雙音報警器(共17頁)

1、PAGE 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc249457549 1 電路設(shè)計方案(fng n)及選定 PAGEREF _Toc249457549 h 1 HYPERLINK l _Toc249457550 1.1 設(shè)計任務(wù)(rn wu)及要求 PAGEREF _Toc249457550 h 1 HYPERLINK l _Toc249457551 1.2 設(shè)計方案的比較(bjio)和選定 PAGEREF _Toc249457551 h 1 HYPERLINK l _Toc249457552 1.2.1 設(shè)計方案的比較 PAGEREF _Toc24945755

2、2 h 1 HYPERLINK l _Toc249457553 1.2.2 設(shè)計方案的選定 PAGEREF _Toc249457553 h 4 HYPERLINK l _Toc249457554 2 555定時器 PAGEREF _Toc249457554 h 5 HYPERLINK l _Toc249457555 2.1計時器的特點及原理 PAGEREF _Toc249457555 h 5 HYPERLINK l _Toc249457556 2.1.1 計時器的特點 PAGEREF _Toc249457556 h 5 HYPERLINK l _Toc249457557 2.2.1計時器的原理

3、 PAGEREF _Toc249457557 h 6 HYPERLINK l _Toc249457558 2.2由555定時器組成的多諧振蕩器 PAGEREF _Toc249457558 h 7 HYPERLINK l _Toc249457559 3 電路的設(shè)計與調(diào)試 PAGEREF _Toc249457559 h 9 HYPERLINK l _Toc249457560 3.1電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc249457560 h 9 HYPERLINK l _Toc249457561 3.2電路的制作 PAGEREF _Toc249457561 h 11 HYPERLINK l _Toc

4、249457562 3.3 電路的修正 PAGEREF _Toc249457562 h 11 HYPERLINK l _Toc249457563 心得與體會 PAGEREF _Toc249457563 h 14 HYPERLINK l _Toc249457565 主要參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc249457565 h 15 HYPERLINK l _Toc249457566 附錄A 雙音報警器設(shè)計原理圖 PAGEREF _Toc249457566 h 16 HYPERLINK l _Toc249457569 附錄B 元件清單 PAGEREF _Toc249457569 h 16 PAGE

5、 191 電路設(shè)計方案(fng n)及選定1.1 設(shè)計任務(wù)(rn wu)及要求本課程要求設(shè)計一個雙音報警器。設(shè)計要求用555時基電路施密特的多諧振蕩器，使電路通過一個小型揚(yáng)聲器可以發(fā)出(fch)兩種不同頻率的“滴、嘟、滴、嘟”的聲響，與救護(hù)車的笛音相似而發(fā)出報警信號。實訓(xùn)目的：1、掌握555構(gòu)成電路的實際應(yīng)用。通過雙音報警器熟悉用555構(gòu)成的多諧振蕩電路。2、熟悉555時基電路控制端的功能和作用。3、了解用電壓調(diào)制頻率的方法。4、學(xué)會分析變化的信號波形。1.2 設(shè)計方案的比較和選定 1.2.1 設(shè)計方案的比較該方案可以有多種設(shè)計思路與可行性方案。例如與非門組成的雙音報警器、電路光控報警電路、由

6、兩個555集成塊組成的雙音報警器等。第一種方案: 圖示A是用TTL與非門組成的雙音報警線路。它是由三個振蕩器組成的，各有不同的振蕩頻率。圖中的晶體三極管和、和、組成的約1000Hz的頻率振蕩；、和、組成頻率約200Hz的振蕩。三種不同的頻率進(jìn)過調(diào)制后，輸出端加一級驅(qū)動，即可由揚(yáng)聲器發(fā)出雙音。用作報警時，5V電源處需輸入相應(yīng)的電位；如作門鈴應(yīng)用時，只要中間加一只按鈕開關(guān)即可。圖1.2.1-1與非門組成(z chn)的雙音報警電路第二種方案(fng n) ：本柜、屜光控報警電路用于錢幣或貴重物品被強(qiáng)行打開時報警，它能發(fā)出兩種不同的音調(diào)的聲響，低音和高音，高音如警笛，相互交替，使竊者魂飛魄散，逃之夭

7、夭。該電路由光控低頻振蕩器和可控式高音頻反饋振蕩器組成。電路中的SN未微型(wixng)彈性按鈕，當(dāng)柜，屜關(guān)緊時SN處于斷開狀態(tài)；一旦他人將其打開，SN自動閉合，電路通電運(yùn)行。在門打開到一定位置時，光敏管VT1受光照呈現(xiàn)低阻態(tài)；平時呈現(xiàn)高阻態(tài)（暗阻為幾百）。VT1和RP組成光控支路，在無光照下，由于VT1暗阻大，使555的4腳電位在0.4V以下555處于強(qiáng)制復(fù)位態(tài)，3腳輸出為低電平。VT1在一定的光照下呈低阻，它與RP1的分壓使555的4腳電位高于0.4V，555的強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)解除，開始多諧振蕩。555和、等組成可控式多諧振蕩器，它的振蕩頻率為 。圖示參數(shù)是按10Hz設(shè)計的。VT2，VT3 ，

8、和，等組成一個可控式反饋音頻振蕩器。在555輸出低電平時VT2，VT因無偏置電流不會起振；在555起振并輸出高電平脈沖期間，VT2通過限流后注入偏流，VT2和VT3等組成的音頻振蕩器便開始振蕩，圖示參數(shù)能發(fā)出類似警笛的尖叫聲。由于受555產(chǎn)生的低頻脈沖的調(diào)制，喇叭發(fā)出的是間歇式的短促警笛聲并伴有低沉的重錐聲。電路中的VT1采用2CU系列的光敏二極管，如2CU101A-2CU101D，宜選用正品管，其特點是無光照時暗阻大，有光照時亮阻??；反饋電容器宜選用漏電或損耗小的云母電容器或CT4型的獨石電容器。揚(yáng)聲器B可以選用8的舌簧式電動式揚(yáng)聲器。 圖1.2.1-2本柜、屜光控報警(bo jng)電路第

9、三種方案(fng n)：它是由兩個(lin )555集成塊組成的雙音報警器。其:5腳為控制端，片內(nèi)接比較器的反相輸入端，電位為。一般555組成自激多諧振蕩器時，將5腳通過一個小電容(0.01F-0.1F)接地，以防止外界干擾對閥值電壓的影響，當(dāng)需要把它變成可控多諧振蕩器時，可以在電路的5腳外加一個控制電壓，這個電壓將改變芯片內(nèi)比較電平，從而改變振蕩頻率，當(dāng)控制電壓升高(降低)時，振蕩頻率降低(升高)，這就是控制電壓對振蕩信號頻率的調(diào)制。利用這種調(diào)制方法，可組成雙音報警器。輸出的方波信號，通過控制的電平。當(dāng)輸出高電平時，的振蕩頻率低，當(dāng)輸出低電平時，的振蕩頻率高。因此的振蕩頻率被的輸出電壓調(diào)試為

10、兩種音頻，使揚(yáng)聲器發(fā)出“滴、嘟、滴、嘟”的雙音聲響。其使用分立式元件不僅增大了設(shè)計的難度而且使整個電路的最終設(shè)計效果與可信度降低，揚(yáng)聲器發(fā)出的兩種不同頻率的聲響不易區(qū)分，效果不理想。 圖1.2.1-3由兩個(lin )555組成(z chn)的雙音報警器電路 1.2.2 設(shè)計方案的選定(xun dn)第一種方案：其使用分立式元件不僅增大了設(shè)計的難度而且使整個電路的最終設(shè)計效果與可信度降低；使揚(yáng)聲器發(fā)出的兩種不同頻率的聲響不易區(qū)分，效果不理想；還使設(shè)計成本增加。第二種方案： 其使用了一個555集成塊，提高了最終的設(shè)計效果，降低了設(shè)計難度。但是其還是用了不少的分立式元件，使得電路的整體效果不佳。其

11、中光敏二極管需要光源，在黑暗下無法工作，不滿足設(shè)計基本要求。 第三種方案：它是由兩個555集成塊組成的雙音報警器。該電路主要由集成元件組成。集成元件與分立式元件相比較，集成元件的優(yōu)勢：1、元件制作方便快捷。其將一個特定的功能集合在一起，供使用者使用，不必再花費過多的時間、精力。而且它保證并提高了整個電路的整體性能，使揚(yáng)聲器能清晰地發(fā)出兩種不同頻率的聲響，較好的滿足設(shè)計的要求。2、元件制作可行性高。集成元件提供了很大的可行度，而奮元件在復(fù)雜的電路中要不斷地返回檢查，增加了任務(wù)量。3、由分立元件組成的電路，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。但只要其中一個

12、環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則性能會低于一般集成電路。且為了不致過載、過流、過熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。集成功放電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計具有復(fù)合保護(hù)電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡單，保護(hù)功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問題。 2 555定時器2.1計時器的特點(tdin)及原理2.1.1 計時器的特點(tdin)555定時器是一種將模擬電路和數(shù)字電路集成(j chn)與一體的電子器件。用它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等多種電路。其在工業(yè)控制、定時、檢測、報警等方面有廣泛應(yīng)用。555時基集成電路具有

13、成本低、易使用、適應(yīng)面廣、驅(qū)動電流大和一定的負(fù)載能力。在電子制作中只需經(jīng)過簡單調(diào)試，就可以做成多種實用的各種小電路，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于三極管電路。 555時基集成電路的主要參數(shù)為（以NE555為例）電源電壓4.516V。輸出功率大，驅(qū)動電流達(dá)200mA。作定時器使用時，定時精度為1。定時時間從微秒級到小時級。作振蕩使用時，輸出的脈沖的最高頻率可達(dá)500KHz?？晒ぷ饔跓o穩(wěn)態(tài)和單穩(wěn)態(tài)兩種方式。 可調(diào)整占空比。溫度穩(wěn)定性好于 。常見的555時基電路為塑料雙列直插式封裝（見圖2.2.1），正面印有555字樣，左下角為腳1，管腳號按逆時針方向排列。圖2.1.1-1 555時基電路2.2.1計時器的原理(yunl

14、)它含有兩個電壓比較器，一個(y )基本RS觸發(fā)器，一個放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只的電阻器構(gòu)成(guchng)分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為 和 。A1和A2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)輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于 時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接VCC。Vc是控制電壓端（5腳），平時輸出 作為比較器A1的參考電平當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比

15、較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01uF的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。在使用時，該三極管的集電極（7腳）一般都要外接上拉電阻。圖2.2.1-1 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)閾值輸入 觸發(fā)輸入 復(fù)位 RS輸出Vo放電管T 0 0 導(dǎo)通 1 10 1截止 1 010導(dǎo)通 1 11 不變不變表2.2.1-1 555功能表2.2由555定時器組成(z chn)的多諧振蕩器由555定時器和外接組件(z jin)R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接(zhji)相連。電路沒

16、有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電Dc端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波形，對應(yīng)的波形如圖所示。圖2.2-1由555構(gòu)成(guchng)的多諧振蕩器圖2.2-2多諧振蕩器的波形圖輸出信號(xnho)的參數(shù)有： 電路(dinl)振蕩周期：電容充電(chng din)時間：電容(dinrng)放電時間：電路振蕩頻率：輸出波形占空比：其中為由上升到所需時間，為電容C放電所需時間。555電路要求與均應(yīng)不小于，但兩者之和應(yīng)不大于。由于555定時電路內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形

17、式，用 555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。外部組件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的組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。3 電路的設(shè)計與調(diào)試3.1電路的設(shè)計選用555定時器組成多諧振蕩器。而整個電路由兩個555定時器、組成。中間加有R5以連接的3腳與的5腳。通過R5的方波的低頻加至的控制電壓端5腳，對第二級進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)方波為高電平時，的頻率較低；而當(dāng)方波為低電平時，的振蕩頻率高，則揚(yáng)聲器會發(fā)出高低連續(xù)變化的雙音。的5腳為控制電壓端，當(dāng)方波加至此，改變了集成塊的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓值，從而實

18、現(xiàn)了對555振蕩頻率的控制，經(jīng)的濾波作用后，小型揚(yáng)聲器發(fā)出兩種不同頻率的“滴、嘟、滴、嘟”的聲響。要求(yoqi)輸出功率為120mW，輸出阻抗為。為了(wi le)與輸出阻抗匹配(ppi)，則應(yīng)選用的揚(yáng)聲器。的振蕩頻率： ，約為0.7Hz。的振蕩頻率：，約為500Hz。: ，: ， 頻率范圍為高頻1500Hz，低頻500Hz。 由得高頻下周期為0.67ms，低頻下周期為2ms。3.2電路(dinl)的制作該電路的設(shè)計使用多孔板制作。而制作電路產(chǎn)品要使用焊接技術(shù)。焊接前應(yīng)準(zhǔn)備好焊接工具和材料，清潔被焊件及工作臺，進(jìn)行元器件的插裝及導(dǎo)線端得處理，左手拿焊絲，右手握電烙鐵，同時進(jìn)入(jnr)備焊狀

19、態(tài)。電烙鐵頭放置焊件處加熱，焊錫絲在電烙鐵對側(cè)，立即送入焊錫絲。待焊錫在焊點上全部濕潤后錫絲移開應(yīng)略早于電烙鐵。待焊點全部焊接完后，按照電路圖用導(dǎo)線將各個焊點連接起來，電路初步就做成了。將電路接入微型計算機(jī)電源5V中，接通電源，試聽揚(yáng)聲器聲音。只能聽見“滴”的一種聲音。接入示波器中幾乎只見到一種波形(b xn)，其間偶爾出現(xiàn)一點高頻，電路設(shè)計的效果不好。現(xiàn)在取下斷開的3腳與的5腳，在的5腳接一個0.01uF的電容，接通電源，用示波器觀察和的輸出波形。然觀察到的和的輸出波形均為正常的矩形方波。3.3 電路的修正在本次課程電路的設(shè)計中，我使用了Protel 99 SE軟件進(jìn)行電路設(shè)計，并用Mult

20、isim2001軟件進(jìn)行電路仿真。在Multisim2001仿真軟件中，我發(fā)現(xiàn)原電路圖通過仿真示波器出來的波形與理想中的波形向差很遠(yuǎn)。而是出現(xiàn)在高低電平不同作用下，的3腳出來的波形均出現(xiàn)不同頻率的波形，沒有周期性、比較混亂;而且較低的頻率在高低電平下幾乎保持不變。問題出現(xiàn)后，我采取單一變量原則，先后改變了電阻、的值。在保證不變下，分別改變、阻值，出現(xiàn)了不變的單一頻率。改變下，出現(xiàn)的電平頻率忽高忽低，而不受電平影響。各次仿真結(jié)果均告失敗。由于人耳分辨聲音頻率的限制及靈敏度，在制作的電路作品中只能較為清晰地分辨出一種頻率的聲音。問題出現(xiàn)(chxin)后，我嘗試從其它方面入手。我試著將從電阻出來(c

21、h li)應(yīng)連接到的5腳導(dǎo)線改連到7腳，并在5腳與底線間加了個0.01uF的電容。進(jìn)行仿真(fn zhn)，高電平下出現(xiàn)很好的單一電平，而低電平下未有電平出現(xiàn)。采取單一變量原則。阻值減小，沒變化；阻值增加到左右時，在低頻下，出現(xiàn)波形，然波形頻率不一致，高頻下易然。繼續(xù)增加阻值，波形沒有很好改觀。阻值增加或減少，在低頻作用下沒有任何的改觀。阻值增加，不行；阻值減小到時，出現(xiàn)了較為理想的波形。高電平下出現(xiàn)高頻，占空比約50%；低電平下出現(xiàn)低頻，占空比較高，約75%。根據(jù)設(shè)計要求與仿真情況，最終我選取了為，為，為，另加了一個電容為0.01uF。電路輸出波形為，低電平下出現(xiàn)低頻，高電平下出現(xiàn)高頻。圖3.3-1雙音報警器Multisim設(shè)計圖 表3.3-2波形(b xn)仿真圖（1）表3.3-3波形(b xn)仿真圖（2）心得(xnd)與體會雙音頻報警器是個很有意思的課程設(shè)計課題，因為它同實際聯(lián)系的比較緊密，人們幾乎天天都要聽到它的聲音，所以做起來會很有興趣。在設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)了我理論知識上有不少(b sho)的漏洞，這給了我不少壓力，于是我又?jǐn)D出時間努力加深文化知識。對于Muitism2001軟件，我沒有(mi yu)接觸過，之前，老師沒有教過，我們也沒有學(xué)習(xí)過。真是趕鴨子上架?。榱藢⒄n程設(shè)計做好，我不得不