数电课程设计--555定时器声光报警电路
苏州市职业大学课程设计说明书
名称555定时器声光报警电路
2011年12月26日至2011年12月30日共一周
院系电子信息工程系
班级
姓名
系主任
教研室主任
指导教师
目录
第一章绪论 (3)
1.1 概述 (3)
1.1.1 课程设计目的 (3)
1.1.2 声光报警电路简述 (3)
1.1.3 焊接器材 (4)
第二章元器件介绍 (4)
2.1 电位器 (4)
2.2 发光二极管 (5)
2.3 电容器 (6)
2.4 蜂鸣器 (6)
2.5 555定时器 (7)
2.5.1 555定时器的工作原理 (6)
2.5.2 555电路的应用 (7)
第三章工作原理及分析 (9)
3.1 555定时器声光报警电路原理图及印刷版电路图 (9)
3.2 相关性能指标 (12)
3.3 电路的焊接和调试 (12)
3.3.1 电路板焊接 (12)
3.3.2 电路板调试 (10)
3.3.3 常见故障检查 (13)
3.4 测试数据 (13)
第四章实验总结 (13)
参考文献 (15)
第一章绪论
1.1 概述
1.1.1 课程设计目的
数字电子技术课程设计是电类系列课程中的一门专业基础技术课。本课程强调以实践教学为主，在教学过程中要求学生把数字电子技术的基础内容贯穿起来，以电子工艺的要求独立完成电路原理的分析、设计、焊接及调试并作出具体的电子产品实物，使同学们通过实践能较好地掌握常用数字器件的应用，更深层地掌握数字电子技术教材的内容。
1.1.2 声光报警电路简述
本次课程设计的内容是555定时器声光报警电路，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。要求指示灯闪光频率为1~2Hz，蜂鸣器发出间隙声响的频率约为1000Hz，指示灯采用发光二极管。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接到第二个振荡器的复位端。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。而本电路的心脏则是555定时器。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。
1.1.3 焊接器材
蜂鸣器1个C2× 0.01μF1个
发光二极管1个C1× 0.01μF1个
555集成定时器2片C1 100μF电解电容1个
R1 10kΩ电位器1个C2 0.1μF电解电容1个
R2 2kΩ电阻1个C3 4.7μF电解电容1个
R3 20kΩ电位器1个C4 10μF电解电容1个
R4 2kΩ电阻1个
第二章元器件介绍
2.1 电位器
电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。
电位器是可变电阻器的一种。通常是
由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一
个动触点在电阻体上移动，获得部分电压
输出。
电位器的作用——调节电压（含
直流电压与信号电压）和电流的大小。
图2.1电位器电位器的结构特点——电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。
2.2 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，图2.2发光二极管释放出的能量越多，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。
发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。
2.3 电容器
在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1μF以上的电
容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当
然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母
电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出
两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，
它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。
图2.3电容器
电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。
使用电容时要注意电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒联接，加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量，电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件，以防因受热而使电解液加速干涸。
2.4 蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电
压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电
子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发
声器件。；蜂鸣器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。主要有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器等几种。
图2.4蜂鸣器
发光二极管简称为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。
2.5 555定时器
555定时器电路是一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。
555定时器内部框图555定时器引脚排列
2.5.1 555定时器的工作原理
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2
的反相输入端的参考电平为
Vcc
3
2
和Vcc
3
1
。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管
开关状态。当输入信号输入并超过
Vcc
3
2
时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，
同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于
Vcc
3
1
时，触发器置位，555的3脚
输出高电平，同时放电，开关管截止。D
R是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接
Vcc。
Vco是控制电压端（5脚），平时输出
Vcc
3
2
作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一
个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F
的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。
2.5.2 555电路的应用
（1）用555电路构成施密特触发器
施密特触发器是数字系统中常用的电路之一,它可以把变化缓慢的脉冲波形变换成为数字电路所需要的矩形脉冲。
施密特电路的特点在于它也有两个稳定状态,但与一般触发器的区别在于这两个稳定状态的转换需要外加触发信号,而且稳定状态的维持也要依赖于外加触发信号,因此它的触
发方式是电平触发。施密特触发器电路图和波形图如图2.5所示，其回差电压为
Vcc
3
1
。若
在电压控制端⑤外接可调电压Vco （1.5～5V ），可以改变回差电压T V ?,施密特触发器可方便的地把三角波转换成方波。
当输入信号Vcc
Ui 31
<时,基本RS 触发器置1,即Q =0,Q=1，输出O U 为高电平;若Ui 增
加使得Vcc
Ui Vcc 32
31<<时,电路维持原态不变,输出O U 仍为高电平;如果输入信号增加到Vcc
Ui 32
≥时,RS 触发器置0,即Q=0,Q =1,输出O U 为低电平;Ui 再增加,只要满足Vcc Ui 32≥,电路维持该状态不变。若Ui 下降，只要满足Vcc Ui Vcc 3231<<,电路状态仍然维
持不变;只有当Vcc
Ui 31
=时,触发器再次置1,电路又翻转回输出为高电平的状态,工作波
形如图所示。
图2.5施密特触发器电路图、波形图及电压传输特性
（2）用（2）555电路构成多谐振荡器
(c )
i
u o
o
T ＋T － 8 4 7
6 7555 3
2 1 5
R1 R2
u
C
+V DD
0.01μF
uo
t 2
t 1 u
DD V 32
T
(a) 图2.6 用CC7555构成的多谐
改变1R 、2R 和C 的值，就可以改变振荡器的频率。如果利用外接电路改变O C 端(5号端)的电位，则可以改变多谐振荡器高触发端的电平，从而改变振荡周期T 。
在实际应用中，常常需要调节1t 和2t 。在此，引进占空比的概念，输出脉冲的占空比为:
第三章 工作原理及分析
3.1 555定时器声光报警电路原理图及印刷版电路图
2
12
1
2112R R R R t t t q ++=+=
()C
R R C R C R R t t T )2(7.07.07.02122121+=++=+=
图3.1555定时器声光报警电路的原理图
图3.2 555定时器声光报警电路板图
电路焊接好以后，输入直流稳压电源
CC
V ，通过1R ，2R 对1C 充电，通过3R
，4R 对2C 充
电。多谐振荡器（1）的4端接电源，属于高电平，所以多谐振荡器（1）正常工作，当电容
CC V ≥2/3CC V
时，输出3端跃变为低电平OL U ，此时发光二极管熄灭，3端与多谐振荡器
(2)的4端连接，因此多谐振荡器（2）停止工作。蜂鸣器不工作。（多谐振荡器的4端为置零端，低电平有效。即此时多谐振荡器停止工作。高电平无效,多谐振荡器工作。）
随电容1C 放电，当
1C U ≤1/3CC V
时，输出3端为高电平，发光二极管发光， 此时多谐
振荡器（2）工作，蜂鸣器鸣叫。
多谐振荡器（2）通过2C 的充、放电控制输出3端输出的是高或低电平。由于多谐振荡器（1）的输出3端通过多谐振荡器（2）的4端控制多谐振荡器（2）是否工作。多谐振荡器（1）的3端输出为高电平时，多谐振荡器（2）工作，低电平时，不工作。当多谐振荡器（2）工作，输出为高电平时，蜂鸣器鸣叫；输出低电平时，蜂鸣器不鸣叫。
调节1
R 控制多谐振荡器（1）的输出的矩形波的频
率，从而控制发光二极管的闪烁快慢。调节3
R 控制多谐
振荡器（2）的输出的矩形波的频率，从而控制蜂鸣器鸣叫的频率。
3.2 相关性能指标
电容充电时间T 1
T1=0.7（R1+R2）C
电容放电时间T 2
T2=0.7R2C
电路振荡周期T
T=T1+T2=0.7(R 1+2R 2)C
电路振荡频率f
3.3 电路的焊接和调试
3.3.1 电路板焊接
1、从元件标识认识 R 、C 、蜂鸣器并在焊接前用万用表测试，尤其注意可变电阻、二极管极性。
2、元件排列整齐，焊点光滑牢固，不能出现虚焊或短路。
3、外接电源、信号源和负载的接线端接到正面元件层，以方便接线和测量。
4、焊接时，电烙铁对焊点加热时间一般不超过3～5秒，尤其注意不要使晶体管过热。 3.3.2 电路板调试
1、将5V 直流稳压电源接入电路板的输入端，观察发光二极管、蜂鸣器。
2、此时发光二极管闪烁，而蜂鸣器不响。则缓慢的增大输入电压的值，刚到8V 时，发光二极管烧怀，而蜂鸣器鸣叫。
3、调节电位器1R 、
3
R 。当改变1R 的值时，发光二极管闪烁的频率随1R 改变；改变
C
R R T f )2(43.1121+≈
=
R3的值时，多谐振荡器占空比和振荡频率改变，蜂鸣器鸣叫声音也改变。
4、将示波器的输入端接到蜂鸣器的两脚，调节示波器，观察蜂鸣器的输入波形，当输出为占空比合理的矩形波时，读出振荡周期，计算出频率约为1KHz左右。
3.3.3 常见故障检查
蜂鸣器不响原因：可能是蜂鸣器自身原因坏掉或两端接线有问题；也可能是多湝（1）的输出端与（2）连接时有误或（1）没有输出；也可能是8端接电源有问题。
发光二极管亮但不闪烁①测555（1）⑥、⑦脚的电平，若为低电平，查R1及连线是否有断线或虚焊，查C1是否击穿。在外围元件检查无误后，可采用代换法判断555（1）是否损坏。灯不亮，但蜂鸣器正常原因：多湝(1)不工作，而（2）的清零端接电源，（1）不工作的原因可能是电阻问题，可能是工作电容问题，也可能是二极管两端接线问题。还有其他问题就不一一举例了。
3.4 测试数据
焊接电路板如图：
图3.3焊接电路板
输出波形大致为：
图3.4 波形图
外接电容通过R1、R3充电，再通过R3放电，电容器在1/3 Vcc和2/3Vcc之间充电和放点，其频率与电源电压无关。
第四章实验总结
本次的课程设计是数电课程设计中的555定时器声光报警电路，相比较于之前的实训，我们要淡定的多，因为对此的流程有了一个较为熟悉的了解，不像第一次那么的慌张而不
知所措。而且本次的工作量相对来说也比较的小了一点，电路板不用我们自己设计，是布置好的。所以我们只需把精力放在焊接电路板和调试电路板上。
首先，我们按照所给的数据，对一些需要求出的值进行了一个计算，比如电位器的范围等等。然后，我们先把所需的元器件进行相应的测量，比较一下与理想值的差距，如若与理想值的差距过大，说明元器件就有问题，这事就需要及时的与老师联系，更换元器件。接着我们再按照印制电路板上元件相应的位置，把原件安装上去，再用电烙铁把引脚焊接上去，如此这般，前期的工作就基本完成，这相对与前两次课程设计来说，工作量是减小了好多，这也为之后的的测量和调试留下了更加充裕的时间。
接下来的事情就是测量和调试，由于我们本次设计的课题是一个声光报警电路，所以要求二极管要发光，蜂鸣器要发声，并且是间歇式的发生，所以当我第一次把电源接上的时候，一切正常，一次性成功，然后又通过调节电位器的阻值大小来调节蜂鸣器的发声频率，一切都还挺好。接着测的是波形，通过调节示波器的参数，也终于得到了相对比较正确的波形，总的来说还是比较满意的。
这次课程设计锻炼了我的动手能力和考验了我细心、专心及学习能力，也让我们明白合作的重要性。不仅巩固了先前学的数电的理论知识，也使我的创造性思维得到了拓展。最重要的是培养了我们团队合作的能力，制作电路板，安装调试方面都体会到了团队的力量。
参考文献
1、杨志忠.《数字电子技术》. 第二版. 北京：高等教育出版社，2003
2、叶致诚，唐冠中.《电子技术基础实验》.北京：高等教育出版社，1995
3、邱关源 . 《电路》 . 第五版 . 高等教育出版社
4、康华光 . 《电子技术基础》 . 模拟部分.华中工学院出版社
5、陈梓城 . 《实用电子电路设计与调试》 . 中国电力出版社
6、李世雄.丁康源. 《数字集成电子技术教程》. 北京：高等教育出版社，1993
7、网络资源