课程设计报告简易防盗报警器的设计
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（3-2）
图3-3定时模块电路图
3.3频率控制模块
课程设计的基本要求中，产生一频率为1.2KHz的报警声音。要实现这一要求很简单，只要多加一片555芯片，用它做多谐振荡器产生频率1.2KHz。
3.3.1555定时器做多谐振荡器
若将555的引脚2与6相接，如图3-4所示，就可形成多谐振荡器。外接电容C通过R1、R2充电，而放电电流仅通过R2。
其检测电路设计图如图3-2，开关J1（实际电路中用铁片或铁丝代替）按下时，2管脚由高电平变为低电平时，输出管脚3脚就由低电平变为高电平输出一个脉冲，高电平脉冲维持的时间由电阻R1和电容C1决定，其计算公式为：
Tw=lnR1*C1≈1.1RC（3-1）
图3-2 检测电路图
3.2定时模块
在数字电路中，定时实际上是产生一脉冲信号，其信号的高电平或低电平维持的时间可由计算电路参数而确定。555做单稳态触发器时就有定时的作用，因此定时模块可由555芯片完成。考虑到检测电路中已使用了555做单稳态触发器，因此可将两模块合二为一，既用作检测电路又用作定时。其电路如图3-3，定时的长短由电路参数R和C确定：
0 1 1 0
6
0 1 1 0
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9பைடு நூலகம்
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图3-10 74ls161功能表及引脚图
74LS08引脚图：
图3-1174ls08引脚图
3.4语音报警
语音报警是用蜂鸣器将电信号转化成声音信号，从而报警。只需要将蜂鸣器直接接入电路，当有高平信号时蜂鸣器就发生鸣叫。此部分电路很容易实现，联系频率控制模块的设计，74ls153在多种频率中选出一种频率，这种频率的电信号就可以直接接到蜂鸣器上使蜂鸣器鸣叫，所以蜂鸣器接在74ls153输出管脚上。
报警器(alarm)，又称防盗器。是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置。传感器又是报警器的核心元件，采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途的报警装置。
防盗报警器，是对用于发生警情、危险、紧急情况等状况下以声音、光线、气压等形式发出警报的电子产品的统称。随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。其应用也是越来越广泛，涉及到各个行业中。
传统报警器通常采用触摸式报警、开关报警器、光电报警等。这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点。本课程设计所设计的简易防盗报警器是借助于数字逻辑电路，采用模块化的设计思想。不仅使得设计变得简单、方便、灵活性强，而且电路简单容易实现，工作稳定。
第一章：设计基本要求
设计一检测电路，将检测器件安装在门、窗等地方，只要有非法进入者闯进，扬声器即会发出1.2KHZ频率的报警声。
0 0 0 0
化简状态转换表可得到状态方程：
Q1=Q0（3-7）
Q2=Q0*Q1（3-8）
Q3=Q0*Q1*Q2（3-9）
由状态方程得出四分频的电路图：
图3-7四分频电路图
波形图：
图3-7四分频电路输出波形图
原脉冲（图3-7中的CP）经过分频器，输出Q0、Q1、Q2、Q3四个脉冲，频率分成CP的二分之一、四分之一、八分之一还有十六分之一。然后利用一个四选一的数据选择器（74LS153）的选择作用在不同时刻内选择不同频率，从而使得蜂鸣器鸣叫时声音的频率有规律的变化。而四选一数据选择器（74LS153）的地址控制脚是由74LS161控制的。74LS161是十六进制循环计数器，利用其循环的特性可以有规律的控制数据选择器的地址控制脚，从而有规律的选频。74ls08（四与门）芯片在电路中起辅助分频作用。
[5]宋家友，张友汉．新编电子线路设计实用手册[M]．福建：福建科学技术出版社，2007。
[6]康华光.电子技术基础数字部分第4版[M].北京高等教育出版社，2000。
[7]郑家龙.集成电子技术基础[M].北京高等教育出版社，2002。
[8]路成红.专用集成电路设计与电子设计自动化[M].清华大学出版社，2004。
图4-1 电路仿真波形图
第五章：实验调试与分析
电路按设计电路接好，接通电源，触摸触摸片，蜂鸣器不响。用万用表测量蜂鸣器两端电压，电压为零。再测量第一片555三管脚的输出电压，在4.25V左右变化，第一片555工作正常。测量第二片555三管脚的输出电压，在4V左右变化，确定第二片555工作也正常。由此推测，电路的故障出现在分频电路中，测量74LS112的5管脚和9管脚的电压，万用表显示的数值和预计的一样，都为高电平。测量74LS153管脚电压，发现电压都为零。检查此处的电路，发现74LS153没接电源，断开电源，将74LS153的电源管脚焊入电源中。重新将电路接上电源，蜂鸣器响了，但是发出的声音只有一种频率。推测是74LS153或74LS161工作不正常，检测两芯片各个管脚的电压，发现74LS161与74LS153相连接的管脚电压为零，确定74LS161的连接无误后，猜测是芯片坏了。断开电源，换上芯片后，接通电源，触摸触摸片，蜂鸣器响了，并有不同频率的声音发出。电路设计成功了。
前言
随着我国全面小康建设步伐的加快，人们的生活水平有了很大的提高，同时，社会人口的流动性大大增加，社会结构和社会治安问题日趋复杂，人们对家庭生命财产的安全越来越重视。因此，人们在生活中逐渐引入报警器，用来预防抢劫、盗窃等意外事件的发生。
防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。
可求出：
充电时间：（3-3）
放电时间：（3-4）
周期：（3-5）
占空比：（3-6）
由公式计算参数：
由于频率为1.2KHz，电容C选取0.1uf，计算出电阻R1、R2的阻值约为1K、10K，选取1K、10K的电阻做R1、R2。
图3-4多谐振荡器及波形图
3.3.2提高设计要求
考虑到本次课程设计比较容易，为提高实践能力和电路的实用性，与同组人共同讨论设计出报警声音有多个频率的报警器。分频的实现主要是改变一脉冲信号的周期，将其周期变大，频率变小。数字电路中有多种器件都可以实现分频功能，本次实验选择了J、K触发器来组合成分频器。其设计思路如下：
附录一
元件清单：
74LS1122个；
74LS1531个；
74LS1611个；
74LS081个；
NE555芯片2个；
蜂鸣器1个；
稳压电源1台；
电阻
阻值
10K
1K
150K
数量
1
2
1
电容
容值
0.01uf
0.1uf
100uf
数量
2
1
1
万能电路板1块；
导线若干
附录二
电路仿真图（一）
2.4语音报警
语音报警电路完成的是将电信号转化成声音信号，从而达到报警目的。
第三章：电路各模块设计分析及电路原理图设计
3.1检测电路
本实验是做一个报警器，当有人触摸到检测电路时，电路发生报警。这要求电路能够及时检测出人体信号，并能通过电路及时报警。通过对NE555的了解知道，当用NE555做成单稳态电路时，电路可以检测出人体信号并转化成电信号，利用这一特点可以用NE555芯片设计检测电路。
用到的器件有74LS112（J、K触发器）两片、74LS153一片、74LS08一片、74LS161一片。
下面分别介绍各芯片的功能表和引脚图：
74LS112功能表及引脚图：
图3-874ls112功能表及引脚图
74LS153功能表及引脚图：
图3-9 74ls153功能表及引脚图
74LS161功能表及引脚图：
【主要参考元器件】NE555。
第二章：系统组成及原理
根据课题设计要求初步建立系统框图
图2-1系统框图
2.1检测电路
检测电路是用来检测非法进入者闯进门窗等地所产生的非电信号，比如声音、振动、微弱的人体电信号。并将非电信号转化成电信号，输入到电路中。
2.2定时模块
定时模块的作用是来控制语音报警的时间长度，防止报警时间过长，电能损耗过多。主要构成是由NE555定时器完成，将其接成单稳态电路，可以产生一脉冲，脉冲维持时间可以通过设计参数而得，脉冲的维持时间就是电路报警的时间长度。
2.3频率控制模块
频率控制模块是产生一频率为1.2KHz的信号模块电路，完成设计基本要求。为提高电路的实用性，设计一个可以自动变频的电路，使得报警声音多样化。电路中用NE555定时器构成的多谐振荡器作为产生频率的电路，再经过分频电路，分成不同的频率信号，再经过数据选择器，选出频率，使不同频率能够自动变换地传输到语音报警电路。
结 论
本文设计中有优点也有缺点，其优点是产生变频的声音，并且能够自动变频，比起一般的报警器更体现出声音的魅力。缺点是设计所用的芯片过多，尤其是设计变频功能时用到了五片芯片，这给电路带来许多累赘，使得设计成本费增高。
再次反过来思考这个电路图，整个电路简单明了，可以根据此电路图应用到实际中去，各模块功能独立，可扩充性强，应用广泛，报警电路也可以发出不同的声音。可以说是十分有利用价值。
第四章：实验效果
本电路由四部分组成：检测电路、定时、分频、报警。检测电路是用555设计成的，其2管脚连接一个触摸片，当用手触摸时产生一低电平，555的三管脚就产生一个时长为16.5s的高平信号，从而使第二片555的四管脚的电平为高。第二片555是一个多谐振荡电路，当四脚为高时，电路振荡开始，产生一频率约为1.2KHz的脉冲信号。信号经过分频电路被分成四种频率分别为0.6KHz、0.3KHz、150Hz和75Hz，再经过选频，在一定时间内输出一个固定频率的信号（此信号是自动变换的）并传到蜂鸣器，蜂鸣器将电信号变为声音信号报警。
实现四分频需要四个输出分别为Q0、Q1、Q2、Q3。列出状态转换图为：
图3-5状态图
根据状态转换图画状态转移表，如下表：
表3-1 状态转移表
CP
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5
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参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005。
[2]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002。
[3]赫鸿安，徐红媛.555集成电路实用大全[M].上海科学普及出版社，2005。
[4]张延琪. 常用电子电路280例解析[M]. 北京:中国电力出版，2004第一版。
3.1.1555定时器做单稳态电路
图3-1555结构图
NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能
1脚地GND2脚触发3脚输出4脚复位5脚控制电压6脚门限(阈值)7脚放电8脚电源电压Vcc
当555的6脚和7脚相接，2脚和触发电平相接，就构成单稳态触发器。单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态.在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，其暂稳态维持时间为：Tw=lnRC=1.1RC，仅与电路本身的参数R、C有关。
图3-3定时模块电路图
3.3频率控制模块
课程设计的基本要求中，产生一频率为1.2KHz的报警声音。要实现这一要求很简单，只要多加一片555芯片，用它做多谐振荡器产生频率1.2KHz。
3.3.1555定时器做多谐振荡器
若将555的引脚2与6相接，如图3-4所示，就可形成多谐振荡器。外接电容C通过R1、R2充电，而放电电流仅通过R2。
其检测电路设计图如图3-2，开关J1（实际电路中用铁片或铁丝代替）按下时，2管脚由高电平变为低电平时，输出管脚3脚就由低电平变为高电平输出一个脉冲，高电平脉冲维持的时间由电阻R1和电容C1决定，其计算公式为：
Tw=lnR1*C1≈1.1RC（3-1）
图3-2 检测电路图
3.2定时模块
在数字电路中，定时实际上是产生一脉冲信号，其信号的高电平或低电平维持的时间可由计算电路参数而确定。555做单稳态触发器时就有定时的作用，因此定时模块可由555芯片完成。考虑到检测电路中已使用了555做单稳态触发器，因此可将两模块合二为一，既用作检测电路又用作定时。其电路如图3-3，定时的长短由电路参数R和C确定：
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图3-10 74ls161功能表及引脚图
74LS08引脚图：
图3-1174ls08引脚图
3.4语音报警
语音报警是用蜂鸣器将电信号转化成声音信号，从而报警。只需要将蜂鸣器直接接入电路，当有高平信号时蜂鸣器就发生鸣叫。此部分电路很容易实现，联系频率控制模块的设计，74ls153在多种频率中选出一种频率，这种频率的电信号就可以直接接到蜂鸣器上使蜂鸣器鸣叫，所以蜂鸣器接在74ls153输出管脚上。
报警器(alarm)，又称防盗器。是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置。传感器又是报警器的核心元件，采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途的报警装置。
防盗报警器，是对用于发生警情、危险、紧急情况等状况下以声音、光线、气压等形式发出警报的电子产品的统称。随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。其应用也是越来越广泛，涉及到各个行业中。
传统报警器通常采用触摸式报警、开关报警器、光电报警等。这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点。本课程设计所设计的简易防盗报警器是借助于数字逻辑电路，采用模块化的设计思想。不仅使得设计变得简单、方便、灵活性强，而且电路简单容易实现，工作稳定。
第一章：设计基本要求
设计一检测电路，将检测器件安装在门、窗等地方，只要有非法进入者闯进，扬声器即会发出1.2KHZ频率的报警声。
0 0 0 0
化简状态转换表可得到状态方程：
Q1=Q0（3-7）
Q2=Q0*Q1（3-8）
Q3=Q0*Q1*Q2（3-9）
由状态方程得出四分频的电路图：
图3-7四分频电路图
波形图：
图3-7四分频电路输出波形图
原脉冲（图3-7中的CP）经过分频器，输出Q0、Q1、Q2、Q3四个脉冲，频率分成CP的二分之一、四分之一、八分之一还有十六分之一。然后利用一个四选一的数据选择器（74LS153）的选择作用在不同时刻内选择不同频率，从而使得蜂鸣器鸣叫时声音的频率有规律的变化。而四选一数据选择器（74LS153）的地址控制脚是由74LS161控制的。74LS161是十六进制循环计数器，利用其循环的特性可以有规律的控制数据选择器的地址控制脚，从而有规律的选频。74ls08（四与门）芯片在电路中起辅助分频作用。
[5]宋家友，张友汉．新编电子线路设计实用手册[M]．福建：福建科学技术出版社，2007。
[6]康华光.电子技术基础数字部分第4版[M].北京高等教育出版社，2000。
[7]郑家龙.集成电子技术基础[M].北京高等教育出版社，2002。
[8]路成红.专用集成电路设计与电子设计自动化[M].清华大学出版社，2004。
图4-1 电路仿真波形图
第五章：实验调试与分析
电路按设计电路接好，接通电源，触摸触摸片，蜂鸣器不响。用万用表测量蜂鸣器两端电压，电压为零。再测量第一片555三管脚的输出电压，在4.25V左右变化，第一片555工作正常。测量第二片555三管脚的输出电压，在4V左右变化，确定第二片555工作也正常。由此推测，电路的故障出现在分频电路中，测量74LS112的5管脚和9管脚的电压，万用表显示的数值和预计的一样，都为高电平。测量74LS153管脚电压，发现电压都为零。检查此处的电路，发现74LS153没接电源，断开电源，将74LS153的电源管脚焊入电源中。重新将电路接上电源，蜂鸣器响了，但是发出的声音只有一种频率。推测是74LS153或74LS161工作不正常，检测两芯片各个管脚的电压，发现74LS161与74LS153相连接的管脚电压为零，确定74LS161的连接无误后，猜测是芯片坏了。断开电源，换上芯片后，接通电源，触摸触摸片，蜂鸣器响了，并有不同频率的声音发出。电路设计成功了。
前言
随着我国全面小康建设步伐的加快，人们的生活水平有了很大的提高，同时，社会人口的流动性大大增加，社会结构和社会治安问题日趋复杂，人们对家庭生命财产的安全越来越重视。因此，人们在生活中逐渐引入报警器，用来预防抢劫、盗窃等意外事件的发生。
防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。
可求出：
充电时间：（3-3）
放电时间：（3-4）
周期：（3-5）
占空比：（3-6）
由公式计算参数：
由于频率为1.2KHz，电容C选取0.1uf，计算出电阻R1、R2的阻值约为1K、10K，选取1K、10K的电阻做R1、R2。
图3-4多谐振荡器及波形图
3.3.2提高设计要求
考虑到本次课程设计比较容易，为提高实践能力和电路的实用性，与同组人共同讨论设计出报警声音有多个频率的报警器。分频的实现主要是改变一脉冲信号的周期，将其周期变大，频率变小。数字电路中有多种器件都可以实现分频功能，本次实验选择了J、K触发器来组合成分频器。其设计思路如下：
附录一
元件清单：
74LS1122个；
74LS1531个；
74LS1611个；
74LS081个；
NE555芯片2个；
蜂鸣器1个；
稳压电源1台；
电阻
阻值
10K
1K
150K
数量
1
2
1
电容
容值
0.01uf
0.1uf
100uf
数量
2
1
1
万能电路板1块；
导线若干
附录二
电路仿真图（一）
2.4语音报警
语音报警电路完成的是将电信号转化成声音信号，从而达到报警目的。
第三章：电路各模块设计分析及电路原理图设计
3.1检测电路
本实验是做一个报警器，当有人触摸到检测电路时，电路发生报警。这要求电路能够及时检测出人体信号，并能通过电路及时报警。通过对NE555的了解知道，当用NE555做成单稳态电路时，电路可以检测出人体信号并转化成电信号，利用这一特点可以用NE555芯片设计检测电路。
用到的器件有74LS112（J、K触发器）两片、74LS153一片、74LS08一片、74LS161一片。
下面分别介绍各芯片的功能表和引脚图：
74LS112功能表及引脚图：
图3-874ls112功能表及引脚图
74LS153功能表及引脚图：
图3-9 74ls153功能表及引脚图
74LS161功能表及引脚图：
【主要参考元器件】NE555。
第二章：系统组成及原理
根据课题设计要求初步建立系统框图
图2-1系统框图
2.1检测电路
检测电路是用来检测非法进入者闯进门窗等地所产生的非电信号，比如声音、振动、微弱的人体电信号。并将非电信号转化成电信号，输入到电路中。
2.2定时模块
定时模块的作用是来控制语音报警的时间长度，防止报警时间过长，电能损耗过多。主要构成是由NE555定时器完成，将其接成单稳态电路，可以产生一脉冲，脉冲维持时间可以通过设计参数而得，脉冲的维持时间就是电路报警的时间长度。
2.3频率控制模块
频率控制模块是产生一频率为1.2KHz的信号模块电路，完成设计基本要求。为提高电路的实用性，设计一个可以自动变频的电路，使得报警声音多样化。电路中用NE555定时器构成的多谐振荡器作为产生频率的电路，再经过分频电路，分成不同的频率信号，再经过数据选择器，选出频率，使不同频率能够自动变换地传输到语音报警电路。
结 论
本文设计中有优点也有缺点，其优点是产生变频的声音，并且能够自动变频，比起一般的报警器更体现出声音的魅力。缺点是设计所用的芯片过多，尤其是设计变频功能时用到了五片芯片，这给电路带来许多累赘，使得设计成本费增高。
再次反过来思考这个电路图，整个电路简单明了，可以根据此电路图应用到实际中去，各模块功能独立，可扩充性强，应用广泛，报警电路也可以发出不同的声音。可以说是十分有利用价值。
第四章：实验效果
本电路由四部分组成：检测电路、定时、分频、报警。检测电路是用555设计成的，其2管脚连接一个触摸片，当用手触摸时产生一低电平，555的三管脚就产生一个时长为16.5s的高平信号，从而使第二片555的四管脚的电平为高。第二片555是一个多谐振荡电路，当四脚为高时，电路振荡开始，产生一频率约为1.2KHz的脉冲信号。信号经过分频电路被分成四种频率分别为0.6KHz、0.3KHz、150Hz和75Hz，再经过选频，在一定时间内输出一个固定频率的信号（此信号是自动变换的）并传到蜂鸣器，蜂鸣器将电信号变为声音信号报警。
实现四分频需要四个输出分别为Q0、Q1、Q2、Q3。列出状态转换图为：
图3-5状态图
根据状态转换图画状态转移表，如下表：
表3-1 状态转移表
CP
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5
0 1 0 1
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005。
[2]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002。
[3]赫鸿安，徐红媛.555集成电路实用大全[M].上海科学普及出版社，2005。
[4]张延琪. 常用电子电路280例解析[M]. 北京:中国电力出版，2004第一版。
3.1.1555定时器做单稳态电路
图3-1555结构图
NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能
1脚地GND2脚触发3脚输出4脚复位5脚控制电压6脚门限(阈值)7脚放电8脚电源电压Vcc
当555的6脚和7脚相接，2脚和触发电平相接，就构成单稳态触发器。单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态.在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，其暂稳态维持时间为：Tw=lnRC=1.1RC，仅与电路本身的参数R、C有关。