双音报警器课程设计报告

目 录第一章 电路设计目的、方案及选定11.1 设计目的、任务及要求1 1.1.1了解555时基电路的功能.1 1.1.2掌握电路的设计与制作的基本步骤及方法.1 1.1.3熟悉555时基电路的电压调制频率的方法11.2 设计方案的比较和选定11.2.1 设计方案的比较21.2.2 设计方案的选定4第二章 555定时器52.1计时器的特点及原理52.1.1 计时器的特点引脚及功能52.2.1计时器的原理62.2由555定时器组成的多谐振荡器7第三章 电路的设计与调试93.1电路的设计93.2电路的制作113.3 电路的修正11第四章 使用元件13心得与体会14鸣谢15主要参考文献15附录A 双音报警器设计原理图16附录B 电路设计的PCB图16附录C 作品照片17附录D 元件清单18第一章 电路设计方案及选定1.0 1.了解555时基电路的功能；2.掌握电路的设计与制作的基本步骤及方法3.熟悉555时基电路的电压调制频率的方法1.1 设计任务及要求本课程要求设计一个双音报警器。设计要求用555时基电路施密特的多谐振荡器，使电路通过一个小型扬声器可以发出两种不同频率的“滴、嘟、滴、嘟”的声响，与救护车的笛音相似而发出报警信号。实训目的：1、掌握555构成电路的实际应用。通过双音报警器熟悉用555构成的多谐振荡电路。2、熟悉555时基电路控制端的功能和作用。3、了解用电压调制频率的方法。4、学会分析变化的信号波形。1.2 设计方案的比较和选定 1.2.1 设计方案的比较该方案可以有多种设计思路与可行性方案。例如与非门组成的双音报警器、电路光控报警电路、由两个555集成块组成的双音报警器等。第一种方案: 图示A是用TTL与非门组成的双音报警线路。它是由三个振荡器组成的，各有不同的振荡频率。图中的晶体三极管和、和、组成的约1000Hz的频率振荡；、和、组成频率约200Hz的振荡。三种不同的频率进过调制后，输出端加一级驱动，即可由扬声器发出双音。用作报警时，5V电源处需输入相应的电位；如作门铃应用时，只要中间加一只按钮开关即可。图1-2-1-1与非门组成的双音报警电路第二种方案 ：本柜、屉光控报警电路用于钱币或贵重物品被强行打开时报警，它能发出两种不同的音调的声响，低音和高音，高音如警笛，相互交替，使窃者魂飞魄散，逃之夭夭。该电路由光控低频振荡器和可控式高音频反馈振荡器组成。电路中的SN未微型弹性按钮，当柜，屉关紧时SN处于断开状态；一旦他人将其打开，SN自动闭合，电路通电运行。在门打开到一定位置时，光敏管VT1受光照呈现低阻态；平时呈现高阻态（暗阻为几百）。VT1和RP组成光控支路，在无光照下，由于VT1暗阻大，使555的4脚电位在0.4V以下555处于强制复位态，3脚输出为低电平。VT1在一定的光照下呈低阻，它与RP1的分压使555的4脚电位高于0.4V，555的强制复位状态解除，开始多谐振荡。555和、等组成可控式多谐振荡器，它的振荡频率为 。图示参数是按10Hz设计的。VT2，VT3 ，和，等组成一个可控式反馈音频振荡器。在555输出低电平时VT2，VT因无偏置电流不会起振；在555起振并输出高电平脉冲期间，VT2通过限流后注入偏流，VT2和VT3等组成的音频振荡器便开始振荡，图示参数能发出类似警笛的尖叫声。由于受555产生的低频脉冲的调制，喇叭发出的是间歇式的短促警笛声并伴有低沉的重锥声。电路中的VT1采用2CU系列的光敏二极管，如2CU101A-2CU101D，宜选用正品管，其特点是无光照时暗阻大，有光照时亮阻小；反馈电容器宜选用漏电或损耗小的云母电容器或CT4型的独石电容器。扬声器B可以选用8的舌簧式电动式扬声器。 图1-2-1-2本柜、屉光控报警电路第三种方案：它是由两个555集成块组成的双音报警器。其:5脚为控制端，片内接比较器的反相输入端，电位为。一般555组成自激多谐振荡器时，将5脚通过一个小电容(0.01F-0.1F)接地，以防止外界干扰对阀值电压的影响，当需要把它变成可控多谐振荡器时，可以在电路的5脚外加一个控制电压，这个电压将改变芯片内比较电平，从而改变振荡频率，当控制电压升高(降低)时，振荡频率降低(升高)，这就是控制电压对振荡信号频率的调制。利用这种调制方法，可组成双音报警器。输出的方波信号，通过控制的电平。当输出高电平时，的振荡频率低，当输出低电平时，的振荡频率高。因此的振荡频率被的输出电压调试为两种音频，使扬声器发出“滴、嘟、滴、嘟”的双音声响。其使用分立式元件不仅增大了设计的难度而且使整个电路的最终设计效果与可信度降低，扬声器发出的两种不同频率的声响不易区分，效果不理想。 图1-2-1-3由两个555组成的双音报警器电路 1.2.2 设计方案的选定第一种方案：其使用分立式元件不仅增大了设计的难度而且使整个电路的最终设计效果与可信度降低；使扬声器发出的两种不同频率的声响不易区分，效果不理想；还使设计成本增加。第二种方案： 其使用了一个555集成块，提高了最终的设计效果，降低了设计难度。但是其还是用了不少的分立式元件，使得电路的整体效果不佳。其中光敏二极管需要光源，在黑暗下无法工作，不满足设计基本要求。 第三种方案：它是由两个555集成块组成的双音报警器。该电路主要由集成元件组成。集成元件与分立式元件相比较，集成元件的优势：1、元件制作方便快捷。其将一个特定的功能集合在一起，供使用者使用，不必再花费过多的时间、精力。而且它保证并提高了整个电路的整体性能，使扬声器能清晰地发出两种不同频率的声响，较好的满足设计的要求。2、元件制作可行性高。集成元件提供了很大的可行度，而奋元件在复杂的电路中要不断地返回检查，增加了任务量。3、由分立元件组成的电路，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。但只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成电路。且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。集成功放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。 第二章 555定时器2.1计时器的特点及原理、引脚及功能2.1.1 计时器的特点555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成与一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。其在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。555时基集成电路具有成本低、易使用、适应面广、驱动电流大和一定的负载能力。在电子制作中只需经过简单调试，就可以做成多种实用的各种小电路，远远优于三极管电路。 555时基集成电路的主要参数为（以NE555为例）电源电压4.516V。输出功率大，驱动电流达200mA。作定时器使用时，定时精度为1。定时时间从微秒级到小时级。作振荡使用时，输出的脉冲的最高频率可达500KHz。可工作于无稳态和单稳态两种方式。 可调整占空比。温度稳定性好于 。常见的555时基电路为塑料双列直插式封装（见图2.2.1），正面印有555字样，左下角为脚1，管脚号按逆时针方向排列。图2-1-1 555时基电路2.2.1计时器的原理它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为 和 。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于 时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出 作为比较器A1的参考电平当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。在使用时，该三极管的集电极（7脚）一般都要外接上拉电阻。图2-2-1 555内部结构阈值输入 触发输入 复位 RS输出Vo放电管T 0 0 导通 1 10 1截止 1 010导通 1 11 不变不变表2-2-1 555功能表2.2由555定时器组成的多谐振荡器由555定时器和外接组件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电Dc端放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波形，对应的波形如图所示。图2-2-1由555构成的多谐振荡器图2-2-2多谐振荡器的波形图输出信号的参数有： 电路振荡周期：电容充电时间：电容放电时间：电路振荡频率：输出波形占空比：其中为由上升到所需时间，为电容C放电所需时间。555电路要求与均应不小于，但两者之和应不大于。由于555定时电路内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用 555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。外部组件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的组件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。第三章 电路的设计与调试3.1电路的设计选用555定时器组成多谐振荡器。而整个电路由两个555定时器、组成。中间加有R5以连接的3脚与的5脚。通过R5的方波的低频加至的控制电压端5脚，对第二级进行调制。当方波为高电平时，的频率较低；而当方波为低电平时，的振荡频率高，则扬声器会发出高低连续变化的双音。的5脚为控制电压端，当方波加至此，改变了集成块的内部基准电压值，从而实现了对555振荡频率的控制，经的滤波作用后，小型扬声器发出两种不同频率的“滴、嘟、滴、嘟”的声响。要求输出功率为120mW，输出阻抗为。为了与输出阻抗匹配，则应选用的扬声器。的振荡频率： ，约为0.7Hz。的振荡频率：，约为500Hz。: ，: ， 频率范围为高频1500Hz，低频500Hz。 由得高频下周期为0.67ms，低频下周期为2ms。3.2电路的制作该电路的设计使用多孔板制作。而制作电路产品要使用焊接技术。焊接前应准备好焊接工具和材料，清洁被焊件及工作台，进行元器件的插装及导线端得处理，左手拿焊丝，右手握电烙铁，同时进入备焊状态。电烙铁头放置焊件处加热，焊锡丝在电烙铁对侧，立即送入焊锡丝。待焊锡在焊点上全部湿润后锡丝移开应略早于电烙铁。待焊点全部焊接完后，按照电路图用导线将各个焊点连接起来，电路初步就做成了。将电路接入微型计算机电源5V中，接通电源，试听扬声器声音。只能听见“滴”的一种声音。接入示波器中几乎只见到一种波形，其间偶尔出现一点高频，电路设计的效果不好。现在取下断开的3脚与的5脚，在的5脚接一个0.01uF的电容，接通电源，用示波器观察和的输出波形。然观察到的和的输出波形均为正常的矩形方波。3.3 电路的修正在本次课程电路的设计中，我使用了Protel 99 SE软件进行电路设计，并用Multisim2001软件进行电路仿真。在Multisim2001仿真软件中，我发现原电路图通过仿真示波器出来的波形与理想中的波形向差很远。而是出现在高低电平不同作用下，的3脚出来的波形均出现不同频率的波形，没有周期性、比较混乱;而且较低的频率在高低电平下几乎保持不变。问题出现后，我采取单一变量原则，先后改变了电阻、的值。在保证不变下，分别改变、阻值，出现了不变的单一频率。改变下，出现的电平频率忽高忽低，而不受电平影响。各次仿真结果均告失败。由于人耳分辨声音频率的限制及灵敏度，在制作的电路作品中只能较为清晰地分辨出一种频率的声音。问题出现后，我尝试从其它方面入手。我试着将从电阻出来应连接到的5脚导线改连到7脚，并在5脚与底线间加了个0.01uF的电容。进行仿真，高电平下出现很好的单一电平，而低电平下未有电平出现。采取单一变量原则。阻值减小，没变化；阻值增加到左右时，在低频下，出现波形，然波形频率不一致，高频下易然。继续增加阻值，波形没有很好改观。阻值增加或减少，在低频作用下没有任何的改观。阻值增加，不行；阻值减小到时，出现了较为理想的波形。高电平下出现高频，占空比约50%；低电平下出现低频，占空比较高，约75%。根据设计要求与仿真情况，最终我选取了为，为，为，另加了一个电容为0.01uF。电路输出波形为，低电平下出现低频，高电平下出现高频。图3-3-1双音报警器Multisim设计图 表3-3-2波形仿真图（1）表3-3-3波形仿真图（2）第四章 使用元器件参数类型总计NE555集成电路2个8/0.5W扬声器1个10u电解电容（25V）1个100u1个0.01u电容(63V)3个3K电阻（0.25W）1个7K1个10K1个100K2个总计13个心得与体会首先，这次课程设计给我提供了一次很好的锻炼机会，提高了我的动手能力，让我明白了“纸上得来总觉浅，绝知此事要躬行”的道理。刚开始进行课程设计的时候，我表现出了极大的热情。上网查资料、询问高年级同学的经验，我时刻猜测着我会从中获得什么，这是一个难得的锻炼机会。双音报警器是个很有意思的课程设计课题，因为它同实际联系的比较紧密，人们几乎天天都要听到它的声音，所以做起来会很有兴趣。在设计的过程中，我发现了我理论知识上有不少的漏洞，这给了我不少压力，于是我又挤出时间努力加深文化知识。对于Muitism2001软件，我真的很陌生，之前，老师没有教过，我们也没有学习过。真是赶鸭子上架啊！为了将课程设计做好，我不得不先花一部份时间去学习，摸索。在用Multism2001软件进行仿真的时候，我进行的有些缓慢，有时感觉连对了的时候总是出不了正确结果。我总是尽自己所能解决这些问题，有时是因为设计错误，有时是连线错误，有时是电阻电容选择错误。当电路设计好后，我感到感到很充实，很有成就感。通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到了较大的提高。安排这次课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。作为整个学习体系的有机组成部分，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性的应用与实际设计工作中，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。对我们电子信息专业的本科生说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕