数字电子技术项目教程 朱祥贤 主编 项目五 触摸式防盗报警电路制作与调试新

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更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网工程五触摸式防盗报警电路制作与调试专题1555电路专题2振荡、单稳、双稳电路任务1触摸式防盗报警器电路仿真任务2触摸式防盗报警电路制作与调试专题1555电路5.1.1555电路简介555定时器采用双列直插式封装形式，共有8个引脚，如图5-1所示。外引脚的功能分别为：1端为接地端。2端为低触发端。当C0端不外接参考电源时，此端电位低于VCC/3时，电压比较器C1输出低电平，反之输出高电平。3端为输出端。4端为复位端，此端输入低电平可使输出端为低电平。正常工作时应接高电平。5端为电压控制端。此端外接一个参考电源时，可以改变上、下两比较器的参考电平的值，无输入时，UC0=2VCC/3。6端为高触发端。当C0端不外接参考电源时，此端电位高于2VCC/3时，电压比较器C1输出低电平，反之输出高电平。7端为放电端。当V导通时，外电路电容上的电荷可以通过它释放，7端也可以作为集电极开路输出端。8端为电源端。图5-1555定时器5.1.2555电路结构及工作原理555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。只要外部配接少数几个阻容元件便可组成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等电路。555定时器的电源电压范围宽，1/12/20234双极型555定时器为5～16V，CMOS555定时器为3～18V。可以提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平。555定时器还可输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。它在脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、电子玩具等领域都有着广泛的应用。555定时器内部电路如图5-2所示,一般由分压器、比较器、触发器和开关及输出等四局部组成。1.分压器分压器由三个等值的5KΩ电阻串联而成，将电源电压Vcc分为三等份，作用是为比较器提供两个参考电压UR1、UR2，假设控制端CO悬空或通过电容接地，那么:假设控制端C0外加控制电压那么:图5-2555定时器内部电路2.比较器比较器是由两个结构相同的集成运放C1、C2构成。C1用来比较参考电压UR1和高电平触发端电压UTH:当UTH>UR1，集成运放C1输出UC1=0;当UTH<UR1，集成运放C1输出UC1=1。C2用来比较参考电压UR2和低电平触发端电压:当＞UR2，集成运放C2输出UC2=1;当＜UR2，集成运放C2输出UC2=0。3.根本RS触发器当=01时，Q=0，=1;当=10时，Q=1，=0。4.开关及输出放电开关由一个晶体三极管组成，其基极受根本RS触发器输出端Q控制。当Q=1时，三极管导通，放电端V通过导通的三极管为外电路提供放电的通路；当Q=0，三极管截止，放电通路被截断。输出缓冲器G3用于增大对负载的驱动能力和隔离负载对555集成电路的影响。555定时器功能表如表5-1所示表5-1555定时器功能表输

入输

出UTHOUT放电管V状态0××0与地导通1＞＞0与地导通1＜＞保持原状态保持原状态1＜＜1与地断开专题2振荡、单稳、双稳电路5.2.1555电路构成施密特触发器将555定时器的第2、6引脚连接到一起作为输入端即可构成施密特触发器电路，其第5脚通过电容接地防止外界信号对参考电压的干扰。电路如以下图5-3：图5-3施密特触发器电路工作原理图5-4为施密特触发器电压变换图。当输入电压ui＜时，电压比较器C1和C2的输出uc1＝1，uc2＝0，根本RS触发器置1，Q＝1、＝0，这时输出uo＝UOH＝1。当输入电压ui上升到＜ui＜时，uc1＝1、uc2＝1，根本RS触发器保持原状态不变，即输出uo＝UOH＝1。当输入电压ui继续上升到ui≥时，uc1＝0、uc2＝1，RS触发器置0，Q＝0、＝1，输出uo由高电平翻转为低电平，即uo＝0。当输入电压ui由以上逐渐下降到＜ui＜时，电压比较器的输出分别为uc1＝1、uc2＝1。根本RS触发器保持原状态不变。即Q＝0、＝1，输出uo＝UOL＝0。当输入电压ui继续下降到ui≤时，uc1＝1、uc2＝0，RS触发器置1，Q＝1、＝0，uo由低电平跃到高电平UOH。图5-4施密特触发器电压变换可见，当输入电压ui上升到ui≥时，电路输出uo发生一次翻转，当ui下降到时，uo又一次发生翻转，电路在输入电压上升和下降过程中的两次翻转所对应的输入电压不同，所以，电路的正向阈值电压UT+＝，负向阈值电压UT-＝。施密特触发器的回差电压ΔUT为：ΔUT＝UT+－UT-＝－＝施密特触发器的电压传输特性如以下图5-5所示：图5-5施密特触发器的电压传输特性2.施密特触发器的典型应用(1)波形变换。将任何符合特定条件的输入信号变为对应的矩形波输出信号。波形图如图5-6所示：图5-6波形变换〔2〕幅度鉴别。波形图如图5-7所示：图5-7幅度鉴别〔3〕脉冲整形。图5-8脉冲整形5.2.2555电路构成单稳态触发器1.单稳态触发器特点单稳态触发器电路只存在一个稳定状态，其特点是：电路在无外加触发信号作用时，处于一种稳定的工作状态，称之为稳态；当输入端有外加触发脉冲信号作用时，输出状态立即发生跳变，进入暂时稳定状态，称之为暂稳态，经过一段时间后，电路自动回到原来的稳态。暂稳态时间长短与电路参数有关。555定时器组成单稳态触发器如图5-9所示，工作原理如下：555定时器第2脚为触发信号ui的输入端，在没有触发信号作用时该脚为高电平。电路接通电源后有一个进入稳定状态的过程，即电源通过电阻R向电容C充电，当电容C两端电压到达uc≥时，即UTH≥，同时，由于ui为高电平，所以＞。根据555定时器功能表可知，此时电路输出为低电平，放电管V导通，电容C通过放电管V放电使得UTH＝0＜，输出仍为低电平，电路处于稳定状态。图5-9555定时器组成单稳态触发器当输入端ui有负脉冲触发信号时，第2脚＜，输出翻转为高电平，放电管V截止，电源通过电阻R开始给电容C充电，电路进入暂稳态，当电容C两端电压到达uc≥时，即UTH≥，此时触发信号负脉冲已经撤消回到高电平，第2脚＞，输出又翻转为低电平，放电管V导通，电容C通过放电管V放电，电路回到稳定状态。其工作波形如图5-10所示：单稳态触发器输出的脉冲宽度tW为暂稳态维持的时间，它实际上为电容C上的电压由0V充到所需的时间，计算公式为：tW＝RCln3≈1.1RC

图5-10工作波形图2.单稳态触发器的应用〔1〕脉冲整形脉冲信号在经过长距离传输后其边沿会变差或在波形上叠加了某些干扰。为了使这些脉冲信号变成符合要求的波形，这时可利用单稳态触发器进行整形。〔2〕定时由于单稳态触发器可输出宽度和幅度符合要求的矩形脉冲，因此，可利用它来作定时电路。〔3〕脉冲展宽当输入脉冲宽度较窄时，那么可用单稳态触发器展宽。5.2.3555电路构成多谐振荡器用555定时器组成多谐振荡器电路如以下图5-11所示：图5-11555定时器组成多谐振荡器电路工作原理：接通电源后，VCC经电阻R1和R2对电容C充电，当uC≥时，uC1＝0、uC2＝1，RS触发器被置0，Q＝0、＝1，u0跃到低电平。同时，放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。随着电容的放电，uC随之下降。当下降到小于时，uC1＝1、uC2＝0，RS触发器被置1，Q＝1、＝0，输出uO由低电平跃到高电平。同时，因＝0，放电管V截止，VCC又经电阻R1和R2对电容C充电。电路又返回到前一个暂稳态。因此，电容C上的电压uC将在和之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。多谐振荡器工作波形如图5-12所示：多谐振荡器的振荡周期Ｔ为：T＝tW1+tW2tW1为电容电压由充到所需的时间。tW1＝〔R1+R2〕〔R1+R2〕CtW2为电容电压由降到所需的时间。tW2＝R22C多谐振荡器的振荡周期T为:T＝tW1+tW2〔R1+2R2〕C上述电路中输出波形中tW1＞tW2，所以无论怎样改变R1、R2，占空比q总是大于50％，将电路作如以下图5-12改动后可得到占空比可调的多谐振荡器。在放电管处于V截止时，电源VCC经R1和VD1对电容C充电；当V导通时，C经过VD2、R2和放电管V放电。调节电位器RW可改变R1和R2的比值。因此，也改变了输出矩形波的占空比q。tW1＝1C

tW2＝2C振荡周期T为:T＝tW1+tW2＝〔R1+R2〕C占空比q为:

q＝tW1/(tW1+tW2)＝R1/(R1+R2)图5-12占空比可调的多谐振荡器任务1触摸式防盗报警器电路仿真仿真内容：〔1〕单击电子仿真软件Multisim10根本界面元件工具条上的“PlaceMixed〞按钮，从弹出的对话框“Family〞栏中选择“TIMER〞，再在“Component〞栏中选取“LM555CM〞2只,如图5-13所示，单击对话框右上角的“OK〞按钮，调出555电路，放置在电子平台上。〔2〕从元件工具条调出其它元件，并调出信号发生器、虚拟示波器，在电子平台上建立触摸式防盗报警器仿真电路，如图5-14所示:〔3〕信号发生器模拟一个杂波信号，开启仿真开关，双击虚拟示波器图标，观察屏幕上的波形。信号发生器和虚拟示波器面板设置如下图。〔4〕开启仿真开关，观察仿真结果，分析仿真结果。实训报告：〔1〕画出仿真电路图。〔2〕分析触摸式防盗报警器工作原理。〔3〕记录信号发生器的面板设置，画出仿真波形。图5-13仿真图一图5-14仿真图二任务2触摸式防盗报警电路制作与调试电路连接图5-15为触摸式防盗报警器电路原理图，它由两片555定时器组成，图中A1构成单稳态触发器电路，A2构成多谐振荡器电路。当盗贼触摸到触片时A1的第3脚输出高电平，使得A2振荡驱动扬声器发出报警声，过一段时间后A1的输出自动回到低电平，A2停止振荡，报警声消失。在万能电路板上根据原理图连接电路，在装配时应先焊接集成电路的插座，待电路全部焊好后再装入集成块。调试与检修电路检查无误后接入6V电源，用手触摸触片，扬声器会发出声响且1分钟左右后自动停止，那么电路功能正常。用不同阻值的电阻器更换电路中的R1〔或用不同容量的电容器更换电路中的C1〕，比较扬声器所发出声响的时间长短变化情况。图5-15触摸式防盗报警器电路原理图用不同阻值的电阻器更换电路中的R2、R3〔或用不同容量的电容器更换电路中的C3〕，比较扬声器所发出声响的声调变化情况。假设电路功能不正常，按照以下步骤进行检修：重新检查电路连接是否错误。由输入到输出逐级检查，必要时可以与同学互换检查，有助于发现问题。通电后用万用表10V直流电压档接在A1的第3脚