硬件课程设计

1、功能与技术指标：

a.时基电路U1与电容，电阻组成暂态时间T的单稳态触发器，平时U1处于稳态，其3引脚输出低电平，晶体三极管Q1截止,Q2导通，不对电容C3，电阻R5组成充放电电路充电，控制时基电路U2的6引脚为高电平，3引脚输出低电平，从而使报警声集成电路CK9561不工作，扬声器无声, LED不发光。

b.当有人开锁时，U1感应人体杂波的负半周(实验中可用按键开关S0产生负脉冲来模拟)加至U1的触发端2引脚，使其进入暂态，3引脚输出高电平，此时对电容C3充电，随着充电时间的延长，U2的2脚电位不断下降，当超过指定时间T1=1.1*C3*R5（时间可调），U2翻转，其3脚输出由低电平变为高电平，使得多谐振荡器U3开始工作，从而使CK9561得电工作而报警。如果开门时间在正常的指定时间以内，则U2的3脚保持为低电平，电路不会报警(实验中可用按键开关S0断开模拟)。报警声响持续时间可由U1的暂态时间T2=1.1*C1*R2（时间可调）决定，T2时间后，U1的3脚输出低电平，U2的3引脚输出低电平, CK9561失电，报警声会停止。如果再次触碰门锁超过指定时间，电路又能重新报警。

c．二极管D1时亮时灭，其发光的时间为t1=（R6+R7）*C5*ln2，不发光的时间为t2=R7*C5*ln2，CK9561发出的声音时间与二极管D1发光时间相同

d．第一个测试点是U1的3脚，当开关触发时,其电压下降约约2/3电源电

压，第二个测试点为U2的2脚，即测试电容放电时电压变化曲线，第三个测试点是U2的3脚输出波形，为方波

２、设计方案与方案比较

查询资料可知，这种声光报警器有多种不同的电路：

参考电路图一:

这种电路特点是：当开光被触发时，二极管D1和CK9561会在持续时间内一直发出光和声音，因此这可能会导致电路耗电量较大，不利于省电

参考电路图二:

这个电路做到将二极管D1时亮时灭，但是CK9561没有做到一会发出声音一会不发出声音，这样也可能会导致不必要的能量损耗，也不利于省电综上所述：自己设计的电路不仅做到将二极管D1时亮时灭，CK9561时而发声时而不发声，不仅起到了报警的效果，而且还能有效的省电，减少能量的损耗，，还可以将R6和R7改成滑动变阻器，使得发光时间变得不那么长，这样也可以适当减少能耗。因此自己设计的电路在这种电路上都有所优化.

３、原理框图及电路图

４、单元电路设计与参数计算

a.时基电路U1，由555-U1组成一个单稳电路，控制报警器不响的时间。当开关触发时，只要在指定时间T1=1.1*C3*R5之内时，就不会报警

b.控制时基电路U2，由555-U2组成一个单稳电路，控制报警时间长短。报警持续时间为T2=1.1*C1*R2

c.多谐振荡电路U3，控制二极管D1和CK9561时断时续

当要求二极管D1和CK9561在30s之后开始工作报警，报警持续时间在60s，由于电路中电容与参考电路相同，取值不变，那么电路中电阻阻值取值如下：

由T1，T2的计算公式，并将要求时间值代入式中，可求得：

R5调到约0.58M欧姆，R2调至约0.54M欧姆

在U3组成的多谐振荡器中，电阻和电容都是定值，则可求得：二极管D1发光时间：

t1=（R6+R7）*C5*ln2=0.707s

二极管D1熄灭时间：

t2=R7*C5*ln2=0.354s

当电阻R6和R7是滑动变阻器时，二极管D1发光时间可调

CK9561工作时间与二极管D1发光时间相同，不发声的时间与二极管不发光时间相同。

５、安装调试

①按照电路图在面包板上搭出电路

②观察搭建出来的电路是否出现报警现象，即当自己触发开关时，等待一段时间后，二极管发光，CK9561开始发出报警声

在连接电路时出现的问题：

A．在拿到面包板时，不知道面包板哪里是连通的，哪里是不连通的，导致在连接导线和元器件的时候，有一些元器件没有真正连接在一起，而是断开的。

B．使用到的一些元器件不知道怎么使用，例如：CK9561，三极管等等，在按照电路图连接音乐芯片CK9561时，不知道引脚怎么连接，然后在老师的提醒之下自己成功的将芯片接好，三极管是不知道e，b和c集分别是哪个脚，最后自己还是上网查资料后才知道怎么连接。

C．电路连接完成后，当自己接上电源时，发现并没有出现报警的效果，自己在检查电路后并没有发现错误，最后请老师帮忙解决，发现是芯片坏掉了，换上芯片后电路出现报警的效果。

③电路在面包板上搭建成功后，测试“功能与技术指标”中d项所说的三个测试点，结果与要求相符合

④以上准备工作做完以后，开始在电路板上焊接元器件

⑤首先，规划电路板，即怎么合理安排元器件的放置位置，以便将所有元器件都焊接在一个电路板上，并且要保证元器件之间布局美观

⑥然后着手在电路板上焊接导线和元器件。根据事先的电路板布局，将对应的元器件焊接在对应的位置，合理连接跳线，以便让连线不是很乱

⑦焊接完成后，进行相应的测试，观察焊接完成的电路是否能够起到报警的效果

焊接完成后的电路出现的问题：

A．焊接的跳线很乱，经老师指点后，修改跳线的连接方法。

B．焊接完成后电路发生短路，在用万用表测试几遍后，终于找到导致短路的原因。

C．解决短路问题后，发现电路好像还是处于短路状态，自己在却保电路连接无误后，检查芯片是否烧坏。更换新的芯片后，电路正常工作，出现面包板上搭建出来的电路的效果。

⑧安装调试完成后，对电路中的三个测试点进行测试分析，观察是否出现预想测试结果

６、测试分析

安装完成后的电路：

①测试点一：U1的3脚对地电压：（电源电压为7V）

分析：在触发前，U1的2脚一直处于高电压，其输出脚3的输出为低电平，Q1截止，几乎没有电压降，因此触发前U1的3脚电压为几个毫伏，当U1的2脚触发后，U1进入暂态，3脚输出为高电平，约为2/3的电源电压。在误差范围内，触发后，U1的3脚电压为5.7V

②测试点二：U2的2脚电压变化曲线：