1、摘 要從中國的汶川地震到海地地震再到今年雅安的地震，似乎地球進入了“地震年”，地震的到來總讓人措手不及，造成了巨大的人員傷亡和不可預計的經(jīng)濟損失。在這種社會條件下，報警品應運而生。19世紀興起的數(shù)字電路以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點在現(xiàn)代電子技術電路中占有越來越重要的地位，這對地震報警器的研制帶來了極大的福音。數(shù)字電路與模擬電路相比有顯而易見的穩(wěn)定性。近年來，數(shù)字電路又有了巨大的發(fā)展。可編程邏輯器件（PAL、GAL等）的發(fā)展和普及最終使IC的設計面向了用戶（這是模擬電路無法做到的），而這毫無疑問會給用戶帶來巨大的便捷，從而奠定它在電子電路中的對位。隨著集成技術的進一步提高，各種新技術的出現(xiàn)和應用，

2、人類歷史橫跨數(shù)碼時代向更進一步發(fā)展已出現(xiàn)在各大型相關企業(yè)的宏偉藍圖中。新世紀里誰掌握了新技術誰就得到了獲勝的資本，也僅僅是資本而矣。新世紀里電子行業(yè)的發(fā)展速度令人窒息，聞名的摩爾定律更把許多人威嚇在門外。可以展望，一個由數(shù)字構成的新世界即將出現(xiàn)。那將是人類文明的又一飛躍。關鍵詞：數(shù)字電路；可編程邏輯器件；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路；多諧振蕩電路；目錄第一章 總體方案的設計31.1 方案論證與對比31.1.1 方案一31.1.2 方案二31.1.3方案總結(jié)41.2系統(tǒng)的總設計框圖41.2.1 設計框圖的介紹41.2.2 設計框圖的工作流程5第二章 各芯片介紹62.1 NE555工作原理及電路圖62.2 NE

3、555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器82.3 NE555構成的多諧振蕩電路11第三章 各單元電路的設計133.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器133.2多諧振蕩器133.3報警電路13第四章 電路仿真14第五章 安裝與調(diào)試165.1調(diào)試儀器165.2調(diào)試方法和過程165.3調(diào)試所遇問題及問題的解決：165.4測量結(jié)果17總結(jié)與心得18參考文獻19【附錄1】：元件清單20第一章 總體方案的設計1.1 方案論證與對比1.1.1 方案一 用開關閉合模擬地震震動信號，接地后觸發(fā)一個NE555芯片構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管工作，為防止電壓過大，串聯(lián)一個電阻分壓，但是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是低電平觸發(fā)，時間比較短暫，報警不明顯，不

4、易覺察，不予采用。 圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)地震報警器1.1.2 方案二 在方案一的基礎上增加多諧振蕩器，再輸出到報警部分兩端，驅(qū)動其工作，仍然采用串聯(lián)一個電阻，使得蜂鳴器正常工作，但電阻不宜過大，否則就不起作用，電路雖然增加元件，但是電路并不變得復雜，也比較經(jīng)濟。開關代替震動信號單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器多諧振蕩器報警電路 圖1.1.2系統(tǒng)框圖1.1.3方案總結(jié) 通過電路的多方面的比較，最終選擇了方案二。1.2系統(tǒng)的總設計框圖1.2.1 設計框圖的介紹 系統(tǒng)的總的設計框圖如圖1.2.1所示。圖系統(tǒng)的總的設計框圖1.2.2 設計框圖的工作流程接通電源后，按下開關，定時器開始工作，引起蜂鳴器報警。第二章 各芯片介紹2.

5、1 NE555工作原理及電路圖 NE555是一種應用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應用。NE555的作用是用內(nèi)部的定時器來構成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。NE555時基電路有兩種封裝形式，一是dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（SMD）封裝形式。其他HA17555、LM555、CA555分屬不 同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構和工作原理都相同。 NE555的內(nèi)部結(jié)構可等效成23個晶體三極管.17個電阻.兩個二極管.組成了比較器.RS觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構成了一個電阻分壓器.為上.下比較器提供基準電壓.所以稱

6、之為555.NE555屬于CMOS工藝制造. NE555引腳圖介紹如下:1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復位 5控制電壓 6門限(閾值）7放電 8電源電壓 應用十分廣泛.下面是一個簡單的NE555電路 圖2.1.1 NE555內(nèi)部結(jié)構圖 圖2.1.2 NE555外部引腳圖NE555時基集成芯片的電路結(jié)構和芯片引腳圖如圖3.2所示。它的內(nèi)部電路由分壓器、兩個電壓比較器、簡單SR鎖存器、一個放電三級管T及緩沖器G組成，比較器的參考電壓由三只5K的電阻構成的分壓器提供。分壓器分別使高電平比較器的同相輸入端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為和。、C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。

7、當輸入信號從6腳輸入并超過參考電平時，觸發(fā)器復位，555的輸出3腳為低電平，同時放電開關管導通。當輸入信號從2腳輸入并低于時，基本RS觸發(fā)器置位，555的輸出為高電平，同時放電開關管截止。 4腳是復位腳，當為低電平時，555輸出低電平。平時4腳開路或接。5腳是外加控制電壓輸入端，當5腳外接一個輸入電壓時，則改變比較器的參考電壓，不接外加電壓時，5腳通常接一個0.01uF的電容到地，用來消除外來的干擾，以確保參考電平穩(wěn)定。是放電管，當導通時，為放電端7腳提供低阻抗放電通路。555定時器主要通過電阻R和電容C構成充放電電路，并由兩個比較器來檢測電容上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。

8、利用它可以構成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。綜合上述分析，可得NE555定時器功能表，如表表2.1所示 表2.1 555定時器功能表 輸入輸出閥值輸入（）觸發(fā)輸入（）復位()輸出()放電管××0111010不變導通截止導通不變2.2 NE555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖2.2.1所示，圖2.2.2為其簡化圖。將555定時器的2號腳作為外觸發(fā)信號的輸入端，將THR輸入端與放電三極管的放電端DISC連在一起，并接在RC回路中的端。 圖2.2.1 用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 由NE5

9、55構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡化電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的外觸發(fā)信號的有效電平為低電平，如果沒有觸發(fā)信號，處于高電平（>）。這時，放點三極管導通約為0，即<,使得=1、=1,基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，Q=0, =0,這是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)。在輸入脈沖下降沿的觸發(fā)下，跳變到以下，RS被置1，輸出為高電平，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，截止，開始經(jīng)過對電容充電。當電壓上升到>時，如果此時輸入的觸發(fā)已消失，回到高電平，則RS觸發(fā)器將被置0，輸出返回=0狀態(tài)，同時變?yōu)閷顟B(tài)，電容通過迅速放電，直到約等于0，電路自動恢復到穩(wěn)態(tài)，。在輸入觸發(fā)信號作用下，和相應的電壓波形如圖2.2.3所示： 圖2.2.3 由NE

10、555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度為 通過改變改變、C的大小,可以使脈沖寬度在一定的時間內(nèi)變化，因此可以得到不同的定時時間和延遲時間。2.3 NE555構成的多諧振蕩電路用555定時器構成的多諧振蕩器電路如圖3.3.1所示。接通電源后，電容C被充電，當上升到時，使為低電平，同時放電，三極管T導通，此時電容C通過和T放電，下降。當下降到時，翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C放電所需的時間為 圖2.3.1 由NE555構成的多諧振蕩器 當放電結(jié)束時，T截止，通過、向電容C充電，由上升到所需時間為 當上升到時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復始，于是在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。電路

11、的工作波形如圖3.3.2，其震蕩頻率為圖2.3.2 由NE555構成的多諧振蕩器工作波形圖由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度較高。而且采用差分電路形式，用555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。電路的且占空比固定不變。第三章 各單元電路的設計3.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)。正常工作時，若未加入負脈沖，即vi保持高電平，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出vo一定是低電平。由于是低電平觸發(fā)，所以時間比較短暫，可以實現(xiàn)一段時間的報警。有開關閉合模擬地震的震動，通過接地來觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。3.2多諧振蕩器 多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩

12、個暫穩(wěn)態(tài)之間自動的交替變換。由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，使得報警器可以持續(xù)反復的報警。3.3報警電路此部分由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成，其中發(fā)光二極管和蜂鳴器為串聯(lián)，發(fā)光二極管在導通狀態(tài)下電阻約等于0，故可以串聯(lián)。 第四章 電路仿真 經(jīng)過各單元電路的設計以后，原理圖基本上己經(jīng)完整了，現(xiàn)在對電路圖進行仿真調(diào)試，本仿真是在multisim軟件上仿真。根據(jù)以下原理圖析，可把電路分為以下四個模塊，且各模塊的的功能介紹和相互之間連接原理如下。第一模塊：是開關控制部分。利用開關代替地震震動信號，當開關閉合時，代表地震震動信號到達，通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器作用后，產(chǎn)生高低電平，使得LED燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出響聲。

13、第二模塊：是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器部分。主要由555-VIRTUAL定時器、兩個電容和一個電阻組成。它的2號引腳應接開關，來模擬地震發(fā)生的情況。3號應接下一個LMC555CM定時器的4號的端口。第三部分：是多諧振蕩器部分。主要由LMC555CM定時器、兩個電阻、兩個電容組成。LMC555CM定時器的2、6號端口應接在一起，在接到電容，完成電容充放電的線路。4號端口低電平有效，接到上個定時器的3號輸出端口，作為控制信號，來實現(xiàn)蜂鳴器的報警。3號輸出端直接在LED上。當有高電平的時候，驅(qū)動其發(fā)光。第三部分：是報警電路部分。主要由LED燈和蜂鳴器組成。LMC555CM定時器的3號端口輸出的是高電平的時候，LE

14、D燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲音報警。圖4.1.1 電路仿真圖示波器波形圖如下圖4.1.2所示。圖4.1.2示波器波形圖第五章 安裝與調(diào)試5.1調(diào)試儀器DT9202 數(shù)字萬用表1個5V直流穩(wěn)壓電源1個 示波器 1個5.2調(diào)試方法和過程 電路板做好后即可進行調(diào)試步驟如下：（1）首先觀察電路有無斷點或可疑點，若有則用電烙鐵進行焊接。在本次實驗所印電路沒有斷線。腐朽過程還是做的比較好的。（2）用萬用表測試所有線路，確保都為正常電路；（3）調(diào)節(jié)電源為6伏，用萬用表測試電壓，保證電壓正常能夠使芯片工作；（4）先不插芯片，將電源正確的接在電路的正負兩端，此時綠燈亮，測量芯片的工作電壓是否正常，測試為5.89V，能使

15、芯片工作正常；（5）正確插上芯片，合上開關，看是否報警，報警為發(fā)聲及發(fā)光，如果沒有信號指示證明電路沒有工作，從前面開始檢測電路，用示波器檢測555是否產(chǎn)生振蕩，確保在每部分電路都工作的情況下在測試，沒有現(xiàn)象證明靈敏度不夠，開始改變電阻的阻值，直到電路能夠正常工作；（6）在確保電路連接正確的情況下，按設計的方案驗證實現(xiàn)的功能。5.3調(diào)試所遇問題及問題的解決： 1.當沒有報警的時候，首先懷疑芯片壞掉了，不能工作，特別是555，很容易被燒壞； 2.調(diào)試時電源接通，沒有報警，開始懷疑是555沒有工作，被燒壞了，但是檢測后發(fā)現(xiàn)前面幾部分電路都工作正常，蜂鳴器、發(fā)光二極管單獨測試也都正常，但是報警電路不工

16、作，兩端電阻為0，可能是由于剛開始測試的時候萬用表的表筆接觸使短路，以上兩種情況只能更換元件； 3.前面做過的聲控報警電路不合理，始終沒調(diào)試出來，分析原因如下： a. 參數(shù)不對，雖然都是用的單穩(wěn)態(tài)和多諧振電路，但是前面的電路不能使這兩部分電路觸發(fā)工作，不能觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)工作，導致后面電路不能正常觸發(fā)，選擇正確參數(shù)的電阻、電容。 c.電容使用不當，造成自激，造成接通電源就會報警，但是不是正常的報警，聲音不大，頻率不對，像是噪聲在驅(qū)動報警電路工作,經(jīng)驗證在不影響電路穩(wěn)定及正常工作的情況下去掉多余電容就能使放大部分正常工作。5.4測量結(jié)果經(jīng)測量計算，從工作電壓可以看出，555工作在正常狀態(tài)，當沒有沒有合

17、上開關時電路不工作，當開關合上時，電路立即工作，并且能夠按照預想的狀態(tài)報警，表明電路調(diào)試成功。總結(jié)與心得經(jīng)過大家一星期的努力，地震報警器的課程設計終于圓滿地落下帷幕。雖然大二了，但這是我們第一次接觸課程設計，前面的都只是一些實習而已，并沒有親手實踐的經(jīng)歷。所以我們必須從設計要求、設計原理、安裝multisim仿真軟件并進行仿真、整理整個課程設計說明書都親力親為。體會到了有問題時的郁悶和糾結(jié)，但也嘗到了努力過后獲得成功的那份興奮和喜悅。總之是獲益匪淺啊！在此過程中，我們把課程設計要求仔細地研讀了一遍，知道此次的設計目的基礎上，便開始瘋狂地查閱資料，包括網(wǎng)上的和圖書館借的書，偶爾也翻看模擬電子技術

18、基礎課本，小組成員聚在一起討論討論，基本上掌握了地震報警器的設計原理，這個階段花的時間和精力蠻多的，俗話說：“萬事開頭難”。只有打好地基，才能開始接下來的事情。因為我們電腦上都沒有仿真軟件，所以還必須先安裝multisim 11.0 的軟件，安裝過程還是挺順利的，先從網(wǎng)上下載那個軟件，然后對照著安裝步驟一步步的來，我們每個人都裝好了。再接下來就是仿真了。對于這個階段，我最大的感受就是好事多磨，因為我們困惑不斷，總是仿真不出正確的結(jié)果，心情上可以說是瀕臨崩潰，但是我們沒有放棄，而是反復地糾錯，一個元件、一個芯片的檢查，找不到問題出在哪，就會引來一陣躁動，找到了又會非常激動和歡快。有時大家會就一個

19、問題產(chǎn)生爭議，但還是尊重真理，不存在任何的不滿和不屑，而只有滿心的佩服。 真是人多力量大，在大家的齊心協(xié)力的配合下，終于仿真成功了，這是最關鍵的一步最后就是寫課程設計說明書了，前面的設計原理整理好后，我們把仿真得到的結(jié)果截下來，包括電路仿真的部分和示波器的部分。實踐是檢驗真理的唯一標準，通過此次課程設計也很好地證實了這一點。我們不僅對模擬電子技術、地震報警器、放置各種元器件、仿真有了更深刻的理解，而且體會到團隊合作的樂趣和重要性。還有最重要的一點就是：做任何事都要有耐心，不能輕易言棄，只有堅持不懈的努力才能換來成功！ 同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某