC（0+）0V，VC（）=VCC，VC 2（TW）= 2Vcc，代入 RC过渡过程计算公式，可得3lnVC( ) VC(0 )VC( ) VC(tW )1 ln 31.1RC上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度 TW仅决定于定时元件 R、C 的取值， 与输入触发信号和电源电压无关，调节 R、C 的取值，即可方便的调节 TW。3.单稳态触发器的应用（1）延时在图 2 4中， VO 的下降沿比 VI 的下降沿滞后了时间 TW，即延迟了时间 TW。单稳态触发器的这种延时作用常被应用于时序控制中。（2）定时在图 2 4 中，单稳态触发器的输出电压 V/O，用做与门的输入定时

8、控制 信号，当 V/O 为高电平时，与门打开， VO= VF，当 V/O为低电平时，与门关闭， VO 为低电平。显然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。图 12.2.2 4 单稳态触发器用于脉冲的延时与定时选通(3)整形单稳态触发器能够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 V O。V O的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度 TW决定时间。多谐振荡器 产生矩形脉冲波的自激振荡1.电路组成及其工作原理VCC ucR1842VCC/3VCC/373uo0 uoR26 555tuc C2150.01 Fo0tP1tP2(a)

9、 电路 (b) 工作波形图31用 555定时器构成的多谐振荡器如图 31为 555定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上升到 2VCC/3时，uo=0，T导通， C通过 R2和 T放电， Uc下降。 当Uc下降到 VCC/3时，UO又由0变为1，T截止，VCC又经 R1和R2对C充电。 如此重复上述过程，在输出端 Uo 产生了连续的矩形脉冲。2.振荡频率的估算电路谐撼振频率 f 的估算：振荡周期为： T 0.7(R1 2R2)C振荡频率为 ： f 1 1 1.43T 0.7(R1 2R2) (R1 2R2)C3.多谐振荡器的应用将振荡器的输出电压

10、Uo1，接到振荡器中 555 定时器的复位端( 4 脚)，当Uo1为高电平时振荡器振荡， 为低电平时 555 定时器复位，振荡器停止震荡。2、 CT74LS160 芯片：74160 ，是一个 4 位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端 不同 的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，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，很容易解释，由于异 步

11、清零端信号一旦出现就立即生效， 如刚出现 0111，就立即送到 (CR 的非)端， 使状态变为 0000 。所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计 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）为有效电平时，计数功能被禁止，在 CP 脉冲上升沿作用下 D0 D3 的数据被置入计数器并呈现在 Q0Q3 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 D0D3 置入 0000 ，则在 Q0Q3 端呈现 的数据就是 0110 。1,集成十进制同步加法计数器 CT74LS160（ 1） CT74LS160 的引脚排列图和逻辑功能示意图74LS160 真

12、值表图2、CT74LS160 的逻辑功能：1CR=0 时异步清零.C0=02CR=1, LD =0时同步并行置数 .3CR= LD =1且CPT=CPP=1 时,按照BCD 码进行同步十进制计数4CR= LD =1且CPTCPP=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、的引脚排列图与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。此外， 74LS160 采用的是异 步清零的方式， 74LS162 采用的是同步清零的

13、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 类似于单刀多掷开关，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 号的分时传送、实现组 合逻辑函 数进行数据的串-并转换。 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 中延迟时间的两个数值指数据输入 D 到输出端 Z 或 Z 的延迟时间或使能端到 Z或 Z的延迟时间。表 2-3 双极型 MUX 主要品种及性能功能型号输出功耗（ mW ）延迟时间（ ns）四 2选 1 MUX74157原码1

14、509，1474LS147495，8双 4选 1 MUX74153原码18014，1774LS1533114，178选 1 MUX74151原、反码145874LS151301116 选 1 MUX74150反码20011，18表三表 2-4 CMOS MUX 的主要品种及性能功能型号输出VDD（V）传输延迟时间 tpd （ns）转换时间 tTHL 、 tTLH（ ns）四2选174HC157原码反码52010MUX74HC15852015原码74HC25751215双4选174HC153原码5165MUX74HC253原码524552001008选1CD4512原码108550MUX1560

15、40表四数据选择器的功能以 74LS151 为例说明，其功能见表 2-52）数据选择器的应用 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 数例如F ABC ABC ABC ABC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就可实现。 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，见下图（ 1）、（2）。表 2-5 74LS151 功能表控制使能输出A2A1A0EZZ1010000D0D00010D1D1

16、0100D2D20110D3D31000D4D41010D5D51100D6D61110D7D7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，只要将其中一个变量分离出 来，加到数据选择器的输入 端， 其余两个变量加到控制端。对于上例，分离出 变量 C，即可用 4选 1 数据选择器实现函数。功能模块：第一、 用 555 接成的多谐振荡器。 连接图如下图所示， 接示波器观察 其波形如下图所示： 通过改变电阻电容的数值可得到不同的输出信号，上图中的参数可据公 式 ： ： 振荡周期： T 0.7( R1 2R2 )C1 振荡频率： f 1 1 1.43通过改变电阻电容的

17、数值可得到不同的输出信号，上图中的参数可据公式：第二、计数器 ：图B由第一部分图 A 产生的始终信号从计数器的 CLK 端输入，计数器会通过计数 输出 000 111 八种不同的状态，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上给出不同的输入状态， 对应的 X1、X2 显示不同灭 情况,使得 X1、X2交替并以持续时间在两秒以内发亮三、总体设计电路图：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同的状态，从而出现不同的亮灭情况。