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1、17奇数页（章名）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
2、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。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
3、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
4、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若 RS = R ，则若 RS =R，则1f2.2RC1f1.8RC1f1.4RC（3D-1）（3D-2）（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 :1f1.8RC（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
5、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
6、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tC1放电的时间常数为=( R+ R) C121tRC21据图中参数可知 ,C1充、放电的时间常数之比是tR+ R100 + 101t1 R2 =1022= 11
7、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 vB 所示 , 这个信号送给三极管 ( 它的值应足够大的基极 , 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 v0 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 的阻值用于报警的音响电路种类较多 , 读者可参阅有关参考文献。 2、触摸按钮和触摸开关我们知道 ,CMOS 器件的输入电阻高达 109以上 ， 它比人手指的电阻值大得多 ,
8、 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6.8M 左右 , R2可取 100K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 1 mm 的裸导
9、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 2M( 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
10、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23奇数页（章名）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 6.8 M 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。3、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
11、 , 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C 0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
12、 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 6.8 M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 ,CP
13、1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
14、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 , Q 4 由高变低的信
15、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 3 H-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
16、打开。4、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
17、 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a 1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
18、, 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。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。