邵 红，张洪群，张翔宇，刘丰源

（海军航空大学青岛校区，山东 青岛 266041）

1 实验简介

1.1 实验目的

本次实验的实验目的就是利用555定时器构成的多谐振荡器，进而实现防盗报警电路的设计。其中，利用555定时器构成多谐振荡器是实验的关键，学员需要知道实验原理，画出准确的电路图，并能够搭建、调试成功。

1.2 实验物料

万用表，面包板，直流稳压电源，面包板1快，555时基电路1个，电位器1个，电容器3个，电阻器3个，开关1个，喇叭1个，发光二极管1个，细导线若干。

1.3 工作步骤

（1）明确555时基电路作为电路的核心器件，辨明各引脚编号的含义。

（2）通过测量，选择合适的电阻并记录其参数。

（3）检测面包板、电容元件、电位器、发光二极管的好坏并记录其参数。

（4）根据电路图在面包板上插接电路，并调试电路使其工作。

2 重要问题的牵引主线

问题一“什幺样的设备可以对歹徒起到警示作用？”引题。

一直以来，人身安全和财产安全是工作和生活中的一重大问题，关系到人们的生活质量。以学员身边关心并且常见的保护人身财产安全现象引题更能激发学员的学习兴趣，对后续课程内容的开展起到推动作用。并且目的明确这节课就是用555制作一个报警电路。焊接一个完整电路并实现报警功能。

问题二“如何制作报警电路呢？”引出电路组成。

承接上面的问题，利用问题，引出电路的组成部分。一个完整的防盗报警系统包括入侵探测器+传输系统+报警控制器三部分。入侵探测器发现入侵后产生报警触发信号，由传输系统传送到报警控制器，报警控制器显示报警状态，发出声、光或以数字或图像形式显示地点、时间等。

问题三“需要遵循什幺样的制作思路？”引出制作思路。

学员思考最核心的问题“需要遵循什幺样的制作思路？”。遵循的常规思路是：设计一个电路首先要明白为什幺要设计，也就是这个电路的作用功能要明确，在明确功能需求的基础上还要确定所需元器件。

2017年，原国土资源部贯彻落实《中共中央国务院关于深化石油天然气体制改革的若干意见》，稳步推进油气勘查开采体制改革。积极开展页岩气区块出让工作，委托贵州省政府拍卖出让正安页岩气勘查区块；继续推进新疆油气勘查开采改革试点，委托新疆维吾尔自治区政府挂牌出让柯坪南、温宿、温宿西三个油气勘查区块；实施煤层气矿业权审批改革试点，将煤层气委托审批下放试点从山西扩大到新疆、贵州等六省(区)，山西省国土资源厅完成了10个煤层气勘查区块的招标出让；经国务院批准，天然气水合物成为我国第173个矿种。

问题四“电路图设计好了，是不是就可以马上准备器件焊接报警电路了？”。

问题五“采用什幺方法可以验证所设计电路的可行性呢？”。

问题六“需要什幺器件实现报警功能？”。

问题四、五、六都是在制作过程中融入的问题，问题四、五体现“理虚实”的结合，电路图设计好后，采用Multisim仿真软件进行仿真，调试参数没有问题后，再在面包板上搭建电路。问题六，则是设计的主体。

3 制作思路

报警系统的制作思路可遵循以下几步：（1）明确所制作电路的功能需求。（2）确定所需元器件，准确分析的基础上实现电路设计，然后画出电路图。（3）画电路图。需要理需结合。因为所画、设计的电路图不一定可行，结构和参数不一定准确。必须在准确的电路图的基础上才能来制作出达到功能需求的实物电路。可采用仿真的手段方便快捷的验证设计电路的可行性。（4）焊接电路板电路，体验焊接技巧。（5）通电检查。（6）排故。本次课通过理虚实相结合的六步完成报警电路的制作。

4 所需器件的选取

这节课所制作电路的功能需求已经非常的明确，就是用555做个报警功能的电路。通过制作电路的名字555报警电路知道，我们知道肯定会用到这555个器件，作为主要器件。

4.1 主要教学器件的介绍

4.2 构成多谐振荡器的思路

要用555构成多谐振荡器，首先要清楚什幺是多谐振荡器。它是一种不需外加触发信号就能自行产生矩形脉冲的电路。又因为它所产生的矩形脉冲含有丰富的高次谐波，人们习惯上把它叫作多谐振荡器。它有两个特点：无外触发；无稳态。

具体思路是：无稳态，两暂态不断交替。如图1所示，利用放电管T作为受控电子开关，使C充、放电，而改变TH、TL，交替置 0、置 1。两触发端接一起（2、6），放电端接两电阻之间。

图1

工作过程是：在通电源的瞬间，2脚和6脚的电压小于VCC/3，此时3脚输出状态为1，555内部的晶体管T截止，电源通过R1和 R2对电容 C充电。在电容电压没有充电到2VCC/3之前，输出一直保持1不变，一旦充至2VCC/3，2脚和6脚的电压等于2VCC/3，3脚输出由1翻转为0。同时，晶体管T导通，电容C经R2、T放电，一直至VCC/3，使得输出回到1，进入循环。输出方波的周期T的计算：T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C。高电平对应充电时间常数为（R1+R2）C，低电平对应放电时间常数为R2C。如何改变方波的占空比呢？改变充放电回路的时间常数即可。

4.3 器件选取过程

555也是一种多用途的单片集成电路。结构简单，芯片8个引脚，使用方便，功能比较强，只要在外围配上合适的阻容元件就可以构成脉冲电路。如多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器，可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器及指示灯等。恰好满足报警电路警示作用需求。

555报警电路就是在555构成多谐振荡器的基础上实现报警功能。555构成多谐振荡器的电路图是成熟电路，如图2所示。4脚复位端还没接，让他输出矩形波需要接高电平，接电源。通过一个51K的电阻接电源。3脚输出矩形脉冲。组成报警电路，还要有警示作用的负载。

图2

图2中多谐振荡器和警示负载就是完整的报警电路吗？很显然不是。这个电路只要通电，不管有没有发生入侵，喇叭一直响，灯一直闪。我们要在通电条件下，初始状态：喇叭不响，灯灭。只要4脚复位接低电平。本次试验通过导线接地，如图3所示，导线代表入侵探测器和传输系统。这也是为什幺通过51K电阻，而不直接接6v电源，防止电源短路。

图3

5 问题牵引法的好处

新模式的教学课堂，要求教员处于主导地位，而学员处于主体地位，营造出积极活跃的课堂氛围。教员主导地位的作用发挥就是引导学员充分发挥个体和团体的主体作用，让他们在课堂上能体会到、发现自我价值。问题牵引法恰好体现了这一好处。

6 总结

以问题环环相扣作牵引，通过以理论为支撑、以虚拟实验为辅助和以实际操作为主体的“理虚实三结合”的教学方法，让学员体会实操的严谨性、解决问题的层次性和多种方法结合解决问题的好处，抓住学员注意力，加大他们的参与力度，确保每位学员的实验都能成功完成。