交换课设555定时器产生各种信号音

1、计算机通信课程设计题 目：555定时器产生各种信号音专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 摘要： 在程控交换网中需要各种信号音以区别各种业务。信号音分为单音频和多音频，单音频信号音按照不同的断续比，可以区分出不同的业务信号。信号音的产生有多种方法：采用对单片机的定时器编程实现，采用对CPLD器件编程实现，还可采用555定时器产生。555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。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 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，755

2、5 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。由于成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面Multisim仿真软件对整个设计进行验证性仿真。本设计以555定时器产生不同断续比的450Hz信号音和25Hz的振铃信号。关键词：程控 信号 555定时器 振荡器 振铃第1章 设计目的与要求信号音的产生有多种方法：采用对单片机的定时器编程实现、采用对CPLD器件编程实现，也可以用555定时器产生。

3、本次课程设计目的就是运用Multisim软件来模拟555定时器来产生语音信号。本次课程设计要求： （1）：能产生不同断续比的450HZ信号音和25HZ的振铃信号。 （2）：根据题目要求进行计算，并选择恰当元器件。 （3）：完成硬件设计，画出原理图以及实验得多的波形。第2章 信号音的作用及工作过程在用户话机与交换机之间的用户线上，要沿两个方向传递语音信息。但是，为了实现一次通话，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。比如，当用户要通话时，必须首先向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，此外，还要把指明呼叫的目的地的信号发往交换机。当用户想要结束通话时，也必须向电信局交换机提供一个

4、信号，以释放通话期间所使用的设备。除了用户要向交换机传送信号外，还需要传送相反方向的信号，如交换机要向用户传送关于交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号。由此可见，一个完整电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应该有信令系统。用户向电信局交换机发送的信号有用户状态信号（一般为直流信号），和号码信号（地址信号）。交换机向用户发送的信号有各种可闻信号与振铃信号（铃流）两种。（1）各种信号音：采用频率为450Hz的交流信号，例如：拨号音：连续发送的450Hz信号。回铃音：1秒送，4秒断的5秒断续的450Hz信号。忙音：0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的450Hz信号。催挂音：连续发送响度

5、较大的信号音（与拨号音幅度不同）。（2）振铃信号：采用频率为25Hz，幅度为75V±15V的交流电压，以1秒送，4秒断的5秒断续方式传送。第3章 信号音产生的方法比较1单片机的定时器编程法： 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。采用对单片机的定时器编程，可以将输入信号改变成不同占空比的输出信号，也就实现了不同断续比代表不同的信号音

6、。单片机的功能强大，可以实现许多计算机能够实现的小程序和小设计。但是，单片机编程复杂，牵涉到许多不同软件的应用，并且不易实现用仿真软件的仿真性验证。本设计是产生简单的断续比不同的单音频信号代表不同的信号音，所以不需要功能强大的单片机作为设计核心。2CPLD可编程器件（EPM7128S）法：CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，

7、生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。EPM7128是MAX7000系列高性能，高密度的CMOS CPLD器件，在制造工艺上采用了先进的CMOS E2PROM技术。 通过对CPLD器件EMP7128进行编程，可实现程控交换所需波形的输出（课本上实验也采用此法）。但是，在自行设计性实验中，专业性的CPLD需要专门的配套设备和相应的编程基础，同时，无法预知结果的正确性（即不能用仿真软件模拟电路图输出结果的正确性）。所以本设计采用第3种方法，即采用熟悉的555定时器产生信号音。3555定时器法：555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极

8、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 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电

9、压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3采用555定时器构成的振荡器可以产生不同断续比的信号音。用555定时器设计的产生信号音电路，易实现用仿真软件对其输入输出波形的跟踪判断，适合本设计的要求，所以采用555定时器产生信号音。第4章 555定时器构成的多谐振荡器原理1、555定时器内部结构555 定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。按其工艺分双极型和CMOS 型两类，其应用非常广泛。1 555 定时器的组成和功能图61 是555 定时器内部组成框图。它主要由两个高精度电压比较器A1、A2

10、，一个RS 触发器，一个放电三极管和三个5K 电阻的分压器而构成。图61 555 定时器组成框图图1 555电路的内部电路方框图它的各个引脚功能如下：1 脚：外接电源负端VSS 或接地，一般情况下接地。8 脚：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：输出端Vo2 脚：TL 低触发端6 脚：TH 高触发端4 脚：RD是直接清零端。当RD端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TL、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：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

11、电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F 电容接地，以防引入干扰。7 脚：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。在1 脚接地，5 脚未外接电压，两个比较器A1、A2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61 示。2555定时器应用：555应用电路采用3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。（1）单稳态触发器：利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将过窄或过宽的输入脉冲整形

12、成固定宽度的脉冲输出。用于定时延时整形及一些定时开关中。（2）多谐振荡器：利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出的振荡器。组成信号产生电路，常用作方波发生器。（3）施密特触发器：施密特触发器可用于波形变换：可将三角波、正弦波等变成矩形波。可用于脉冲波的整形：数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。也可用于脉冲鉴幅：幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。2、多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所

13、示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图(D)所示。设电容的初始电压，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端<，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容充电，逐渐升高。当上升到时，输出由翻转为，这时，触发顺保持状态不变。所以0<t<期间，定时器输出为高电平。时刻，上升到，比较器的输出由变为，这时，触发器复，定时器输出。期间，放电三极管导通，电容通过放电。按指数规律下降，当时比较器输出由变为，触发器的，的状态不变，的状态仍为低电平。时刻，下降到，比较器输出由

14、1变为0，R-S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。3、振荡周期由图（D）可知，振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。充电时间 放电时间 矩形波的振荡周期因此改变、和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q，q=（脉宽）/（周期T），指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空

15、比。 2555定时器组成占空比可调的多谐振荡器：电路如图4，它比图2电路增加了一个电位器和两个引导二极管。D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1导通，D2截止；放电时D2导通，D1截止）。图4 占空比可调的多谐振荡器振荡频率：f=1.43/(RA+RB)C占空比: q(%)= RA*100%/(RA+RB)第5章 信号音产生电路设计1电路设计分析本设计是为程控交换系统设计单音频信号音，需要产生2种频率的单音频信号，第1种频率为450Hz：拨号音为连续信号，即占空比为1的信号；回铃音为断续比4的信号，即占空比为25%的信号；忙音为占空比50%的信号；催挂音为连续发

16、送响度较大的信号音（与拨号音幅度不同）。第2种为频率25Hz的交流电压，幅度为75V±15V的交流电压，占空比为25%。 根据原理分析f=1.43/(RA+RB)C，可采用不同的（RA+RB）控制电压频率，采用不同的RA/(RA+RB)控制占空比。2电路的设计（1）频率为450Hz可闻信号电路设计振荡频率： 取C=0. 1uFf=1.43/(RA+RB)C=450Hz 可近似得到（RA+RB）=32k拨号音占空比为1，RA=32k；回铃音占空比为25%，RA=8k，RB=24k；忙音占空比为50%，RA=RB=16k；本设计思路为：由555定时器构成的多谐振荡器得到方波；方波通过一阶

17、RC积分电路得到三角波；三角波再通过二阶RC积分电路得到正弦 波。作为方波，在多谐自激振荡器中使之R2远大 于R1，即可得到占空比为50 的矩形脉冲，即方波；作为三角波，由积分器实现，积分器的本质就是一阶RC电路，输出电压取之于电容，在时间常数=RC远大于信号宽度的条件下，输出电压随时间线性变化，即得到三角波；后面变三角波为正弦波的二阶积分电路又是三角波输出电路负载的一部分，作为负载，为使前极电路不受太大的影响，其阻抗应尽可能的大，单独考虑三角波输出时，可忽略它的负载效应。因此，后面二阶积分电路的电容值取前级电路电容的15左右。由理论分析，线性的三角波经过此二阶积分电路，输出是一个随时间成指数

18、的非线性关系，但由于二阶时间常数相除的因素，其对应值很小，从而得到近似的正弦波。为使电路参数的取值既满足电路的理论要求，又兼顾输出幅度等因素，由此设计的函数发生器得到的三角波的幅度为方波的110左右，正弦波的幅度为三角波的150左右。 4由Multisim10进行电路设计及仿真分析进入Multisim 10仿真界面，从元件库中调用555定时器及有关电阻、电容、直流电源等元件，从虚拟仪器工具栏中取出四踪示波器，根据以上设计思路，设计并创建如图2所示的函数发生器电路。 图 由555定时器构成的信号音发生电路 41电路参数估算及选为使输出方波幅度较大，且兼顾555定时器的性能要求，取电源电压为12V

19、；输出方波的频率以1KHz考虑，取C=001、R =1 KQ，计算得R =71 KO，为使频率在1KHz左右有一定的调节范围，可取R 为一20 Kft固定阻值和100 KQ可调阻值串联，由此得到多谐自激振荡器；555输出通过隔直电容C 得到方波接示波器A通道；由于方波频率为1KHz，则脉冲宽度为05ms，由此取三角波积分电路时间常数为其5倍左右，则取R3=5I KQ、C3=047 F，C3上端输出三角波，接示波器B通道；如前所述，为使后面变换正弦波的二阶积分电路对前级不产生明显的负载效应，则取R4=R5=10 KQ、C4=C5=01 txF，从C5上端输出正弦波，接示波器C通道。并通过开关接一1I 的负载，将电路参数标于图上。42电路仿真分析启动仿真开关，双击示波器图标，打开其面板，在其Timedase区设置x