简易警笛电路

电子课程设计--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)简易警笛电路一、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。

二、总体框图总体框图如图1所示。

低频振荡射极电压跟随器高频振荡输出图11 . 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。

三、选择器件1、选择元件清单如表1所示。

表1器件数量定时器555 2100千欧滑动变阻器 15.7千欧电阻 110千欧电阻 22、 定时器555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D T 组成.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CC V 32.比较器2的同相端是触发端；反相端是电阻分压得到的参考电压CC V 31。

当放电晶体管导通时，放电端与地相连。

在复位端家低电平信号，锁存器复位，可以使输出O V 低电平。

正常工作是，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CC V 32，比较器2反相端的电压为 CC V 31。

若复位端为高电平，则输入信号1I V 、2I V 与输出状态之间的关系如下所述。

（1）阈值端电压1I V 大于CC V 32，触发端电压2I V 大于CC V 31，锁存器的-R 端为低电平，-S 端为高电平，锁存器输出Q 置零，放电管导通，输出端O V 输出低电平。

（2）阈值端电压1I V 小于CC V 32，触发端电压2I V 大于CC V 31，锁存器的-R 端为高电平，-S 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，输出端状态不变。

（3）阈值端电压1I V 小于CC V 32，触发端电压2I V 小于CC V 31，锁存器的-R 端为高电平，-S 端为低电平，锁存器输出Q 置1，放电管导通，输出端O V 输出高电平。

（4）阈值端电压1I V 大于CC V 32，触发端电压2I V 小于CC V 31，锁存器的-R 端为低电平，-S 端为低电平，锁存器输出Q 置1，放电管截止，输出端O V 输出高电平。

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1R 和2R 向电容C 充电，充电到C V =CCV 32时，比较器1输出低电平，输出端输出低电平，放电管导通，电容通过电阻2R 和放电管放电；放电到C V =CC V 31时，比较器2输出低电平，输出端输出高电平，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(C R R + 放电时间T2=2ln 2C R振荡周期T=T1+T2=0.69C R R )221(+ 3、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。

四、功能模块1、由定时器555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：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CC V 32，2端的输入电压小于CC V 31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，电源CC V 经R1、R2、C1到公共端对C1充电，这种情况直到维持到C1的两端电压略超过CC V 32。

当C1两端电压超过CC V 32时，出现6端输入电压大于CC V 32，,2端的输入电压大于CC V 31的情况，输出信号Vo 为低电平，使晶体管导通，电容经C1、R2放电到公共端的地，这种情况直到C1两端的电压小于CC V 31，此后又重新回到上述状态，输出波形如图7所示。

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=2ln 1)21(C R R +=6310*10*10)5010(*69.0-+=0.41s 低频振荡器频率为f=T1=2.4Hz 2、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、由定时器555组成的高频多谐振荡器由定时器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CC V 32，2端的输入电压小于CC V 31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，电源CC V 经R1、R2、C1到公共端对C1充电，这种情况直到维持到C1的两端电压略超过CC V 32。

当C1两端电压超过CC V 32时，出现6端输入电压大于CC V 32，,2端的输入电压大于CC V 31的情况，输出信号Vo 为低电平，使晶体管导通，电容经C1、R2放电到公共端的地，这种情况直到C1两端的电压小于CC V 31，此后又重新回到上述状态，输出波形为方波如图10所示。

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）（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、总体设计电路图总体设计电路图如图15所示。

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⑤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 仿真结果六、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器件的原则，应用知识更为得新应手，熟练自如。

有了更多对数字电子技术综合性训练的机会，也通过实用型模拟电子电路设计、安装、调试等各环节，培养了我运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。

另一方面对于动手能力的培养和敏捷思维方式的形成起到很大的作用。

最后感谢李老师的细心指导。