低音调警笛电路——proteus仿真（深夜学习——硬件）

一、电路工作原理

此电路为双音调警笛电路，555定时器与电阻、电容组合成矩形波振荡器，IC2、IC3为74LS90，非同步除2 + 除5计数器，振荡电路产生的矩形波f0作为分频输入信号，IC2、IC3将f0分成不同频率、不同占空比的信号，再通过IC4 74LS00中的四个与非门所组成的逻辑电路，形成一种两个音调的信号，此信号经过IC5运算放大器放大到一定的功率，驱动扬声器发声。调节100kΩ 音调电位器能改变发出的音调。

（1）通过分析工作原理可知我们必须了解四个器件：555定时器，74LS90，74LS00，LM385

（2）组成两个基本模块：多谐振荡器，分频电路

（3）需要实现的四个功能：产生一个输入信号；将输入信号分频为多个不同的信号；将两个信号处理成一种两个音调的信号；将信号放大

二、了解四个器件的基本功能：

1、555定时器：

（1）功能表：

（2）分析：

1. 当复位（R）为低电平时，输出（OUT）为低电平

2. 在组成多谐振荡器时，我们将TH与TR连在一起了，所以我们可以理解为：当复位（R）为高电平时，若输入电压大于2/3Vdd时，输出高电平，放电管接通；若输入电压小于2/3Vdd而大于1/3Vdd时，输出、放电管保持原状态；若输入电压小于1/3Vdd时，输出低电平，放电管断开

2、74LS90

（1）功能表：

（2）分析：

我们本次实验只使用了第一种模式（即R0 = 0,R9 = 0），A口控制QA、B控制QB-QD（下降沿），即每来一个下降沿计数加一。

计数值最大值为4，而且QA有两种状态：0，1；QDQCQB有五种状态：000，001，010，011， 100

3、74LS00

（1）电路图：

（2）分析：

简单的四路二输入与非门,可实现与非的功能

4、LM386

（1）电路图：

（2）分析：

我们可以简单把这个元件理解为运算放大器，其中2脚为反向放大端，3脚为同向放大端，5为输出端，6脚为VCC，4脚位GND。

三、组成两个基本模块：

1、多谐振荡器：

（1）我们把2，6脚都接到C4的电容上，我们只需要分析C4的电压变化就可以知道输入电压

（2）接通电源时，C4被充电，输入电压小于1/3Vcc输出高电平

（3）当充电使输入电压达到2/3Vcc时，输出低电平，同时放电管导通，电容通过R3和放电管放电，输入电压下降

（4）当放电到1/3Vcc时，输出高电平，C4充电，然后循环这个过程。

（5）过程如图：

（6）放电时间（低电平）：t1 = 0.7 * R3 * C4；

充电时间（高电平）：t2 = 0.7 *（RV3+R4+R3）* C4；

占空比：q (%) = (RV3+R4+R3)/（RV3+R4+2*R3）* 100%;（75.8%-99.5%）

振荡频率：f = 1.43 / ((RV3+R4+2*R3) * C4);（0.14KHZ-7.37KHZ）

（7）输出信号仿真图像：

RV3=100K

RV3=50K

RV3=0K

2、分频电路

A（1）若Q0端与CPB端相接(U2)

（a）Q0输出实现二分频，占空比为50%·，一个周期输出为：0，1

（b）Q1输出实现十分频，占空比为40%，一个周期输出为：0，1，0，1，0

（c）Q3输出实现十分频，占空比为20%，一个周期输出为：0，0，0，0，1

（d）输入信号与输出信号仿真图像：

（2）若Q3端与CPA端相接(U3)

（a）Q3输出实现五分频，占空比为20%，一个周期输出为：0，0，0，0，1

（b）Q0输出实现十分频，占空比为50%，一个周期输出为：0，1

输入信号与输出信号仿真图像：

四、实现三个功能：

1、产生一个输入信号：

我们可以借助多谐振荡器产生一个方波输入信号，通过调节电位器我们可以规定输出信号的频率

（f = 1.43 / ((RV3+R4+2*R3) * C4)）

2、将输入信号分频为多个不同的信号：

（1）将输入信号二分频、占空比为50%的信号，一个周期输出为：0，1：Q0（U2）

（2）将输入信号十分频、占空比为40%的信号，一个周期输出为：0，1，0，1，0的信号：Q1（U2）

（3）将输入信号一百分频、占空比为50%的信号，一个周期输出为：0，1的信号：Q0（U2）

3、将两个信号处理成一种两个音调的信号：

（1）通过简单的计算我们可以得到输出的表达式：

由上式易得，A，B是要被整合的两个信号，A，B决定输出信号的形状，C决定A,B各占输出信号的比例和输出信号的频率

输入信号与输出信号仿真图像：

4、将信号功率放大：

通过调节RV1可以控制放大电路放大的比例

输入信号与输出信号仿真图像：

RV1为100%

RV1为50%

RV1为0%

五、整体电路的仿真：

1、电路图：

2、输出波形：

3、对喇叭声音进行测试：

虽然能过产生声音，但是声音听起来不正常，需要经过进一步调试

六、对电路进行调试

1、输出波形的频率：

（1）通过网上查阅资料可知警笛低频频率650Hz至750Hz，高频频率1450Hz至1550Hz，由上面的分析可知，高频信号是通过将多谐振荡器输出信号二分频得到的，低频信号是通过将多谐振荡器输出信号十分频得到的。

（2）由f = 1.43 / ((RV3+R4+2*R3) * C4)可知，RV3 = 1.43/(f*C4) - R4 - 2*R3，经过计算后，RV3为5.5K时最合适。

2、改变后的图像：

3、对高频信号和低频信号进行测量

（1）高频信号:周期为0.689ms，即频率为1451HZ

（2）低频信号：周期为1.37ms，即频率为730HZ

测量频率满足预期要求，进一步对喇叭声音进行测试

4、对喇叭声音进行进一步测试：

声音正常，实验成功