模拟救护车声响电路之欧阳光明创编

设计报告

欧阳光明（2021.03.07）课题名称: 模拟救护车声响电路

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专业班级：电子信息工程072班

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2010年12月30日

1．2、555定时器的电路结构和逻辑功能1．2．1、电路结构和逻辑功能

图1 555定时器的内部电路结构和引脚图

图1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。它的各个引脚功能如下： 1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS 型时基电路VCC的范围为3～18V。一般用5V。 3脚：OUT（或Vo）输出端。 2脚：TR低触发端。 6脚：TH高触发端。 4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。 7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S 端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1示。

表1 555定时器的功能表

从555定时器的功能表可以看出：

555定时器有两个阈值（Threshold）电平，分别是1/3VCC和2/3VCC；输出端为低电平时三极管TD导通，7脚输出低电平；输出端为高电平时三极管TD截止，如果7脚接一个上拉电阻， 7脚输出为高电平。所以当7脚接一个上拉电阻时，输出状态与3脚相同。1．2．2、555定时器的主要参数

555定时器的主要参数有电源电压、静态电流、定时精度、阈值电压、阈值电流、触发电压、触发电流、复位电压、复位电流、放电电流、驱动电流及最高工作频率。1．2．3、等效电路

555时基电路内部既有模拟电路，又有数字电路，读图和应用十分不便，为便于一目了然地理解555的功能，可以将555电路的数字与模拟功能合在一起考虑，进行化简。

图2是图1（a）中555电路的内电路方框图简化成为带一个放电开关的特殊的RS触发器，其逻辑功能见表3所示。

图2 555定时器化简电路

二、设计思路

2．1、设计系统简绍

555时基电路555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。TTL型产品型号的最后三位都是555，CMOS型产品的最后四位都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。

但双极型555和CMOS型7555因其制造工艺和流程的不同，生产出的555集成电路的性能指标也有所差异。两者的区别见表3。

表2 双极型555和CMOS型7555主要参数

1、双极型555和CMOS型7555的共同点

二者的功能大体相同，外形和管脚排列一致，在大多数应用场合可直接替换。均使用单电源，适应电压范围大，可与TTL、HTL、CMOS型数字逻辑电路等共用电源。555的输出为全电源电平，可与TTL、HTL、CMOS型等电路直接接口。电源电压变化对振荡频率和定时精度的影响小。对定时精度的影响仅0.05%/V，且温度稳定性好，温度漂移不高于50ppm/℃（即0.005%/℃）。

2、双极型555与CMOS型7555的差异

CMOS型7555的功耗仅为双极型的几十分之一，静态电流仅为300μA左右，为微功耗电路。

CMOS型7555的电源电压可低至２~３Ｖ；各输入功能端电流均为pA（微微安）量级。

CMOS型7555的输出脉冲的上升沿和下降沿比双极型的要陡，转换时间短。

CMOS型7555在传输过渡时间里产生的尖峰电流小，仅为2~3mA；而双极型555的尖峰电流高达300~400mA，如图3所示。

CMOS型7555的输入阻抗比双极型的要高出几个数量级，高达1010Ω。

CMOS型7555的驱动能力差，输出电流仅为1~3mA，而双极型的输出驱动电流可达200mA。

图3双极型555与CMOS型555尖峰电流对比

通过上面对两种型号的555的比较，在进行电路设计和应用时，应视具体情况选择型号。一般来说，在要求定时长、功耗小、负载轻的场合，宜选用CMOS 型的7555.而在负载重、要求驱动电流大、电压高的场合，宜选用双极型的555.此外，由于双极型的冲击峰值电流大，在电路中应加电源滤波电容，且容量要大。双极型555的输出阻抗远比CMOS 型7555的输入阻抗低，一般要在555的电压控制功能端加一去耦电容（0.01~0.1μF ），而CMOS 型7555可不加。CMOS 型7555的输入阻抗高达1010Ω量级，很适合做长延时电路，RC 时间常数一般很大。负载驱动能力方面，双极型555可直接驱动低阻负载，如继电器、小直流电机、扬声器等。CMOS 型7555只可直接驱动高阻抗负载。若驱动低阻负载，可在输出端加接三极管驱动。

综合上述考虑，故本次模拟交通灯的电路设计采用CMOS 型7555，在实际硬件电路中采用东芝公司生产的HA17555。

2．2、软件分析

本设计中，555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图4所示。它是将两个触发端2脚和6脚合并在一起，放电端7脚接于两电阻之间。

图4多谐振荡器电路图

图5 多谐振荡器的波形

输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：

tw1 ：uC (0) = VCC /3 V 、

uC (∞) =VCC 、τ1=(RA+ RB)C 、当t= tw1时，uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出： tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V 、uC (∞) =0V 、τ1= RBC 、当t= tw2时，uC (tw2) =VCC /3

V CC u o

R R C C A

B

123456

785555

w1A B 0.7()t R R C

=+