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1、主讲：李文娜 目录 课题1 电压超限指示和报警电路的设计 课题2 编码电子锁的设计 课题3 密码报警电子锁的设计 电压超限指示和报警电路的设计 一、目的 通过电压超限指示和报警电路的设计与 实验，熟悉窗口比较器和555电路的应用。 二、要求 设计一个电压过限指示和报警电路。 1. 电压上限为UH=5.5V，下限为UL=4.5V ，当4.5VuI5.5V时，为正常范围。否则uI 5.5V或uI4.5V都为不正常，此时发出报 警信号。 2. 电压uI在正常范围内。绿灯亮，不 发出报警声响。 3. 电压uI低于下限时，黄灯亮，同时 连续发出报警声响。 4. 电压uI高于上限时，红灯闪烁，同 时发出断
2、续的报警声响。 三、设计方案提示 根据题目要求，若需要鉴别一个电压是 否属于正常或不正常范围，可以利用窗口比 较器。窗口比较器的传输特性如图5-1所示。 当UHuIUL时，输出为低电平，而当uI UH或uIUL时输出为高电平，利用这一特性 ，就可以鉴别电压是否处于正常范围。如果 是其他物理量（如温度）也可以通过传感器 将其转换为电压量来实现报警。 图5-1 窗口比较器的传输特性 图5-2 电压超限指示和报警电路框图 声音报警可利用555定时器构成的多谐 振荡器来实现，断续声音可以由一个频率较 低的振荡器去控制一个频率较高的振荡器来 实现。图5-2为这种电路的框图。图5-3是一 个电压超限指示和
3、报警电路的参考电路。 编码电子锁的设计 一、目的 通过触摸式编码电子锁的设计与实验， 熟悉触发器及门电路的应用。 二、要求 设计一个触摸式编码电子锁电路。 编码电子锁不需要钥匙，只要记住一组 十进制数字（即所谓的码，一般为四位，如 1479），顺着数字的先后从高位数到低位数， 用手指逐个触及相应的触摸按钮，锁便 自动打开（发光二极管被点亮）。若操作顺 序不对，锁就不能打开。 三、参考电路 四、简要说明 图6-1是一个用集成电路组装的触摸式 编码电子锁的电路图。图中有十个触摸探头 ，分别为0、1、2、39。其中有四个D触 发器，由两片CMOS双D触发器CC4013组成 。四个D触发器的复位端 全
4、部连接在一起 ，经电阻R0接地，并通过电容C0接到VDD。 由于电容两端的电压不能突变，因此在接 通电源瞬间， 端为高电平，使四个D触发 器自动清零（Q=0）。 密码报警电子锁的设计 一、目的 通过密码报警电子锁的设计与实验，熟悉 三极管及门电路的应用。 二、要求 设计一个密码报警电子锁电路。 密码报警电子锁具有防盗报警能力，如果 用手触及触摸探头的顺序与密码不符，锁不 能打开，报警器就会发出报警声响。 三、参考电路简要说明 图7-1是一个密码报警电子锁的参考电路 ，图中电路的编码为3568。电路中三极管T1 、T2、T3和T4是串联在一起的，构成三极管 与门。只有当T1、T2、T3和T4同时
5、导通时， 三极管T5才会导通。要想使这四个三极管同 时导通，应首先用手触及3号触摸探头，使T1 导通，同时电容C1充电。当手离开3号探头后 ，C1开始放电，在一定时间内T1仍然导通。 在此时间内用手触摸5号探头，T2导通，同时 C2开始充电。而后再用手触摸6号和8号探头 ，T3和T4依次导通。由此可见，开锁的人应 该在规定的时间内按顺序完成密码操作，T1 、T2、T3和T4才能同时导通。如果超过规定 的时间，电容放电达到一定的程度，三极管 就会截止，而四个三极管不能同时导通。这 样可防止不知编码的人，使用慢慢试的方法 将锁打开。 当三极管T5饱和导通时，继电器J动作， 它的接点j2与a1接通，
6、使继电器自锁。同时接 点j1与b1接通，使门锁的电磁线圈L通电，磁 力吸动锁栓，密码锁被打开。 如果没有按照规定的编码进行操作，那么 当人的手指触及任何一个非编码探头（即电 路图中的0、1、2、4、7和9号探头），电源 VCC就会通过R9使晶闸管3CT导通。当晶闸管 导通时，图中C点为高电位，由与非门1、反 相器2和电阻R10、R11、电容C4构成的信号发 生器产生振荡，它输出的方波经三极管T6放 大后启动喇叭，发出声响。 锁被打开后，只要按一下复位按钮N，电 路就会恢复到初始状态。 在参考电路中，因分立元件较多，因此， 对三极管T1、T2、T3、T4的值和晶闸管的触 发灵敏度要求较高。否则，
7、当人的手指较干 燥时，手触及触摸探头可能不起作用。要解 决这个问题，可以使用CMOS集成电路代替 这些分立元件。 6.5 555定时器及其应用 6.5.1 555定时器的电路结构与功能 555定时器是一种多用途的数字模拟 混合的单片集成电路，利用它能极方便的构 成施密特触发器，单稳态触发器的多谐振荡 器。因而它在波形的产生与变换、定时检测 自动报警等方面有广泛的应用。 一、电路框图 见书P348图6.5.1 555定时器芯片 共8脚。 两个电压比较器C1、C2； 一个基本RS触发器； 集电极开路的放电三极管TD； 三个阻值为5K的电阻组成分压器。 图图6.5.16.5.1 CB555CB555
8、的电路结构图的电路结构图 二、功能分析 定时器的主要功能取决于比较器，比较 器的输出控制RS触发器和放电三极管TD的状 态。 在 悬空时， 。若外接 固定电压，则 。 是置零输入端， 不受其他 输入端的影响，正常工作时 。 基本RS触发器置0，TD通， 。 触发器状态不变，因而TD和输出的状态也维 持不变。 故触发器被置1，TD截止,同时vo=1 。 触发器处于 的状态，TD止，vo=1 。 这样我们就得到了表6.5.1所示的CB555 的功能表。 表6.5.1 所示的为CB555功能表 输入输出 状态 0低导通 1低导通 1不变不变 1高截止 1高截止 555定时器能在很宽的电源电压范围内
9、工作，并可承受较大的负载电流。 双极型555定时器的电源电压范围为5 16V，最大的负载电流达200mA，CMOS型 7555定时器的电源电压范围为318V，但 最大的负载电流在4mA以下 。 6.5.4用555定时器接成的多谐振荡器(无稳态) 电路 图6.5.6是用555定时器形成的多谐振荡 器的连线图。R1、R2和C为外接的定时元件 ，触发信号为自给电压，即vI=vC。 图6.5.6 用555定时器接成的多谐振荡器 假设接通电源前，电容电压vC=0。当接 通电源后,由于电容电压不能跃变，使 vI=vC=0Vcc/3，则 ,触发器被置 成1状态, vO为高电平，电路进入第一暂稳态 。同时 =
10、1,使TD截止，电源通过R1、R2对电 容C充电，当电容电压上升至vI=vC=2Vcc/3时 ，使 ，触发器被置成0状态，vO 为低电平,电路进入第二暂稳态,同时 =0使 TD导通,电容C通过TD进行放电,当电容电压下 降至vI=vC=Vcc/3时，使 ， 工作原理 触发器置1，vO=H，电路重新返回第一暂稳 态。如此周而复始,形成自激振荡。图6.5.7 给出了各点的工作波形。 图6.5.7 图6.5.6电路的电压波形图 由图6.5.7的波形图可知，振荡器第一 暂稳态的持续时间T1是电容电压由VCC/3充 电上升至2VCC/3所需要的时间，第二暂稳 态持续时间T2是电容电压由2VCC/3放电至 VCC/3所需要的时间，代入三要素公式得到 输出信号的振荡周期T：
