地震报警器_模电课程设计 精品

摘要从中国的汶川地震到海地地震再到今年雅安的地震，似乎地球进入了“地震年”，地震的到来总让人措手不及，造成了巨大的人员伤亡和不可预计的经济损失。

在这种社会条件下，报警品应运而生。

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，这对地震报警器的研制带来了极大的福音。

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。

关键词：数字电路；可编程逻辑器件；单稳态触发电路；多谐振荡电路；目录第一章总体方案的设计 (3)1.1 方案论证与对比 (3)1.1.1 方案一 (3)1.1.2 方案二 (3)1.1.3方案总结 (4)1.2系统的总设计框图 (4)1.2.1 设计框图的介绍 (4)1.2.2 设计框图的工作流程 (5)第二章各芯片介绍 (6)2.1 NE555工作原理及电路图 (6)2.2 NE555构成的单稳态触发器 (8)2.3 NE555构成的多谐振荡电路 (11)第三章各单元电路的设计 (13)3.1单稳态触发器 (13)3.2多谐振荡器 (13)3.3报警电路 (13)第四章电路仿真 (14)第五章安装与调试 (16)5.1调试仪器 (16)5.2调试方法和过程 (16)5.3调试所遇问题及问题的解决： (16)5.4测量结果 (17)总结与心得 (18)参考文献 (19)【附录1】：元件清单 (20)第一章总体方案的设计1.1 方案论证与对比1.1.1 方案一用开关闭合模拟地震震动信号，接地后触发一个NE555芯片构成单稳态触发器，驱动蜂鸣器和发光二极管工作，为防止电压过大，串联一个电阻分压，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。

图1.1.1单稳态触发地震报警器1.1.2 方案二在方案一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，仍然采用串联一个电阻，使得蜂鸣器正常工作，但电阻不宜过大，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。

图1.1.2系统框图1.1.3方案总结通过电路的多方面的比较，最终选择了方案二。

1.2系统的总设计框图 1.2.1 设计框图的介绍系统的总的设计框图如图1.2.1所示。

开关代替震动信号单稳态触发 器多谐振荡器报警电路图1.2.1系统的总的设计框图1.2.2 设计框图的工作流程接通电源后，按下开关，定时器开始工作，引起蜂鸣器报警。

第二章各芯片介绍2.1 NE555工作原理及电路图NE555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，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V6门限(阈值）7放电 8电源电压CC应用十分广泛.下面是一个简单的NE555电路图2.1.1 NE555内部结构图图2.1.2 NE555外部引脚图NE555时基集成芯片的电路结构和芯片引脚图如图3.2所示。

它的内部电路由分压器、两个电压比较器1C 、2C 、简单SR 锁存器、一个放电三级管T 及缓冲器G 组成，比较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1C 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32cc V 和3ccV 。

1C 、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32ccV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3ccV 时，基本RS 触发器置位，555的输出0V 为高电平，同时放电开关管截止。

4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CC V 。

5脚是外加控制电压输入端，当5脚外接一个输入电压时，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。

D T 是放电管，当D T 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。

综合上述分析，可得NE555定时器功能表，如表表2.1所示 表2.1 555定时器功能表输入输出阀值输入（11V ） 触发输入（12V ）复位(D R )输出(0v ) 放电管T ×＜32Vcc＞32Vcc＜32Vcc×＜3Vcc＜3Vcc＞3Vcc0 1 1 10 1 0 不变导通 截止 导通 不变2.2 NE555构成的单稳态触发器用555定时器构成的单稳态触发器如图2.2.1所示，图2.2.2为其简化图。

将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D T 的放电端DISC连在一起，并接在RC回路中的V端。

c图2.2.1 用555定时器组成的单稳态触发器图2.2.2由NE555构成的单稳态触发器简化电路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，1V 处于高电平（12V >3cc V ）。

这时，放点三极管导通c V 约为0，即11V <3cc V,使得1C V =1、2C V =1,基本RS 触发器处于保持状态，Q=0, 0V =0,这是单稳态触发器的稳态。

在输入脉冲下降沿的触发下，12V 跳变到3ccV 以下，RS 被置1，输出为高电平，电路进入暂稳态，D T 截止，CC V 开始经过A R 对电容充电。

当c V 电压上升到c V >32ccV 时，如果此时输入的触发已消失，1V 回到高电平，则RS 触发器将被置0，输出返回0V =0状态，同时D T 变为导通状态，电容A C 通过D T 迅速放电，直到c V 约等于0，电路自动恢复到稳态，。

在输入触发信号作用下，c V 和0V 相应的电压波形如图2.2.3所示：图2.2.3 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C R C R t A A W 1.13ln ≈=通过改变改变A R 、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。

2.3 NE555构成的多谐振荡电路用555定时器构成的多谐振荡器电路如图3.3.1所示。

接通电源后，电容C 被充电，当c v 上升到32Vcc时，使0v 为低电平，同时放电，三极管T 导通，此时电容C 通过2R 和T 放电，c v 下降。

当c v 下降到3Vcc时，0v 翻转为高电平。

电容C 放电所需的时间为C R C R t pL 227.02ln ≈=图2.3.1 由NE555构成的多谐振荡器当放电结束时，T 截止，cc V 通过1R 、2R 向电容C 充电，c v 由3Vcc 上升到32Vcc所需时间为C R R C R R t pH )(7.02ln )(2121+=+=当c v 上升到32Vcc时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。

电路的工作波形如图3.3.2，其震荡频率为CR R t t f pH pL )2(43.1121+≈+=图2.3.2 由NE555构成的多谐振荡器工作波形图由于555定时器内部的比较器灵敏度较高。

而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。

电路的pH pL t t 且占空比固定不变。

第三章各单元电路的设计3.1单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和暂态。

正常工作时，若未加入负脉冲，即vi保持高电平，则单稳态触发器的输出vo一定是低电平。

由于是低电平触发，所以时间比较短暂，可以实现一段时间的报警。

有开关闭合模拟地震的震动，通过接地来触发单稳态触发器。

3.2多谐振荡器多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。

在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动的交替变换。

由此产生矩形波脉冲信号，使得报警器可以持续反复的报警。

3.3报警电路此部分由蜂鸣器和发光二极管组成，其中发光二极管和蜂鸣器为串联，发光二极管在导通状态下电阻约等于0，故可以串联。

第四章电路仿真经过各单元电路的设计以后，原理图基本上己经完整了，现在对电路图进行仿真调试，本仿真是在multisim软件上仿真。

根据以下原理图析，可把电路分为以下四个模块，且各模块的的功能介绍和相互之间连接原理如下。

第一模块：是开关控制部分。

利用开关代替地震震动信号，当开关闭合时，代表地震震动信号到达，通过单稳态触发器和多谐振荡器作用后，产生高低电平，使得LED 灯闪烁，蜂鸣器发出响声。

第二模块：是单稳态触发器部分。

主要由555-VIRTUAL定时器、两个电容和一个电阻组成。

它的2号引脚应接开关，来模拟地震发生的情况。

3号应接下一个LMC555CM定时器的4号的端口。

第三部分：是多谐振荡器部分。

主要由LMC555CM定时器、两个电阻、两个电容组成。

LMC555CM定时器的2、6号端口应接在一起，在接到电容，完成电容充放电的线路。

4号端口低电平有效，接到上个定时器的3号输出端口，作为控制信号，来实现蜂鸣器的报警。

3号输出端直接在LED上。

当有高电平的时候，驱动其发光。

第三部分：是报警电路部分。

主要由LED灯和蜂鸣器组成。

LMC555CM定时器的3号端口输出的是高电平的时候，LED灯亮，蜂鸣器发出声音报警。