基于555定时器声光报警器的设计

1、电子技术课程设计说明书目 录1 设计任务与要求11.1 设计任务11.2 设计要求11.2.1 声光报警器的设计课题要求11.2.2 声光报警器的设计制作要求12 声光报警器的设计方案22.1 声光报警器的设计原理图22.2 555定时器22.2.1 简单介绍555定时器的用途22.2.2 555定时器的应用分类32.2.3 555定时器构成单稳态触发器32.2.4 555定时器组成施密特触发器42.2.5 555定时器构成多谐振荡器52.2.6 555定时器组成占空比可调的多谐振荡器62.2.7 555电路的工作原理73 声光报警器的设计各元器件93.1 原理图各元件推荐数据93.2 课程设

2、计器材及主要元器件介绍94 焊接与调试114.1 安装及焊接步骤114.2 调试及调试的波形114.3 数据135 结论14参考文献15指导教师评语161 设计任务与要求1.1 设计任务 1.掌握声光报警器的设计。 2.了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。 3.熟练掌握555定时器以及由他构成的各种器件的结构和用途。1.2 设计要求1.2.1 声光报警器的设计课题要求 声光报警电路是一种报警装置，在通电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。1.2.2 声光报警器的设计制作要求 1

3、.根据课题要求，掌握推荐电路的工作原理，验算已确定的电路元件参数。 2.将各元件按线路图焊接。 3.将焊接安装好的成品进行调试。即按原理接线无误后，接通电源。观察指示灯的闪烁和倾听蜂鸣器的鸣叫声,调整电位器直到符合设计要求为止。 4.用示波器观察输出波形，并测出波型参数。 2 声光报警器的设计方案2.1 声光报警器的设计原理图图2-1 声光报警器的设计原理图2.2 555定时器2.2.1 简单介绍555定时器的用途 555定时器是一种通用的集模拟与逻辑功能为一体的中规模集成电路。利用这种集成单片，只要适当配接少量元件，可以很方便地构成脉冲产生和变换电路及具有其他定时功能的电路，在电子系统，电子

4、玩具，家用电器等方面都有广泛应用。 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。 555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图如图1-1 所示。它内部包括两个电压比较器，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 图2-2 555定时器内部方框图2.2

5、.2 555定时器的应用分类利用555定时器可以构成单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器。2.2.3 555定时器构成单稳态触发器图2-3 555构成单稳态触发器 上图2-3为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经

6、放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图2-4。图2-4 单稳态触发器波形图暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。2.2.4 555定时器组成施密特触发器 电路如图2-5所示，只要将脚2和6连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。图2-6 画出了、Vi和Vo的波形图。 设被整形变

7、换的电压为正弦波，其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和六脚，得到的Vi为半波整流波形。当Vi上升到时，Vo从高电平转换为低电平；当Vi下降到时，Vo又从低电平转换为高电平。图2-5 555构成施密特触发器       图2-6 555构成施密特触发器的波形图     2.2.5 555定时器构成多谐振荡器 如图2-7，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚直接相连。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

8、通过R2向放电端放电，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对应的波形如图2-8所示。图2-7 555构成多谐振荡器        图2-8 多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是：    T=0.7（R1+R2）C=0.7R2C 其中，为VC由上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率

9、输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。2.2.6 555定时器组成占空比可调的多谐振荡器 电路如图2-9，它比图8-4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2-9 555构成占空比可调的多谐振荡器占空比            可见，若取，电路即可输出占空比为50的方波信号。2.2.7 555电路的工作原理 555电路的内部电路方框图如图2-2所示。它含有两个电压比较器，一

10、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5K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

11、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。 电路由两个555多谐振荡器组成，第一个振荡器的振荡频率为12Hz时，第二个振荡器的振荡频率为1000Hz。将第一个振荡器的输出(3脚)接到第二个振荡器的复位端(4脚)。在输出高电平时，第二个振荡器振荡;输出低电平时，第二个振荡器停振。这样，蜂鸣器将发出间隙声响。 图2-10，由555定时器和外接元件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

12、，以及C通过R2向放电端放电，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，对应的波形如图2-11所示。图2-10 555构成多谐振荡器     图2-11  多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是：    T=0.69（R1+R2）C=0.69R2C 其中，为VC由上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。T=+=0.69(R1+2R2)Cf= = 脉冲占空比：D=/T= 可见，只有在R2»R1时才能实现占空比为50%的理想方波。 555电路要求R1与R2均应不小于

13、1K，但两者之和应不大于3.3M。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元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。 电路由两个555多谐振荡器组成，第一个振荡器的振荡频率为12Hz时，第二个振荡器的振荡频率为1000Hz。将第一个振荡器的输出(3脚)接到第二个振荡器的复位端(4脚)。在输出高电平时，第二个振荡器振荡;输出低电平时，第二个振荡器停振。这样，蜂鸣器将发出间隙声响。3 声光报警器的设计各元器件3.1 原理图各元件推荐数据表3-1 原理图各元件推荐数据编号器件名称数量理论值测量值R1电位器110k10.1R2

14、电阻12k1.99R3电位器120k20.3R4电阻12k2.01C1X碳膜电容10.01FC2X碳膜电容10.01FC1电解电容1100FC2电解电容10.1FC3电解电容14.7FC4电解电容110F蜂鸣器1发光二极管1555定时器1插座1绘制电路板13.2 课程设计器材及主要元器件介绍1直流稳压电源：1台。2示波器:1台。3函数信号发生器：1台;4万用表：1只。5集成电路：555定时器2片。6电阻、电容：若干；扬声器(蜂鸣器)：1只。3.2.1 电位器 电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与

15、位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。电位器的作用及特点： 电位器是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。 电位器的作用调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。 电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。3.2.2 蜂鸣器 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、

16、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鸣器的结构原理： 1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片

17、粘在一起。 2电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。3.2.3 发光二极管发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。4 焊接与调试4.1 安装及焊接步骤 操作时正确使用电烙铁。元件焊接按先难后易，先低后高，先贴片后插装的顺序。

18、这样焊接方便，节省时间。焊接时，电烙铁使用前要上锡，并且焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。4.1.1 安装 先安装两个较小的电阻，安装好后焊接一下。555定时器用到的两个底座是有点矮的，我们可以先安装他们，然后接着安装体积大一点的电容。这块电路板的变位器有三个引脚，但是安装时，要把三个引脚放到一条直线上，要注意不能把引脚弄断。4.1.2 焊接 将电烙铁烧热，待刚刚能熔化焊锡时，涂上助焊剂，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头均匀的吃上一层锡。把元件放置上去对准，上锡固定好对角，然后随意挑一边用烙铁垂直引脚出线方向较缓滑过，同时稍用力下压元件这条边；然后就同样方

19、法焊对边；然后就另外两边。焊接时电烙铁温度要适中。最后检查，不好的地方重新焊过。检查电路板有引线的一面，保证引线焊端排列和弯折适当； 检查电路板正面，判断是否存在元器件缺漏、安装错误、外形损伤、安装方向错误等现象； 检查元器件表面印制的标记质量等；不好的地方重新焊过。4.2 调试及调试的波形 用5V电源接上电路板，根据实验所需的要求旋转可调电阻，是的两个可调电阻的阻值达到所需要求，具体来说就是蜂鸣器和发光二极管能够按照所需要求进行工作。4.2.1 调试过程 （1）将5V直流稳压电源接入电路板的输入端，观察发光二极管、蜂鸣器的响应情况。 （2）将输出端3接入示波器，观察器输出波形，读出周期T。

20、（3）计算输出频率f 。 4.2.2  调试结果 喇叭发出响声，调节电阻R1发现发光二极管的跳动频率发生变化。调节电阻R2发现蜂鸣器鸣叫的频率也发生变化。 多谐振荡器输出端3的输出波形大致为：4.3 数据表4-3-1 实验计算数据 R1（k）4.086.839.78T （ms）540722892f（Hz）1.8521.3851.121Tw/T75.2%81.2%84.8%表4-3-2 实验计算数据 R2（k）10.1913.6515.51T （us）8269981.138f（kHz）1.2111.002878.7Tw/T85.7%88.8%89.6%5 结论 学习这个专业已经2年了，一直以来就想设计使用的东西。之前一直以为自己学习的东西没办法派上实际用途，而这次的课程设计真的让我体会到了设计的快乐。 这次课程设计历时一个星期左右，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。 这次，我设计的是叮咚门铃电路。叮咚门铃是我们日常生活中最常见的电路，但是讲其实际化对于我这种初等的设计者还是有一定的难度的。首先想到要做这个题目，我就开始收集大量的资料：包括555芯片的原理，各种多谐振荡器，以及人的听力范围等等与课程设计相关的各类知识。我了解了好多我之前不知道或者没注意的知识以及消息