【文章內(nèi)容簡介】 施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活，方便,所以555定時器在波形的產(chǎn)生和變換，測量與控制,家用電器，電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了發(fā)揮和應(yīng)用。555定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：它由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管等三部分組成。Ｖ12是比較器Ｃ１的輸入端（也稱閾值端，用ＴＨ標(biāo)注)。V12是比較器C2的輸入端,(也稱觸發(fā)器,用標(biāo)注）。Ｃ１和Ｃ２的參考電壓（電壓比較的基準(zhǔn)）ＶＲ１和ＶＲ２，由Ｖcc經(jīng)三個５千歐電阻分壓給出。在控制輸入端Ｖso懸空時，Ｖr1=2/3Vcc,Vr2=1/，則Ｖr1=Vcc, Vr2=1/2Vcc。是置零輸入端。只要在端加上低電平，輸出端Ｖ０便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的干擾。正常工作時必須使處于高電平。ＣB555的功能表如下表所示： 輸 入輸 出V11V12V0TD狀態(tài)0 低導(dǎo)通1＞2/3VCC＞1/3VCC低導(dǎo)通1＜2/3VCC＞1/3VCC不變不變1＜2/3VCC＜1/3VCC高截止1＞2/3VCC＜1/3VCC高截止本設(shè)計是利用CB555定時器，構(gòu)成一個多諧振蕩器，要想利用CB555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，首先必須由CB555構(gòu)成施密特觸發(fā)器，再在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上接成多諧振蕩器。只要把CB555定時器的兩個輸入端V11和V12連在一起作為信號輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器，再把施密特觸發(fā)器的反向輸出端經(jīng)RC積分電路接回到它的輸出端，就構(gòu)成了多諧振蕩器。為了減輕門Ｇ４的負(fù)載，在電容Ｃ的容量較大時不宜直接由G4提供電容的充放電電流。因此，利用CB555內(nèi)部電路T1和R1接成一個反向器，它的輸出V0`和V0在高，低位電平狀態(tài)上完全相同。然后經(jīng)Ｒ２和Ｃ組成的積分電路接到施密特觸發(fā)器的輸入端，就構(gòu)成本設(shè)計中需要利用的多諧振蕩器。報警詳細(xì)電路設(shè)計如下：當(dāng)接通電源以后，因為電容上的初始電壓為零，所以輸出為高電平，并開始經(jīng)電阻R，電容C充電。當(dāng)充電至Ｖ１＝ＶＴ＋時，輸出跳變?yōu)榈碗娖?，電容C 又經(jīng)過電阻R開始放電。當(dāng)放電至Ｖ１＝ＶＴ－時，輸出電位又跳變?yōu)楦唠娖剑娙葜匦麻_始充電，如此周而復(fù)始，電路便不停的振蕩，電容上電壓Vc和Vo的波形如下圖：由Ｖｃ的波形求得電容的充電時間和放電時間各為：ＴＩ＝（Ｒ１＋Ｒ２）Ｃ㏑（Ｖｃｃ—Ｖｔ－）／（Ｖｃｃ－Ｖｔ＋）＝（６６０００＋３２００００）４７ ㏑2≈３．３秒Ｔ２＝Ｒ２Ｃ㏑（０—Ｖｔ+）／（０—Ｖｔ－）＝３２０００４７ ㏑2≈１秒故振蕩器周期為：Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＝（Ｒ１＋２Ｒ２）＝３．３＋１＝４．３秒振蕩頻率為：f =1/T =1/（Ｒ１＋２Ｒ２）C㏑2=1/ ≈ HZ由此可看出通過改變電阻和電容的參數(shù)即可改變振蕩頻率。輸出脈沖的占空比為：q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2) ≈股輸出脈沖的占空比始終大于10％。第六節(jié)：方向鑒別電路設(shè)計：當(dāng)提升機(jī)容器運(yùn)行至井口，井底或出現(xiàn)故障時在井筒中間停車，再次啟動時需要判斷提升容器的提升方向。提升絞車運(yùn)行的方向鑒別電路，采用雙極霍爾探頭。當(dāng)磁鋼經(jīng)過此雙極探頭磁鋼感應(yīng)產(chǎn)生兩列具有相位差的電平脈沖，如下圖所示：方向鑒別電路設(shè)計詳圖如下：兩極霍爾探頭受磁鋼感應(yīng)產(chǎn)生的兩列具有相位差的電平脈沖經(jīng)光電耦合后送入由門電路和ＪＫ觸發(fā)器組成的一個方向鑒別電路。７４ＬＳ１２JK觸發(fā)器的ＪＫ兩端連接在一起，給以高電平。構(gòu)成Ｔ觸發(fā)器，清零后Ｑ１Ｑ２輸出為“００”，或非門輸出為１，兩與門輸出為0，觸發(fā)器時上升沿觸發(fā)，規(guī)定Ｑ１輸出“１”為提升容器上行方向。Ｑ２輸出為“１”為提升容器下行方向。當(dāng)提升容器運(yùn)行上行方向，即電機(jī)軸順時針轉(zhuǎn)動時，Ａ組霍爾探頭先受到磁鋼感應(yīng)，產(chǎn)生一個相對超前電平脈沖，則Ａ組ＪＫ觸發(fā)器先動作，“１”信號，同時封鎖兩個門，不再受到以后電平脈沖信號的影響。，判別為上行方向。當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行下行方向時，Ｂ組ＪＫ觸發(fā)器先動作，同時封鎖兩個與門，“０”電平脈沖；單片機(jī)查詢到此地電平信號時，就判別為提升容器為下行方向。若在運(yùn)行過程中，用于兩ＪＫ觸發(fā)器的異步清零信號，使得兩ＪＫ觸發(fā)器重新工作?！〉谄吖?jié)：繼電器輸出電路設(shè)計：根據(jù)設(shè)計要求當(dāng)提升絞車出現(xiàn)過速，過卷，松繩，卡箕斗，深度指示器失效等故障時，提升絞車綜合后備保護(hù)儀能夠聲光報警，并實現(xiàn)提升容器的安全制動。利用安全回路繼電器觸點動作切入提升絞車２２０Ｖ交流市電安全回路，實現(xiàn)安全制動。當(dāng)提升容器運(yùn)行至減速點時，提升絞車綜合后備保護(hù)儀能夠?qū)崿F(xiàn)自動減速控制，否則聲光報警并實現(xiàn)安全制動。減速控制是利用換向回路繼電器觸點動作切入提升絞車220V交流控制的換向回路，來實現(xiàn)自動減速控制功能，減速失敗時，利用安全回路繼電器觸點動作切入提升絞車２２０Ｖ交流市電安全回路，實現(xiàn)安全制動功能控制。本設(shè)計是利用ＪＺＣ－２１Ｆ／Ｏ12型繼電器作為測控系統(tǒng)輸出到輸入驅(qū)動級之間的第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過第一級繼電器輸出，從而完成從低壓直流到高壓直流的過渡。具體詳細(xì)電路圖設(shè)計如下：考慮到繼電器動作所需驅(qū)動電流比較大，采用集電極開路的0Ｃ門7406增加驅(qū)動能力。采用達(dá)林頓管型光電耦合進(jìn)行光電耦合，一方面是考慮到其驅(qū)動能力比一般型光電隔離器驅(qū)動能力大，另一方面是考慮到繼電器采用電磁吸合方式，在開關(guān)瞬間，觸點容易產(chǎn)生火花，從而引起干擾，采用光電隔離可有效防止此干擾噪音串入單片機(jī)。由于繼電器的驅(qū)動線圈有一定的電感，在關(guān)斷瞬間可能會產(chǎn)生較大的反相電壓，因此在繼電器的驅(qū)動電路上反接一個保護(hù)二極管，用于方向放電，不同的繼電器允許通過的驅(qū)動電流也不一樣，加上一個限流電阻，是保證流過各器件的電流為其工作電流。第八節(jié)：光電隔離抗干擾技術(shù)介紹隨著強(qiáng)電，弱電設(shè)備在通信，計算機(jī)，自動化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，處于同一工作環(huán)境的各種電子，電氣線路因距離過近而相互影響（耦合），形成電磁干擾。所謂電磁噪聲，是指一種無用的電磁信號，它具有如下特點：。具有隨機(jī)性和時變性。由電磁干擾源產(chǎn)生，如電磁輻射源。通過導(dǎo)體或介質(zhì)傳播。含有一定的電磁能量。在許多電子傳輸線路中，大都采用光電耦合器來完成電→光→電的耦合傳輸，從此來抑制電磁噪音的干擾。光電耦合器是２０世紀(jì)７０年代發(fā)展起來的新型電子原件，是以光為媒介傳輸信號的器件。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光源，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。正由于光電耦合器不是將輸入側(cè)和輸出側(cè)電信號進(jìn)行直接耦合，而是以光為媒介進(jìn)行間接耦合，所以具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。具體原因如下：１） 光電耦合器的輸入阻抗很低（一般為０．１～１千歐），干擾源內(nèi)阻一般都很大（～歐）。按分壓原理，傳送到光電耦合器輸入端的干擾電壓就變得很小了。２） 由于一般干擾噪音源的內(nèi)阻很大，雖然也能供給較大的電壓，但可供給的能量卻很小，只能形成很微弱的電流。此電流不能使二極管發(fā)光，干擾就被抑制掉了。３） 光電耦合器的輸入／輸出間的電容很小（一般為０．５～２ＰＦ），絕緣電阻又非常大，（一般為～歐姆），因而被控設(shè)備的各種干擾很難反饋到輸入到系統(tǒng)中去。４） 光電耦合器的光電耦合部分是在一個密封的管殼內(nèi)進(jìn)行的，因而不會受到外界的干擾。由于提升絞車的綜合后備保護(hù)儀是工作在提升絞車房，電磁干擾非常嚴(yán)重，故各部分的輸入，輸出采用光電隔離技術(shù)，從而保證單片機(jī)的正常進(jìn)行。第九節(jié)：霍爾傳感器介紹本次設(shè)計的提升絞車綜合后備保護(hù)儀的測速，減速點控制，方向鑒別，深度指示器器失效檢測都是利用的磁敏傳感器霍爾傳感器。磁敏傳感器是伴隨著測磁儀器的進(jìn)步而發(fā)展起來的，在20世紀(jì)70—80年代形成高潮，90年代后期是磁敏傳感器的成熟和完善時期，其特點表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）：集成電路技術(shù)的應(yīng)用；（2）：Insb薄膜技術(shù)的開發(fā)成功，使霍爾傳感器的產(chǎn)量大增成本大幅度下降；（3）：強(qiáng)磁性合金薄膜技術(shù)的應(yīng)用；（4）：巨磁電阻多層膜的研究與開發(fā)；（5）：各種不同成分和比例的非合金材料的采用；（6）：IIIV族半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的開發(fā)應(yīng)用；至今已逐漸被廣泛大量地使用，其中霍爾傳感器是半導(dǎo)體磁敏傳感器中最成熟和產(chǎn)量最大的產(chǎn)品。霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理而制成的傳感器。如下圖的長方形半導(dǎo)體材料中，在長度X方向通以直流電流Ic，在厚度Z方向施加磁場B，在寬度Y方向上便產(chǎn)生電位差UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。電位差UH稱為霍爾電壓，可用下式表示：UH=RHIcB/d式中：RH—霍爾系數(shù)，d—材料厚度，Ic—輸入電流，B—磁感應(yīng)強(qiáng)度?；魻栯妱莸谋磉_(dá)式為： UH=KHIB 霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B，霍爾器件的靈敏度KH是表征在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下輸出霍爾電壓大小的重要參數(shù)，一般要求它越大越好，KH與材料的性質(zhì)以及尺寸有關(guān)。霍爾器件的結(jié)構(gòu)：霍爾器件可以用單晶片或薄膜兩種材料制成，其結(jié)構(gòu)很簡單。單晶型器件由霍爾單晶片，引線和殼體組成，霍爾單晶片一般采用N型鍺，銻化銦或砷化鎵等單晶半導(dǎo)體材料，是一塊長方形薄片，如圖所示：控制電流沿長邊方向流動，兩個端面上焊有兩根控制電流端引線（圖中1和1`），在與電流方向垂直的邊中間焊有兩根霍爾電壓輸出端引線。焊接處要求接觸電阻小，呈純電阻性質(zhì)，即歐姆接觸。霍爾片一般用非磁性金屬，陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝?；魻柶骷幕倦娐罚缦聢D：控制電流由電源E供給，R為調(diào)節(jié)電阻，調(diào)節(jié)控制電流的大小?；魻栞敵龆私迂?fù)載電阻Rf。Rf可以是一般電阻，也可以是放大器的輸入電阻或指示器內(nèi)阻。在磁場和控制電流的作用下，負(fù)載就有電壓輸出。在實際使用時電流I或磁場B，或者兩者同時作為信號輸入，而輸出信號則正比于I或B，或者正比于他們的乘積。由于霍耳效應(yīng)的時間很短，因此控制電流用交流時，頻率可以很高。在實際應(yīng)用中，霍耳器件可以在恒壓恒流條件下工作，其特性不一樣。如下圖所示： 電磁特性：霍耳元件的電磁特性，包括控制電流與輸出之間的關(guān)系；霍耳元件輸出與磁場之間的關(guān)系特性。 1）Uh—I特性； 固定磁場B，在一定溫度下，霍耳輸出電勢Uh與控制電流I之間呈線形關(guān)系，直線的斜率稱為控制電流的靈敏度，用Ki表示。按照定義，控制電流靈敏度ki為： Ki=(Uh/I)B恒定，由Uh=KhIB，可得到Ki=KhB 由上式可知，霍耳器件的靈敏度Kh越大，控制電流靈敏度也就越大。 2）UhB特性： 固定控制電流，元件的開路霍耳輸出隨磁場的增加并不完全呈線性關(guān)系，而有所偏離，線性較好。第五章：電源模塊設(shè)計 電源是電子設(shè)備中必不可少的組成部分，但不同系統(tǒng)可能會有不同的要求，既能適應(yīng)電源的共性，又能根據(jù)使用要求靈活選用發(fā)展迅速的各類集成電源器件，且獲得廣泛應(yīng)用。 穩(wěn)壓電源是單片機(jī)測控系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為測控系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。近年來，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被高效率的開關(guān)穩(wěn)壓電源所取代。特別是單片開關(guān)穩(wěn)壓電源的迅速推廣應(yīng)用，為設(shè)計新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件。本章首先介紹線性集成穩(wěn)壓器，再具體介紹穩(wěn)壓電路的各部分功能。傳統(tǒng)線形三端穩(wěn)壓器件具有使用靈活，調(diào)整率高，紋波抑制大等諸多優(yōu)點，最為大家所熟悉。第一節(jié)：線形直流穩(wěn)壓芯片簡介。1．通用固定正穩(wěn)壓器件CW7800/CW78M00/CW78L00系列三端正穩(wěn)壓器CW7800/CW78M00/CW78L00都是系列三端固定正穩(wěn)壓器，有5V,6V,9V,12V,15V,18V和24V七種不同的固定輸出電壓，廣泛用于各種電子設(shè)備中。(CW7800系列),(CW18M00系列),(CW78L00系列)。1） 主要性能： 。輸出電壓：5V 6V 9V 12V 15V 18V 24V 。最大輸出電流：(CW7800系列) (CW78M00系列) (CW78L00系列)。 。失穩(wěn)電壓：2 V 。內(nèi)部過熱載保護(hù) 。內(nèi)部過流，短路保護(hù) 。輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)2） 引腳圖：3） 極限參數(shù)： 。輸入電壓： V0=5V~9V(CW7800) 30VV0=12V~18V(CW78M00) 35VV0=5V~18V(CW7800 CW78M00) 35VV0=24V 40V 。功 耗： 內(nèi)部設(shè)定 。工作結(jié)溫范圍：Ⅰ類 55℃≦Tj≦+150℃Ⅱ類 25℃≦Tj≦+150℃Ⅲ類 0℃≦Tj≦+125℃ 。貯溫范圍： 65℃ ~ +150℃4） 應(yīng)用信息： 2．通用固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器件CW7900/CW79M00/CW79L00系列三端負(fù)穩(wěn)壓器CW7900/CW79M00/CW79L00都是系列三端固定負(fù)穩(wěn)壓器。有5V,6V,9V,12V,15V,18V和24V七種不同的固定輸出電壓，廣泛用于各種電子設(shè)備中。(CW7900系列),(CW79M00系列),(CW79L00系列)。1）主要性能： 。輸出電壓：5V 6V 9V 12V 15V 18V 24V 。最大輸出電流：(CW7900系列) (CW79M00系列) (CW79L00系列)。 。失穩(wěn)電壓：2 V 。內(nèi)部過流，短路保護(hù) 。輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)2） 引腳圖：3） 極限參數(shù)： 。輸入電壓： V0=5V~9V(CW79M00) 30VV0=12V~18V(