基于CC7555 CMOS集成電路電臺發射機電源控制器的設計與制作

熊長江,李義池

（1.常州大學外國語學院，江蘇 常州 213164；2.上海加寶電子設備有限公司，上海 200060）

在高校語言教學中,校園調頻電臺作為一種獨特的教學輔助設施與手段，因其成本低、易維護、使用方便等諸多優點得到普遍應用。而以計算機為硬件平臺，集錄音、編輯、存儲、播放等功能于一體的校園調頻電臺實現了節目播放自動化。在實際運行中，電臺發射機的開與關一般采用電源定時器控制，需由工作人員設置開啟、關閉時間，操作繁瑣、不易管理。(1)定時器時間的設定需和節目的播放時間相對應，如節目播放時間有變動，需重新設置定時器開啟、關閉時間；(2)定時器的時鐘與計算機的系統時間需經常調整，以求保持一致；(3)要求定時器有斷電保護措施。為此，采用電源定時器的工作模式，經過多次實踐,設計并制作了利用音頻信號來控制發射機開、關的電源控制器。計算機播放節目時,該電源控制器打開發射機電源，無節目播放時自動關閉發射機電源，實現了整個節目播放系統的自動化。該電源控制器性能穩定并確保校園調頻電臺節目播出時間的準確性，實現了無人值守，提高了管理人員的工作效率。

1 設計原理

555 CMOS集成電路開始是作定時器應用，也稱為555定時器。后來經過多次開發應用，除了作定時延時控制外，還可用于調光、調溫、調壓、調速等多種控制及計量檢測，可以組成脈沖振蕩、單穩、雙穩和脈沖調制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調制等。由于其工作可靠、使用方便、價格低廉，目前被廣泛用于各種電子產品中。

1.1 555 CMOS集成電路的組成

555 CMOS集成電路內部有幾十個元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發器、放電管以及緩沖器等，電路比較復雜，是模擬電路和數字電路的混合體。

555集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖 1所示。它的各個引腳功能如下：①腳外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地；②腳是下比較器的輸入，稱觸發端()；③腳是輸出端 (Vo)，它有O和1兩種狀態，由輸入端所加的電平決定；④腳是復位端()，接低電平，則集成電路不工作，此時不論 TR、TH處于何電平，集成電路輸出為“0”，平時該端開路或接VDD；⑤腳是控制電壓端(Vc),可用它改變上下觸發電平值，在不接外加電壓時，通常接一個0.01 μF的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩定；⑥腳是上比較器的輸入，稱閾值端(TH)；⑦腳是放電端(DIS)，它是內部放電管的輸出,有懸空和接地兩種狀態，也是由輸入端的狀態決定；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腳并接成只有一個輸入端Vi，就構成了施密特觸發器，如圖2所示。其電壓傳輸特性如圖3所示。

圖2 555集成電路構成施密特觸發器

圖3 施密特觸發器電壓傳輸特性

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

2 總體設計方案及實現

2.1 設計方案概述

校園調頻電臺節目自動播放系統主要由計算機、電源定時器、發射機等組成，可利用計算機技術修改計算機BIOS參數的設置及自動關機軟件來實現計算機自動開機或關機；利用音頻播放軟件及Windows系統自帶的“計劃任務”功能實現計算機自動播放節目[3-4]；設想利用播放節目的音頻信號及555 CMOS集成電路工作原理和特點，設計了簡單實用的發射機電源控制器，實現校園調頻電臺播放節目自動化。

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、濾波及延時控制電路等部分組成，其關鍵器件選用CC7555 CMOS集成電路，CC7555集成電路具有功耗低、靜態電流較小(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內均正常工作)等特點[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）短接作為觸發輸入端（Vi），當輸入電平（②、⑥腳）＞2/3 VDD時(Vi＞8V)，輸出端 Vo（③腳）為低電位（Vo=0），當輸入電平（②、⑥腳）＜1/3VDD時（Vi＜4 V），輸出端 Vo（③腳）變為高電位（Vo=1）。

2.3 利用音頻信號實現節目自動播放

計算機播放節目輸出的音頻信號（Audio）是帶有語音、音樂和音效的有規律的聲波的頻率、幅度變化信息的載體，其電壓約在100 mV左右。

當計算機輸出音頻信號時，送入電源控制器，通過隔離電阻，一部分信號輸出至發射機，另一部分通過三極管 BG1、BG2進行有效放大，然后經由電容 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。當電容C4上的電壓≥0.7 V時，BG3導通，從而使三極管 BG4導通，其集電極上電容C5的電壓達到≥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，當電容C6上的電壓≥8 V時，CC7555集成電路的 6腳輸入高電平（Vi=1），因此輸出端③腳變為低電平（Vo=0）,使三極管 BG5導通，與 BG5集電級連接的繼電器得電，常開觸點吸合導通，接通電源，給發射機供電，發射機工作（發射機電源開關處于常開狀態），實現了節目自動播放功能。

圖4 電源控制器電路原理圖

2.4 利用音頻信號實現發射機的關閉

當輸入信號終止，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腳變為高電平（Vo=1）,使三極管 BG5截止，與 BG5集電級連接的繼電器失電，閉合觸點放開，切斷發射機電源而關機，實現了利用音頻信號關閉發射機的功能。

2.5 其他技術要求

①為防止音頻信號自然停頓期間，發射機忽關忽開，要求有音頻信號時，發射機迅速開機工作，無音頻信號時，發射機延遲數分鐘自動關機。設計方案：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組成的時間常數決定，調節電容C6或電阻R20的數值可調整放電時間。

②為了防止噪聲和干擾信號造成誤開機，整個電路的靈敏度調至音頻信號輸入≥50 mV。

經過實際的運行檢測,基于CC7555 CMOS集成電路的電源控制器，并使校園調頻電臺發射機運行可靠、穩定,操作簡單方便，輕松實現了校園調頻電臺節目播放自動功能，提高了工作效率。

[1]黃軍勤,武永平,張志剛.高校外語調頻臺自動播出系統研究[J].電聲技術，2005（2）：66-68,75.

[2]任為民.電子技術基礎課程設計[M].北京：中央廣播電視大學出版社,1999.

[3]陳洪濤.調頻發射機的自動監測和控制 [J].科技資訊，2009(19)：62

[4]徐云笙.校園調頻臺全自動播控系統[J].外語電化教學，2002(2)：57-59