光敏蜂鸣器项目的设计方案

光敏蜂鸣器项目的设计方案
第1章绪论
1.1光敏蜂鸣器的作用
如果用手挡着实验板，扬声器就会随着手挡着实验板时光照强度的变化，发出多变的声音。

1.2 光敏蜂鸣器的构成
光敏蜂鸣器主要是由分压电路、比较器、RS触发器、放电电路等组成。

分压电路主要是由电阻的串来把电压源分压，以取得合适的电压给下一级电路。

比较器则对前级输送的电压进行比较，比较的值作为RS触发器的输入信号。

RS触发器是一个具有记忆功能的二进制信息存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元。

它的输出则用来确定9013的工作状态。

1.3光敏蜂鸣器的工作原理
光敏蜂鸣器电路可以在不同光照下，可以在不同光照下，发出忽高忽低，变幻的声音。

电路中由555定时器和电阻、光敏电阻、电容等组成多谐振荡器，光敏电阻是利用光致导电的特性，它的阻值会随照射光的强度而变化，当光照射时阻值小，光照弱时阻值大。

本电路利用这一光敏特性，来改变振荡器的充放电的时间的常数，从而改变多谐振荡器的频率，本电路的振荡频率为：
t=0.7(R1+2RG)C1
f=1/t
555定时器输出的可变频率信号经过限流电阻后，驱动三极管VT1带动扬声器发出多变的声音。

第2章系统设计方案
本次的系统设计方案主要是采用555定时器后在加上外围电路便构成了此次的设计。

2.1 光敏蜂鸣器系统设计方案
顾名思义光敏蜂鸣器就是对光的变换很敏感且会有鸣声，既然对光敏感那么我们就该选一个光敏原件（此次选用光敏电阻），又能发出声音。

所有在负载上我们加一个扬声器。

而此次的最主要的器件是选用555定时器，因为555定时器是由多种电路组合起来的，它组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

再在555定时器的输出端加上个电阻为限流作用。

而再在最后加上一个9013的三极管作为输出，是利用三极管的开关特性来控制电容的充放电。

电路图见图（1）这些便为这次的设计方案。

2.2 工作原理
电路接上5V的电压时，当在光敏电阻上用东西挡住光时扬声器会根据光的强弱发出不同的声音。

2.3 电路图
图（1）光敏蜂鸣器原理图
第3章元器件介绍
3.1 555定时器
1） 555定时器的内部结构及引脚功能
555
定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图3和图4所示。

图（2）555定时器的功能图图（3）逻辑符号图图（4）引脚分配图555集成定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，有TTL和CMOS 等型号之分，但外引线排列和功能完全相同。

其组成电路框图如图1所示。

555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。

三极管TD是放电管(有时有另一三极管，是对清零起跟随作用，起缓冲作用)，将对外电路的元件提供放电通路。

比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得 2/3VCC和1/3VCC 两个基准分压值，一般称为阈值。

若在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。

②（TR）为低电平触发端。

该端输入电压高于1/3U
CC 时，比较器C
2
输出为“1”，
当输入电压低于1/3U
CC 时，比较器C
2
输出为“0”。

③（u0）为输出端。

输出为“1”时的电压比电源电压U CC低2V左右。

输出最大电流为200mA。

④（）为复位端。

在此端输入负脉冲（“0”电平，低于0.7V ）可使触发器直接置“0”，正常工作时，应将它接“1”（接+U CC ）。

⑤（CO ）为电压控制端。

静态时，此端电位为2/3U CC 。

若在此端外加直流电
压，可改变分压器各点电位值。

在没有其他外部联线时，应在该端与地之间接入0.01µF 的电容，以防干扰引入比较器C 1的同相端。

⑥（TH ）为高电平触发端。

该输入端电压低于2/3U CC 时，比较器C 1输出为“1”，
当输入电压高于2/3U CC 时，比较器C 1输出为“0”。

⑦（D ）为放电端，当输出U 0=“0”，即触发器= 1时，放电晶体管T 导通，
相当7端对地短接。

当u 0 为“1”，即= 0，T 截止，7端与地隔离。

⑧和①分别为电源端和接地端。

2）555定时器功能表（如表1）
3） 555定时器的应用
（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 3
1<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 3
231<<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 3
2≥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 3
2≥,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 3
1=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5所示。

（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；
振荡周期： T=0.7（R1+2RG ）C1
（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

3.2 光敏电阻
光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

一般光敏电阻器结构如图7所示。

图(8) 光敏电阻外观及电路符号
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。

在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。

光照愈强，阻值愈低。

入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。

光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性光谱特性，频率特性，温度特性。

在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。

没有极性，纯粹是个电阻器件，使用时可加直流也可以加
交流
3.3 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。

它主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

蜂鸣器的电路图形符号如图8 蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

图(9) 蜂鸣器的图形符号
第4章光敏蜂鸣器的制作与调试
4.1 光敏蜂鸣器的仿真
按下图接好电路并进行仿真，确定电路能否正常工作以避免不必要的麻烦。

图（10）原理图
图（11）参数的数值确认
图（12）仿真波形
4.2 光敏蜂鸣器的具体制作
按照下图焊接电路板，通过使用万用表检查该电路是否存在错误并加以纠正。

图（10）
把电源线与接地线分别接好，蜂鸣器发出声响。

完成线路板如下。

4.3光敏蜂鸣器的调试
把线路板的正极接5V的直流电压，负极接地后打开电源测试电路。

555定时器的3引脚接到示波器观察其波形，测在正常光照下的光敏电阻值和3脚的波形图和在无光照情况下的光敏电阻值和3脚的波形进行记录分析。

正常光照下3脚波形
无光照时3脚的波形
第5章系统分析
5.1 周期的测量
光敏电阻在光照下为4.3K，无光照时的阻值为29.1K，C1为0.1UF，R1为10K 本电路的振荡频率为f=1/t
t=0.7(R1+2RG)C1
理论：在有光照时F=768HZ 实际F=952HZ
在无光照时F=209HZ 实际F=333HZ
5.2 误差的来源
误差的来源可能是万用表的老化引起的灵敏度降低，元件本身的标值与实际值有差别。

第6章实验总结（心得体会）
一周的实训很快结束了，在此期间也遇到了一些问题，但是我最终完成了任务，更重要的是我对555定时器有更深刻的了解。

本次实训的主要内容是光敏蜂鸣器设计。

在焊接电路前一天，我们主要是了解该电路的工作原理，并熟悉各元器件在电路中的作用。

本次实训要求我们自主设计线路的走向并焊接电板，由于设计的电路比较简单，因此在焊接电路时显得比较容易。

对于元件位置摆放的恰当与否，直接关系到电路板的美观与走线是否容易。

这块电路板焊接还是比较满意。

起初，由于我的一个搭线的不牢固第一次通电未能成功但经过我们的查找，很快便纠正了错误，得到了正确的电路。

我认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

通过这次的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。

参考文献
1《自动检测与转换技术》机械工业出版社
2《检测与转换技术》机械工业出版社
3《数字电子技术》高等教育出版社。