1、前 言随着电子技术的不断发展，模拟电子技术的缺点和局限性越发明显，模拟电子技术的不稳定性、易干扰性等大大限制了其应用，且有阻碍电子技术发展的趋势。19 世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定性。近年来，数字电路又有了巨大的发展。可编程逻辑器件（PAL、GAL 等）的发展和普及最终使 IC 的设计面向了用户（这是模拟电路无法做到的） ，而这毫无疑问会给用户带来巨大的便捷，从而奠定它在电子电路中的对位。随着集成技术的进一步提高，各种新技术的出现和应用，人类历史横跨数码时代向更进一步发展已出现在各大型相关企业的宏伟
2、蓝图中。新世纪里谁掌握了新技术谁就得到了获胜的资本，也仅仅是资本而矣。新世纪里电子行业的发展速度令人窒息，闻名的摩尔定律更把许多人威吓在门外。可以展望，一个由数字构成的新世界即将出现。那将是人类文明的又一飞跃。1目录引 言61. 设计任务及要求62. 方案论证和选择63. 系统框图64. 电路的工作原理74.1 声音采集放大 74.2 时钟信号产生电路 74.2.1 NE55574.2.2 由 NE555 构成单稳态触发电路104.2.3 由 NE555 构成的多谐振荡电路 114.3 报警电路135. 电路板的组装135.1 原理图的设计135.2 电路板制作过程146. 电路的调试146.
3、1 调试仪器146.2 调试方法和过程146.3 调试所遇问题157. 测试结果168. 改进意见169. 总 结16参考文献17附 录182引 言本课程设计利用压电陶瓷片作为声传感器获得电压，经放大后触发单稳态触发器和多谐振荡器,输出驱动蜂鸣器和发光二极管工作报警。1 、设计任务及要求1.采用压电陶瓷片作声传感器；2.选择适当的放大器，将传感器的信号放大后，触发报警电路；3.报警方式为声音及发光管。2、 方案论证和选择方案 1 ：采用压电陶瓷片采集声音信号，采用 LM324 放大经过反向后输出，输出信号触发单稳态触发器和多谐振荡器工作，触发报警电路，但是使输出反向比较麻烦且元件利用率不高，L
4、M324 只利用了其中一部分，并且触发信号没必要太大，不予采用；方案 2 ：采用压电陶瓷片采集声音信号，经三极管 C9013 反向放大后触发一个 NE555 芯片构成单稳态触发器，驱动蜂鸣器和发光二极管工作，发光二极管和蜂鸣器两端用稳压管使电压稳定，但是单稳态触发器是低电平触发，时间比较短暂，报警不明显，不易觉察，不予采用；方案 3 : 在方案 1 的基础上增加多谐振荡器，再输出到报警部分两端，驱动其工作，仍然采用稳压管使其稳压，稳压管的稳压值不能高于 5V，否则就不起作用，电路虽然增加元件，但是电路并不变得复杂，也比较经济3、 系统框图3声音采集电路放大电路 单稳态触发器多谐振荡器报警电路4
5、、 电路的工作原理4.1 声音采集放大压电蜂鸣片由压电陶瓷片和金属振动板粘贴而成，由振荡电路激励，通过压电效应，采集声音信号并将其转换为电信号，压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件，因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、成本低，耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用。适合超声波和次声波的发射和接收，比较大面积的压电陶瓷片还可以运用检测压力和振动，工作原理是利用压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，就可产生机械振动，从而发出声音。如果不断对压电陶瓷片施加压力它还会产生电压和电流。图 1 压电陶瓷片的振动方式这部分电路比较简单，由压电陶瓷片采集声音，使其转换为电信号，经
6、过三极管共射反向放大后触发由 555 构成的单稳态时基电路。放大倍数只要够大就能够触发后面电路工作。4.2 时钟信号产生电路44.2.1 NE555NE555 是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。NE555 的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。NE555 时基电路有两种封装形式有，一是 dip 双列直插 8 脚封装，另一种是 sop-8 小型（smd）封装形式。其他ha17555、lm555、ca555 分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。NE555 的内部结构可等效成 23 个晶体三极管.17 个电
7、阻.两个二极管.组成了比较器.RS 触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高 5k 电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为 555.NE555 属于 cmos 工艺制造. NE555 引脚图介绍如下:1 地 GND 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门限(阈值）7 放电 8 电源电压 Vcc 应用十分广泛.下面是一个简单的 ne555 电路应用5图 2 NE555 内部结构图6图 3 NE555 内部引脚图NE555 时基集成芯片的电路结构和芯片引脚图如图 1 所示。他含有两个电压比较器 C1、C2，一个基本 RS 触发器，一个放电开关管 Td，比较
8、器的参考电压由三只 5K 的电阻构成的分压器提供。分压器分别使高电平比较器 C1 的同相输入端和低电平比较器 C2 的反相输入端的参考电平为 2Vcc/3 和Vcc/3。C1、C2 的输出端控制 RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号从 6 脚输入并超过参考电平 2Vcc/3 时，触发器复位，555 的输出 3 脚为低电平，同时放电开关管导通。当输入信号从 2 脚输入并低于 Vcc/3 时，基本 RS触发器置位，555 的输出 Vo 为高电平， 同时放电开关管截止。74 脚是复位脚，当为低电平时，555 输出低电平。平时 4 脚开路或接Vcc。5 脚是外加控制电压输入端，当 5 脚外接一
9、个输入电压时，则改变比较器的参考电压，不接外加电压时，5 脚通常接一个 0.01uF 的电容到地，用来消除外来的干扰，以确保参考电平稳定。Td 是放电管，当 Td 导通时，为放电端 7 脚提供低阻抗放电通路。555 定时器主要通过电阻 R 和电容 C 构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。利用它可以构成从微秒到数十分钟的延时电路、单稳态触发电路、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。4.2.2 由 NE555 构成的单稳态触发器电路图 4 由 NE555 构成的单稳态触发器电路由 NE555 构成的单稳态触发器如图 3 所示，将
10、555 定时器的 2 号脚作为外触发信号的输入端，将 THR 输入端与放电三极管 TD 的放电端 DISC 连在一起，并接在 RC 回路中的 VC 端。单稳态触发器的外触发信号的有效电平为低电平，如果没有触发信号，V1处于高电平（V12VCC/3） 。这时，放点三极管导通 VC 约为 0，即 V112VCC/3 时，如果此时输入的触发已消失，V1 回到高电平，则 RS 触发器将被置 0，输出返回 V0=0 状态，同时 TD 变为导通状态，电容 CA 通过 TD 迅速放电，直到 VC 约等于 0，电路自动恢复到稳态， 。在输入触发信号作用下，VC 和 VO 相应的电压波形如图 4 所示：图 5
11、由 NE555 构成的单稳态触发器工作波形图单稳态触发器的脉冲宽度为Tw=1.1RA*C通过改变改变 RA、C 的大小,可以使脉冲宽度在一定的时间内变化，因此可以得到不同的定时时间和延迟时间。4.2.3 由 NE555 构成的多谐振荡电路9图 6 由 NE555 构成的多谐振荡器用 555 定时器构成的多谐振荡器电路如图 5 所示。R 由 RA 和 RB 两只电阻组成，两个电阻的中点接到放电三级管 Td 的放电端 7 脚。比较器电压由电源 Vcc 经三个电阻分压形成。外接控制电压输入端未用，经 0.01uF 电容接地，以防干扰。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过 RA,RB 向 C 充电，以及 C 通过 RB 向放电端放电，使电路产生振荡。电容 C 在 Vcc/3 和 2Vcc/3 之间充电和放电，其波形如图 6：图 7 由 NE555 构成的 多谐振荡器工作波形图
