項目五 觸摸式防盜報警電路制作與調(diào)試

1、項目五項目五 觸摸式防盜報警電路制作與調(diào)試觸摸式防盜報警電路制作與調(diào)試 專題專題1 555電路電路 專題專題2 振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)電路振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)電路 任務(wù)任務(wù)1 觸摸式防盜報警器電路仿真觸摸式防盜報警器電路仿真 任務(wù)任務(wù)2 觸摸式防盜報警電路制作與調(diào)試觸摸式防盜報警電路制作與調(diào)試專題專題1 555電路電路 5.1.1 555電路簡介電路簡介 555定時器采用雙列直插式封裝形式，共有8個引腳，如圖5-1所示。外引腳的功能分別為： 1端為接地端。 2端為低觸發(fā)端。當(dāng)C0端不外接參考電源時，此端電位低于VCC/3時，電壓比較器C1輸出低電平，反之輸出高電平。 3端為輸出端。 4端為復(fù)位端，此端輸

2、入低電平可使輸出端為低電平。正常工作時應(yīng)接高電平。 5端為電壓控制端。此端外接一個參考電源時，可以改變上、下兩比較器的參考電平的值，無輸入時，UC0=2VCC/3。 6端為高觸發(fā)端。當(dāng)C0端不外接參考電源時，此端電位高于2VCC/3時，電壓比較器C1輸出低電平，反之輸出高電平。 7端為放電端。當(dāng)V導(dǎo)通時，外電路電容上的電荷可以通過它釋放，7端也可以作為集電極開路輸出端。 8端為電源端。 圖5-1 555定時器 5.1.2 555電路結(jié)構(gòu)及工作原理電路結(jié)構(gòu)及工作原理 555定時器是一種電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。只要外部配接少數(shù)幾個阻容元件便可組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

3、、多諧振蕩器等電路。555定時器的電源電壓范圍寬， 雙極型555定時器為516V，CMOS 555定時器為318 V?？梢蕴峁┡cTTL及CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平。555定時器還可輸出一定的功率，可驅(qū)動微電機、指示燈、揚聲器等。它在脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測量與控制、電子玩具等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。 555定時器內(nèi)部電路如圖5-2所示, 一般由分壓器、比較器、觸發(fā)器和開關(guān)及輸出等四部分組成。 1.分壓器分壓器 分壓器由三個等值的5K電阻串聯(lián)而成，將電源電壓Vcc分為三等份，作用是為比較器提供兩個參考電壓UR1、UR2，若控制端CO懸空或通過電容接地，則:若控制端C0外加控制電壓則

4、:123CCRVU123CCRVU23CCRVU1RCOUU22CORUU圖5-2 555定時器內(nèi)部電路 2.比較器比較器 比較器是由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運放C1、C2構(gòu)成。C1用來比較參考電壓UR1和高電平觸發(fā)端電壓UTH: 當(dāng)UTH UR1，集成運放C1輸出UC1=0; 當(dāng)UTHUR1，集成運放C1輸出UC1=1。C2用來比較參考電壓UR2和低電平觸發(fā)端電壓 : 當(dāng) UR2，集成運放C2輸出UC2=1; 當(dāng) UR2，集成運放C2輸出UC2=0。 3.基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 當(dāng) =01時，Q=0， =1;當(dāng) =10時，Q=1， =0。 4.開關(guān)及輸出開關(guān)及輸出 放電開關(guān)由一個晶體三極管組成，

5、其基極受基本RS觸發(fā)器輸出端Q控制。當(dāng)Q=1時，三極管導(dǎo)通，放電端V通過導(dǎo)通的三極管為外電路提供放電的通路；當(dāng)Q=0，三極管截止，放電通路被截斷。輸出緩沖器G3用于增大對負載的驅(qū)動能力和隔離負載對555集成電路的影響。 555定時器功能表如表5-1所示TRUTRUTRURSQRSQ表5-1 555定時器功能表RTRU32Vcc3Vcc32Vcc3Vcc32Vcc3Vcc輸 入輸 出UTHOUT放電管V狀態(tài)00與地導(dǎo)通1 0與地導(dǎo)通1 保持原狀態(tài)保持原狀態(tài)1 1與地斷開專題專題2 振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)電路振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)電路 5.2.1 555電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器 將555定時器

6、的第2、6引腳連接到一起作為輸入端即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器電路，其第5腳通過0.01F電容接地防止外界信號對參考電壓的干擾。電路如下圖5-3：圖5-3 施密特觸發(fā)器電路工作原理工作原理 圖5-4為施密特觸發(fā)器電壓變換圖。 當(dāng)輸入電壓ui 時，電壓比較器C1和C2的輸出uc11，uc20，基本RS觸發(fā)器置1，Q1、 0，這時輸出uoUOH1。 當(dāng)輸入電壓ui上升到 ui 時，uc11、uc21，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，即輸出uoUOH1。 當(dāng)輸入電壓ui繼續(xù)上升到ui 時，uc10、uc21，RS觸發(fā)器置0，Q0、 1，輸出uo由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，即uo0。 當(dāng)輸入電壓ui由以上逐漸下降到

7、ui 時，電壓比較器的輸出分別為uc11、uc21。基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。即Q0、 1，輸出uoUOL0。當(dāng)輸入電壓ui繼續(xù)下降到ui 時，uc11、uc20，RS觸發(fā)器置1，Q1、 0，uo由低電平躍到高電平UOH。 CCV31QQCCV31CCV32CCV32QCCV31CCV32QCCV31Q圖5-4 施密特觸發(fā)器電壓變換 可見，當(dāng)輸入電壓ui上升到ui 時，電路輸出uo發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，當(dāng)ui下降到 時，uo又一次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電路在輸入電壓上升和下降過程中的兩次翻轉(zhuǎn)所對應(yīng)的輸入電壓不同，所以，電路的正向閾值電壓UT+ ，負向閾值電壓UT- 。 施密特觸發(fā)器的回差電壓UT為 ： UTU

8、T+UT- 施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性如下圖5-5所示：CCV32CCV31CCV32CCV31CCV32CCV31CCV31圖5-5 施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性 2.施密特觸發(fā)器的典型應(yīng)用施密特觸發(fā)器的典型應(yīng)用 (1) 波形變換。波形變換。 將任何符合特定條件的輸入信號變?yōu)閷?yīng)的矩形波輸出信號。波形圖如圖5-6所示：圖5-6 波形變換 （2）幅度鑒別。）幅度鑒別。 波形圖如圖5-7所示：圖5-7 幅度鑒別 （3）脈沖整形。）脈沖整形。 圖5-8 脈沖整形 5.2.2 555電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路只存在一個穩(wěn)定狀態(tài)，其特點是： 電路在無

9、外加觸發(fā)信號作用時，處于一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)，稱之為穩(wěn)態(tài)； 當(dāng)輸入端有外加觸發(fā)脈沖信號作用時，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變，進入暫時穩(wěn)定狀態(tài)，稱之為暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過一段時間后，電路自動回到原來的穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時間長短與電路參數(shù)有關(guān)。 555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖5-9所示，工作原理如下： 555定時器第2腳為觸發(fā)信號ui的輸入端，在沒有觸發(fā)信號作用時該腳為高電平。電路接通電源后有一個進入穩(wěn)定狀態(tài)的過程，即電源通過電阻R向電容C充電，當(dāng)電容C兩端電壓達到uc 時，即UTH ，同時，由于ui為高電平，所以 。 CCV31TRUCCV32CCV32 根據(jù)555定時器功能表可知，此時電路輸出為低電平，放電管V導(dǎo)通

10、，電容C通過放電管V放電使得UTH0 ，輸出仍為低電平，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。CCV32圖5-9 555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 當(dāng)輸入端ui有負脈沖觸發(fā)信號時，第2腳 ，輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管V截止，電源通過電阻R開始給電容C充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，當(dāng)電容C兩端電壓達到uc 時，即UTH ，此時觸發(fā)信號負脈沖已經(jīng)撤消回到高電平，第2腳 ，輸出又翻轉(zhuǎn)為低電平，放電管V導(dǎo)通，電容C通過放電管V放電，電路回到穩(wěn)定狀態(tài)。其工作波形如圖5-10所示： 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的脈沖寬度tW為暫穩(wěn)態(tài)維持的時間，它實際上為電容C上的電壓由0V充到 所需的時間，計算公式為：tWRCln31.1RC TRUCCV31CCV

11、32CCV32TRUCCV31CCV32圖5-10 工作波形圖 2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 （1）脈沖整形）脈沖整形 脈沖信號在經(jīng)過長距離傳輸后其邊沿會變差或在波形上疊加了某些干擾。為了使這些脈沖信號變成符合要求的波形，這時可利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行整形。 （2）定時）定時 由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可輸出寬度和幅度符合要求的矩形脈沖，因此，可利用它來作定時電路。 （3）脈沖展寬）脈沖展寬 當(dāng)輸入脈沖寬度較窄時，則可用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器展寬。 5.2.3 555電路構(gòu)成多諧振蕩器電路構(gòu)成多諧振蕩器 用555定時器組成多諧振蕩器電路如下圖5-11所示：圖5-11 555定時器組成多諧振蕩器電路 工作原

12、理：接通電源后，VCC經(jīng)電阻R1和R2對電容C充電，當(dāng)uC 時，uC10、uC21，RS觸發(fā)器被置0， Q0、 1，u0躍到低電平。同時，放電管V導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻R2和放電管V放電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。 隨著電容的放電，uC隨之下降。當(dāng)下降到小于 時，uC11、uC20，RS觸發(fā)器被置1，Q1、 0，輸出uO由低電平躍到高電平。同時，因 0，放電管V截止，VCC又經(jīng)電阻R1和R2對電容C充電。電路又返回到前一個暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容C上的電壓uC將在和之間來回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形脈沖。 多諧振蕩器工作波形如圖5-12所示： 多諧振蕩器的振蕩周期為：TtW1+tW2 tW1為電容

13、電壓由 充到 所需的時間。 tW1（R1+R2）Cln2 0.7（R1+R2）C tW2為電容電壓由 降到 所需的時間。 tW2R2Cln20.7R2C 多諧振蕩器的振蕩周期T為: TtW1+tW20.7（R1+2R2）CCCV32QCCV31QQCCV31CCV32CCV32CCV31 上述電路中輸出波形中tW1tW2，所以無論怎樣改變R1、R2，占空比q總是大于50，將電路作如下圖5-12改動后可得到占空比可調(diào)的多諧振蕩器。 在放電管處于V截止時，電源VCC經(jīng)R1和VD1對電容C充電；當(dāng)V導(dǎo)通時，C經(jīng)過VD2、R2和放電管V放電。調(diào)節(jié)電位器RW可改變R1和R2的比值。因此，也改變了輸出矩形

14、波的占空比q。 tW10.7R1C tW20.7R2C 振蕩周期T為:TtW1+tW20.7（R1+R2）C 占空比q為: qtW1/(tW1+tW2)R1/(R1+R2)圖5-12 占空比可調(diào)的多諧振蕩器任務(wù)任務(wù)1 觸摸式防盜報警器電路仿真觸摸式防盜報警器電路仿真 仿真內(nèi)容：仿真內(nèi)容： （1）單擊電子仿真軟件Multisim 10基本界面元件工具條上的“Place Mixed”按鈕，從彈出的對話框“Family”欄中選擇“TIMER”，再在“Component”欄中選取 “LM555CM”2只,如圖5-13所示，單擊對話框右上角的“OK”按鈕，調(diào)出555電路，放置在電子平臺上。 （2）從元件

15、工具條調(diào)出其它元件，并調(diào)出信號發(fā)生器、虛擬示波器，在電子平臺上建立觸摸式防盜報警器仿真電路，如圖5-14所示: （3）信號發(fā)生器模擬一個雜波信號，開啟仿真開關(guān)，雙擊虛擬示波器圖標(biāo)，觀察屏幕上的波形。信號發(fā)生器和虛擬示波器面板設(shè)置如圖所示。 （4）開啟仿真開關(guān)，觀察仿真結(jié)果，分析仿真結(jié)果。 實訓(xùn)報告： （1）畫出仿真電路圖。 （2）分析觸摸式防盜報警器工作原理。 （3）記錄信號發(fā)生器的面板設(shè)置，畫出仿真波形。圖5-13 仿真圖一 圖5-14 仿真圖二任務(wù)任務(wù)2 觸摸式防盜報警電路制作與調(diào)試觸摸式防盜報警電路制作與調(diào)試 5.4.1電路連接電路連接 圖5-15為觸摸式防盜報警器電路原理圖，它由兩片5

16、55定時器組成，圖中A1構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，A2構(gòu)成多諧振蕩器電路。當(dāng)盜賊觸摸到觸片時A1的第3腳輸出高電平，使得A2振蕩驅(qū)動揚聲器發(fā)出報警聲，過一段時間后A1的輸出自動回到低電平，A2停止振蕩，報警聲消失。 在萬能電路板上根據(jù)原理圖連接電路，在裝配時應(yīng)先焊接集成電路的插座，待電路全部焊好后再裝入集成塊。 5.4.2調(diào)試與檢修調(diào)試與檢修 電路檢查無誤后接入6V電源，用手觸摸觸片，揚聲器會發(fā)出聲響且1分鐘左右后自動停止，則電路功能正常。 用不同阻值的電阻器更換電路中的R1（或用不同容量的電容器更換電路中的C1），比較揚聲器所發(fā)出聲響的時間長短變化情況。圖5-15 觸摸式防盜報警器電路原理圖 用不同阻值的電阻器更換電路中的R2、R3（或用不同容量的電容器更換電路中的C3），比較揚聲器所發(fā)出聲響的聲調(diào)變化情況。 若電路功能不正常，按照以下步驟進行檢修： 重新檢查電路連接是否錯誤。由輸入到輸出逐級檢查，必要時可以與同學(xué)互換檢查，有助于發(fā)現(xiàn)問題。 通電后用