紅外防盜報警系統(tǒng)設(shè)計

1、青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計青島理工大學(xué)畢 業(yè) 論 文題目：紅外防盜報警系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 江良猛 學(xué)生學(xué)號： 201089035 院系名稱： 機(jī)電工程系 專業(yè)班級： 機(jī)電一體化102 指導(dǎo)教師： 劉鳴濤 2013 年 6月 15日畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書專業(yè) 機(jī)電一體化 班級 機(jī)電102 姓名 江良猛 下發(fā)日期 2013-03-1 題目紅外防盜報警系統(tǒng)設(shè)計專題單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容及要求內(nèi)容：以51單片機(jī)為核心構(gòu)造防盜報警系統(tǒng)設(shè)計。紅外線對報警器的主要技術(shù)指標(biāo)是監(jiān)視范圍或監(jiān)視距離，其他還應(yīng)給出一些相應(yīng)的電氣參數(shù)，如使用的電源形式，電源電壓及電流等要求：（1）、掌握紅外線探測技術(shù)應(yīng)用。（2）、采用合理

2、的聲光報警方案。（3）、使用MSC51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)核心。主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)要求：（1）使用MSC51系列單片機(jī)完成系統(tǒng)設(shè)計；（2）使用Protel設(shè)計系統(tǒng)電路圖；（3）使用紅外傳感器作為報警系統(tǒng)檢測傳感器；（4）電源可采用橋式整流電路實現(xiàn)。進(jìn)度及完成日期2013年4月08日2013年4月25日：搜索論文資料及查閱參考文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)單片機(jī)設(shè)計技術(shù)。2013年4月26日2013年5月11日：開始系統(tǒng)設(shè)計，逐步解決遇到的問題，形成初步的論文框架。2013年5月12日2013年5月23日：做出系統(tǒng)設(shè)計方案，形成畢業(yè)設(shè)計論文的初稿，畢業(yè)設(shè)計中期檢查。2013年5月21日2013年6月15日： 根據(jù)老師的

3、意見對論文初稿進(jìn)行整改，并繼續(xù)完善系統(tǒng)設(shè)計。2013年6月16日2013年6月22日：對論文進(jìn)行細(xì)節(jié)修改，最終定稿并打印，等待答辯。 系主任簽字日期教研室主任簽字日期指導(dǎo)教師簽字日期指 導(dǎo) 教 師 評 語 指導(dǎo)教師: 年 月 日青島理工大學(xué)畢業(yè)論文評閱意見表論文題目紅外防盜報警系統(tǒng)設(shè)計評價項目評價標(biāo)準(zhǔn)（A級）滿分評 分ABCDE文獻(xiàn)資料利用能力能獨(dú)立地利用多種方式查閱中外文獻(xiàn)；能正確翻譯外文資料；能正確有效地利用各種規(guī)范、設(shè)計手冊等。10109876綜合運(yùn)用能力研究方案設(shè)計合理；設(shè)計方法科學(xué)；技術(shù)線路先進(jìn)可行；理論分析和計算正確；動手能力強(qiáng)；能獨(dú)立完成設(shè)計；能綜合運(yùn)用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)和解決實際問題

4、；研究結(jié)果客觀真實。20192017181516131412設(shè)計質(zhì)量設(shè)計結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)；邏輯性強(qiáng)；語言文字表準(zhǔn)確流暢；格式、圖、表規(guī)范；有一定的學(xué)術(shù)水平或?qū)嶋H價值4037-4032-3628-3125-2724創(chuàng)新能力有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識；所做工作有較大突破；設(shè)計有獨(dú)到見解151513-1411-12109工作量工作量飽滿；圓滿完成了任務(wù)書所規(guī)定的各項任務(wù)。151513-1411-12109總分是否同意將該設(shè)計提交答辯：是（ ） 否（ )具體評閱及修改意見： 評閱人： 年 月 日注：1.請按照A級標(biāo)準(zhǔn)，評出設(shè)計各項目的具體得分，并填寫在相應(yīng)項目的評分欄中； 2.計算出總分。若總分<60分，“設(shè)計質(zhì)

5、量”<24分，建議不能提交論文評閱乃至答辯。該設(shè)計須限期修改合格后重新申請答辯。 3.評閱意見欄不夠可另附頁。 答 辯 委 員 會 評 語評定成績周 記說明書圖 紙答 辯總 評答辯委員會主席簽字日 期（5%）（65%）（30%）百分制等級制摘 要隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會安全保障的需要,電子報警這門綜合技術(shù)正在不斷地發(fā)展。與同時，紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，由于紅外線是不可見光，因此用它進(jìn)行紅外探測監(jiān)控，具有良好的隱蔽性，白天和黑夜均能使用，而且其抗干擾能力強(qiáng)。防盜報警系統(tǒng)利用單片機(jī)控制技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，并提示發(fā)生報警的區(qū)域部位，顯

6、示可能采取對策的系統(tǒng)。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏?zhǔn)確顯示出事地點，使于迅速采取應(yīng)急措施。本設(shè)計正是基于此，設(shè)計了主動式、被動式紅外防盜報警系統(tǒng)。本文系統(tǒng)地介紹了紅外線防盜系統(tǒng)的基本原理、組成框圖，詳細(xì)地敘述了紅外技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，描述了各項元器件的原理及構(gòu)造，并給出部分基本電路。本文還細(xì)致地描述了利用單片機(jī)控制的軟件流程、程序設(shè)計及調(diào)試，羅列了防盜報警器誤報的分析及解決方法。關(guān)鍵詞：紅外探測；單片機(jī)；聲光報警IABSTRACTAlong with the development of national economy, social security needs, e

7、lectronic alarm this comprehensive technology is developing. And at the same time, infrared technology has become advanced science and technology, the important part due to the infrared is not visible light, and therefore use it for infrared detection monitoring, has the good concealment, day and ni

8、ght, and all can use its anti-interference ability. Anti-theft alarm system using single-chip microcomputer control technology, automatic detection occurred in protection monitoring area, have a warning signal intrusive behavior and suggest the regional parts, happened alarm display may take counter

9、measures system. Once, accidents, they can pass the acousto-optic alarm signal in security control center show crash site, make to quickly take emergency measures. This design was based on this, design the active and passive infrared anti-theft alarm system. This paper introduces the basic principle

10、 of infrared alarm systems composed diagram, detailed, account of the infrared technology development and application of the various components, describes the principle and structure, and gives some basic circuit. This paper also careful to describe the microcontroller control software process, prog

11、ram design and commissioning, listing the alarm system misstatement analysis and solution.Keywords: Infrared detection; microcontroller; sound-light alarmI目 錄前言1第 1 章 緒論21.1 課題背景21.2 目的和意義31.3 發(fā)展現(xiàn)狀3第 2 章 紅外線52.1 紅外線簡介52.1.1 紅外線52.1.2 紅外輻射52.1.3 紅外輻射原理62.2 紅外技術(shù)62.2.1 紅外技術(shù)定義62.2.2 紅外技術(shù)的影響72.2.3 紅外技術(shù)的發(fā)

12、展趨勢7第 3 章 紅外探測器93.1 紅外探測器93.2 紅外探測器原理及分類93.2.1 紅外探測器原理93.2.2 紅外探測器分類10第 4 章 主要元器件介紹124.1 單片機(jī)AT89C2051124.2 電源電路134.2.1 固定三端穩(wěn)壓器134.2.2 78系列應(yīng)用電路134.2.3 78系統(tǒng)L05144.3 555定時器144.3.1 555定時器簡介144.3.2 555時序電路的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能154.3.3 555定時器的應(yīng)用164.4 COMS反相器結(jié)構(gòu)電路及其工作原理184.4.1 COMS反相器184.4.2 反相器CC4069204.4.3 CC4069其他應(yīng)用

13、204.4.4 模擬聲響發(fā)生器(揚(yáng)聲器)214.5 傳感器組成214.6 紅外發(fā)光二極管22第 5 章 聲光報警電路245.1 555定時器組成的聲光報警電路245.1.1 發(fā)射器原理245.1.2 接收器原理圖：AT89C2051紅外接收電路圖24第 6 章 單片機(jī)控制紅外防盜報警系統(tǒng)266.1 實驗裝置266.2 硬件電路266.3 軟件設(shè)計286.4 系統(tǒng)調(diào)試29第 7 章 防盜報警器誤報的分析與解決方法307.1 防盜報警器故障引起的誤報警307.2 報警器設(shè)計引起的誤報警307.3 報警器安裝引起的誤報警317.4 用戶使用不當(dāng)引起的誤報警317.5 環(huán)境引起的誤報警31結(jié)論33致謝

14、34參考文獻(xiàn)35附錄A36V前 言科技發(fā)展到今天，人們的生活中涌現(xiàn)出各種各樣的科技產(chǎn)品，各種各樣的電子產(chǎn)品更是花樣百出、遍及人們生活中的每一部分。現(xiàn)在人們更是感覺到了科技給人們帶來的巨大發(fā)展，科學(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力，在人類社會的發(fā)展中起了很大的推動作用，人類從原始向先進(jìn)的發(fā)展都伴隨著科學(xué)的發(fā)展，從原始的手工到現(xiàn)在的智能控制都是科技發(fā)展的結(jié)果，先進(jìn)的科技能減輕人體勞動量、能更合理地利用時間完成任務(wù)，可以說科技的微小發(fā)展都會給人類帶來很大的好處。當(dāng)代生活中的人們越來越感覺到了社會的飛躍發(fā)展，科技的飛速發(fā)展給人們很多實惠、生活、學(xué)習(xí)、工作中都滲透著科技，都能明顯地感受到它發(fā)展地威力。安全防范技術(shù)是以

15、電子技術(shù)為主體的一門綜合性技術(shù)。它的特點是靈敏度高、反映迅速、具有極高的準(zhǔn)確性、可靠性、客觀性及時間上的連續(xù)性。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會安全保障的需要,電子報警這門綜合技術(shù)也在不斷地發(fā)展。有一個安定、和諧的家庭氛圍和社會氣息是人們的基本要求，在無人看守的家庭、銀行、倉庫、商店、重要財經(jīng)部門等一些重要的部門實施自動監(jiān)測報警的要求就變得更必要、更重要了，它會使家庭、銀行等重要部門的財產(chǎn)免受損失。針對這一要求人們研制了一系列自動報警系統(tǒng)。報警器為人們解決了不少問題.但是市場上的報警器大部分都是用于一些大公司財政機(jī)構(gòu)。由于紅外線是不見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的

16、應(yīng)用，此外，在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，它在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于它是不可見光，因此用它作防盜監(jiān)控報警器，具有良好的隱蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干擾能力強(qiáng)防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，并提示值班人員發(fā)生報警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏?zhǔn)確顯示出事地點，使于迅速采取應(yīng)急措施。本設(shè)計正是

17、基于此，設(shè)計了主動式、被動式紅外防盜報警系統(tǒng)。第 1 章 緒論隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對防盜、防劫、防火保安設(shè)備的需求量大大增加。針對偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進(jìn)行檢測和報警的系統(tǒng)，其需求也越來越高。本設(shè)計運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計了一款新穎紅外線防盜報警器。而本設(shè)計中的輸入部分主要是各種各樣的傳感器。不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為；不同作用的傳感器，也可檢測出不同類型的情況。本章節(jié)主要介紹了本設(shè)計的選題背景、目的意義、解決方法。1.1 課題背景單片機(jī)現(xiàn)在已越來越廣泛地應(yīng)用于智能儀表、工業(yè)控制、日常生活等很多領(lǐng)域，可以說單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到人類的生活、工作的每一個角落，這說明它和我們每

18、個人的工作、生活密切相關(guān)，也說明我們每個人都有可能和有機(jī)會利用單片機(jī)去改造你身邊的儀器、產(chǎn)品、工作與生活環(huán)境。紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于他是不可見光，因此用他做防盜報警監(jiān)控器，具有良好的隱蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干擾能力強(qiáng)。這種監(jiān)控報警裝置廣泛應(yīng)用與博物館、單位要害部門和家庭的防護(hù)。當(dāng)我們考慮的范圍廣一點：若是在小區(qū)每一住戶內(nèi)安裝防盜報警裝置。當(dāng)住戶家中無人時，可把家庭內(nèi)的防盜報警系統(tǒng)設(shè)置為布防狀態(tài)，當(dāng)竊賊闖入時，報警系統(tǒng)自動發(fā)出警報并向小區(qū)安保中心報警。周界報警系統(tǒng)：在小區(qū)的圍墻上設(shè)置主動紅外對射式探測器，防止罪犯由圍墻翻入小區(qū)作案，保

19、證小區(qū)內(nèi)居民的生活安全。有的防盜報警系統(tǒng)還連有上位機(jī)。將探測器發(fā)回的現(xiàn)場信號按防區(qū)的類型與主機(jī)的工作狀態(tài)(布防、撤防)作出邏輯判斷，進(jìn)而發(fā)出報警。一個防盜系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在報警主機(jī)的功能上。1.2 目的和意義隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護(hù)手段在不斷的增強(qiáng)，對防盜設(shè)施的智能化提出了新的要求。本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，由于使用了單片機(jī)做信號處理器，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以用于較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)。它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報和誤報現(xiàn)象，安全可靠。在我國，目

20、前市面上報警器主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。本系統(tǒng)采用了人體熱釋電紅外傳感器，在人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器因其價格低廉、制作簡單、成本低，安裝比較方便，防盜性能比較穩(wěn)定，靈敏度高、安全可靠等特點，備受廣大家庭用戶的歡迎。而且防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。1.3 發(fā)展現(xiàn)狀目前，國內(nèi)市場上的防盜報警系統(tǒng)大部分是國外品牌，如：早期的美國安定保、C&K、日本艾禮富、以色列EL等，近幾年進(jìn)入中國市場的加拿大楓葉、德國博世、美國GE等，這些廠商無論是在資金和技術(shù)上，都具備很強(qiáng)的優(yōu)勢，對國內(nèi)

21、廠商的發(fā)展形成巨大的競爭壓力；國內(nèi)防盜報警產(chǎn)品廠商發(fā)展時間比較短，真正取得長足發(fā)展也是在2000年以后，特別是在2004年國內(nèi)有些廠商迅速成長，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴(kuò)大。但是與國外廠商相比還有很大差距?，F(xiàn)階段，大部分工程商安裝防盜報警產(chǎn)品時傾向于國外品牌，其中，安裝的國外產(chǎn)品主要來自美國、日本和韓國，這三個國家的產(chǎn)品占據(jù)我國報警市場的近80%的市場份額。這主要是因為，在產(chǎn)品供給市場上，絕大部分國外品牌來自美國和日韓，防盜報警產(chǎn)品在這些國家的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品功能穩(wěn)定、性能完善，再加上進(jìn)入我國是時間較早，所以在我國市場上占有相當(dāng)大的份額?，F(xiàn)階段國內(nèi)使用的各類防盜、保安報警器基本都

22、是以超聲波、主動式紅外發(fā)射和接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。而這里所涉及的被動式報警器則采用了美國的傳感元件熱釋電傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺瑫r它還能鑒別出運(yùn)動的生物與其它非生物。隨著國家智能化小區(qū)建設(shè)的推廣，防盜系統(tǒng)已成為智能小區(qū)的必需設(shè)備。利用單片機(jī)控制技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的智能無線防盜系統(tǒng)，并開發(fā)相關(guān)的傳感器。采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不需重新布線，特別適用于已裝修用戶及布線不方便的場合。系統(tǒng)的信號發(fā)射部分主要采用熱釋電紅外傳感器，目前紅外傳感器有熱釋電型和量子型兩種。其中熱釋電型是基于溫度測量的工作方式。一般采用L

23、iTaO3作為熱釋電材料，它在溫度限定范圍內(nèi)穩(wěn)定性好且價格低廉。LiTaO3熱釋電材料處于自發(fā)極化狀態(tài)。當(dāng)紅外線入射吸收后，結(jié)晶的溫度改變，自發(fā)極化也發(fā)生變化結(jié)晶表面的電荷變得不平衡。把這種不平衡電荷以電壓變化的形式取出，便可檢測紅外線。因此，熱釋電材料只有在溫度變化時才產(chǎn)生電壓。如果紅外線一直照射，無不平衡電荷，電壓的變化為零。沒有紅外線照射時，結(jié)晶表面電荷同樣呈現(xiàn)為不平衡狀態(tài)。熱釋電紅外傳感器因紅外線照射(或遮擋)而產(chǎn)生(或失去)熱量才有輸出，因此，從原理上講，它和波長沒有什么關(guān)系，但應(yīng)選用合適測定波長的濾光器作為窗口材料，才能實現(xiàn)其應(yīng)有的功能。量子型紅外傳感器的特點是檢測靈敏度高，響應(yīng)速

24、度快，響應(yīng)的靈敏度與波長有關(guān)。信號接收部分采用的是AT89C2051單片機(jī)，現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。

25、現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。第 2 章 紅外線2.1 紅外線簡介2.1.1 紅外線紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側(cè)的那支溫度計升溫最快。紅外線具有：1.有熱效應(yīng)2.穿透云霧的能力強(qiáng)因此得到結(jié)論：太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。也可以當(dāng)作傳輸之媒界。太陽光譜上紅外線的波長大于可見光線，波長為0.75100

26、0m。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為0.751.50m之間；中紅外線，波長為1.506.0m之間；遠(yuǎn)紅外線，波長為6.0l000m之間。“555”時基集成電路A1與外圍元件構(gòu)成了自激多諧振蕩器,其振蕩頻率約為30kHz,占空比為1:10遠(yuǎn)紅外線的功能簡介。2.1.2 紅外輻射紅外輻射是波長介于可見光與微波之間的電磁波(電磁輻射)。1666年，英國物理學(xué)家I.牛頓發(fā)現(xiàn)，太陽光經(jīng)過三棱鏡后分裂成彩色光帶紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。1800年，英國天文學(xué)家F.W.赫歇耳在用水銀溫度計研究太陽光譜的熱效應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)熱效應(yīng)最顯著的部位不在彩色光帶內(nèi)，而在紅光之外。因此，他認(rèn)為在紅光之外存在一種不可

27、見光。后來的實驗證明，這種不可見光與可見光具有相同的物理性質(zhì),遵守相同的規(guī)律,所不同的只是一個物理參數(shù)波長。這種不可見光稱為紅外輻射，又稱紅外光、紅外線。1718世紀(jì)，許多物理學(xué)家認(rèn)為，光(包括紅外光和紫外光)具有波動的性質(zhì),有一定的傳播速度,波長是它的特征參數(shù)并可以測量?？梢姽獾牟噬煌?，反映了它們的波長不同。紫光的波長最短，紅光的波長最長，紅外輻射的波長則更長，紫外光的波長比紫光更短。1864年，英國物理學(xué)家J.C.麥克斯韋從理論上總結(jié)了當(dāng)時已有的電磁學(xué)規(guī)律,提出了存在電磁波的可能性,它的傳播速度可用純電學(xué)量計算出來。后來的實際測量證明，其傳播速度就是光速。因而猜想，光波就是電磁波。188

28、7年，德國科學(xué)家H.R.赫茲用實驗證實了這一猜想。已知帶電體受到擾動就發(fā)射出電磁波。擾動越強(qiáng)烈，發(fā)射出電磁波的能量就越大，波長就越短。2.1.3 紅外輻射原理在某些應(yīng)用現(xiàn)場，檢測器要接觸被測物是不實際或者是不可能的。而紅外檢測器可以在短時間內(nèi)遠(yuǎn)距離測量溫度，因此在某些情況下它是非常實用的。輻射原理 所有的物體都是由不斷震動的原子構(gòu)成的，高能量的原子震動頻率越高。所有微粒的震動，包括這些原子，生成電磁波譜。物體的溫度越高，它的震動就越快，因此光譜的輻射能量就越高。結(jié)果，所有物體都不停的以自身的波長頻率向外輻射，而其波長和頻率又取決于物體自身的溫度和它的光譜比輻射率。視覺范圍比率和到直徑距離的比率

29、 視覺范圍是指儀器操作的角度，它是由該個體的視度所決定的。視覺范圍是儀器和目標(biāo)物距離與目標(biāo)物直徑的比率。目標(biāo)物越小，你就應(yīng)該靠它更近一些。當(dāng)目標(biāo)物的直徑很小時，那么將溫度計靠目標(biāo)物近一些就顯得很重要，這樣可以確保只是在測量該目標(biāo)物，而不包括周圍環(huán)境。視度操作D：S是指視點直徑距離的比率，它包括目標(biāo)物前面最大限度接受輻射的90%。激光可視激光點是用來顯示測量區(qū)域的點，而不是散發(fā)出某種東西要測量。2.2 紅外技術(shù)2.2.1 紅外技術(shù)定義紅外技術(shù)是研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳播、轉(zhuǎn)化、測量及其應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)。紅外技術(shù)的內(nèi)容包含四個主要部分：1. 紅外輻射的性質(zhì)，其中有受熱物體所發(fā)射的輻射在光譜、強(qiáng)度和方向

30、的分布；輻射在媒質(zhì)中的傳播特性-反射、折射、衍射和散射；熱電效應(yīng)和光電效應(yīng)等。2. 紅外元件、部件的研制，包括輻射源、微型制冷器、紅外窗口材料和濾光電等。3. 把各種紅外元、部件構(gòu)成系統(tǒng)的光學(xué)、電子學(xué)和精密機(jī)械。4. 紅外技術(shù)在軍事上和國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用。由此可見，紅外技術(shù)的研究涉及的范圍相當(dāng)廣泛，既有目標(biāo)的紅外輻射特性，背景特性，又有紅外元、部件及系統(tǒng)；既有材料問題，又有應(yīng)用問題。與紅外線相關(guān)的技術(shù)還有：探測技術(shù);精確制導(dǎo)技術(shù);光電子技術(shù)；先進(jìn)材料技術(shù)。2.2.2 紅外技術(shù)的影響物理學(xué)的研究告訴我們，在自然界中，任何溫度高于絕對零度(0°K或-273)的物體都在向外輻射各種波長的紅外

31、線，物體的溫度越高，其輻射紅外線的強(qiáng)度也越大。我們根據(jù)各類目標(biāo)和背景輻射特性的差異，就可以利用紅外技術(shù)在白天和黑夜對目標(biāo)進(jìn)行探測、跟蹤和識別，以獲取目標(biāo)信息。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，獲取戰(zhàn)場信息的優(yōu)勢已經(jīng)成為掌握戰(zhàn)爭主動權(quán)的關(guān)鍵，紅外技術(shù)是從空中和空間獲取戰(zhàn)場信息的關(guān)鍵技術(shù)之一，因此，許多國家均投入很大的人力和物力去研究紅外技術(shù)，并將其廣泛地應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，并產(chǎn)生巨大影響。紅外技術(shù)已成為軍事目標(biāo)的偵察、監(jiān)視、預(yù)警與跟蹤的重要手段。一切軍事目標(biāo)，如海洋中的艦船、地面部隊行動及各種裝備、空中的飛機(jī)、導(dǎo)彈，都散發(fā)熱量，發(fā)出大量的紅外輻射。利用紅外技術(shù)裝備，就可以從空中和空間對這些目標(biāo)進(jìn)行偵察、監(jiān)視與跟蹤。如偵

32、察衛(wèi)星依靠紅外成像設(shè)備和多光譜儀可以白天黑夜地獲取大量的軍事情報。裝有紅外探測器的導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星從70年代以來，一直監(jiān)視著世界各國的彈道導(dǎo)彈發(fā)射，為國家及軍事指揮部門提供警報，如目前美國國防支援計劃中的預(yù)警衛(wèi)星在幾十秒鐘內(nèi)，就可以鑒別來襲導(dǎo)彈的發(fā)射和方向，據(jù)說將來美國的天基紅外系統(tǒng)可在20秒內(nèi)，提供有關(guān)導(dǎo)彈發(fā)射和方向方面的精確信息，為攔截來襲導(dǎo)彈提供寶貴的預(yù)警時間。2.2.3 紅外技術(shù)的發(fā)展趨勢紅外技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵在于紅外材料的研制、紅外設(shè)備的制冷、紅外設(shè)備向更長波段發(fā)展、紅外焦平面陣列器件的研制和紅外設(shè)備與數(shù)據(jù)處理設(shè)備的結(jié)合等。紅外技術(shù)的發(fā)展以紅外探測器的發(fā)展為標(biāo)志，可以從紅外探測器的發(fā)展來推斷

33、其發(fā)展趨勢。1. 紅外焦平面器件發(fā)展到高密度、快響應(yīng)、元數(shù)達(dá)到106108元以上的大規(guī)模集成器件，由二維向三維多層次結(jié)構(gòu)發(fā)展，在應(yīng)用上就可以實現(xiàn)高清晰度熱像儀，極大地縮小整機(jī)體積，增強(qiáng)功能。2. 雙色、多色紅外器件的發(fā)展使整機(jī)可同時實現(xiàn)不同波長的多光譜成像探測，成倍擴(kuò)大系統(tǒng)信息量，成為目標(biāo)識別和光電對抗的有效手段。3. 探測器在焦平面上實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，按程序進(jìn)行邏輯處理，使紅外整機(jī)實現(xiàn)智能化。4. 提高探測器工作溫度，高性能室溫紅外探測器和焦平面器件是發(fā)展重點之一，不需要制冷器，將會使整機(jī)更精巧、更可靠，從而實現(xiàn)全固體化。5. 提高成品率，降低價格。第 3 章 紅外探測器3.1 紅外探測器紅

34、外探測器是將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出的器件。要察覺這種輻射的存在并測量其強(qiáng)弱，必須把它轉(zhuǎn)變成可以察覺和測量的其他物理量。一般說來，紅外輻射照射物體所引起的任何效應(yīng)，只要效果可以測量而且足夠靈敏，均可用來度量紅外輻射的強(qiáng)弱?，F(xiàn)代紅外探測器所利用的主要是紅外熱效應(yīng)和光電效應(yīng)。這些效應(yīng)的輸出大都是電量，或者可用適當(dāng)?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)變成電量。一個紅外探測器至少有一個對紅外輻射產(chǎn)生敏感效應(yīng)的物體，稱為響應(yīng)元。此外，還包括響應(yīng)元的支架、密封外殼和透紅外輻射的窗口。有時還包括致冷部件、光學(xué)部件和電子部件等。從目前應(yīng)用的情況來看，紅外探測有如下幾個優(yōu)點：環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)于可見光，尤其是在夜間和惡劣天候下的工作能

35、力；隱蔽性好，一般都是被動接收目標(biāo)的信號，比雷達(dá)和激光探測安全且保密性強(qiáng)，不易被干擾；由于是目標(biāo)和背景之間的溫差和發(fā)射率差形成的紅外輻射特性進(jìn)行探測，因而識別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光；與雷達(dá)系統(tǒng)相比，紅外系統(tǒng)的體積小，重量輕，功耗低；由于紅外探測技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點從而使其在軍事國防和民用領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用，尤其是在軍事需求的牽引和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動下，作為高新技術(shù)的紅外探測技術(shù)在未來的應(yīng)用將更加廣泛，地位更加重要。紅外探測器是將不可見的紅外輻射能轉(zhuǎn)變成其它易于測量的能量形式的能量轉(zhuǎn)化器，作為紅外整機(jī)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，紅外探測器的研究始終是紅外物理與技術(shù)發(fā)展的中心。3.2 紅外探測器原

36、理及分類3.2.1 紅外探測器原理紅外探測器是一種輻射能轉(zhuǎn)換器，主要用于將接收到的紅外輻射能轉(zhuǎn)換為便于測量或觀察的電能，熱能等其他形式的能量。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式，紅外探測器可分為熱探測器和光子探測器兩大類。熱探測器的工作機(jī)理是基于入射輻射的熱效應(yīng)引起探測器某一電特性的變化，而光子探測器是基于入射光子流與探測材料相互作用產(chǎn)生的光電效應(yīng)，具體表現(xiàn)為探測器響應(yīng)元自由載流子(即電子和/或空穴)數(shù)目的變化。由于這種變化是由入射光子數(shù)的變化引起的，光子探測器的響應(yīng)正比于吸收的光子數(shù)。而熱探測器的響應(yīng)正比與所吸收的能量。熱探測器的換能過程包括：熱阻效應(yīng)，熱伏效應(yīng)，熱氣動效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)。光子探測器的換能過程包

37、括：光生伏特效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)，光電磁效應(yīng)和光發(fā)射效應(yīng)。探測器已經(jīng)有了20多年的發(fā)展歷史，但是基于探測器本身的原理，目前還存在很多不盡人意的地方。例如，被動紅外探測器受外界環(huán)境的影響就比較大，當(dāng)外界溫度較高，接近人體溫度時，就容易發(fā)生誤報現(xiàn)象；而當(dāng)溫度較低時，探測器則可能因為感應(yīng)不到人體的存在又發(fā)生漏報的情況；另外被動紅外入侵探測器還無法分清人的移動、微風(fēng)、空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及小動物的活動，容易發(fā)生誤報現(xiàn)象。3.2.2 紅外探測器分類紅外探測器制備涉及物理、材料、化學(xué)、機(jī)械、微電子、計算機(jī)等多學(xué)科，是一門綜合科學(xué)。熱探測器吸收紅外輻射后，溫度升高，可以使探測材料產(chǎn)生溫差電動勢、電阻率變化，自發(fā)極化強(qiáng)度

38、變化，或者氣體體積與壓強(qiáng)變化等，測量這些物理性能的變化就可以測定被吸收的紅外輻射能量或功率。分別利用上述不同性能可制成多種熱探測器：1. 液態(tài)的水銀溫度計及氣動的高萊池(Golay cell)：利用了材料的熱脹冷縮效應(yīng)。2. 電偶和熱電堆：利用了溫度梯度可使不同材料間產(chǎn)生溫差電動勢的溫差電效應(yīng)。3. 石英共振器非制冷紅外成像列陣：利用共振頻率對溫度敏感的原理來實現(xiàn)紅外探測。4. 測輻射熱計：利用材料的電阻或介電常數(shù)的熱敏效應(yīng)輻射引起溫升改變材料電阻用以探測熱輻射。因半導(dǎo)體電阻有高的溫度系數(shù)而應(yīng)用最多，測溫輻射熱計常稱“熱敏電阻”。另外，由于高溫超導(dǎo)材料出現(xiàn)，利用轉(zhuǎn)變溫度附近電阻陡變的超導(dǎo)探測器

39、引起重視。如果室溫超導(dǎo)成為現(xiàn)實，將是21世紀(jì)最引人注目的一類探測器；5. 熱釋電探測器：有些晶體，如硫酸三甘酞、鈮酸鍶鋇等，當(dāng)受到紅外輻射照射溫度升高時，引起自發(fā)極化強(qiáng)度變化，結(jié)果在垂直于自發(fā)極化方向的晶體兩個外表面之間產(chǎn)生微小電壓，由此能測量紅外輻射的功率。6. 光子探測器：光子探測器吸收光子后，本身發(fā)生電子狀態(tài)的改變，從而引起內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)等光子效應(yīng)，從光子效應(yīng)的大小可以測定被吸收的光子數(shù)。7. 光電導(dǎo)探測器：又稱光敏電阻。半導(dǎo)體吸收能量足夠大的光子后，體內(nèi)一些載流子從束縛態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蓱B(tài)，從而使半導(dǎo)體電導(dǎo)率增大，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電導(dǎo)探測器分為多晶薄膜型

40、和單晶型兩種。8. 光伏探測器：主要利用p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。能量大于禁帶寬度的紅外光子在結(jié)區(qū)及其附近激發(fā)電子空穴對。存在的結(jié)電場使空穴進(jìn)入p區(qū)，電子進(jìn)入n區(qū)，兩部分出現(xiàn)電位差，外電路就有電壓或電流信號。與光電導(dǎo)探測器比較，光伏探測器背景限探測率大40%，不需要外加偏置電場和負(fù)載電阻，不消耗功率，有高的阻抗。9. 光發(fā)射-Schottky勢壘探測器：金屬和半導(dǎo)體接觸，形成Schottky勢壘，紅外光子透過Si層被PtSi吸收，使電子獲得能量躍遷至費(fèi)米能級，留下空穴越過勢壘進(jìn)入Si襯底，PtSi層的電子被收集，完成紅外探測。10. 量子阱探測器(QWIP)：將兩種半導(dǎo)體材料用人工方法薄層交替生

41、長形成超晶格，在其界面有能帶突變，使得電子和空穴被限制在低勢能阱內(nèi)，從而能量量子化形成量子阱。利用量子阱中能級電子躍遷原理可以做紅外探測器。因入射輻射中只有垂直于超晶格生長面的電極化矢量起作用，光子利用率低；量子阱中基態(tài)電子濃度受摻雜限制，量子效率不高；響應(yīng)光譜區(qū)窄；低溫要求苛刻。第 4 章 主要元器件介紹4.1 單片機(jī)AT89C2051圖 41 AT89C2051單片機(jī)如圖 41所示，AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司

42、的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C2051單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合。同時AT89C2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行。1. 程序保密：89C2051設(shè)計有2個程序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。2. 軟硬件的開發(fā)：8

43、9C2051可以采用下面2種方法開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。(1) 由于89C2051內(nèi)部程序存貯器為Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程89C2051的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯-編譯-固化-插到電路板中試驗這樣反復(fù)循環(huán)的方法，對于熟練的MCS-51程序員來說，這種調(diào)試方法并不十分困難。 (2) 將普通8031/80C31仿真器的仿真插頭中P1.0P1.7和P3.0P3.6引出來仿真205T，這種方法可以運(yùn)用單步、斷點的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實，比如，2051的內(nèi)部模擬比較器功能，P1口、P3口的增強(qiáng)下拉能力等等。4.2 電源電路4.2.1 固定三端穩(wěn)壓器如圖 4

44、2所示，三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸也三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在使用時必須注意：(VI)和(Vo)之間的關(guān)系，以7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于7V，這樣輸入/輸出之間有23V及以上的壓

45、差。使調(diào)整管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時調(diào)整管不進(jìn)入飽和，又不致于功耗偏大。另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個二極管，用來防止輸入端短路時,輸出端存儲的電荷通過穩(wěn)壓器,而損壞器件。圖 42 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理圖4.2.2 78系列應(yīng)用電路提高輸電壓的電路如圖 43所示，其中I1為三端穩(wěn)壓器的靜態(tài)工作電流，其值變化不大，一般在5mA左右，最大8mA，由于穩(wěn)壓作用，所以輸出端為5V，也就是R1兩端為5V，流過電流I2=5/R1，I2加上I1流過R2，所以R2兩端的電壓為(I1+I2)*R2，最后兩個電阻兩端的電壓加起來就是，

46、輸也電壓UO。4.2.3 78系統(tǒng)L05三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列(下電源)和79系列(負(fù)電源)，輸出電壓由具體型號中的后面兩個數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。輸出電流以78(或79)后面加字母來區(qū)分。L表示0.1A,M表示0.5A，無字母表示1.5A，如78L05表圖 43 78L05管腳圖引腳圖4.3 555定時器4.3.1 555定時器簡介如圖 44所示，555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器

47、的電源電壓范圍寬，可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，輸出驅(qū)動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555定時器有二個比較器A1和A2，有一個RS觸發(fā)器，R和S高電平有效。三極管VT1對清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個由三個5kW電阻組成的分壓器，由此可以獲得0和1兩個分壓值，一般稱為閾值。555定時器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TL，3腳是輸出端

48、OUT，4腳是清除端Rd，5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸發(fā)端TH，7腳是放電端DIS，8腳是電源端VCC。555定時器的輸出端電流可以達(dá)到200mA，因此可以直接驅(qū)動與這個電流數(shù)值相當(dāng)?shù)呢?fù)載，如繼電器、揚(yáng)聲器、發(fā)光二極管等。 圖 44 555定時器內(nèi)部框圖4.3.2 555時序電路的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能圖 45 555時基電路的電路結(jié)構(gòu)和引腳圖如圖 45所示，為555時基電路的電路結(jié)構(gòu)和8腳雙列直插式的引腳圖，由圖可知555電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本個部分組成。1腳：GND(或Vss)外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時基電路VC型

49、時基電路VCC的范圍為318V。一般用5V。3腳：OUT(或Vo)輸出端。2腳：TR低觸發(fā)端。6腳：TH高觸發(fā)端。4腳：R是直接清零端。當(dāng)R端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。電阻分壓器由三個5k的等值電阻串聯(lián)而成。電阻分壓器為比較器C1、C2提供參考電壓，比較器C1的參考電壓為2/3Vcc，加在同相輸入端，比較器C2

50、的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號加在C1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器R端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在C2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器S端的輸入信號。基本RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器C1、C2的輸出端控制。4.3.3 555定時器的應(yīng)用555組成的定時電路圖 46所示。圖 46 555組成的定時電路圖2. 構(gòu)成多諧振蕩器如圖 47所示，由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦

51、不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1通R1、R2向C充電，以及C通過R2，以及C通過R2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖4-10所示。圖 47 構(gòu)成多諧振蕩器圖圖 48 多諧振蕩器的波形圖輸出信號的時間參數(shù)是 tw1=0.7（R1+R2）C (4-1) tw2=0.7R2C (4-2)其中，tw1為VC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時間，tw2為電容C放電所需的時間。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。

52、3. 組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路如圖 49，D1、D2用來決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑(充電時D1導(dǎo)通，D2截止；放電時D2導(dǎo)通，D1截止)。圖 49 555構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器可見，若取RA=RB，電路即可輸出占空比為50的方波信號。4.4 COMS反相器結(jié)構(gòu)電路及其工作原理4.4.1 COMS反相器如圖 410所示CMOS反相器由兩個增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管組成，其中V1為NMOS管，稱驅(qū)動管，V2為PMOS管，稱負(fù)載管。 NMOS管的柵源開啟電壓UTN為正值，PMOS管的柵源開啟電壓是負(fù)值，其數(shù)值范圍在25V之間。為了使電路能正常工作，要求電源電壓UDD(UTN+|UTP|)

53、。UDD可在318V之間工作，其適用范圍較寬。圖 410 CMOS反相器工作原理：(1) 當(dāng)UI=UIL=0V時，UGS1=0，因此V1管截止，而此時|UGS2|UTP|，所以V2導(dǎo)通，且導(dǎo)通內(nèi)阻很低，所以UO=UOHUDD， 即輸出為高電平。(2) 當(dāng)UI=UIH=UDD時，UGS1=UDDUTN，V1導(dǎo)通，而UGS2=0|UTP|，因此V2截止。此時UO=UOL0，即輸出為低電平。 可見，CMOS反相器實現(xiàn)了邏輯非的功能。CMOS反相器的主要特性：CMOS 反相器的電流傳輸特性如圖 411所示圖 411 COMS反相器的電流傳輸特性在AB段由于V1截止，阻抗很高，所以流過V1和V2的漏電流

54、幾乎為0。 在CD段V2截止，阻抗很高，所以流過V1和V2的漏電流也幾乎為0。只有在BC段，V1和V2均導(dǎo)通時才有電流iD流過V1和V2，并且在UI=1/2UDD附近，iD最大。4.4.2 反相器CC4069如圖 412所示，CC4069由六個COS/MOS反相器電路組成。此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驅(qū)動和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。CC4069提供了14引線多層陶瓷雙列直插(D)，熔封陶瓷雙列直插(J)，塑料雙列直插(P)和陶瓷片狀載體(C)4種。圖 412 反相器CC40694.4.3 CC4069其他應(yīng)用CC4069構(gòu)成的低成本積分器如圖 413所示，為低成本積分電路。積分器一般都是用運(yùn)算放大器構(gòu)成，但用CMOS反相器CC4069也可構(gòu)成積分器，并且其效果較好，成本非常低。用CMOS門組成積分器是利用它的線性區(qū)具備放大這一特點。電路中R1和R2可以改變，以適應(yīng)頻率和幅度的要求。兩個0.1F的電容作補(bǔ)償用，防止產(chǎn)生不必要的振蕩。集成電路也可采用其他反相形式的門電路，但必須是不帶緩沖，即