基于某555声频发生器地设计与实现.doc
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1、基于555声频发生器的设计与实现通过555定时器构成施密特触发器和多稳态电路来实现的声频发生器,555构成的施密特触发器实现定时,多谐振荡器产生振荡,通过扬声器发出声音。555定时器是中规模集成时间基准电路,可以方便地构成各种脉冲电路。因输入端设计有三个5k的电阻而得名,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X围宽,可在5-16V工作,最大负载电流可达200mA,7555可在3-18V工作,最大负载电流可达4mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器外形为双列直插
2、8脚结构,本钱低,性能可靠,体积很小,使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以构成史密特触发器、单稳态触发器与自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。方案选择论证方案一:用AT89C51单片机设计的声频发生器。它仅需最小系统再加一片LM386做音频小功放驱动扬声器发生。不同的声频需要有不同固定周期的脉冲信号,图1要产生声频脉冲。只要算出声频的周期T(1/f),然后将此周期除以2,即为半周期的时间。我们利用单片机的内部定时器T0,使其工作在计数器模式MODE1下,初始化适当的计数值TH0与T
3、L0以计时这个半周期时间,每当计时时间到后就将输出脉冲的P1.0口反相。然后重复计时此半周期时间,再对P1.0口反相,就可以在单片机P1.0引脚上得到此频率的脉冲。P1.0引脚脉冲接LM386作声频功放,然后输出到扬声器,从而发出声音。方案二:用555定时器制作声频发生器。555定时器是中规模集成时间基准电路,可以方便地构成各种脉冲电路。由于其使用灵活方便,外接元件少,因而在波形的产生与变换、工业自动控制、定时、报警、家用电器等领域得到了广泛应用。555定时器常组成多谐振荡器、施密特触发器、单稳态电路、本课题研究的是利用2个555定时器构成施密特触发器和多谐振荡器组成声频发生器。由于AT89C
4、51单片机设计的声频发生器的本钱比555定时器制作的声频发生器本钱高,且555定时器使用灵活方便、外接元器件少。即选择方案二。5.1 施密特触发器我们知道,双稳态电路或双稳触发器是一种有两个以上的输入端和输出端的电路。它的输出状态是由输入状态、输出原来的状态和触发器的性能决定的。它的输出有两个稳定状态,两个输出端Q和总是处在相反的状态,好似跷跷板那样总是一高一低,当输出装态度稳定后,即使把输入信号撤出,输出的稳定状态也能一直保持下去,直到下一次输入信号到来时才会做出反响。由于这种电路有两种稳定状态,电路又必须靠外加脉冲的触发才能翻转,所以我们把这种电路称为双稳触发器电路或简称双稳电路。常用的双
5、稳触发器有R-S触发器、D触发器、J-K触发器、施密特触发器等好几种。由于555声频发生器的第一个555是由施密特触发器构成,在这里我们主要介绍施密特触发器。施密特触发器是双稳触发器的一种。它只有一个输入端Vi和以输出端VO。对555电路来讲,只要把它的两个输入端TH端和端合并成1个输入端,它就成为1个施密特触发器。见图8a。从性能上看,它有两个特点:1它的输出端也有两个稳定状态,但它的输出状态不仅和输入信号的状态有关,而且还要靠输入信号的电位来维持。对一般的触发器,如R-S触发器、D触发器等,在输入信号使输出状态翻转以后即使把输入信号撤除,输出状态也不会变化,这就是触发器的记忆或存放功能。施
6、密特触发器的性能和一般触发器不同,它的输出状态在翻转以后还要靠输入信号的电位来维持。如果把输入信号撤除,它的输出状态又会重新翻转回去。2它的输入端是输出状态翻转的阈值电压有两个不同的值,它们的差值叫做回差电压。它的输出输入曲线是一个矩形的回差曲线。施密特触发器的回差曲线和回差电压是它的最主要的特点。a施密特触发器b 回差特性曲线图8 施密特触发器和回差特性曲线5.1.2 555施密特触发器的回差特性在555施密特触发器的输入端加一个变化的电压,然后看它的输出变化。1假定在输入端Vi加一个从零开始上升的电压。一开始输入电压Vi=0时。相当于R=0、=0,输出Vo为高电平“1。这是施密特触发器的第
7、一个稳态。当输入电压上升到在1/3 VCC Vi2/3 VCC时,相当于R=1、=0,输出翻VO转成低电平“0,即从第一稳态翻转到第2稳态。以后当输入电压继续上升到最高为VCC时,输出一VO直保持低电平“0。输出电压与输入电压的关系是图8b的曲线,它是沿着abcde变动的。2现在假定输入电压Vi从最高值逐渐VCC下降。一开始输入电压是高电平,输出是低VO电平“0。输入电压逐渐下降在不小于1/3 VCC时,输出一直VO维持低电平“0。当输入电压下降到Vi1/3 VCC,R=0。=0,输出翻VO转成高电平“1。即从第2稳态又翻转回到第1稳态。以后到输入电压降为零,输出VO一直保持高电平“1。输出电
8、压与输入电压的关系是图8c的曲线,它沿着edfba变动的。3把这两根曲线合并起来可以拼成一根曲线见图8d。从这根曲线可以全面清晰地说明输出电压和输入电压的关系。表3.详细地标注出各段曲线的形成过程。从这根曲线的形状来看。它有一个矩形的框。矩形框的左右两个边所对应的输入电压Vi值就是它的两个阈值电压,也就是说输入当电压从不同方向变动时,是输出的电压和翻转的阈值电压是不相等的。这两个阈值电压中,较大的那个称为上触发电平或上鉴别阈Vt+,较小的那个称为下触发电平或下鉴别阈Vt-。两者的差值称为回差电压或滞后电压Vt,从图上看它就是这个矩形的宽度。在不加控制电压的情况下,555施密特触发器的回差电压是
9、:Vt=Vt+-Vt-=2/3VCC-1/3 VCC =1/3 VCC。如果在电压控制端VC加上辅助电压,就可以调整施密特触发器的回差电压。早在100年前,科学家就发现磁铁材料的磁感应强度B和外加磁场强度H之间有这种关系。那是把这种现象称为磁滞现象,把铁磁材料的B-H曲线叫做磁滞特性曲线或磁滞回线。因此我们把施密特触发器的这根曲线也叫做回滞曲线或滞后曲线。这根曲线是施密特触发器特有的,所以在图形符号上就用这曲线的形状来表示施密特触发器。由于施密特触发器有这种滞后的特性以与它常被用做比拟器和鉴幅器使用,所以有时也把施密特触发器叫做滞后比拟器。5.1.3 555工作方式简易识别法要从各种555应用
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