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1、01.课程设计的任务和要求1.1 课程设计的任务（1）设计一个简单的触摸式报警器，以起到触摸防盗的功能。（2）该防盗报警器适用于仓库、住宅等地的防盗报警。（3）报警时间可任意调节。（4）一旦有人触摸报警器，该报警器就会通过扬声器发出报警声。1.2 课程设计的要求设计一种高灵敏度触摸式报警器，可以安装在门、窗或保险柜等容易触摸的部位，只要非法进入者的手触摸或靠近它，扬声器即会发出响亮的报警声。要求灵敏度和报警持续时间可以进行调节。 2.元器件介绍2.1 NE555 介绍NE555 (Timer IC)大约在 1971由 Signetics Corporation 发布，在当时是唯一非常快速且商业
2、化的 Timer IC，在往后的 30非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电，尽管近CMOS 技术版本的 Timer IC 如 MOTOROLA 的MC1455 已被大的使用，但原规格的 NE555 依然正常的在市场上供应，尽管新版 IC 在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前可直接的代用。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冲
3、信号。2.2 NE555 的特点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.它的操作电源电压范围极大，可与 TTL，CMOS 等逻辑电路配合，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。5.静态电流 最大值 VCC = 5 V, RL = =6mA VCC =15 V, RL = =15mA 2.3 各引脚名称和功能1Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (
4、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
5、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)。2.4 工作原理2555 定时器的内部电路由分压器,电压比较器 C1 和 C2，简单 SR 锁存器，放电三极管 T 以及缓冲器 G 组成。当控制电压端（5）悬空时，C1
6、和 C2 的基准电压分别为 2/3Vcc 和 1/3Vcc。其内部结构图如图所示。当 RD0 时，无论输入何值，输出复位，即 Vo0。在 RD1 前提下：当 Vi1(2/3)Vcc,Vi2(1/3)Vcc 时，比较器 C1 输出低电平，比较器 C2 输出高电平，SR 锁存器 Q 端置 0，放电三极管 T 导通，输出端 Vo 为低电平。当 Vi1(1/3)Vcc 时，简单 SR 锁存器 R=1,S=1,锁存器状态不变，电路保持原状态不变。当 Vi1(2/3)Vcc,Vi2(1/3)Vcc 时，比较器 C1 事输出高电平，C2 输出低电平，SR 锁存器置 1，放电三极管 T 截止，输出端 Vo 为
7、高电平。 3.用 555 定时器构成的单稳态触发器和多谐振荡器3.1 用 555 定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器,是指电路达到稳定之后,只有一个稳定状态的触发器。一般具有以下特点：（1） 电路的输出可以的高电平，也可以的低电平，但稳定的输出状态是唯一的。（2） 在外界触发信号的作用下，电路的输出状态将进入暂时的工作状态，称为暂稳态。暂稳态是暂时的，经历一定时间后电路的输出一定会自动回到其稳定输出状态。（3） 暂稳态的维持时间取决于电路的参数，与外界的触发信号脉冲宽度和幅度大小无关。只要触发信号的幅度足够高或足够低，就能使电路进入暂稳态工作。由于以上特点，单稳态触发器广泛应用于将尖脉冲转换
8、呈矩形脉冲信号，延时脉冲产生电路。用 555 定时器构成的单稳态触发器的电路如图所示。这种触发器具有两个触发信号输入端，可以用高电平触发，也可以用低电平触发。555 定时器的 2 端为触发信号的输入端，6 端和 7 端并联后，连接到电阻电容的串联点，构成电容，电阻充3放电定时电路结构。555 定时器组成的单稳态电路由输入脉冲信号的下降沿触发，使其输出状态产生翻转，另外，在暂稳态过程结束前，Ui1必须恢复为 1，否则电路内的RS 触发器为不确定状态，输出不能维持 0 状态。因此这种单稳态电路只能用负窄脉冲触发。如果输入脉宽大于输出脉宽，则输入端可加 RC 微分电路，使输入脉宽变窄。这种电路产生的
9、脉冲宽度可以从几微秒到数分钟。可通过改变 R、C 元件参数调节脉冲宽度，精度可达 01。其暂稳态维持时间为 Tw=lnRC=1.1RC,仅与电路本身的参数 R、C 有关。3.2 用 555 定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。由 555 定时器构成的多谐振荡器如图所示，R1，R2 和 C 是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6 脚） 和低电平触发端（2 脚）并接后接到 R2 和 C 的连接处
10、，将放电端（7 脚）接到 R1，R2 的连接处。由于接通电源瞬间，电容 C 来不及充电，电容器两端电压 uc 为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出 uo 为高电平，放电管 VT 截止。这时，电源经 R1，R2 对电容 C 充电，使电压 uc 按指数规律上升，当 uc 上升到（2/3）Vcc 时，输出 uo 为低电平，放电管 VT 导通，把 uc 从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc 这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间 TPH 的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数 T 充=（R1R2）C。由于放电管 VT 导通，电容 C 通过电阻
11、R2 和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间 TPL 的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数 T 放R2C0 随着 C 的放电，uc 下降，当 uc 下降到（1/3）Vcc 时，输出 uo。 为高电平，放电管 VT 截止，Vcc 再次对电容 c 充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc 电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。44.设计方案4.1 实现方案电路4.2 工作原理这个电路由 2 片 NE555 时基集成电路（图中的 U1 和 U2）组成的，其中，第一个 555 时基集成电路组成了一个单
12、稳态触发器，而第二个 555 则组成了一个多谐振荡器。U1 的输出端 3 连到 U2 的复位端 4。U1 的 2 脚接一金属片或导线。触摸 M 之前，U1 的 2 脚处于高电平，此时，U1 电路只有一种稳定状态，3 端输出为低电平。U2 的 4 脚便接低电平，复位，U2 输出保持为低电平。当触摸 M 后，人体感应作用使 U1 的 2 脚变为低电平，U1 的输出状态由低电平跳变为高电平，进入暂稳态。此时 U2 的 4 脚接高电平解除复位，U2 组成的振荡电路起振，输出端 3 输出矩形脉冲，使发光二极管亮（由于实验中蜂鸣器坏了，用发光二极管代替） 。通过改变 R1 和 C2 的值，可以改变报警（亮
13、灯或响鸣）的持续时间。此电路中 R1=1M,C2=22uF,Tw=1.1*R1*C2=22s，即报警持续时间约为 22 秒。而 R2 和 R3 则决定了扬声器的鸣叫频率（本次实验中则是灯亮的频率） ，f=1.44/(R2+2R3)C4=477Hz.4.3 调试及结果分析不触摸 M，U2复位，电路相当于一个单稳态触发器，发光二极管不亮；触摸 M，U2解除复位，电路相当于一个多谐振荡器，发光二极管亮。调节 R1 和 C25的值，可以改变报警时间；调节 R2 和 R3 的阻值可以调节扬声器的频率。5.总结通过这次课程设计我大致掌握了 555 定时器的功能以及单稳态触发器和多谐振放大器的工作原理，使我
14、对数字电子技术这门课有了进一步了解。把课堂上学到的书本知识灵活的应用到了实际操作当中，这是一个很有意义的进步。在这次基础强化训练使我懂得了理论与实际相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实践动手能力。从拿到题目到具体设计，从学习到实践，在一个多星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。课程设计不仅仅是一项任务，而且是一项使命，我们必须靠自己的能力拿出解决问题的方法。只有认真，灵活，严谨才能较好的完成整个设计，整个电路。这次课程设计使我得到了多方面的锻炼，无论从毅力，能力，还是定力都得到了大大的提高。总之，这次做课程设计不仅是对自己的能力的一个考验，更是一个让自己学习新的知识的机会。总的来说，本次课程设计是很有意义的，是一个很好的考验对课程知识的掌握和应用的机会。6参考文献1 余梦尝.数字电子技术基础简明教程（第三版）.北京：高等教育出版社，19992 谢自美.电子线路设计.武汉：华中科技大学出版社，20063 罗中华，曾清生.数字电路逻辑设计.北京：清华大学出版社，20044 阎石.数字电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，1998
