555定时器声光报警器设计.docx
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555定时器声光报警器设计
555定时器声光报警器设计
555定时器声光报警电路
学院名称计算机科学学院
专业计算机科学与技术
班级2012级计算机科学与技术本科班
甘肃政法学院
2013年12月3日
绪论
555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。
此电路后来竟风靡世界。
目前，流行的产品主要有4个：
BJT两个：
555，556（含有两个555）；CMOS两个：
7555，7556（含有两个7555）。
555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器声光报警电路是一种防盗装置，在有情况时它通过指示灯闪光和蜂鸣器鸣叫，同时报警的一种装置。
555定时器声光报警电路是利用两个555定时器组成的振荡电路，实现同步工作，使两个振荡器同步振荡，这样蜂鸣器就会发出间隙的声响，发光二极管同时闪烁。
第1章原理分析
1.1原理图
图1.1555定时器声光报警器原理图
图1.2稳压电源部分
1.3能指标要求
指示灯闪光频率0.1HZ，蜂鸣器发出间隙声响的频率约为0.1HZ，指示灯采用发光二极管。
1.4电路整体分析
本电路包括555定时器、蜂鸣器、发光二极管等其它电子原件，焊接时需要必要的焊接工具，调试时需要示波器、电源等电子器材以及其它辅助工具。
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1～2Hz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。
1.5多谐振荡器电路
1.5.1电路构成
从图1.3可知，电路由5G555外加两个电阻和一个电容组成。
5G555的D端（即放电三极管T的集电极）经R1接至电源UCC，构成一个反相器。
电阻R2和电容C构成积分电路。
积分电路的电容电压uC作为电路输入接至输入端TH和TR。
1.5.2电路的工作原理
接通电源VCC后，VCC经电阻R1和R2对电容C充电，其电压uC由0按指数规律上升。
当uC>=2/3VCC时，电压比较器C1和C2的输出分别为uC1=0，uC2=1，基本RS触发器被置0，Q=0，输出uO跃到低电平UOL。
与此同时，放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。
随电容C的放电，uC随之下降。
当uC下降到uC<=1/3VCC时，则电压比较器C1和C2的输出为uC1=1，uC2=0，基本RS触发器被置1，Q=1，输出uO由低电平跃到高电平。
同时，因Q=1，放电管V截止，电源VCC又经电阻R1和R2对电容C充电。
电路有返回到前一个暂稳态。
因此，电容C上电压uC将在2/3VCC和1/3VCC之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。
由图1.4可得多谢振荡器的振荡周期T为：
T=tPH+tPL
tPH为电容C上的电压由1/3VCC充到2/3VCC所需的时间，充电回路的时间常数为（R1+R2）*C。
可用下式估算：
tPH=（R1+R2）*C*ln2
tPL为电容C上的电压由2/3VCC下降到2/3VCC所需的时间，放电回路的时间常数为R2*C。
可用下式估算：
tPL=R2*C*ln2
所以，多谐振荡器的振荡周期T为
T=tPH+tPL=0.7（R1+2R2）*C
振荡频率为f=1/T
第2章器件说明与分析
2.1555定时器
2.1.1结构图和管脚排列图
5G555的电路结构图和管脚排列图分别如图2.1
图2.15G555的电路结构图和管脚排列图
2.1.2组成
集成定时器5G555由电阻分压器、电压比较器、基本R-S触发器、放电三极管和输出缓冲器五部分组成。
定时器的功能主要取决于比较器C1和C2，由它们的输出直接控制基本R-S触发器的状态和放电三极管T的状态，从而决定整个电路的输出状态。
（1）电阻分压器
由3个阻值均为5kΩ的电阻串联构成分压器，为电压比较器C1和C2提供参考电压UR1、UR2。
当电压控制端CO不外加控制电压Uco时,UR1=2/3UCC，UR2=1/3UCC
当电压控制端CO外加控制电压Uco时，比较器的参考电压将发生变化，相应地电路的阈值、触发电平也将随之改变，并进而影响电路的定时参数。
为了防止干扰，当不外加控制电压时，CO端一般通过一个小电容（如0.01μF）接地，以旁路高频干扰。
（2）电压比较器C1和C2
电压比较器C1和C2是两个结构完全相同的理想运算放大器。
当运算放大器的同相输入U+大于反相输入U-时，其输出为高电平1信号；而当U+小于U-时，其输出为低电平0信号。
比较器C1的同相输入端（+端）接参考电压UR1，反相输入端（-端）与阈值输入端TH相连，其输出端R的状态取决于阈值输入信号UTH与UR1的比较结果。
●当UR1＞UTH时，输出R为高电平1；当UR1＜UTH时，输出R为低电平0。
比较器C2的同相输入端（+端）与触发输入端相连，反相输入端（-端）接参考电压UR2，其输出端S的状态取决于触发输入信号UTR与UR2的比较结果。
●当UTR＞UR2时，输出S为高电平1；UTR＜UR2时，输出S为低电平0。
（3）基本R-S触发器
两个与非门G1和G2构成了低电平触发的基本R-S触发器。
触发器输入信号R、S为比较器C1、C2的输出，触发器Q端状态为电路输出端OUT的状态，触发器Q端状态控制放电三极管T的导通与截止。
当外部复位信号RD为0（低电平）时，可使Uo=0，定时器输出直接复位。
（4）放电三极管T
放电三极管T构成泄放电路，T的集电极用输出端D表示。
如果将D端经过一个外接电阻接至电源，即可组成一个反相器。
当Q=0（Q=1）时，T导通，D端输出为低电平0；当Q=1（Q=0）时，T截止，D端输出为高电平1。
可见，D端的逻辑状态与输出端OUT的状态相同。
（5） 输出缓冲器
输出缓冲器G3的作用是提高负载能力，并隔离负载对定时器的影响。
2.1.3各个引脚功能
表2.15G555定时器各个引脚功能
1脚
GND（或VCC）源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚
TR低触发端。
3脚
OUT（或Vo）输出端。
4脚
R是直接清零端。
当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚
CO（或VCC）为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚
TH高触发端。
7脚
D放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。
电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3VCC，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3VCC，加在反相输入端。
比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。
高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。
基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。
8脚
VCC（或VDD）外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。
一般用5V。
2.1.4逻辑功能
表2.25G555定时器的功能图
输入
输出
uI1
uI2
RD
uO
V状态
*
*
1
0
导通
>2/3VCC
>1/3VCC
0
0
导通
<2/3VCC
<1/3VCC
0
1
截止
<2/3VCC
>1/3VCC
0
不变
不变
2.2电位器
电位器（如图2.2）是一种可调的电子元件。
它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。
当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。
它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元件。
图2.2电位器
从外观看，脉冲电位器与普通电位器一样都是三个引脚，但在其内部与引脚1、2相连的是两个长短不一的金属静片，与引脚3相连的是一周有12或24个齿的金属动片。
当脉冲电位器旋转时可出现四种状态：
即引脚3与引脚1相连，引脚3与引脚2及引脚1全相连；引脚3与引脚2相连，引脚3与引脚2及引脚1全断开。
在实际使用中，一般将引脚3接地作为数据输入端。
2.3发光二极管
发光二极管（如图2.3）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。
图2.3发光二极管
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。
⏹利用具有×10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏：
正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为∝。
如果正向电阻值为0或为∞，反向电阻值很小或为0，则易损坏。
这种检测方法，不能实质地看到发光管的发光情况，因为×10kΩ挡不能向LED提供较大正向电流。
2.4蜂鸣器
蜂鸣器（如图2.4）是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。
压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。
图2.4蜂鸣器
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。
在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
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。
⏹判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器：
用万用表电阻档Rxl档测试:
用黑表笔接蜂鸣器"+"引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω（或16Ω）的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。
第3章焊接及成果
3.1安装及焊接步骤
1、查找555定时器、蜂鸣器、电位器等的相关资料
2、检测原件是否可用、并记录原件的实际值
3、焊接
4、检查是否焊接好，以及焊点是否结实
3.2调试
1、将待调试电板按正负极接好，要求使用+5V直流电源，负极接地；
2、接通电源开关，观察二极管是否正常工作，蜂鸣器是否正常工作。
如不正常，检查电路，正负极是否接好，连接是否良好等；
3,、旋转R1，观察二极管闪烁频率是否有变，如无变化，检查R1是否损坏，是否连接良好；
4、保持R1不变，旋转R3，观察蜂鸣器音调是否高地变化，如无变化，检查R3是否损坏，是否连接良好；
5、调试结束，关闭电源。
3.3焊接注意点
1、焊接时注意不可虚焊，不可短路
2、焊接需清楚元器件是否有正负极
3.4焊接好后的成品图
附录
编号
器件名称
理论值
测量值
R1
电位器
2kΩ
R2
电阻
47kΩ
R3
电位器
2kΩ
R4
电阻
47kΩ
C1X
碳膜电容
0.01μF
C2X
碳膜电容
0.01μF
C1
电解电容
100μF
C2
电解电容
0.1μF
C3
电解电容
10μF
C4
电解电容
10μF
1个
蜂鸣器
2个
发光二极管
2个
555定时器
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