1、救護車警笛發生器一、 設計任務與要求1、 設計任務： 設計一個可以產生類似于家用防盜報警器聲音的信號發器。2、 設計要求： （1）、高低兩種音頻交替出現 （2）、高低音頻持續時間都在兩秒以內 二、總體框圖：555多蕩器 計數器 數據選擇器數據選擇器 燈泡X1燈泡X1設計思路：用555設計一個多諧振蕩器提供時鐘信號，輸入計數器使得計數器進行計數，在計數器的輸出端接兩個數據選擇器選擇不同等輸出狀態，使得燈泡顯示不同的亮滅情況從而達到設計目的。二、器件選擇：器件名稱 件數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： 55

2、5 定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部電路框圖和外引腳排

3、列圖分別如圖 4 所示。它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯電阻，一個 RS 觸發器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，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 觸發器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于

4、VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發器置 0，使輸出為 0 電平。 555定時器的集成電路外形、引腳、內部結構 如圖 （a）外引線排列 (b) 內部結構圖 CO：控制電壓端 TH：高觸發端 VCC：電源端OUT：輸出端 ：復位端 D：放電端 VCC：電源端 GND：接地端 ：低觸發COUTHUTRUOUTT的狀態00*UOL導通50UOL導通不變不變*UOH截止1VCOUOL導通VCOUOL不變*不變截止5定時器應用舉例施密特觸發器：1.電路組成:只要將555定時器的2號腳和6號腳接在一起，就可以構成施密特觸發器。圖（11 ） 555定時器構成的施密特觸發

5、器（1）VI =0V時，V o1輸出高電平。（2）當VI上升到時，V o1輸出低電平。當VI由繼續上升，V o1保持不變。（3）當VI下降到時，電路輸出跳變為高電平。而且在VI繼續下降到0V時，電路的這種狀態不變。圖中，R、VCC2構成另一輸出端Vo2，其高電平可以通過改變VCC2進行調節。2.施密特觸發器的應用舉例1). 用作接口電路-將緩慢變化的輸入信號，轉換成為符合TTL系統要求的脈沖波形。2). 用作整形電路-把不規則的輸入信號整形成為矩形脈沖。圖13 慢輸入波形的TTL系統接口 圖14 脈沖整形電路的輸入輸出波形3.) 用于脈沖鑒幅將幅值大于VT+的脈沖選出。單穩態觸發器單穩態觸發器

6、具有下列特點：第一，它有一個穩定狀態和一個暫穩狀態；第二，在外來觸發脈沖作用下，能夠由穩定狀態翻轉到暫穩狀態；第三，暫穩狀態維持一段時間后，將自動返回到穩定狀態，而暫穩狀態時間的長短，與觸發脈沖無關，公決定于電路本身的參數。1.電路組成及其工作原理由555構成的單穩態觸發器及工作波形如圖所示將555的6號腳和7號腳接在一起，并添加一個電容 和一個電阻 ，就可以構成單穩態觸發器我們簡記為“七六搭一，上R下C ”。 圖（21）用555定時器構成的單穩態觸發器及工作波形2. 主要參數估算(1) 輸出脈沖寬度TW輸出脈沖寬度就是暫穩態維持時間，也就是定時電容的充電時間。由圖21（b）所示電容電壓VC的

7、工作波形不難看出VC（0+）0V，VC（）=VCC，VC（TW）=，代入RC過渡過程計算公式，可得 上式說明，單穩態觸發器輸出脈沖寬度TW僅決定于定時元件R、C的取值，與輸入觸發信號和電源電壓無關，調節R、C的取值，即可方便的調節TW。3.單穩態觸發器的應用（1）延時在圖24中，VO的下降沿比VI的下降沿滯后了時間TW，即延遲了時間TW。單穩態觸發器的這種延時作用常被應用于時序控制中。（2）定時在圖24中，單穩態觸發器的輸出電壓V/O，用做與門的輸入定時控制信號，當V/O為高電平時，與門打開，VO= VF，當V/O為低電平時，與門關閉，VO為低電平。顯然與門打開的時間是恒定不變的，就是單穩態觸

8、發器輸出脈沖V/O的寬度TW。圖12.2.24 單穩態觸發器用于脈沖的延時與定時選通（3）整形 單穩態觸發器能夠把不規則的輸入信號VI，整形成為幅度和寬度都相同的標準矩形脈沖VO。VO的幅度取決于單穩態電路輸出的高、低電平，寬度TW。決定時間。多諧振蕩器產生矩形脈沖波的自激振蕩 1.電路組成及其工作原理圖31用555定時器構成的多諧振蕩器如圖31為555定時器構成的多諧振蕩器，接通VCC后，VCC經R1和R2對C充電。當uc上升到2VCC/3時，uo=0，T導通，C通過R2和T放電，Uc下降。當Uc下降到VCC/3時，UO又由0變為1，T截止，VCC又經R1和R2對C充電。如此重復上述過程，在

9、輸出端Uo產生了連續的矩形脈沖。2.振蕩頻率的估算電路諧撼振頻率f的估算：振蕩周期為：振蕩頻率為：3.多諧振蕩器的應用圖示為用兩個多諧振蕩器構成的模擬聲響電路。將振蕩器的輸出電壓Uo1，接到振蕩器中555定時器的復位端（4腳），當Uo1為高電平時振蕩器振蕩，為低電平時555定時器復位，振蕩器停止震蕩。2、CT74LS160芯片：74160，是一個4位二進制的計數器，它具有異步清除端與同步清除端不同的是，它不受時鐘脈沖控制，只要來有效電平，就立即清零，無需再等下一個計數脈沖的有效沿到來。 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”。在圖形符號中，CR的非的信號

10、為CT=0，若接成七進制計數器，這里要特別注意，控制清零端的信號不是N-1（6），而是N（7）狀態。其實，很容易解釋，由于異步清零端信號一旦出現就立即生效，如剛出現0111，就立即送到（CR的非）端，使狀態變為0000。所以，清零信號是非常短暫的，僅是過度狀態，不能成為計數的一個狀態。清零端是低電平有效。2.同步置數功能 當（LD的非）為有效電平時，計數功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0D3的數據被置入計數器并呈現在Q0Q3端。若接成七進制計數器，控制置數端的信號是N（7）狀態，如在D0D3置入0000，則在Q0Q3端呈現的數據就是0110。1,集成十進制同步加法計數器CT74LS160

11、（1）CT74LS160的引腳排列圖和邏輯功能示意圖D 74LS160真值表圖2、CT74LS160的邏輯功能： =0時異步清零.C0=0 =1, =0時同步并行置數. =1且CPT=CPP=1時,按照BCD碼進行同步十進制計數. =1且CPTCPP=0時,計數器狀態保持不變. （74LS160的邏輯圖）小總結：集成十進制同步加法計數器74LS16074LS16、的引腳排列圖與74LS161、74LS163相同，不通的是，74LS160是十進制的同步加法計數器，而74LS161、74LS163是四位二進制加法同步計數器。此外，74LS160采用的是異步清零的方式，74LS162采用的是同步清零

12、的方式。3,數據選擇器： 數據選擇器有多個輸入，一個輸出。其功能類似于單刀多擲開關，故又 稱多路開關（MUX）。在控制端的作用下可從多路并行數據中選擇一路送輸 出端。數據選擇器的主要用途是實現多路信號的分時傳送、實現組合邏輯函 數進行數據的串-并轉換。 數據選擇器主要品種、性能及功能雙極型數據選擇器及性能見表2-3，數據選擇器主要品種及性能見表2-4。表2-3中延遲時間的兩個數值指數據輸入D到輸出端Z或的延遲時間或使能端到Z或的延遲時間。表2-3 雙極型MUX主要品種及性能功能型號輸出功耗（mW）延遲時間（ns）四2選1 MUX7415774LS147原碼150499，145，8雙4選1 MU

13、X7415374LS153原碼1803114，1714，178選1 MUX7415174LS151原、反碼1453081116選1 MUX74150反碼20011，18表三表2-4 CMOS MUX的主要品種及性能功能型號輸出VDD（V）傳輸延遲時間 tpd（ns）轉換時間tTHL、tTLH（ns）四2選1 MUX74HC15774HC15874HC257原碼反碼原碼555202012101515雙4選1 MUX74HC15374HC253原碼原碼551624558選1 MUXCD4512原碼5101520085601005040表四 數據選擇器的功能以74LS151為例說明，其功能見表2-5

14、。（2）數據選擇器的應用 用數據選擇器實現邏輯函數數據選擇器是典型的“與或”門陣列，用它可直接實現“與或”式邏輯函 數。例如 又可表示為 三變量函數有8個最小項，用8選1數據選擇器74LS151就可實現。 將變量A、B、C接數據選擇器控制端A2、A1、A0，令D1=D2=D4=D7=1， D0=D3=D5=D6，輸出端Z實現函數F，見下圖（1）、（2）。表2-5 74LS151功能表控制使能輸出A2A1A0Z1010000D00010D10100D20110D31000D41010D51100D61110D7圖(1) 圖(2) 對于三變量的邏輯函數，也可用4選1數據選擇器來實現，只要將其中 一

15、個變量分離出來，加到數據選擇器的輸入 端， 其余兩個變量加到控制端。 對于上例，分離出變量C，即可用4選1數據選擇器實現函數。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值可得到不同的輸出信號，上圖中的參數可據公式： 振蕩周期：振蕩頻率：通過改變電阻電容的數值可得到不同的輸出信號，上圖中的參數可據公式： 振蕩周期：振蕩頻率：第二、計數器： 圖B 由第一部分圖A產生的始終信號從計數器的CLK端輸入，計數器會通過計數輸出000111八種不同的狀態，供數據選擇器選擇。3、數據選擇器 當計數器在時鐘脈沖的輸入下產生（000-111）八種狀態循環時，數據選擇器會對這八組數據進行選擇。 數