555双音频报警器文档格式.docx

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4、学会分析变化的信号波形。

第一种方案:

图示如下所示，它是用TTL与非门组成的双音报警线路。

它是由三个振荡器组成的，各有不同的振荡频率。

图中的晶体三极管和1f、4f和R4、2C组成的约1000Hz的频率振荡；

3f、4f和3C、R5组成频率约200Hz的振荡。

三种不同的频率进过调制后，输出端加一级驱动，即可由扬声器发出双音。

用作报警时，5V电源处需输入相应的电位；

如作门铃应用时，只要中间加一只按钮开关即可。

方案二：

使用单片机，编写一个能控制双音频报警器的程序，外接一个无源蜂鸣器。

单片机的内部由俩个定时器，编写相应的程序后这俩个定时器会产生俩个不同的脉冲信号，从而来驱动蜂鸣器。

方案三：

由俩个555定时器来实现多需要的设计要求。

其中5脚为控制端，片内接比较器的反相输入端，电位2/3Vcc。

将555组成多谐振荡器，5脚通过一个小电容接地，防止外界干扰。

当需要把它变成可控多谐振荡器时，可在5脚加一个控制电压，此电压将改变芯片内比较电平，从而改变振荡频率，当控制电压升高时或者降低时，震荡频率也随之相应变化，这就是控制电压对振荡信号频率的调制。

利用这种调制方法，可组成双音频报警器。

式扬声器发出滴、嘟、滴、嘟……的双音效果。

1.3方案对比及选取：

第一种方案：

其使用分立式元件不仅增大了设计的难度而且使整个电路的最终设计效果与可信度降低；

使扬声器发出的两种不同频率的声响不易区分，效果不理想；

还使设计成本增加。

方案二虽然通过单片机能进行高精准的控制，但是编程复杂，相应的成本太高，不适合。

第三种方案由俩个555集成块组成的双音频报警器。

该电路主要由集成元件组成，制作方便快捷、可行性高，而且电路成熟，低频性能好。

内部设计具有复合保护电路增加了工作的可靠性，尤其是集成厚膜器件参数稳定，无需调整，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可以外加散热片解决散热问题。

显然方案三更符合实验要求，所以选方案三。

二、设计过程

2.1555 

计时器的特点 

555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成与一体的电子器件。

用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。

其在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。

555时基集成电路具有成本低、易使用、适应面广、驱动电流大和一定的负载能力。

在电子制作中只需经过简单调试，就可以做成多种实用的各种小电路，远远优于三极管电路。

555时基集成电路的主要参数为（以NE555为例）电源电压4.5～16V。

输出功率大，驱动电流达200mA。

作定时器使用时，定时精度为1％。

定时时间从微秒级到小时级。

作振荡使用时，输出的脉冲的最高频率可达500KHz。

可工作于无稳态和单稳态两种方式。

可调整占空比。

温度稳定性好。

2.2、555定时器的内部框图及工作原理

555定时器由3个阻值为5KΩ的电阻组成的分压器、俩个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲器反相器G4组成。

虚线边沿标注的数字为管脚号。

其中，1脚为接地端；

2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；

6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；

4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7v）可使555定时器直接复位；

5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uf的电容接地，以防止干扰；

7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；

3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1v—3v，输出电流可达200Ma,因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；

8脚为电源端，可在5v—18v范围内使用。

5脚经0.01uf电容接地，比较器C1和C2的比较典雅为：

UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。

当VI1>

2/3VCC,V12>

1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。

当VI1<

1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持不变状态，555定时器输出状态保持不变。

2/3VCC,V12<

1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器俩端都置1,，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

2.3、555组成的多谐振荡器

由555定时器和外接组件R1R2C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。

电路没有稳态，仅存在俩个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1R2向C充电，以及C通过R2向放电Dc端放电，使电路产生振荡。

电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波形，对应的波形如图所示。

图2-2多谐振荡

图2-3多谐振荡器的波形图

输出信号参数：

电路振荡周期：

T1=（R1+R2）Cln2T2=R2Cln2T=T1+T2=（R1+2R2）Cln2

电路振荡频率：

f=1/T=1/（R1+2R2）Cln2

输出脉冲的占空比：

q=T1/T2=R1+R2/R1+2R2

三、电路的设计与调试

3.1电路的设计

选用555定时器组成的多谐振荡器，而整个电路由俩个555定时器IC1、IC2组成，中间加一电阻R3连接的IC1的3脚和IC2的5脚，通过R3的方波IC2的低频加到的控制电压5脚，对第二级IC2进行调制。

当方波为低电平时，IC2的振荡频率高，当方波为高电平时，IC2的频率较低，因此扬声器会发出高低连续变化的双音。

IC2的5脚为控制电压端，当方波加到此处，改变了IC2集成的内部基准电压值，从而实现了对555振荡频率的控制，经C4的滤波作用后，小型扬声器发出不同频率的“滴、嘟、滴、嘟……”的声响。

3.2电路的制作 

该电路的设计使用多孔板制作。

而制作电路产品要使用焊接技术。

焊接前应准备好焊接工具和材料，清洁被焊件及工作台，进行元器件的插装及导线端得处理，左手拿焊丝，右手握电烙铁，同时进入备焊状态。

电烙铁头放置焊件处加热，焊锡丝在电烙铁对侧，立即送入焊锡丝。

待焊锡在焊点上全部湿润后锡丝移开应略早于电烙铁。

待焊点全部焊接完后，按照电路图用导线将各个焊点连接起来，电路初步就做成了。

将电路接入微型计算机电源5V中，接通电源，试听扬声器声音。

只能听见“滴……”的一种声音。

接入示波器中几乎只见到一种波形，其间偶尔出现一点高频，电路设计的效果不好。

现在取下R5断开1IC的3脚与2IC的5脚，在2IC的5脚接一个0.01uF的电容，接通电源，用示波器观察1IC和2IC的输出波形。

然观察到的1IC和2IC的输出波形均为正常的矩形方波。

3.3 

电路的修正 

在本次课程电路的设计中，我使用了Protel 

99 

SE软件进行电路设计，并用Multisim2001软件进行电路仿真。

在Multisim2001仿真软件中，我发现原电路图通过仿真示波器出来的波形与理想中的波形向差很远。

而是出现在高低电平不同作用下，2IC的3脚出来的波形均出现不同频率的波形，没有周期性、比较混乱;

而且较低的频率在高低电平下几乎保持不变。

问题出现后，我采取单一变量原则，先后改变了电阻R3、R4、R5的值。

在保证R4不变下，分别改变R3、R5阻值，出现了不变的单一频率。

改变R4下，出现的电平频率忽高忽低，而不受1IC电平影响。

各次仿真结果均告失败。

由于人耳分辨声音频率的限制及灵敏度，在制作的电路作品中只能较为清晰地分辨出一种频率的声音。

问题出现后，我尝试从其它方面入手。

我试着将从电阻R5出来应连接到2IC的5脚导线改连到7脚，并在5脚与底线间加了个0.01uF的电容。

进行仿真，高电平下出现很好的单一电平，而低电平下未有电平出现。

采取单一变量原则。

R5阻值减小，没变化；

阻值增加到K25左右时，在低频下，出现波形，然波形频率不一致，高频下易然。

继续增加阻值，波形没有很好改观。

R4阻值增加或减少，在低频作用下没有任何的改观。

R3阻值增加，不行；

阻值减小到K4时，出现了较为理想的波形。

高电平下出现高频，占空比约50%；

低电平下出现低频，占空比较高，约75%。

根据设计要求与仿真情况，最终我选取了R3为3K，R4为K100，R5为7K，另加了一个电容5C为0.01uF。

电路输出波形为，低电平下出现低频，高电平下出现高频。

附录A实验总电路图

附录B实验所需原件