題目說明：制作一個(gè)紅外報(bào)警器。利用紅外對管作為檢測，當(dāng)有物體遮住紅外光時(shí)，報(bào)警響起。移開遮擋物后，報(bào)警會(huì)延時(shí)響一段時(shí)間。報(bào)警響的時(shí)間由外部元件設(shè)定。

方案分析：先將題目功能分解。紅外對管的檢測和驅(qū)動(dòng)電路作為第一級。觸發(fā)報(bào)警使用555芯片的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)功能。報(bào)警響使用555電路的多諧震蕩器功能。三極管電路驅(qū)動(dòng)喇叭。

整體原理圖：

整體硬件實(shí)物圖

原理分析

????????沒有遮擋時(shí)，D1被紅外光照射，D1表現(xiàn)為低電阻。這時(shí)A點(diǎn)分壓小于T1的基極導(dǎo)通電壓。T1處于截止?fàn)顟B(tài)。B點(diǎn)被上拉到5V。這時(shí)U1的D輸出低，放電管腳（DISC）將C2放電，C點(diǎn)就是低。根據(jù)555的功能表，U1就保持在輸出低。 U1的輸出D點(diǎn)連接U2的RESET，D點(diǎn)是低，則U2處于復(fù)位狀態(tài)。U2的輸出F點(diǎn)為低。

????????當(dāng)有長時(shí)遮擋時(shí)（遮擋物不移開），D1沒有接收到紅外光照。D1表現(xiàn)為高阻，跟R5分壓后的A點(diǎn)會(huì)高于T1的導(dǎo)通電壓。T1變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。B點(diǎn)被下拉到低。根據(jù)555芯片的功能表，U1處于狀態(tài)2。U1輸出高，U2開始產(chǎn)生振蕩喇叭響。遮擋物不移開，U1始終處于狀態(tài)2.報(bào)警持續(xù)響。

????????當(dāng)有短時(shí)遮擋時(shí)（遮擋物擋住后又移開），U1先進(jìn)入狀態(tài)2，報(bào)警響起。并且由于遮擋物移開，B變高，C2充電還未完成，C點(diǎn)<2/3Vcc, U1進(jìn)入狀態(tài)4，保持報(bào)警響。然后由于內(nèi)部放電管截止，這時(shí)C2通過R3充電，C點(diǎn)逐漸上升。當(dāng)C點(diǎn)電壓超過2/3 Vcc時(shí)，并且由于遮擋物移開，B點(diǎn)也是高, U1轉(zhuǎn)換到狀態(tài)3. 輸出變?yōu)榈?，U2被復(fù)位停止報(bào)警響聲。U1內(nèi)部放電管導(dǎo)通，C2被放電，C點(diǎn)變?yōu)榈?。U1轉(zhuǎn)換到狀態(tài)4，保持輸出低的狀態(tài)。

????????U2芯片的多諧震蕩器模式比較簡單，U2的工作狀態(tài)在 2->4->3->4->2循環(huán)轉(zhuǎn)移。產(chǎn)生了方波，設(shè)置RC使方波頻率在1KHz左右，帶動(dòng)喇叭響。

????????下面分別用硬木課堂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測試各個(gè)單元電路。

紅外對管檢測和驅(qū)動(dòng)電路

??????? 利用了D1在紅外光照情況下的電阻變化，來控制三極管T1的導(dǎo)通和關(guān)閉。有光照時(shí)，A點(diǎn)是低電壓，T1截止，B點(diǎn)是高。無光照時(shí)（對管之間被遮擋），A點(diǎn)是高電壓，T2導(dǎo)通，B點(diǎn)輸出低。這樣B點(diǎn)的輸出可以用來控制后級的U1.

????????用示波器AIN1測試A點(diǎn)，用示波器AIN2測試B點(diǎn)。將B點(diǎn)設(shè)置為上升沿觸發(fā)，點(diǎn)擊示波器“單次捕獲”按鈕，抓取手指掃過紅外對管的瞬間。手指掃過時(shí)，黃色信號A點(diǎn)變高，藍(lán)色信號輸出低。

????????利用“單次捕獲”彈指一揮間的瞬間也可以輕松抓到。用cursor測試脈沖寬度，彈指瞬間小于1ms。

U1報(bào)警延時(shí)電路

????????報(bào)警延時(shí)電路，將紅外對管觸發(fā)的報(bào)警信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭〞r(shí)長的報(bào)警電平信號。時(shí)長由R3和C2來控制。這樣，無論遮擋紅外對管的事件是快還是慢，都可以產(chǎn)生固定時(shí)長的報(bào)警響聲。

????????理論上延時(shí)時(shí)間為 T ≈ 1.1* R3*C2 = 1.1* 330*10^3*10*10-6 ≈3.6S。實(shí)際中由于電容誤差，充電電平門限誤差，芯片管腳的分流，時(shí)間會(huì)有變化。

????????用示波器AIN1測試B點(diǎn)（黃色），AIN2測試C點(diǎn)（藍(lán)色），AIN3測試D點(diǎn)（紅色）。B點(diǎn)設(shè)置為下降沿觸發(fā)?？梢钥吹近S色信號下降沿觸發(fā)后，藍(lán)色信號開始充電，并在達(dá)到2/3 VCC門限后放電。紅色線在充電延時(shí)期間輸出高，報(bào)警響。

U2振蕩電路

????????充電時(shí)，5V通過R1 R2給電容C1充電，放電時(shí) C1通過R2放電。為了使方波的占空比接近50%，選擇R1為1K，R2為100K。充放電的時(shí)間差別在1%。

????????充電時(shí)間是 T1 = 0.7*（R1+R2）*C1

????????放電時(shí)間是T2 = 0.7*R2*C1。

????????所以T1+T2在1.4ms左右。相當(dāng)于714Hz頻率。

????????示波器AIN1測試D點(diǎn)，示波器AIN2測試E點(diǎn)，示波器AIN3測試F點(diǎn)。觀察振蕩周期。可以看到黃色RESET信號觸發(fā)后，振蕩開始。藍(lán)色的充放電門限有兩個(gè)，用cursor測量，一個(gè)是3.38V，一個(gè)是1.69V。跟2/3*Vcc 和1/3*Vcc對應(yīng)。方波周期是1.46ms。

三極管驅(qū)動(dòng)喇叭

????????由于信號是方波，人耳聽到的主要是方波的基波頻率。所以用三極管電流源來驅(qū)動(dòng)喇叭，相當(dāng)于一個(gè)限流開關(guān)。U2輸出的方波電壓在空載時(shí)4.5V左右，這樣R7中的電流理論計(jì)算為 （4.5-0.7）/43=88mA。實(shí)測中由于芯片輸出帶負(fù)載后電壓有所下降，實(shí)測電流要小一些。

????????用示波器AIN1測試F點(diǎn)，AIN2測試G點(diǎn)。雙綜觀察。藍(lán)色信號的尖峰，是因?yàn)槔日衲さ木€圈有一定的電感性，對方波信號 U=Di/Dt，會(huì)產(chǎn)生尖峰感應(yīng)電動(dòng)勢。

總結(jié)：通過這個(gè)電子小制作，可以覆蓋555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，555多諧振蕩器，三極管的基礎(chǔ)電路。將書本上的單元電路靈活組合為有功能的電子電路。學(xué)習(xí)了電子系統(tǒng)的調(diào)試測試過程，為后面設(shè)計(jì)復(fù)雜電子系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。