NE555触摸报警器课设报告10081410黄志武解读.docx

1、NE555触摸报警器课设报告10081410黄志武解读 测试与光电工程学院课程设计任务书 测控技术与仪器 系 100814 班 学号 10 姓名 黄志武 课题名称： 555触摸报警电路设计 课题要求：1采用分立元件设计一触摸报警电路，以起到触摸防盗的功能。要求：（1）当有人触摸到金属片的时候，报警器发出报警，若再次触摸则再次报警。（2）报警时间可调。（3）电源电压为9V直流。2采用电子线路仿真Proteus软件对电路进行仿真。3查阅资料和手册，熟悉电路主要电子元器件的性能参数。4实物焊接与调试，善于在调试中发现问题和解决问题。5. 写出完整的课程设计总结报告。课题进程：时间(周/日期)工作任务

2、12/5.17之前分发元器件，布置任务，根据课题提出具体要求，讲解课程设计的方法、思路。13/5.20-5.24分析电路，查找元器件参数14/5.25-6.2在Proteus 环境下绘制电路图和制版图15/6.3-6.9焊接电路板，调试电路16/6.10-6.16设计报告撰写 指导教师： 金信鸿 摘要 以触摸式报警器电路为题，学生交流讨论为主，教师指导为辅，查阅相关材料，设计电路，并制作产品。解决过程的可能出现的理论问题和实操技术难点，在实践与理论的学习中得到提高。 本实验针对触摸报警器选择用NE555芯片组成单稳态触摸报警器，并选择了一种相对来说较简单的设计方案，进行由上而下层次化的设计，先

3、定义和规定各个模块的结构，再对模块内部进行详细设计。最后将设计好的模块组合调试，并在Protel 99和Protus软件上仿真通过。关键词：NE555芯片 Protel 99软件 Protus 软件 单稳态 输出高电平有效引言4第一章、课程设计基础41.1 设计题目41.2 课程设计目的41.3 设计要求4第二章、电子电路课程设计内容42.1 NE555 触摸报警器方案设计42.2元件明细表 52.3 NE555 芯片功能52.4实验原理分析 92.5元件参数 10第三章、 Protus的简介与应用 113.1 Protus 的软件简介 113.2 Protus仿真 13 3.3实验调节 14

4、3.4实验结果分析 14第四章、 Protel99仿真 154.1 Protel99 简介 15第五章、组装与调试16第六章、实物焊接17第七章、遇到的问题及解决方法18第八章、改进方法18第九章、本次课程设计的收获与体会19第十章、致谢信21参考文献21引言有由NE555组成的触摸报警器可以广泛的用于防盗报警、危险物触摸报警等。该报警器一经触摸便能自动报警，并能一定时间后自动停报。在生活中出门远行或暂且离开难所避免，而对于不易携带但又不希望被他人触及或是盗窃的物品显得很是无奈，这时一个作用警示他人的报警器显得尤为重要和必要！应此需求计划研制一款简单实用的报警器，实现安装启动之后，保持静态，当

5、人体触摸至暗布的触发金属块时，扬声器发出警报声并持续一段时间后解除警报。此电路原理简单，小巧隐匿，功能强大，实乃居家旅行必备良物！设计过程采用系统设计的方法，先分析任务，得到系统要求，然后进行总体设计，划分子系统，然后进行详细设计，决定各个功能子系统中的内部电路，最后进行测试。 第一章 课程设计基础1.1 设计题目：NE555触摸防盗报警器1.2 课程设计目的1.通过对电子技术的综合应用，使学到的理论知识相互融会贯通，在认识上产生一个飞跃。2.初步掌握一般电子电路设计的方法，得到一些工程设计的初步训练，并为以后的毕业设计奠定良好基础。3.培养自学能力，独立分析问题解决问题的能力。4.通过课程设

6、计这一教学环节，树立严肃认真，文明仔细，实事求是的科学作用，树立生产观点，经济观点和全局观点。1.3 设计要求1.要求独立完成设计任务，通过课程设计，锻炼自己综合运用所学知识的能力，并初步掌握电子技术设计的方法和步骤。2.熟悉电子线路PROTEL99软件及电子线路仿真PROTEUS软件的使用方法。3.学会查阅资料和手册，学会选用各种电子元器件。4.掌握常用的电子仪器仪表使用，如直流稳压电源，直流电压，电流表，信号源，示波器等。5.学会掌握安装电子线路的基本技巧和调试方法，善于在调试中发现问题和解决问题。6.能够写出完整的课程设计总结报告。第二章 电子电路课程设计内容2.1 NE555触摸报警器

7、方案设计由NE555组成单稳态触发电路，NE555（2）角为触发端，当电路触发时，NE555（3）脚输出高电平，蜂鸣器发出“嘀”的报警声。图中R1为放电电阻，用于改善触摸电极的稳定性，可调电阻用于调节报警声的持续时间，SW1可以测试报警器，LED1用于待机指示，报警时不亮。2.2元件明细表1）主要芯片 NE5552)电阻R1（5M1） R2(1K) R4(1K) 滑动变阻器R3(100K)3) 发光二级管 三级管4）电容C1（100U/16V） C2(0.01uf)5)触摸片6）开关7）蜂鸣器2.3 NE555芯片功能 NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚

8、功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 1） NE555的特点有： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 2） NE555引脚位配置说

9、明下： Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳

10、定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。3）参数功能特性： 供应电压4.5-18V 供应电流3-6 mA 输出电流225mA (max) 上升/下降时间100 n

11、s NE555引脚图4）NE555的内部功能如下图所示真值表输入输出阈值输入（VI1)触发输入（VI2）复位（RD)输出（Vo)放电管TDX2Vcc/32Vcc/3XVcc/3Vcc/30111010不变导通截止导通不变5）NE555的应用NE555应用十分广泛，可装如下几种电路： 1。单稳类电路 作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。 2。双稳类电路 作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。 3。无稳类电路 作用：方波输出 ，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。因为此实验主要应用的是单稳态电路，所以在此主要简述下单稳态电路。单稳类电路 单稳工作方式，它可分为

12、3种。见图示。第1种（图1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1 和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。第2种（图2）是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。第3种（图3）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简单起见，我们只把它分为2个不同单元。不带任何辅助器件的电路为1.3.1；使用晶体管、运放放大器

13、等辅助器件的电路为1.3.2。图中列出了2个常用电路。构成单稳态触发电路及其波形用555定时器构成的单稳态触发电路和工作波形（a）单稳态触发电路 （b）工作波形24实验原理分析电路原理图： （1）当电路构成静态时，单稳态输出低电平 （2）当人体接触触摸极时人体杂波信号通过C3经D1整流，得到一个负的脉冲信号，此时时基电路芯片555的2脚为低电平，3脚输出高电平。 （3）当人体离开离开触摸极后，C1通过R1充电，芯片6或7脚电平逐渐升高，当达到2/3VCC时，555时基电路复位，3脚输出低电平。 由此，触摸式报警器静态（低输出）触发（高输出）延时（高输出）复位（低输出）工作流程完成。元器件选择：

14、BT1=35V，U1=555时基电路芯片,R1=5.1M，R2,R4=1K, R3=100K ，LED1=红色发光二极管,D1=1N4148，C2=10000pF，C1=100uF，Q1=9014，LS1=扬声器，K1=两端拨动开关。 集成电路NE555与C1、C2组成单稳态触发器，平时没有人触及金属片时，电路处于稳定状态，即NE555的（3）脚输出低电平，报警电路不工作。一旦有人触及触摸片，由于人体感应电势给NE555的（2）脚输入一个负脉冲（杂波脉冲），单稳态电路被触发翻转进入暂稳态。NE555的（3）脚由原来的低电平跳变为高电平，该高电平信号经电阻R2使Q1导通，放大器放大推动蜂鸣器发出

15、报警声，由于单稳态电路被触发翻转的同时，电源开始经R3对C1进行充电，约经1.1R3C1时间后，单稳电路自动恢复到稳定状态，（3）脚输出变为低电平，停止报警，电路恢复到预报警状态。2.5元件参数R1R2R3R4C1C25.1M1K100K1K100uF10000pF第三章Proteus 的仿真实验3.1Protus 的软件简介Proteus ISIS 是英国Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：1.实现了单片机仿真和SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、

16、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。2.支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列、ARM7 系列以及各种外围芯片。3.提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C

17、51 uVision2 等软件。4.具有强大的原理图绘制功能。5.PCB 设计以及自动布线。特点：支持ARM7，PIC ，AVR，HC11 以及8051 系列的微处理器CPU模型，更多模型正在开发中，更新信息请参见网页；交互外设模型有LCD 显示、RS232 终端、通用键盘、开关、按钮、LED等；强大的调试功能，如访问寄存器与内存，设置断点和单步运行模式；支持如IAR、Keil 和Hitech 等开发工具的源码C 和汇编的调试；一键“make”特性：一个键完成编译与仿真操作；内置超过6000 标准SPICE 模型，完全兼容制造商提供的SPICE 模型；DLL 界面为应用提供特定的模式；基于工业

18、标准的SPICE3F5 混合模型电路仿真器14 种虚拟仪器：示波器、逻辑分析仪、信号发生器、规程分析仪等；高级仿真包含强大的基于图形的分析功能：模拟、数字和混合瞬时图形；频率；转换；噪声；失真；付立叶；交流、直流和音频曲线；模拟信号发生器包括直流、正旋、脉冲、分段线性、音频、指数、单频FM；数字信号发生器包括尖脉冲、脉冲、时钟和码流；集成PROTEUS PCB 设计形成完整的电子设计系统。Proteus ISIS 编辑环境：图形编辑窗口编辑窗口用于放置元器件，进行连线，绘制原理图。预览窗口预览窗口中，有两个框，蓝框表示当前页的边界，绿框表示当前编辑窗口显示的区域。当从对象选择器中选中一个新的对

19、象时，预览窗口可以预览选中的对象。在预览窗口上单击，Proteus ISIS 将会以单击位置为中心刷新编辑窗口。对象选择器窗口：通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗口，供今后绘图时使用。显示对象的类型包括：设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。状态信息条：状态条显示当前电路图编辑状态,这些状态显示方便用户的操作。工具栏：Proteus ISIS 主窗口左端的绘图工具栏与标准工具栏的作用相似，包含添加全部元器件的快捷图标按钮，与菜单中的元器件添加命令完全对应。通过选取主窗口的菜单项View/Toolbars 可以隐藏/显示相应的工具栏。Proteus ISIS 主窗口左端的

20、绘图工具栏与标准工具栏的作用相似，包含添加全部元器件的快捷图标按钮，与菜单中的元器件添加命令完全对应。通过选取主窗口的菜单项View/Toolbars 可以隐藏/显示相应的工具栏。PROTEUS 系统中有符号库和约30 个元器件库，每个库又有许多模型，合计约8000 个。另外有关系统支持的库信息，请查看安装路径下最新的LIBRARY.PDF 文件。元件列表（The Object Selector）：用于挑选元件（components）、终端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打

21、开挑选元件对话框，选择了一个元件后（按了“OK”），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可在原器件库中找出CAPACITOR POL 有极性电容， CAP 电容，DIODE 二极管，ELECTRO 电解电容，LED 发光二极管，RES1.2 电阻，SW-SPST ? 单刀单掷开关，SPEAKER 扬声器，NPN三极管3.2 Protus仿真一，打开Proteus 的集成环境，点击文件，新建设计，根据2.2 元件明细表中的元件，点击P，版面出现如下图所示:在keywords 中输入所找的元件名单，然后点击右下角的OK，元件被添加了。二，依次放好元件，使元件摆放美观

22、。三，连接电路，在需要连接的元件接线处，点击左键，移动鼠标，可看到导线的出现，再在导线的另一端在另一个元件的端点处点击，从而连接了电路。如下图所示:3.3实验调节在Proteus 环境版面中点击左下角，如图所示点击，系统开始运行，如有出错，则系统将报错，点击报错处，查找出错原因，予以改正，当蜂鸣器响时，此时调试已经成功。3.4 实验结果分析：输入信号vi 为1mv，5KHZ 的正弦波，调节RV1 使三极管工作在放大状态。（1）、用模拟图表观察Vi ，Vo 的波形。（2）用示波器仿真的波形第四章Protel99 仿真4.1Protel99 简介Protel99SE 是Protel 公司近10 年

23、来致力于Windows 平台开发的最新结晶,能实现从电学概念设计到输出物理生产数据,以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel 最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具,而是一个系统工具,覆盖了以PCB 为核心的整个物理设计。最新版本的Protel 软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA 公司设计文件,以便用户顺利过渡到新的EDA 平台。Protel99 SE 共分5 个模块,分别是原理图设计、PCB 设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD 设计。以下介绍一些Protel99SE 的部分最新功能：可

24、生成30 多种格式的电气连接网络表;强大的全局编辑功能;在原理图中选择一级器件,PCB 中同样的器件也将被选中;同时运行原理图和PCB,在打开的原理图和PCB 图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB）,也可以进行反向注释（由PCB 到原理图）,以保持电气原理图和PCB 在设计上的一致性;满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出,GB4728 国标库）; * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）;支持用CUPL 语言和原理图设计PLD,生成标准的JED 下载文件; * PCB 可设计32 个信号层,16 个电源-地层和16 个机加工层;强大

25、的“规则驱动”设计环境,符合在线的和批处理的设计规则检查;智能覆铜功能,覆铀可以自动重铺;提供大量的工业化标准电路板做为设计模版;放置汉字功能;可以输入和输出DXF、DWG 格式文件,实现和AutoCAD 等软件的数据交换;智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA 封装很有用）;方便的打印预览功能,不用修改PCB 文件就可以直接控制打印结果;独特的3D 显示可以在制板之前看到装配事物的效果;强大的CAM 处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等;经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法,信号完整性分析直接从PCB 启动;反射和串扰仿真的波形显示结果与便利

26、的测量工具相结合;专家导航帮您解决信号完整性问题。 第五章 组装与调试本次实验由于电路设计比较简单，原理清楚明了，在分析电路模块是比较简单。在经过前面几个阶段的设计后，NE555触摸报警器各个模块已经设计完毕，根据总体设计时的方案框图，将各个子电路组合起来，加入信号，对电路进行总体测试。 组装好电路之后，在接入电源之后，本应该是要实现：没有触摸金属片时，LED亮且蜂鸣器不响，用手触摸金属片之后电路可以使得蜂鸣器正常响应，调整正变电阻的阻值的大小就能够获得不同的报警时间。报警与恢复预报状态所用时间T=1.1R3*C1。但是在接好电路之后，没有触摸金属片之时正好是相反的：LED不亮，蜂鸣器响个不停

27、，仔细检查电路接线发现电路没有任何问题，再用万用表检查555芯片的引脚输出电压时，也是没有任何问题的，示波器检查555的波形输出也是没有问题，一气之下我就没有再管了。第二天过去实验室我又接了一次，这次正常工作了，完成了实验的要求，我想了一下估计是电源的问题。 暂态时间由RICI时间常数决定，约1s左右。即每触摸一次M，B发警报声1s左右；再次触碰，再次发声。如要延长暂态（报警）时间，可加大R1或C1；反之应减小R1或C1数值。 整个报警电路焊装在一个绝缘小盒内。触摸电极M实则是门锁或需要保护物品的金属部分，它必须与大地保持良好绝缘。M与报警器间的连接导线不宜过长、且一定要采用单芯金属屏蔽线，其

28、外编织套接电源负极，以避免电路受外界杂波信号干扰而产生误报警。在经过前面几个阶段的设计后，NE555触摸报警器各个模块已经设计完毕，根据总体设计时的方案框图，将各个子电路组合起来，加入信号，对电路进行总体测试。经测试，电路可以使得蜂鸣器正常响应并，调整无误。报警与恢复预报状态所用时间T=1.1R3*C1第六章 实物焊接当在Proteus集成环境调试成功时，接下来，只需利用实物，按上述的实验原理在电路板上摆放好每个元件的位置，把每个元件焊接接起来。焊接完成后，在实物板的电源正极和负极接入稳压器中，调节好合适的电压，观察发光二极管是否会亮以及蜂鸣器是否会响即可，调节实物中的滑动变阻器，控制发光二级管的亮度以及蜂鸣器的声音大小。下面为焊接后的实物图：第七章 遇到的问题及解决方法1、 在Protus软件中没有找到触摸片，从而不能给电路一个脉冲信号，使得电路无法正常工作，我和我的组员经过商讨决定用一个正弦波代替触摸片，给电路一个正弦脉冲，从而使得电路正常工作，更改成正弦信号后电路仍然不能仿真，最后与金老师和组员的讨论下把电路图中的开关部分，正弦激励脉冲以及蜂鸣器更换了才得以仿真。2、 Protus软件中很多