基于CC7555 CMOS集成電路電臺(tái)發(fā)射機(jī)電源控制器的設(shè)計(jì)與制作

熊長(zhǎng)江,李義池

（1.常州大學(xué)外國(guó)語(yǔ)學(xué)院，江蘇 常州 213164；2.上海加寶電子設(shè)備有限公司，上海 200060）

在高校語(yǔ)言教學(xué)中,校園調(diào)頻電臺(tái)作為一種獨(dú)特的教學(xué)輔助設(shè)施與手段，因其成本低、易維護(hù)、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)得到普遍應(yīng)用。而以計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)，集錄音、編輯、存儲(chǔ)、播放等功能于一體的校園調(diào)頻電臺(tái)實(shí)現(xiàn)了節(jié)目播放自動(dòng)化。在實(shí)際運(yùn)行中，電臺(tái)發(fā)射機(jī)的開與關(guān)一般采用電源定時(shí)器控制，需由工作人員設(shè)置開啟、關(guān)閉時(shí)間，操作繁瑣、不易管理。(1)定時(shí)器時(shí)間的設(shè)定需和節(jié)目的播放時(shí)間相對(duì)應(yīng)，如節(jié)目播放時(shí)間有變動(dòng)，需重新設(shè)置定時(shí)器開啟、關(guān)閉時(shí)間；(2)定時(shí)器的時(shí)鐘與計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間需經(jīng)常調(diào)整，以求保持一致；(3)要求定時(shí)器有斷電保護(hù)措施。為此，采用電源定時(shí)器的工作模式，經(jīng)過多次實(shí)踐,設(shè)計(jì)并制作了利用音頻信號(hào)來(lái)控制發(fā)射機(jī)開、關(guān)的電源控制器。計(jì)算機(jī)播放節(jié)目時(shí),該電源控制器打開發(fā)射機(jī)電源，無(wú)節(jié)目播放時(shí)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)射機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)節(jié)目播放系統(tǒng)的自動(dòng)化。該電源控制器性能穩(wěn)定并確保校園調(diào)頻電臺(tái)節(jié)目播出時(shí)間的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，提高了管理人員的工作效率。

1 設(shè)計(jì)原理

555 CMOS集成電路開始是作定時(shí)器應(yīng)用，也稱為555定時(shí)器。后來(lái)經(jīng)過多次開發(fā)應(yīng)用，除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)，可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于其工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中。

1.1 555 CMOS集成電路的組成

555 CMOS集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。

555集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖 1所示。它的各個(gè)引腳功能如下：①腳外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地；②腳是下比較器的輸入，稱觸發(fā)端()；③腳是輸出端 (Vo)，它有O和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；④腳是復(fù)位端()，接低電平，則集成電路不工作，此時(shí)不論 TR、TH處于何電平，集成電路輸出為“0”，平時(shí)該端開路或接VDD；⑤腳是控制電壓端(Vc),可用它改變上下觸發(fā)電平值，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01 μF的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定；⑥腳是上比較器的輸入，稱閾值端(TH)；⑦腳是放電端(DIS)，它是內(nèi)部放電管的輸出,有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；⑧腳是電源端,外接電源VDD,一般用 3 V～18 V。

圖1 555 CMOS集成電路封裝圖

1.2 555 CMOS集成電路的改造

將555 CMOS集成電路的⑥、②腳并接成只有一個(gè)輸入端Vi，就構(gòu)成了施密特觸發(fā)器，如圖2所示。其電壓傳輸特性如圖3所示。

圖2 555集成電路構(gòu)成施密特觸發(fā)器

圖3 施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性

由圖3可見，施密特觸發(fā)器輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系是一個(gè)長(zhǎng)方形的回線形，當(dāng)輸入端Vi電壓為0時(shí)，輸出端 Vo（3腳）為高電位（Vo=1）；當(dāng)輸入端 Vi電壓由 0上升到＞2/3VDD時(shí)，輸出端 Vo為低電位（Vo=0）；當(dāng)輸入端Vi電壓由最高位下降到＜1/3 VDD時(shí)，輸出端 Vo又變?yōu)楦唠娢唬╒o=1）。當(dāng)輸入端 Vi電壓處于 1/3 VDD和 2/3 VDD之間，輸出端Vo保持原狀態(tài)。由于它的輸入有兩個(gè)不同的閾值電壓，所以，這種電路常用于電子開關(guān)[1-2]。

2 總體設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)方案概述

校園調(diào)頻電臺(tái)節(jié)目自動(dòng)播放系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、電源定時(shí)器、發(fā)射機(jī)等組成，可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)修改計(jì)算機(jī)BIOS參數(shù)的設(shè)置及自動(dòng)關(guān)機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)開機(jī)或關(guān)機(jī)；利用音頻播放軟件及Windows系統(tǒng)自帶的“計(jì)劃任務(wù)”功能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)播放節(jié)目[3-4]；設(shè)想利用播放節(jié)目的音頻信號(hào)及555 CMOS集成電路工作原理和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單實(shí)用的發(fā)射機(jī)電源控制器，實(shí)現(xiàn)校園調(diào)頻電臺(tái)播放節(jié)目自動(dòng)化。

2.2 電源控制器組成電路

基于555 CMOS集成電路的電源控制器，主要由升壓、整流、濾波及延時(shí)控制電路等部分組成，其關(guān)鍵器件選用CC7555 CMOS集成電路，CC7555集成電路具有功耗低、靜態(tài)電流較小(80 μA左右)、輸入阻抗極高(輸入電流僅為 0.1 μA左右)、電源電壓范圍較寬(在 3V～18 V內(nèi)均正常工作)等特點(diǎn)[1]。

電源控制器電路模塊如圖4所示。

電源控制器電路原理如圖5所示。

電路中工作電源VDD采用12 V，將上限閥值輸入端VTH（⑥腳）和下限閥值輸入端VTR（②腳）短接作為觸發(fā)輸入端（Vi），當(dāng)輸入電平（②、⑥腳）＞2/3 VDD時(shí)(Vi＞8V)，輸出端 Vo（③腳）為低電位（Vo=0），當(dāng)輸入電平（②、⑥腳）＜1/3VDD時(shí)（Vi＜4 V），輸出端 Vo（③腳）變?yōu)楦唠娢唬╒o=1）。

2.3 利用音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)節(jié)目自動(dòng)播放

計(jì)算機(jī)播放節(jié)目輸出的音頻信號(hào)（Audio）是帶有語(yǔ)音、音樂和音效的有規(guī)律的聲波的頻率、幅度變化信息的載體，其電壓約在100 mV左右。

當(dāng)計(jì)算機(jī)輸出音頻信號(hào)時(shí)，送入電源控制器，通過隔離電阻，一部分信號(hào)輸出至發(fā)射機(jī)，另一部分通過三極管 BG1、BG2進(jìn)行有效放大，然后經(jīng)由電容 C3和二極管D1、D2組成的峰值檢波器（整流器）給電容C4充電，作為三極管BG3的偏置電壓。當(dāng)電容C4上的電壓≥0.7 V時(shí)，BG3導(dǎo)通，從而使三極管 BG4導(dǎo)通，其集電極上電容C5的電壓達(dá)到≥8 V，電容C5通過二極管D3和電阻R19給電容C6充電，因電容C6和CC7555集成電路的⑥腳 （VTH）相接，當(dāng)電容C6上的電壓≥8 V時(shí)，CC7555集成電路的 6腳輸入高電平（Vi=1），因此輸出端③腳變?yōu)榈碗娖剑╒o=0）,使三極管 BG5導(dǎo)通，與 BG5集電級(jí)連接的繼電器得電，常開觸點(diǎn)吸合導(dǎo)通，接通電源，給發(fā)射機(jī)供電，發(fā)射機(jī)工作（發(fā)射機(jī)電源開關(guān)處于常開狀態(tài)），實(shí)現(xiàn)了節(jié)目自動(dòng)播放功能。

圖4 電源控制器電路原理圖

2.4 利用音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的關(guān)閉

當(dāng)輸入信號(hào)終止，由于二極管D3反向截止，電容C6上的電壓只能通過電阻R20向電容C5及電阻R18緩慢放電，當(dāng)電容 C6的電壓降至4 V，CC7555集成電路的6腳輸入低電平（Vi=0），因此輸出端③腳變?yōu)楦唠娖剑╒o=1）,使三極管 BG5截止，與 BG5集電級(jí)連接的繼電器失電，閉合觸點(diǎn)放開，切斷發(fā)射機(jī)電源而關(guān)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了利用音頻信號(hào)關(guān)閉發(fā)射機(jī)的功能。

2.5 其他技術(shù)要求

①為防止音頻信號(hào)自然停頓期間，發(fā)射機(jī)忽關(guān)忽開，要求有音頻信號(hào)時(shí)，發(fā)射機(jī)迅速開機(jī)工作，無(wú)音頻信號(hào)時(shí)，發(fā)射機(jī)延遲數(shù)分鐘自動(dòng)關(guān)機(jī)。設(shè)計(jì)方案：一般要求大約3-5 min電容C6的電壓由8V放電至4 V，放電的快慢程度由電容C6及電阻R20組成的時(shí)間常數(shù)決定，調(diào)節(jié)電容C6或電阻R20的數(shù)值可調(diào)整放電時(shí)間。

②為了防止噪聲和干擾信號(hào)造成誤開機(jī)，整個(gè)電路的靈敏度調(diào)至音頻信號(hào)輸入≥50 mV。

經(jīng)過實(shí)際的運(yùn)行檢測(cè),基于CC7555 CMOS集成電路的電源控制器，并使校園調(diào)頻電臺(tái)發(fā)射機(jī)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定,操作簡(jiǎn)單方便，輕松實(shí)現(xiàn)了校園調(diào)頻電臺(tái)節(jié)目播放自動(dòng)功能，提高了工作效率。

[1]黃軍勤,武永平,張志剛.高校外語(yǔ)調(diào)頻臺(tái)自動(dòng)播出系統(tǒng)研究[J].電聲技術(shù)，2005（2）：66-68,75.

[2]任為民.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社,1999.

[3]陳洪濤.調(diào)頻發(fā)射機(jī)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制 [J].科技資訊，2009(19)：62

[4]徐云笙.校園調(diào)頻臺(tái)全自動(dòng)播控系統(tǒng)[J].外語(yǔ)電化教學(xué)，2002(2)：57-59