触摸式报警器的设计

1.课程设计的任务和要求

1.1 课程设计的任务

（1）设计一个简单的触摸式报警器，以起到触摸防盗的功能。

（2）该防盗报警器适用于仓库、住宅等地的防盗报警。

（3）报警时间可任意调节。

（4）一旦有人触摸报警器，该报警器就会通过扬声器发出报警声。

1.2 课程设计的要求

设计一种高灵敏度触摸式报警器，可以安装在门、窗或保险柜等容易触摸的部位，只要非法进入者的手触摸或靠近它，扬声器即会发出响亮的报警声。要求灵敏度和报警持续时间可以进行调节。

2.元器件介绍

2.1 NE555介绍

NE555 (Timer IC)大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年來CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。

2.2 NE555的特点

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

5.静态电流最大值VCC = 5 V, RL = ∞ =6mA VCC =15 V, RL = ∞ =15mA 2.3 各引脚名称和功能

Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被

连接到电路共同接地。

Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使

其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须

大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。

Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少 1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。

Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。

Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。

2.4 工作原理

555定时器的内部电路由分压器,电压比较器C1和C2，简单SR锁存器，放电三极管T以及缓冲器G组成。当控制电压端（5）悬空时，C1和C2的基准电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。其内部结构图如图所示。

当R D＝0时，无论输入何值，输出复位，即V o＝0。

在R D＝1前提下：

当Vi1>(2/3)Vcc,Vi2>(1/3)Vcc时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出端V o为低电平。

当Vi1<(2/3)Vcc,Vi2>(1/3)Vcc时，简单SR锁存器R=1,S=1,锁存器状态不变，电路保持原状态不变。

当Vi1<(2/3)Vcc,Vi2<(1/3)Vcc时，比较器C1事输出高电平，C2输出低电平，SR锁存器置1，放电三极管T截止，输出端V o为高电平。

3.用555定时器构成的单稳态触发器和多谐振荡器

3.1 用555定时器构成的单稳态触发器

单稳态触发器,是指电路达到稳定之后,只有一个稳定状态的触发器。一般具有以下特点：

（1）电路的输出可以的高电平，也可以的低电平，但稳定的输出状态是唯一的。（2）在外界触发信号的作用下，电路的输出状态将进入暂时的工作状态，称为暂稳态。暂稳态是暂时的，经历一定时间后电路的输出一定会自动回到其稳定输出状态。

（3）暂稳态的维持时间取决于电路的参数，与外界的触发信号脉冲宽度和幅度大小无关。只要触发信号的幅度足够高或

足够低，就能使电路进入暂稳态工作。

由于以上特点，单稳态触发器广泛应用于将

尖脉冲转换呈矩形脉冲信号，延时脉冲产生电

路。

用555定时器构成的单稳态触发器的电路如

图所示。这种触发器具有两个触发信号输入端，

可以用高电平触发，也可以用低电平触发。555

定时器的2端为触发信号的输入端，6端和7端

并联后，连接到电阻电容的串联点，构成电容，电阻充放电定时电路结构。

555定时器组成的单稳态电路由输入脉冲信号的下降沿触发，使其输出状态产生翻转，另外，在暂稳态过程结束前，U i1必须恢复为1，否则电路内的RS触发器为不确定状态，输出不能维持0状态。因此这种单稳态电路只能用负窄脉冲触发。如果输入脉宽大于输出脉宽，则输入端可加RC微分电路，使输入脉宽变窄。

这种电路产生的脉冲宽度可以从几微秒到数分钟。可通过改变R、C元件参数调节脉冲宽度，精度可达0．1％。其暂稳态维持时间为T w=lnRC=1.1RC,仅与电路本身的参数R、C有关。

3.2 用555定时器构成的多谐振荡器

多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡

器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高

次谐波，故称为多谐振荡器。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在

自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来

回转换，故又称它为无稳态电路。

由555定时器构成的多谐振荡器如图所示，

R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。

由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。

由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。

4.设计方案