电子综合设计参考资料

奇数页（章名）13电子综合设计参考资料1、音响报警电路音响报警电路应用很广。这里筒要介绍几种结构简单、容易制作、价格便宜、性能稳定可靠、效果良好的音响报警电路,简称音响电路。3D.1用反相器组成的单频率音响电路用CMOS与非门和反相器及电阻、电容组成的单频率音响报警电路如图3D-1所示,图中与非门1和反相器2构成低频振荡器，与非门3和反相器4组成音频振荡器。当控制端A为低电平时,低频振荡器不振荡,它的输出端(即图中的B点)为低电平,因此,音频振荡器也不振荡,压电陶瓷蜂鸣片不发出声音。当A点为高电平时,低频振荡器产生矩形波,振荡周期为秒数量级,即B点的波形如图3D-2中的波形B所示。这个矩形波的占空比可通过图中的电位器Rw来调节。当B点为高电平时,.音频振荡器产生方波,使蜂鸣片发出声响。音频振荡器的振荡频率约为1KHz,改变R1的阻值或C1的容量,便可改变振荡频率。据以上所述,可画出图3D-1所示电路中A、B、C三点的波形,如图3D-2所示,其中波形C是加在蜂鸣片两端的波形,因此它发出的声响为间歇式。奇数页（章名）14除以上所述外,关于图3D-1电路尚有以下两点需要说明：1．压电陶瓷蜂鸣片所能发出的音量较小,若需要获得较大音量,则需采用扬声器作为电声元件,并加一级三极管放大器。2.用CMOS或非门代替图中的与非门,这个电路仍可起单频率音响报警作用,只是蜂鸣片发出声响的条件发生了变化,即控制端为低电平时,低频振荡器和音频振荡器都振荡，使蜂鸣片发出声响，若A点为高电平,则B点和C点均为高电平不变,峰鸣片不发出声音。3D.2两种频率交替的音响电路前面介绍的电路比较简单，成本低,但它只能发出“滴一滴”的声响，声音比较单词。如果期望发出“滴-嘟、滴-嘟”两种音调交替的声响,则可采用图3D-3所示电路。这个电路中有三个振荡器,即反相器1和2组成频率约1KHz的音频振荡器,反相器3和4组成频率约2KHz的音频振荡器,反相器5和6组成频率约1Hz的低频振荡器。在RS?R的条件下,图中C点波形的频率与电阻、电容的近似函数关系是12.2fRC（3D-1）若RS=R，则11.8fRC（3D-2）若RS=R，则11.4fRC（3D-3）由于音响报警电路对振荡频率要求不严格，因此一般可以不比较Rs与R的大小,一律按下式粗略估算:奇数页（章名）1511.8fRC（3D-4）显然,图中a点和d点波形的频率与电阻、电容的函数关系,跟c点波形的频率与电阻、电容的函数关系类似。这个电路的工作原理是简单的，只要画出图中a、b、e、f和g点的波形(如图3D-4所示)，便可知g点的波形是两种频率交替的方波。当控制端A为低电平时,喇叭发出两种音调交替的声响。若A端为高电平,则喇叭不发出声音。两种频率交替的音响电路也可以用555集成定时器组成,这种电路如图3D-5所示。图中奇数页（章名）16的5551组成低频振荡器p频率约为1HZ，5552组成音频振荡器。由于前者的输出（管脚3〉经过电阻接到后者的控制输入端（管脚5），因此,当前者的输出为高、低两种不同电平时,后者可输出两种不同频率的方波。而且565定时器的输出电流最大可达200mA，所以可直接驱动喇叭。当然,只有当控制端A为高电平或悬空时,喇叭才能发出“滴一嘟、滴一嘟”的声响。若A端为低电平,定时器5552处于复位状态,喇叭不会发出声音。此外,若5551和5552合用一块集成双定时器556,则可缩小体积、降低成本。3D.3调频式音响电路图3D-6是一种调频式音响电路,它由前后两级组成，前级是一个低频振荡器,后级是一个音频振荡器。前级中，电容C1充电的时间常数为121()RRCC1放电的时间常数为21RC据图中参数可知,C1充、放电的时间常数之比是11222100101110RRR可见C1充电比放电慢得多,即C1两端电压的波形如图3D-7中波形Bv所示,这个信号送给三极管(它的β值应足够大〉的基极,再从发射极输出给后级5552的管脚5。因此,在图中控制端A为高电平或悬空的条件下,5552的振荡频率随时间变化的规律大致如图3D-7中的波形0v所示,所以喇叭可发出类似纠一乌、纠一乌的声响。实际应用时可根据需要,适当调整R1和R2的阻值奇数页（章名）17用于报警的音响电路种类较多,读者可参阅有关参考文献。'奇数页（章名）182、触摸按钮和触摸开关我们知道,CMOS器件的输入电阻高达109Ω以上，它比人手指的电阻值大得多,因此可用CMOS反相器或OMOS门电路及电阻、触摸探头等构成触摸按钮和触摸开关。由于这种触摸按钮和开关没有机械运动，寿命长,且价格低廉，所以应用日趋广泛。下面介绍几种常用的触摸按钮和触摸开关。3E.1触摸按钮触摸按钮由CMOS反相器、电阻和触摸探头构成,它有两种不同的形式,分别如图3E-1(a)和(b)所示。图中的电阻R1可取6.8MΩ左右,R2可取100KΩ左右。图中除了CMOS反相器和电阻外,还有触摸探头。实际上它就是两块距离很近(约lmm)、彼此绝缘的小导体,在图中用带斜线的小长方块代表。它可以是两根距离约1mm的裸导线。若有铜板3可取一小块，用小刀刻去一条宽约1mm的铜形成绝缘缝隙,再在绝缘缝隙两边各焊一根连线,便成了使用方便的触摸探头。当人的手指触及探头（其意是指人的手指同时触及绝缘缝隙两边的导体)时,相当予探头上跨接一个等效电阻,其阻值一般小于2MΩ(实际阻值与人体手指的干湿程度等因素有关),因(a)和图(b)中,反相器输入端的电位分别相当于高电平和低电平,因此,它们的输出分别为低电平和高电平。当人的手指离开探头即常态时,图（a）的和图(b〉电路分别输出高电平和低电平,故分别简称为OH型和OL型触摸按钮。3E.2触摸开关在人的手指未触及探头时，触摸按钮的输出状态是唯一的，而触摸开关有两种不同的输奇数页（章名）19出状态。它由双门RS触发器和两个触摸探头及电阻构成，如图3E-2所示。图中的电阻R可取6.8MΩ左右。当人的手指触及探头A时,输出电压V0为高电平。手指离开探头A后，V0仍保持高电平不变，直至手指触及探头B，Vo才由高电平变为低电平。触摸开关也可用或非门和探头及电阻构成,其电路留给读者思考，也可查阅其他参考资料。奇数页（章名）203、编码电子锁电子锁的种类较多,下面介绍触摸式编码电子锁和密码报警电子锁。编码电子锁不需要钥匙,只要记住一组十进制数字(即所谓的密码,一般为四位数,例如1479〉,顺着数字的先后从高位数到低位数,用手指逐个触及相应的触摸按钮,锁便自动打开。若操作顺序不对,锁就打不开。图3H-1是用集成电路组装的触摸式编码电子锁电路图。图中有十个触摸探头,分别记为0、1、2…9。此图的上方有四个D触发器,由两只CMOS双D触发器CC4013组成。四个D触发器的复位端都连在一起,经电阻Ro接地,并接一只电容0C连到VDD。由于电容两端的电压不能突变,因此在接通电源瞬间，R端为高电平,使四个D触发器自动呈“0”状态。左边的触发器CC40131的D1端通过R9接VDD,即D1始终为高电平。它的输出端Q1也接CC40132的D2端。同理,Q2接D3，Q3接D4。因此，后一个触发器D输入端的状态与前一个触发器Q输出端的状态相同，即Dn+1=Qn。四个D触发器的时钟脉冲输入端CP1、CP2、CP3和CP4分别接到1号、4号、7号和9号触摸探头,形成1479四位编码。由于四个CP端各有一个6.8MΩ的电阻接地,因此，在人的手指投有触及1号、4号、7号和9号触摸探头时，四个CP端均为低电平。当人的手指触及1号触摸探头时，由于手指的导电作用,奇数页（章名）21CP1将出现上升边，使触发器CC40131变为“1”状态,即D2=Q1=1。此后,当人的手指依次触及4号、7号和9号触摸探头时,将依次使D3=Q2=1，D4=Q3=1和Q4=1。Q4作为输出端接到三极管驱动器。当Q4=1时,继电器接通图3H-2中电磁线圈6，吸动铁质门栓3，锁便打开。当Q4=O时，由于图3H-2中弹簧2的作用,把门栓3推进锁框4中，锁处于“锁住”状态。图3H-2中的1是固定座，5是电磁线圈的框架。图3H-1左侧或门4的输出端通过一个二极管连到四个D触发器的R端。这个或门有三个输入端，其作用如下:1.当人的手指触及0号触摸探头时,a点的电位由低变高,这个信号经过D1和C3、R8组成的微分电路，再经过或门4,使所有的D触发器清零。此外,当a点为高电位时,以CMOS与非门5和反相器6为主构成的信号发生器产生约500Hz的方波,经过三极管放大后驱动蜂鸣片发出声响。当人的手指离开0号触摸探头时,a点变为低电平，信号发生器停止振荡,声响停止。因此0号触摸探头相当门铃按钮和清零按钮。2.当人的手指按编码顺序依次触及相应的触摸探头,使Q4由低变高后，锁被打开。同时,4Q由高变低的信号经过反相器1和电阻R5、电容C1构成的延迟电路，再经过反相器2和3送到或门4的输入端。因此锁打开后经过一段延迟时间,或门4的输出将由低变高,使四个D触发器都恢复0状态。3.非编码的触摸探头(在图3H-1中的编号为2、3、5、6和8)相互并联,一端经过电阻R15和R16接VCC，另一端(即b点)经D2和C2、R7构成的微分电路，接到或门4的输入端。若有不知道编码的外人随意触及触摸探头p只要触及任意一个非编码探头，b点的电位将由低变高,或门4的输出将使四个D触发器请零,锁不会被打开。奇数页（章名）224、密码报警电子锁密码报警电子锁具有防盗报警能力,如果手碰触摸探头的顺序与密码不符,报警器就会发出报警声响。这种电子锁的电路如图3H-3所示。按图中所示接钱,它的编码为3568。图中三极管T1、T2、T3、和T4串联在一起,构成三极管与门。只有当T1、T2、T3和T4同时导通时,三极管T5才导通。要想使这四个三极管同时导通，应当先用手触及3号触摸探头,使T1导遍,同时电容C1充电。手离开3号探头后,C1放电,在一定时间内T1仍导通。在此时间内用手碰5号探头，T2导通,同时C2充电。然后再用手先后碰6号和8号探头,T5和T5依次导通。由此可见，开锁者应在规定的时间内按顺序完成密码操作,T1、T2、T3和T4才能同时导通。如果超过规定的时间,电容放电达到一定的程度,三极管就会截止,而使四个三极管不能同时导远。这样可以防止不知编码者用慢慢试的办法开钱。当三极管T5饱和导通时,继电器J动作,它的接点j2与a1接通,使继电器自锁。同时接点j1与b1接通,使门锁的电磁线圈L通电,磁力吸动锁栓,锁被打开。如果不按规定的编码操作,那么当人的手指触及任何一个非编码探头(即图中的0、1、2、4、7和9号探头,电源VDD就会通过R9,使晶闸管3CT导通。当晶闸管导通时C点将为高电位,由门1、反相器2和电阻R10、R11、电容C4构成的信号发生器产生振荡,它输出的方波经三极管T6放大后驱动喇叭，发出声响。奇数页（章名）23开锁后，只要按一下复位按钮N,整个电路就恢复到起始状态。上面介绍的图3H-3电路，分立元件较多,而且对三极管T1、T2、T3、T4的β值和晶闸管的触发灵敏度要求较高。否则,当人的手指很干燥时,手碰触摸探头可能不起作用。为了克服这个缺点，可用合适的CMOS数字集成电路代替这些分立元件。读者可自行画出它的具体电路。除上面介绍的两种电子锁外,还有光电编码电子锁等,读者可自行参阅有关文献。