救護(hù)車警笛發(fā)生器概要

1、燈泡X1救護(hù)車警笛發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)可以產(chǎn)生類似于家用防盜報(bào)警器聲音的信號(hào) 發(fā)器。2、設(shè)計(jì)要求：(1) 、高低兩種音頻交替出現(xiàn)(2) 、高低音頻持續(xù)時(shí)間都在兩秒以內(nèi)、總體框圖:燈泡X1設(shè)計(jì)思路：用555設(shè)計(jì)一個(gè)多諧振蕩器提供時(shí)鐘信號(hào)，輸入 計(jì)數(shù)器使得計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)器的輸出端接兩個(gè)數(shù)據(jù)選擇器選 擇不同等輸出狀態(tài)，使得燈泡顯示不同的亮滅情況從而達(dá)到設(shè)計(jì)目 的。二、器件選擇：器件名稱件數(shù)555芯片1件CT74LS160芯片1件CT74LS151芯片2件電阻2件電容2件燈泡2件1、555芯片的介紹：555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝

2、制作的稱為 555，用CMOS工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器 外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556 。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200mA， 因而其輸出可與 TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖4所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3和2VC

3、C /3555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器 A1的反相輸入端的電壓為2VCC /3，A2的同相輸入端的電壓為 VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR的電壓小于 VCC /3，則比較器 A2 的輸出為1，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端 0UT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于 2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于 VCC /3，貝U A1的輸 出為1，A2的輸出為0，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為 0電平。555定時(shí)器的集成電路外形、引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖VCC D IH CO)555(a)外引線排列co：

4、控制電壓端TH :高觸發(fā)端(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Vcc :電源端OUT :輸出端 R :Giro TR OUT RR :復(fù)位端 D:放電端Vcc:電源端 GND :接地端 TR :低觸發(fā)RCOUthUtrUoutT的狀態(tài)00*Uol導(dǎo)通2> VCC31> 二 VCC3Uol導(dǎo)通02/£ VCC31/> 二 Vcc3不變不變5*1< Vcc3Uoh截止>Vco> TVco2Uol導(dǎo)通1<Vco> Vco2Uol不變*< 1Vco2不變截止5定時(shí)器應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器：1.電路組成：只要將555定時(shí)器的2號(hào)腳和6號(hào)腳接在一起，就可以構(gòu)成施密

5、特觸發(fā)圖（1 1）555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（1）Vi =0V時(shí)，V oi輸出高電平。（2）當(dāng)Vi上升到2Vcc時(shí)，Vo1輸出低電平。當(dāng)Vi由-Vcc繼續(xù)上升，V。1保33持不變。（3） 當(dāng)Vi下降到丄血時(shí)，電路輸出跳變?yōu)楦唠娖健６以赩i繼續(xù)下降到0V3時(shí)，電路的這種狀態(tài)不變。圖中，R、VCC2構(gòu)成另一輸出端Vo2，其高電平可以通過改變 VCC2進(jìn)行調(diào)節(jié)。2. 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1）.用作接口電路-將緩慢變化的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。圖1 3慢輸入波形的TTL系統(tǒng)接口圖14脈沖整形電路的輸入輸岀波形3. ）用于脈沖鑒幅一一將幅值大于Vt+的脈沖選出。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

6、器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點(diǎn)：第一，它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)；第二，在外來觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)；第三，暫穩(wěn)狀態(tài) 維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)狀態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短，與觸發(fā)脈沖 無關(guān)，公決定于電路本身的參數(shù)。1. 電路組成及其工作原理由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形如圖所示將 555的6號(hào)腳和7號(hào)腳接 在一起，并添加一個(gè)電容 和一個(gè)電阻，就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器我們簡(jiǎn)記為 七 六搭一，上R下C ”。2. 主要參數(shù)估算(1)輸出脈沖寬度Tw輸出脈沖寬度就是暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間，也就是定時(shí)電容的充電時(shí)間。由圖2 1 (b)所示電容電壓 V 的工作波形不難看出 V(0+

7、)0V, Vc (=Vcc, Vc2(Tw) =-Vcc,代入RC過渡過程計(jì)算公式，可得3VcC：)-Vc (0 )Vc(：)-Vc(tw)=1 l n 3= 1.1RC上式說明，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度Tw僅決定于定時(shí)元件R、C的取值, 與輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié) R、C的取值，即可方便的調(diào)節(jié)Two3. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(1) 延時(shí)在圖2- 4中，Vo的下降沿比Vi的下降沿滯后了時(shí)間Tw，即延遲了時(shí)間 Tw o單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這種延時(shí)作用常被應(yīng)用于時(shí)序控制中。(2) 定時(shí)在圖2 4中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出電壓 V%，用做與門的輸入定時(shí)控制 信號(hào)，當(dāng)V/o為高電平時(shí)，與門打開，Vo= V

8、f，當(dāng)V/o為低電平時(shí)，與門關(guān)閉， Vo為低電平。顯然與門打開的時(shí)間是恒定不變的，就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖 V/o的寬度TwovOV圖1222 4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于脈沖的延時(shí)與定時(shí)選通&(3) 整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)Vi，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖Vo。Vo的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度Tw。決定時(shí)間。多諧振蕩器一一產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩1電路組成及其工作原理' VccUcR1L842VCc/3Vcc/3亍* M IM *730 Uo4-0Uo "R26 555A tUcC =»if2151T 0.01 卩 Fn&g

9、t;0tP1(a)電路(b)工作波形圖3 1用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖3 1為555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，接通 Vcc后，Vcc經(jīng)R1和R2對(duì)C 充電。當(dāng)uc上升到2Vcc/3時(shí)，uo=0, T導(dǎo)通，C通過R2和T放電，Uc下降。 當(dāng)Uc下降到Vcc/3時(shí)，Uo又由0變?yōu)?, T截止，Vcc又經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。 如此重復(fù)上述過程，在輸出端 Uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。2.振蕩頻率的估算電路諧撼振頻率f的估算：振蕩周期為：T =0.7(R 2R2)C振蕩頻率為：f =1-143T 0.7(Ri +2R2) (Ri+2R2)C3.多諧振蕩器的應(yīng)用VccRi8 4736555 I251U

10、o1-pCiR3C28 4736555 n251Uo2CUolUo2(b)工作波形0.01 u F0.01 u F(a)電路將振蕩器I的輸出電壓 Uo1，接到振蕩器U中555定時(shí)器的復(fù)位端(4腳)，當(dāng)Uoi為高電平時(shí)振蕩器u振蕩，為低電平時(shí)555定時(shí)器復(fù)位，振蕩器U停止震蕩。2、CT74LS160 芯片：74160，是一個(gè)4位二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，它具有異步清除端與同步清除端 不同 的是，它不受時(shí)鐘脈沖控制，只要來有效電平，就立即清零，無需再等下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的有效沿到來。1. 異步清零功能只要(CR的非)有效電平到來，無論有無 CP脈沖，輸出為“0”在圖形 符號(hào)中，CR的非的信號(hào)為CT=0，若接成七

11、進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里要特別注意，控 制清零端的信號(hào)不是N-1 (6)，而是N (7)狀態(tài)。其實(shí)，很容易解釋，由于異 步清零端信號(hào)一旦出現(xiàn)就立即生效，如剛出現(xiàn)0111,就立即送到(CR的非)端, 使?fàn)顟B(tài)變?yōu)?000。所以，清零信號(hào)是非常短暫的，僅是過度狀態(tài)，不能成為計(jì) 數(shù)的一個(gè)狀態(tài)。清零端是低電平有效。2. 同步置數(shù)功能當(dāng)(LD的非)為有效電平時(shí)，計(jì)數(shù)功能被禁止，在 CP脈沖上升沿作用下 DoD3的數(shù)據(jù)被置入計(jì)數(shù)器并呈現(xiàn)在 QoQ3端。若接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制 置數(shù)端的信號(hào)是N (7)狀態(tài)，如在D0D3置入0000，則在QoQ3端呈現(xiàn) 的數(shù)據(jù)就是0110。1,集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 CT74LS1

12、60(1) CT74LS160的引腳排列圖和邏輯功能示意圖Fee CO 創(chuàng) Qi 0：空 CTrLDU111633：41312 114LS 16011號(hào)i-LJnMhI 4曲併6 D】6 d C7> GD(a)弓葦注列莖輸入輸出LOADEPETABcDQAQBQCQDX0XXXXxX |x0D0Cln0XXABcDABDX110XXXXX保掙Fl11XXXXX保持t1111XXXX加法計(jì)數(shù)卩1 _匸| 00000o74LS160真值表圖cr=0時(shí)異步清零.C0=0 CR = 1, LD =0時(shí)同步并行置數(shù). CR=LD=1且CPT=CPP=1時(shí),按照BCD碼進(jìn)行同步十進(jìn)制計(jì)數(shù) CR=ld

13、=i且CPT-CPP=0時(shí),計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持不變.LOADDATA A13OATA fl CtKDATA CDATA DCLRENT乙QDX Cl賓UJ0>CKK<1>GLH（74LS160的邏輯圖）小總結(jié)：集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS16074LS16、的引腳排列圖與74LS161、74LS163相同，不通的是，74LS160是十進(jìn)制的同步加法計(jì)數(shù)器，而 74LS161、74LS163是四位二進(jìn)制加法同步計(jì)數(shù)器。此外，74LS160采用的是異3, 數(shù)據(jù)選擇器:數(shù)據(jù)選擇器有多個(gè)輸入，一個(gè)輸出。其功能類似于單刀多擲開關(guān)，故又稱多路開關(guān)（MUX ）。在控制端的作用下可 從多路并

14、行數(shù)據(jù)中選擇一路送輸出端。數(shù)據(jù)選擇器的主要用途是實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的分時(shí)傳送、實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的串-并轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)選擇器主要品種、性能及功能雙極型數(shù)據(jù)選擇器及性能見表2-3,數(shù)據(jù)選擇器主要品種及性能見表 2-4。表2-3中延遲時(shí)間的兩個(gè)數(shù)值指數(shù)據(jù)輸入 D到輸出端Z或Z的延遲時(shí)間或使能端到Z或Z的延遲時(shí)間。表2-3雙極型MUX主要品種及性能功能型號(hào)輸出功耗（mW）延遲時(shí)間（ns）四2選1 MUX74157原碼1509, 1474LS147495, 8雙4選1 MUX74153原碼18014, 1774LS1533114, 1774151原、反碼14588 選 1 MUX74LS151301116

15、 選 1 MUX74150反碼20011, 18表二表2-4 CMOS MUX的主要品種及性能功能型號(hào)輸出Vdd (V)傳輸延遲時(shí)間tpd（ns）轉(zhuǎn)換時(shí)間tTHL、tTLH (ns)四2選174HC157原碼5201074HC158反碼52015MUX74HC257原碼51215雙4選174HC153原碼5165MUX74HC253原碼524552001008選1CD4512原碼108550MUX156040表四（2）數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用 用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)數(shù)據(jù)選擇器是典型的“與或”門陣列，用它可直接實(shí)現(xiàn)“與或”式邏輯函 數(shù) 例如F 二 ABC ABC ABC ABC又可表示為F 八（1,2

16、,4,7）三變量函數(shù)有8個(gè)最小項(xiàng)，用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151就可實(shí)現(xiàn)。將變量A、B、C接數(shù)據(jù)選擇器控制端 A2、Ai、Ao，令Di=D2=D4=D7=1，Do=D3=D5=D6,輸出端Z實(shí)現(xiàn)函數(shù)F，見下圖（1）、（2）。表2-5 74LS151功能表控制使能輸出AiA1AoEZZXXX1010000Dodo0010D1Di0100Did20110D3D31000D4d41010D5d51100D6D61110D7d7E DODID2D374LS151cnCMco74LS0074LS153JDDooouoo倉毎NNNNNNNNIHHiHl-HPIP|i4-H圖圖對(duì)于三變量的邏輯函數(shù)，也可用

17、4選1數(shù)據(jù)選擇器來實(shí)現(xiàn)，只要將其中 一個(gè)變量分離出來，加到數(shù)據(jù)選擇器的輸入 端，其余兩個(gè)變量加到控制端 對(duì)于上例，分離出變量C,即可用4選1數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)函數(shù)。二、功能模塊：第一、用555接成的多諧振蕩器。連接圖如下圖所示，接示波器觀察其波形如下圖所示：通過改變電阻電容的數(shù)值可得到不同的輸出信號(hào)，上圖中的參數(shù)可據(jù)公式：振蕩周期：T =0.7(R! 2R2)G振蕩頻率：f = 1-143 T0.7(Rrh2R2)C1 (RrH2R2)C1通過改變電阻電容的數(shù)值可得到不同的輸出信號(hào)，上圖中的參數(shù)可據(jù)公式:振蕩周期：T =0.7(& 2R2 )Ci振蕩頻率:1 11.43T - 0.7(R1 2R2)C1 (R 2R2)C1第二、計(jì)數(shù)器:U2rJ-aZ1三MR1即kO沁r：CN£ nSey2kC-lt>X555C13C1K三卜口 7HF:C1K由第一部分圖A產(chǎn)生的始終信號(hào)從計(jì)數(shù)器的 CLK端輸入，計(jì)數(shù)器會(huì)通過計(jì)數(shù) 輸出000111八種不同的狀態(tài)，供數(shù)據(jù)選擇器選擇。3、數(shù)據(jù)選擇器EXFOU11AacOC5V725T?1 _-&1J富 1ir12當(dāng)計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘脈沖的輸入下產(chǎn)生 （000-111