数字电子技术课程设计声光感应报警器

郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 基于 555 定时器声光感应报警器学生姓名 专业班级 级电气工程及其自动化 班 学 号 院 （系） 电气工程学院 指导教师 完成时间 2017 年 月 日 目 录1 设计的目的 .12 设计的任务与要求 .12.1 设计的任务 .12.2 设计的要求 .13 设计原理 .23.1 总体设计思路 .24 元器件设计原理及功能说明 .34.1 555 定时器芯片工作原理，功能及应用 .34.2 555 定时器工作原理 .34.3 555 芯片的特点 .44.4 555 芯片的应用 .44.5 振荡电路模块 .44.6 基于 Multisim 的仿真 .55 硬件的制作与调试 .65.1 焊接电路 .65.2 调试电路 .66 设计总结 .7参考文献 .9附录 1: 总体电路原理图 .10附录 2: 实物图 .11附录 3: 电路元器件清单 .1211 设计的目的声光报警器在生活中运用非常的广泛，尤其在生活和工业中应用最为普遍。光敏声光报警器是传统的光学与近代电子技术相结合的产物，如今光敏声光报警器是综合了多学科而形成的高新技术产物，是当代十分活跃的研究开发领域。为了跟上社会进步、经济发展的步伐，光敏声光报警器以不同的种类正逐步应用在各行各业，对经济的发展有着举足轻重的作用。通过这次的课程任务设计，可以很好的对课本知识运用于实践，进而激发广大学生的创造能力，实现书本与实践的紧密结合。声光报警电路可作为防盗装置，在有情况时它通过指示灯闪光和蜂鸣器鸣叫，同时报警。要求指示灯闪光频率为 12HZ，蜂鸣器发出间隙声响的频率约为 1000HZ，指示灯采用发光二极管。由于声控报警器体积小，灵敏度高具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。声控报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括脚步触发报警器，汽车报警器，声控语音报时钟， “声控灯”等符合现在人们提倡的节能意识的产品更是受到现代人的青睐。此外，其价格低廉、技术性能稳定等特点也受到广大用户和专业人士的欢迎。2 设计的任务与要求2.1 设计的任务利用所学的数字电子技术知识，在图书馆查阅的各种相关的书籍和各类杂志报刊以及利用互联网搜索到的详尽的补充资料，来设计一个简单的基于 555 定时器的声光感应报警。2.2 设计的要求明白 555 定时器在电路中的作用及功能实现，使接通电路后，由电源供电电路为 555 定时电路供电，555 定时电路中就能够有时高时低不同频2率的矩形脉冲信号产生，从而使扬声器发出“呜-哇-呜-哇的报警声音，达到报警的目的。3 设计原理3.1 总体设计思路本课程设计是由 555 时基集成电路组成的多谐振荡器。这种电路主要由声控放大电路、单稳态触发器电路、报警电路组成，设计利用压电陶瓷片作为声传感器获得信号并将其转换为电压信号，经场效应管放大后触发单稳态触发器和多谐振荡器,输出电压驱动扬声器达到变音的效果。由 555时基集成电路与 R4、C3 组成的单稳态触发器，受低电平或脉冲下降沿的触发而翻转。平时，IC1 的 3 脚输出低电平。当声传感器受到触发后输出脉冲信号并经 VT1 放大后由漏极 D 输出时，输出脉冲的下降沿将单稳态电路触发并使其翻转，3 脚输出高电平。IC1 翻转后，电路进人暂稳态，电源通过 R4 向 C2 充电，充电时间约 2min。2min 后，C3 充电电压升高到6 脚的阀值电平，触发器自动翻转，3 脚恢复低电平，电路进人稳态。报警声发生电路是一个由 555 时基集成电路组成的多谐振荡器，受总复位端4 脚的控制而工作。平时由于 IC1 的 3 脚输出低电平，振荡器不工作，当IC1 输出高电平时，振荡器开始工作，发出报警声。多谐振荡器的振荡频率由 R5、R6 与 C4 的数值决定，本电路约为 4.8kHz。调整 R5、R6 及 C4的数值，可得到所需要的振荡频率和报警声。图 3-1 电路总体框图34 元器件设计原理及功能说明4.1 555 定时器芯片工作原理，功能及应用555 定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。 4.2 555 定时器工作原理555 定时器产品有 TTL 型和 CMOS 型两类。TTL 型产品型号的最后三位都是 555，CMOS 型产品的最后四位都是 7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。555 定时器的电路如图 4-1 所示。它由三个阻值为 5K 的电阻组成的分压器、两个电压比较器 C1 和 C2、基本 RS 触发器、放电晶体管 T、与非门和反相器组成。图 4-1 555 定时器原理图44.3 555 芯片的特点1只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2电源适应范围大，它的输出电平及输入触发电平，可与TTL， CMOS 等逻辑电路的高、低电平匹配。也可以和模拟运算放大器、运算放大器共同组成某些功能和特性不同的模块电路。3输出电流大，可直接推动小喇叭、电机、继电器等多种负载。非常适合用在自动控制电路中。4计时精确度高、温度稳定度佳，价格便宜。4.4 555 芯片的应用1构成施密特触发器，用于 TTL 系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等。2构成多谐振荡器，组成信号产生电路 。3构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。4555 应用电路采用这 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。4.5 振荡电路模块当接通电源后，电容 C1 上的初始电压变为 0 ，C 1 两端的电压处于高电平，放电管截止，电源通过 R1.R2 向电容 C1 充电，经过一段时间后，电容两端的电压达到高触发电平，而这时放电管导通，电容 C1 通过点阻 R2放电，一段时间后，电容两端的电压变回原来状态，随即放电管又截止，电容 C1 又开始充电。如此周而复始，重复上述的过程，输出端得到矩形波电压。5图 4-2 振荡电路电路图4.6 基于 Multisim 的仿真Multisim 软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的。提供了世界主流元件提供商的超过 17000 多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件.6图 4-3 Multisim 仿真图5 硬件的制作与调试5.1 焊接电路将各个元器件，按照原理图安装在电路板上，用锡丝进行焊接，焊锡借助于助焊剂的作用，经过加热熔化成液态，进入被焊金属的缝隙，在焊接物的表面，形成金属合金使两种金属体牢固地连接在一起，形成的金属合金就是焊锡中锡铅的原子进入被焊金属的晶格中生成的，因两种金属原子的壳层相互扩散，依靠原子间的内聚力使两种金属永久地牢固结合在一起。5.2 调试电路任何组装好的电子电路，在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否有错误。对照电路图，按一定的顺序逐级对应检查。 特别要注意检查电源是否接错，电源与地是否有短路，二极管方向和电解电容的极性是否接反，集成电路和晶体管的引脚是否接错，轻轻拔一拔元器件，观察焊点是否牢固等。首先，在装上芯片之前，先用万用表测试各个芯片供电以及接地引脚的电压是否正常。当全部正常时，才能装上芯片。调节各个运算放大器的7失调电压，以减小系统的误差。调节失调电压的具体方法是：使输入信号为零，调节调零电位计的电阻，尽可能使芯片的输出为零。当调节到各个芯片的输出为零时，也就达到了调节失调电压的目的。调试电路各级电路工作是否正常，是否达到预计要求的波形。在调试前级电路时，后级电路的芯片暂时不安上，防止由于前级电路工作不正常，导致后级电路芯片的损坏。整个电路工作，直接通过示波器观察输出信号波形，长时间运行，以检验系统的稳定性。电路调试包括以下几个方面：1通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。2静态调试：静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。3动态