地震報警器模電課程設(shè)計

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計-地震報警器摘 要從中國的汶川地震到海地地震再到今年雅安的地震，似乎地球進(jìn)入了“地震年”，地震的到來總讓人措手不及，造成了巨大的人員傷亡和不可預(yù)計的經(jīng)濟(jì)損失。在這種社會條件下，報警品應(yīng)運(yùn)而生。19世紀(jì)興起的數(shù)字電路以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代電子技術(shù)電路中占有越來越重要的地位，這對地震報警器的研制帶來了極大的福音。數(shù)字電路與模擬電路相比有顯而易見的穩(wěn)定性。近年來，數(shù)字電路又有了巨大的發(fā)展。可編程邏輯器件（pal、gal等）的發(fā)展和普及最終使ic的設(shè)計面向了用戶（這是模擬電路無法做到的），而這毫無疑問會給用戶帶來巨大的便捷，從而奠定它在電子電路中的對位。隨著集成技術(shù)的進(jìn)一

2、步提高，各種新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，人類歷史橫跨數(shù)碼時代向更進(jìn)一步發(fā)展已出現(xiàn)在各大型相關(guān)企業(yè)的宏偉藍(lán)圖中。新世紀(jì)里誰掌握了新技術(shù)誰就得到了獲勝的資本，也僅僅是資本而矣。新世紀(jì)里電子行業(yè)的發(fā)展速度令人窒息，聞名的摩爾定律更把許多人威嚇在門外?？梢哉雇?，一個由數(shù)字構(gòu)成的新世界即將出現(xiàn)。那將是人類文明的又一飛躍。關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；可編程邏輯器件；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路；多諧振蕩電路；20目錄第一章 總體方案的設(shè)計31.1 方案論證與對比31.1.1 方案一31.1.2 方案二31.1.3方案總結(jié)41.2系統(tǒng)的總設(shè)計框圖41.2.1 設(shè)計框圖的介紹41.2.2 設(shè)計框圖的工作流程5第二章 各芯片介紹62.1 ne

3、555工作原理及電路圖62.2 ne555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器82.3 ne555構(gòu)成的多諧振蕩電路11第三章 各單元電路的設(shè)計133.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器133.2多諧振蕩器133.3報警電路13第四章 電路仿真14第五章 安裝與調(diào)試165.1調(diào)試儀器165.2調(diào)試方法和過程165.3調(diào)試所遇問題及問題的解決：165.4測量結(jié)果17總結(jié)與心得18參考文獻(xiàn)19【附錄1】：元件清單20第一章 總體方案的設(shè)計1.1 方案論證與對比1.1.1 方案一 用開關(guān)閉合模擬地震震動信號，接地后觸發(fā)一個ne555芯片構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管工作，為防止電壓過大，串聯(lián)一個電阻分壓，但是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是低電

4、平觸發(fā)，時間比較短暫，報警不明顯，不易覺察，不予采用。 圖1.1.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)地震報警器1.1.2 方案二 在方案一的基礎(chǔ)上增加多諧振蕩器，再輸出到報警部分兩端，驅(qū)動其工作，仍然采用串聯(lián)一個電阻，使得蜂鳴器正常工作，但電阻不宜過大，否則就不起作用，電路雖然增加元件，但是電路并不變得復(fù)雜，也比較經(jīng)濟(jì)。開關(guān)代替震動信號單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器多諧振蕩器報警電路 圖1.1.2系統(tǒng)框圖1.1.3方案總結(jié) 通過電路的多方面的比較，最終選擇了方案二。1.2系統(tǒng)的總設(shè)計框圖1.2.1 設(shè)計框圖的介紹 系統(tǒng)的總的設(shè)計框圖如圖1.2.1所示。圖1.2.1系統(tǒng)的總的設(shè)計框圖1.2.2 設(shè)計框圖的工作流程接通電源后，按下開關(guān)

5、，定時器開始工作，引起蜂鳴器報警。第二章 各芯片介紹2.1 ne555工作原理及電路圖 ne555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。ne555的作用是用內(nèi)部的定時器來構(gòu)成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。ne555時基電路有兩種封裝形式，一是dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。其他ha17555、lm555、ca555分屬不 同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。 ne555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個晶體三極管.17個電阻.兩個二極管.組成了比較器.rs觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻

6、構(gòu)成了一個電阻分壓器.為上.下比較器提供基準(zhǔn)電壓.所以稱之為555.ne555屬于cmos工藝制造. ne555引腳圖介紹如下:1地 gnd 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門限(閾值）7放電 8電源電壓 應(yīng)用十分廣泛.下面是一個簡單的ne555電路 圖2.1.1 ne555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖2.1.2 ne555外部引腳圖ne555時基集成芯片的電路結(jié)構(gòu)和芯片引腳圖如圖3.2所示。它的內(nèi)部電路由分壓器、兩個電壓比較器、簡單sr鎖存器、一個放電三級管t及緩沖器g組成，比較器的參考電壓由三只5k的電阻構(gòu)成的分壓器提供。分壓器分別使高電平比較器的同相輸入端和低電平比較器c2的反相輸入端的參考電平

7、為和。、c2的輸出端控制rs觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號從6腳輸入并超過參考電平時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出3腳為低電平，同時放電開關(guān)管導(dǎo)通。當(dāng)輸入信號從2腳輸入并低于時，基本rs觸發(fā)器置位，555的輸出為高電平，同時放電開關(guān)管截止。 4腳是復(fù)位腳，當(dāng)為低電平時，555輸出低電平。平時4腳開路或接。5腳是外加控制電壓輸入端，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓時，則改變比較器的參考電壓，不接外加電壓時，5腳通常接一個0.01uf的電容到地，用來消除外來的干擾，以確保參考電平穩(wěn)定。是放電管，當(dāng)導(dǎo)通時，為放電端7腳提供低阻抗放電通路。555定時器主要通過電阻r和電容c構(gòu)成充放電電路，并由兩個比較器來檢

8、測電容上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。利用它可以構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。綜合上述分析，可得ne555定時器功能表，如表表2.1所示 表2.1 555定時器功能表 輸入輸出閥值輸入（）觸發(fā)輸入（）復(fù)位()輸出()放電管0111010不變導(dǎo)通截止導(dǎo)通不變2.2 ne555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖2.2.1所示，圖2.2.2為其簡化圖。將555定時器的2號腳作為外觸發(fā)信號的輸入端，將thr輸入端與放電三極管的放電端disc連在一起，并接在rc回路中的端。 圖2.2.1 用555定

9、時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖2.2.2由ne555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡化電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的外觸發(fā)信號的有效電平為低電平，如果沒有觸發(fā)信號，處于高電平（）。這時，放點(diǎn)三極管導(dǎo)通約為0，即時，如果此時輸入的觸發(fā)已消失，回到高電平，則rs觸發(fā)器將被置0，輸出返回=0狀態(tài)，同時變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，電容通過迅速放電，直到約等于0，電路自動恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，。在輸入觸發(fā)信號作用下，和相應(yīng)的電壓波形如圖2.2.3所示： 圖2.2.3 由ne555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度為 通過改變改變、c的大小,可以使脈沖寬度在一定的時間內(nèi)變化，因此可以得到不同的定時時間和延遲時間。2.3 ne555構(gòu)成的多諧

10、振蕩電路用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖3.3.1所示。接通電源后，電容c被充電，當(dāng)上升到時，使為低電平，同時放電，三極管t導(dǎo)通，此時電容c通過和t放電，下降。當(dāng)下降到時，翻轉(zhuǎn)為高電平。電容c放電所需的時間為 圖2.3.1 由ne555構(gòu)成的多諧振蕩器 當(dāng)放電結(jié)束時，t截止，通過、向電容c充電，由上升到所需時間為 當(dāng)上升到時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。電路的工作波形如圖3.3.2，其震蕩頻率為圖2.3.2 由ne555構(gòu)成的多諧振蕩器工作波形圖由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度較高。而且采用差分電路形式，用555定時器組成的多諧振蕩器的

11、振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。電路的且占空比固定不變。第三章 各單元電路的設(shè)計3.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)。正常工作時，若未加入負(fù)脈沖，即vi保持高電平，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出vo一定是低電平。由于是低電平觸發(fā)，所以時間比較短暫，可以實(shí)現(xiàn)一段時間的報警。有開關(guān)閉合模擬地震的震動，通過接地來觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。3.2多諧振蕩器 多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動的交替變換。由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，使得報警器可以持續(xù)反復(fù)的報警。3.3報警電路此部分由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成，其中發(fā)光二極管和蜂鳴器為串聯(lián)，發(fā)光二極管在導(dǎo)通狀態(tài)下電阻

12、約等于0，故可以串聯(lián)。 第四章 電路仿真 經(jīng)過各單元電路的設(shè)計以后，原理圖基本上己經(jīng)完整了，現(xiàn)在對電路圖進(jìn)行仿真調(diào)試，本仿真是在multisim軟件上仿真。根據(jù)以下原理圖析，可把電路分為以下四個模塊，且各模塊的的功能介紹和相互之間連接原理如下。第一模塊：是開關(guān)控制部分。利用開關(guān)代替地震震動信號，當(dāng)開關(guān)閉合時，代表地震震動信號到達(dá)，通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器作用后，產(chǎn)生高低電平，使得led燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出響聲。第二模塊：是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器部分。主要由555-virtual定時器、兩個電容和一個電阻組成。它的2號引腳應(yīng)接開關(guān)，來模擬地震發(fā)生的情況。3號應(yīng)接下一個lmc555cm定時器的4號的端口。

13、第三部分：是多諧振蕩器部分。主要由lmc555cm定時器、兩個電阻、兩個電容組成。lmc555cm定時器的2、6號端口應(yīng)接在一起，在接到電容，完成電容充放電的線路。4號端口低電平有效，接到上個定時器的3號輸出端口，作為控制信號，來實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的報警。3號輸出端直接在led上。當(dāng)有高電平的時候，驅(qū)動其發(fā)光。第三部分：是報警電路部分。主要由led燈和蜂鳴器組成。lmc555cm定時器的3號端口輸出的是高電平的時候，led燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲音報警。圖4.1.1 電路仿真圖示波器波形圖如下圖4.1.2所示。圖4.1.2示波器波形圖第五章 安裝與調(diào)試5.1調(diào)試儀器dt9202 數(shù)字萬用表1個5v直流穩(wěn)壓電

14、源1個 示波器 1個5.2調(diào)試方法和過程 電路板做好后即可進(jìn)行調(diào)試步驟如下：（1）首先觀察電路有無斷點(diǎn)或可疑點(diǎn)，若有則用電烙鐵進(jìn)行焊接。在本次實(shí)驗(yàn)所印電路沒有斷線。腐朽過程還是做的比較好的。（2）用萬用表測試所有線路，確保都為正常電路；（3）調(diào)節(jié)電源為6伏，用萬用表測試電壓，保證電壓正常能夠使芯片工作；（4）先不插芯片，將電源正確的接在電路的正負(fù)兩端，此時綠燈亮，測量芯片的工作電壓是否正常，測試為5.89v，能使芯片工作正常；（5）正確插上芯片，合上開關(guān)，看是否報警，報警為發(fā)聲及發(fā)光，如果沒有信號指示證明電路沒有工作，從前面開始檢測電路，用示波器檢測555是否產(chǎn)生振蕩，確保在每部分電路都工作的

15、情況下在測試，沒有現(xiàn)象證明靈敏度不夠，開始改變電阻的阻值，直到電路能夠正常工作；（6）在確保電路連接正確的情況下，按設(shè)計的方案驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)的功能。5.3調(diào)試所遇問題及問題的解決： 1.當(dāng)沒有報警的時候，首先懷疑芯片壞掉了，不能工作，特別是555，很容易被燒壞； 2.調(diào)試時電源接通，沒有報警，開始懷疑是555沒有工作，被燒壞了，但是檢測后發(fā)現(xiàn)前面幾部分電路都工作正常，蜂鳴器、發(fā)光二極管單獨(dú)測試也都正常，但是報警電路不工作，兩端電阻為0，可能是由于剛開始測試的時候萬用表的表筆接觸使短路，以上兩種情況只能更換元件； 3.前面做過的聲控報警電路不合理，始終沒調(diào)試出來，分析原因如下： a. 參數(shù)不對，雖然都

16、是用的單穩(wěn)態(tài)和多諧振電路，但是前面的電路不能使這兩部分電路觸發(fā)工作，不能觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)工作，導(dǎo)致后面電路不能正常觸發(fā)，選擇正確參數(shù)的電阻、電容。 c.電容使用不當(dāng)，造成自激，造成接通電源就會報警，但是不是正常的報警，聲音不大，頻率不對，像是噪聲在驅(qū)動報警電路工作,經(jīng)驗(yàn)證在不影響電路穩(wěn)定及正常工作的情況下去掉多余電容就能使放大部分正常工作。5.4測量結(jié)果經(jīng)測量計算，從工作電壓可以看出，555工作在正常狀態(tài)，當(dāng)沒有沒有合上開關(guān)時電路不工作，當(dāng)開關(guān)合上時，電路立即工作，并且能夠按照預(yù)想的狀態(tài)報警，表明電路調(diào)試成功?？偨Y(jié)與心得經(jīng)過大家一星期的努力，地震報警器的課程設(shè)計終于圓滿地落下帷幕。雖然大二了，但這是

17、我們第一次接觸課程設(shè)計，前面的都只是一些實(shí)習(xí)而已，并沒有親手實(shí)踐的經(jīng)歷。所以我們必須從設(shè)計要求、設(shè)計原理、安裝multisim仿真軟件并進(jìn)行仿真、整理整個課程設(shè)計說明書都親力親為。體會到了有問題時的郁悶和糾結(jié)，但也嘗到了努力過后獲得成功的那份興奮和喜悅?？傊谦@益匪淺?。≡诖诉^程中，我們把課程設(shè)計要求仔細(xì)地研讀了一遍，知道此次的設(shè)計目的基礎(chǔ)上，便開始瘋狂地查閱資料，包括網(wǎng)上的和圖書館借的書，偶爾也翻看模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課本，小組成員聚在一起討論討論，基本上掌握了地震報警器的設(shè)計原理，這個階段花的時間和精力蠻多的，俗話說：“萬事開頭難”。只有打好地基，才能開始接下來的事情。因?yàn)槲覀冸娔X上都沒有仿真

18、軟件，所以還必須先安裝multisim 11.0 的軟件，安裝過程還是挺順利的，先從網(wǎng)上下載那個軟件，然后對照著安裝步驟一步步的來，我們每個人都裝好了。再接下來就是仿真了。對于這個階段，我最大的感受就是好事多磨，因?yàn)槲覀兝Щ蟛粩?，總是仿真不出正確的結(jié)果，心情上可以說是瀕臨崩潰，但是我們沒有放棄，而是反復(fù)地糾錯，一個元件、一個芯片的檢查，找不到問題出在哪，就會引來一陣躁動，找到了又會非常激動和歡快。有時大家會就一個問題產(chǎn)生爭議，但還是尊重真理，不存在任何的不滿和不屑，而只有滿心的佩服。 真是人多力量大，在大家的齊心協(xié)力的配合下，終于仿真成功了，這是最關(guān)鍵的一步最后就是寫課程設(shè)計說明書了，前面的設(shè)計原理整理好后，我們把仿真得到的結(jié)果截下來，包括電路仿真的部分和示波器的部分。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，通過此次課程設(shè)計也很好地證實(shí)了這一點(diǎn)。我們不僅對模擬電子技術(shù)、地震報警器、放置各種元器件、仿真有了更深刻的理解，而且體會到團(tuán)隊合作的樂趣和重要性。還有最重要的一點(diǎn)就是：做任何事都要有耐心，不能輕易言棄，只有堅持不懈的努力才能換來成功！ 同時我認(rèn)為我們的工作是一個團(tuán)隊的工作，團(tuán)隊需要個人，個人也離不開團(tuán)隊，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)