基于555定时器的声光报警系统.docx
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基于555定时器的声光报警系统
基于555定时器的声光报警系统
学号：
1004113
姓名：
张小鱼
555定时器声光报警电路
课程设计说明书
目录
第1章
1绪论…………………………………………2
2课程设计目的…………………………………………………2
3课程设计要求…………………………………………………2
4课程设计器件简介………………………………………………2
5焊接器材…………………………………………………………2
第二章
元器件介绍.
1各元器件的作用…………………………………………………2
2电磁式蜂鸣器
（1）.电位器………………………………………………3
（2）.发光二极管……………………………………………3
（3）.色环电阻……………………………………………4
（4）.电容器……………………………………………4
第三章
原理图及原理分析
1555定时器的原理分析…………………………………………4
2硬件构成.…………………………………………5
3555定时器声光报警电路原理浅析……………………………7
第4章
数据处理及波形显示
1数据计算……………………………………………7
2波形显示……………………………………………8
第五章
电路板的焊接与调试……………………………………………8
1电路板焊接……………………………………………8
2调试……………………………………………8
3常见故障检查……………………………………………8
（1）蜂鸣器不响……………………………………………8
（2）发光二极管亮但不闪烁……………………………………………8
（3）其他问题……………………………………………8
第六章
心得体会……………………………………………9
参考文献……………………………………………9
绪论
本次课程设计的主要对象是555定时器，555定时器我们在数电教材里已经学过了，它是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路，在这次的课程设计中我们用的是由555定时器构成的多谐振荡器，再有之组成的声光报警器。
设计目的
数字电子技术实训是电类系列课程中的一门专业基础技术课。
本课程强调以实践教学为主，在教学过程中要求学生把数字电子技术的基础内容贯穿起来，以电子工艺的要求独立完成电路原理的分析、设计、焊接及调试并作出具体的电子产品实物，使学生通过实践能较好地掌握常用数字器件的应用，更深层地掌握数字电子技术教材的内容。
是教学过程中要求学生把数字电子技术的基础内容贯穿起来，以电子工艺的要求独立完成电路原理的分析、设计、焊接及调试并作出具体的电子产品实物，使学生通过实践能较好地掌握常用数字器件的应用，更深层地掌握数字电子技术教材的内容。
设计要求
555定时器声光报警电路由两个555多谐振荡器组成，第一个振荡器的振荡频率为12Hz时，第二个振荡器的振荡频率为1000Hz。
将第一个振荡器的输出3脚接到第二个振荡器的复位端4脚。
在输出高电平时，第二个振荡器振荡输出低电平时，第二个振荡器停振。
这样，蜂鸣器将发出间隙声响。
设计器件设备
（1）元件：
蜂鸣器1个C1×0.01μF1个发光二极管1个C2×0.01μF1个555集成定时器2片C1100μF电解电容1个R110kΩ电位器1个C20.1μF电解电容1个R22kΩ电阻1个C34.7μF电解电容1个R320kΩ电位器1个C410μF电解电容1个R42kΩ电阻1个
（2）设备：
数字电子技术实验箱：
l台；直流稳压电源：
1台；示波器:
13台；函数信号发生器：
1台万用表：
1只；集成电路：
555定时器2片。
第二章
原理和元器件
各器件简介
电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。
振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
电位器
电位器是可变电阻器的一种。
通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。
电位器的作用——调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。
电位器的结构特点——电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。
发光二极管
发光二极管简称为LED。
由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。
发光5二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
色环电阻
1电阻的选择在本设计中我们用的电阻器件是2个相同阻值的普通电阻和2个不同阻值的电位器。
电路由两个555多谐振荡器组成，当接通电源的时候，第一个555定时器的引脚4接高电平，Vcc通过R1和R2对电容C1充电此时内部的RS触发器置1，3端输出高电平使第二个555工作，同时二极管发光，Vcc通过R3和R4对当C2进行充电第二个555定时器的端口3输出高电平对C3充电，Vc1大于等于2/3Vcc时第一个555里的RS触发器置0，端口3输出低电平，同时二极管灭掉，第二个555不工作此时C3放电蜂鸣器报警，这样来回不断充电放电二极管不断闪烁。
电容器1．电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒联接。
2．加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量。
3．电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件，以防因受热而使电解液加速干涸。
第三章
原理图及原理分析
1555定时器的原理分析
555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。
外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。
555定时器原理图及引线排列如图3.13.2所示。
其功能见表3.1。
定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。
分压电路由三个5K的电阻构成，A1分别给A1和A2提供参考电平2/3VCC和1/3VCC。
和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚输入大于2/3VCC时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。
4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则V00；正常工作时4接为高电平。
5脚为控制端，平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。
如果不在5脚外加电压通常接0.01μF电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。
555定时器的应用——构成单稳态触发器
2硬件构成
报警器硬件部分如图1所示的8个基本部件组成，可分为2个模块。
其中，传感器、信号调制电路和A／D转换电路组成信号采集模块。
机房中的声音和红外线信号通过传感器转换为电信号，在信号调制电路中将信号放大，滤波，再经A／D转换电路将模拟信号转换为数字信号。
另一个模块是报警器主体模块，由单片机和声光报警系统、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成。
单片机控制实现声光报警功能。
GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路与单片机一起实现报警器经Modem与学校网络值班中心的通信，使有关工作人员能够对机房的情况及时发现和处理。
3电路原理图及浅析
（1）
声音、光电信号采集模块
数据采集模块的电路图如图2所示，A／D转换电路采用常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809，声音、红外线传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0和IN1。
由图2可知ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P0.0～P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。
当P2.7＝0时，与写信号WR共同选通ADC0809。
图2中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。
例如，当输出地址为7FF8H即可选通通道IN0，实现对声音传感器输出的模拟量进行转换；输出地址7FF9H即可选通道IN1，实现对红外线传感器输出的模拟量进行转换。
图2中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当A／D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。
在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。
（2）
报警器主体模块
声光报警电路由单片机P3.7口控制，输出报警信号（高低电平间隔1s的脉冲信号），驱动声光报警电路，直至按复位键RESET和开关键。
声光报警电路由555定时器、扬声器和普通发光二极管组成，电路图如图3所示。
其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压出入端5脚与单片机AT89C51的P3.7端相连，受P3.7脚输出的脉冲信号控制。
由电容C4的充冲放电作用，当P3.7＝1时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P3.7＝0时，555输出脉冲的振荡频率较高。
该脉冲信号经隔置电容C2加到扬声器上，扬声器将发出高、低交替的2种叫声，同时P3.7脚输出的高低电平间隔1s的脉冲信号经电阻R1加到发光二极管LED上，LED将闪烁发光，达到声光同时报警的效果。
最后其整体电路原理图如下
印刷版电路图如下
第四章
数据处理及波形显示
1数据计算
数据计算多谐振荡器
（1）的输出频率：
F1/0.7（R12R2）C1Fmax1/0.7（R1min2R2）C13.57hzFmin1/0.7（R1max2R2）C11.02hz调节R1从小到大变化，多谐振荡器
（1）的输出频率由大到小变化，发光二极管闪烁由快到慢。
多谐振荡器
（2）的输出频率：
F1/0.7（R32R4）C2Fmax1/0.7（R3min2R4）C23571hzFmin1/0.7（R3max2R4）C2598hz调节R3从小到大变化，多谐振荡器
（2）的输出频率由大到小变化，蜂鸣器的鸣叫频率跟着变小。
电容相关的计算
（1）电容充电时间T1
1VCC−VCCv（∞）−vC（0）3T1=τ1lnC
（2）电容放电时间T2
T2=0.7R2C
（3）电路振荡周期T
T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C
（4）电路振荡频率f
11.43≈T（R1+2R2）C
2波形显示（如右所示）
第五章
1焊接
在实际生产中，最容易出现的一种违反操作步骤的做法就是烙铁头不是先与被焊件接触，而是先与焊锡丝接触，熔化的焊锡滴落在尚末预热的被焊部位，这样很容易产生焊点虚焊，所以烙铁头必须与被焊件接触，对被焊件进行预热是防止产生虚焊的重要手段。
标准的锡点:
（1）锡点成内弧形
（2）锡点要圆满、光滑、无针孔、无松香渍
（3）要有线脚，而且线脚的长度要在1-1.2MM之间。
（4）零件脚外形可见锡的流散性好。
（5）锡将整个上锡位及零件脚包围。
2调试
调试将5V直流稳压电源接入电路板的输入端，观察发光二极管、蜂鸣器。
此时发光二极管闪烁，而蜂鸣器不响。
则缓慢的增大输入电压的值，刚到8V时，发光二极管烧怀，而蜂鸣器鸣叫。
调节电位器R1、R3。
当改变R1的值时，发光二极管闪烁的频率随R1改变；改变R3的值时，多谐振荡器占空比和振荡频率改变，蜂鸣器鸣叫声音也改变。
将示波器的输入端接到蜂鸣器的两脚，调节示波器，观察蜂鸣器的输入波形，当输出为占空比合理的矩形波时，读出振荡周期，计算出频率约为1KHz左右。
3常见故障检查
蜂鸣器不响
原因：
可能是蜂鸣器自身原因坏掉或两端接线有问题；
发光二极管亮但不闪烁
连线是否有断线或虚13焊，查C1是否击穿。
在外围元件检查无误后，可采用代换法判断是否损坏。
灯不亮但蜂鸣器正常
（1）不工作的原因可能是原因：
多湝不工作，清零端接电源，电阻问题，可能是工作电容问题，也可能是二极管两端接线问题。
其他问题检测方法：
二极管极性接反或短路负载短路直流电源断开。
第六章
心得体会
这次电子实验通过一系列的查找资料，掌握相关理论知识，真的使我收益颇丰。
不仅培养了自己的动手能力，更是使自己把书本上的知识和实际行动结合起来。
虽然忙的手忙脚乱，但终不会觉得自己知识纸上谈兵。
直到最后我才发现它并不容易。
实验所涉及的知识与难度成正比，使我受益匪浅。
在做实验之前要把课本上的内容吃透，还要自己动手，不光要弄懂实验原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己的，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高。
在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。
比如在555定时器声光报警电路设计中由于一个小小的错误导致电路功能无法完全实现。
虽然过程是曲折的，但结果是让人欣慰的。
这次设计真的让我受益匪浅。
并且这样的应用设计真的可以让我们造福于社会，服务于社会，成为一个对社会有用的人。
第七章
参考文献：
[g]王晓丹，吴崇明.安全防盗系统西安:
西安电子科技大学出版社，,2000:
13.
[2]康华光.电子技术基础模拟部分北京:
高等教育出版社，1995:
68.
[3]刘修文.实用电子电路设计制作300例北京:
中国电力出版社:
45
[4]童诗白.模拟电子技术基础第三版北京:
高等教育出版社:
91.
[5」阎石.数字电子电路第一版北京:
中央广播电视大学出版社，1992:
31.
[6]程为国.冯峰，等.555应用北京:
人民邮电出版社，1999:
42.
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