基于CC7555 CMOS集成电路电台发射机电源控制器的设计与制作

2010-11-27熊长江李义池

网络安全与数据管理 2010年18期

熊长江,李义池

（1.常州大学外国语学院，江苏常州 213164；2.上海加宝电子设备有限公司，上海 200060）

在高校语言教学中,校园调频电台作为一种独特的教学辅助设施与手段，因其成本低、易维护、使用方便等诸多优点得到普遍应用。而以计算机为硬件平台，集录音、编辑、存储、播放等功能于一体的校园调频电台实现了节目播放自动化。在实际运行中，电台发射机的开与关一般采用电源定时器控制，需由工作人员设置开启、关闭时间，操作繁琐、不易管理。(1)定时器时间的设定需和节目的播放时间相对应，如节目播放时间有变动，需重新设置定时器开启、关闭时间；(2)定时器的时钟与计算机的系统时间需经常调整，以求保持一致；(3)要求定时器有断电保护措施。为此，采用电源定时器的工作模式，经过多次实践,设计并制作了利用音频信号来控制发射机开、关的电源控制器。计算机播放节目时,该电源控制器打开发射机电源，无节目播放时自动关闭发射机电源，实现了整个节目播放系统的自动化。该电源控制器性能稳定并确保校园调频电台节目播出时间的准确性，实现了无人值守，提高了管理人员的工作效率。

1 设计原理

555 CMOS集成电路开始是作定时器应用，也称为555定时器。后来经过多次开发应用，除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测，可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于其工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中。

1.1 555 CMOS集成电路的组成

555 CMOS集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。

555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图 1所示。它的各个引脚功能如下：①脚外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地；②脚是下比较器的输入，称触发端()；③脚是输出端 (Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；④脚是复位端()，接低电平，则集成电路不工作，此时不论 TR、TH处于何电平，集成电路输出为“0”，平时该端开路或接VDD；⑤脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值，在不接外加电压时，通常接一个0.01 μF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定；⑥脚是上比较器的输入，称阈值端(TH)；⑦脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出,有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；⑧脚是电源端,外接电源VDD,一般用 3 V～18 V。

图1 555 CMOS集成电路封装图

1.2 555 CMOS集成电路的改造

将555 CMOS集成电路的⑥、②脚并接成只有一个输入端Vi，就构成了施密特触发器，如图2所示。其电压传输特性如图3所示。

图2 555集成电路构成施密特触发器

图3 施密特触发器电压传输特性

由图3可见，施密特触发器输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形，当输入端Vi电压为0时，输出端 Vo（3脚）为高电位（Vo=1）；当输入端 Vi电压由 0上升到＞2/3VDD时，输出端 Vo为低电位（Vo=0）；当输入端Vi电压由最高位下降到＜1/3 VDD时，输出端 Vo又变为高电位（Vo=1）。当输入端 Vi电压处于 1/3 VDD和 2/3 VDD之间，输出端Vo保持原状态。由于它的输入有两个不同的阈值电压，所以，这种电路常用于电子开关[1-2]。

2 总体设计方案及实现

2.1 设计方案概述

校园调频电台节目自动播放系统主要由计算机、电源定时器、发射机等组成，可利用计算机技术修改计算机BIOS参数的设置及自动关机软件来实现计算机自动开机或关机；利用音频播放软件及Windows系统自带的“计划任务”功能实现计算机自动播放节目[3-4]；设想利用播放节目的音频信号及555 CMOS集成电路工作原理和特点，设计了简单实用的发射机电源控制器，实现校园调频电台播放节目自动化。

2.2 电源控制器组成电路

基于555 CMOS集成电路的电源控制器，主要由升压、整流、滤波及延时控制电路等部分组成，其关键器件选用CC7555 CMOS集成电路，CC7555集成电路具有功耗低、静态电流较小(80 μA左右)、输入阻抗极高(输入电流仅为 0.1 μA左右)、电源电压范围较宽(在 3V～18 V内均正常工作)等特点[1]。

电源控制器电路模块如图4所示。

电源控制器电路原理如图5所示。

电路中工作电源VDD采用12 V，将上限阀值输入端VTH（⑥脚）和下限阀值输入端VTR（②脚）短接作为触发输入端（Vi），当输入电平（②、⑥脚）＞2/3 VDD时(Vi＞8V)，输出端 Vo（③脚）为低电位（Vo=0），当输入电平（②、⑥脚）＜1/3VDD时（Vi＜4 V），输出端 Vo（③脚）变为高电位（Vo=1）。

2.3 利用音频信号实现节目自动播放

计算机播放节目输出的音频信号（Audio）是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息的载体，其电压约在100 mV左右。

当计算机输出音频信号时，送入电源控制器，通过隔离电阻，一部分信号输出至发射机，另一部分通过三极管 BG1、BG2进行有效放大，然后经由电容 C3和二极管D1、D2组成的峰值检波器（整流器）给电容C4充电，作为三极管BG3的偏置电压。当电容C4上的电压≥0.7 V时，BG3导通，从而使三极管 BG4导通，其集电极上电容C5的电压达到≥8 V，电容C5通过二极管D3和电阻R19给电容C6充电，因电容C6和CC7555集成电路的⑥脚（VTH）相接，当电容C6上的电压≥8 V时，CC7555集成电路的 6脚输入高电平（Vi=1），因此输出端③脚变为低电平（Vo=0）,使三极管 BG5导通，与 BG5集电级连接的继电器得电，常开触点吸合导通，接通电源，给发射机供电，发射机工作（发射机电源开关处于常开状态），实现了节目自动播放功能。

图4 电源控制器电路原理图

2.4 利用音频信号实现发射机的关闭

当输入信号终止，由于二极管D3反向截止，电容C6上的电压只能通过电阻R20向电容C5及电阻R18缓慢放电，当电容 C6的电压降至4 V，CC7555集成电路的6脚输入低电平（Vi=0），因此输出端③脚变为高电平（Vo=1）,使三极管 BG5截止，与 BG5集电级连接的继电器失电，闭合触点放开，切断发射机电源而关机，实现了利用音频信号关闭发射机的功能。