叮咚門(mén)鈴電路

1、555叮咚音響電子門(mén)鈴電路引言隨著電子器件的發(fā)展，門(mén)鈴也在不斷發(fā)展。叮咚音響門(mén)鈴可以發(fā)出悅耳的聲音，給人以美的感受。第一章：設(shè)計(jì)整體思路1.1設(shè)計(jì)目的 1. 掌握555叮咚音響電子門(mén)鈴電路的組成、工作原理計(jì)。2.了解并掌握電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。3. 學(xué)習(xí)protel繪圖軟件和EWB或其他仿真軟件設(shè)計(jì)一個(gè)叮咚門(mén)鈴電路。4. 在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中熟練掌握555定時(shí)器以及由他構(gòu)成的各種電路的結(jié)構(gòu)和用途。 1.2 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)按鈕，按下按鈕時(shí)發(fā)出門(mén)鈴的較高頻率“叮”聲，松開(kāi)按鈕，發(fā)出較低頻率的“咚”聲。正常人聽(tīng)力范圍在20Hz20000Hz，而1000Hz5000Hz則是人耳

2、最敏感的聲音頻率范圍，因此，“叮咚”聲最好在這個(gè)范圍內(nèi)或者左右。 “叮咚”兩聲頻率要求差距比較大，聲音持續(xù)時(shí)間要求適合。電路最好能功耗低。 1.3設(shè)計(jì)整體思路開(kāi)關(guān)S是門(mén)上的按鈕開(kāi)關(guān)，在平日沒(méi)有按下的時(shí)候，C3無(wú)法接通不進(jìn)行充電，因而C3處的電壓為0， 4端口（復(fù)位端）一直處于低電平，導(dǎo)致3端口輸出一直為0，揚(yáng)聲器無(wú)法工作。而C1通過(guò)R2、R3進(jìn)行充電，充滿(mǎn)電后，其電壓約為電源電壓。當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S時(shí)，VCC的電流流過(guò)二極管D1對(duì)C3經(jīng)行充電，其兩端電壓升高，4端口的電壓也開(kāi)始逐漸升高。當(dāng)C3端電壓上升為高電平時(shí)，即4端口輸入的是高電平，555定時(shí)器啟動(dòng)，所以D2、R3和C1組成的多諧振蕩器開(kāi)始工作

3、，輸出頻率f1。當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)，R1和C3組成回路，C3開(kāi)始放電。同時(shí)R2、R3和C1組成多諧振蕩器開(kāi)始工作，輸出頻率為f2。當(dāng)C3放電完畢的時(shí)候，4端口又恢復(fù)低電平，555定時(shí)器停止工作。輸出端接揚(yáng)聲器，輸出端有電流時(shí)就會(huì)使揚(yáng)聲器發(fā)聲。輸出端頻率不同時(shí)，發(fā)出的聲音就不同。本電路中設(shè)計(jì)了兩種不同的頻率，因此揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出“叮”“咚”兩種不同的聲音。第二章 基本原理和框圖2.1 基本原理 揚(yáng)聲器原理 當(dāng)交流音頻電流通過(guò)揚(yáng)聲器的線(xiàn)圈(在揚(yáng)聲器中又叫做音圈)時(shí),音圈中就產(chǎn)生了相應(yīng)的磁場(chǎng).這個(gè)磁場(chǎng)與揚(yáng)聲器上自帶的永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用力.于是,這個(gè)力就使音圈在揚(yáng)聲器的自帶永磁體的磁場(chǎng)中隨著音頻電

4、流振動(dòng)起來(lái).而揚(yáng)聲器的振膜和音圈是連在一起的,所以振膜也振動(dòng)起來(lái).振動(dòng)就產(chǎn)生了與原音頻信號(hào)波形相同的聲音。 永磁體通過(guò)軛鐵在磁路的環(huán)形氣隙中產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，和揚(yáng)聲器紙盆相連的音圈插入環(huán)形氣隙中，永磁體被外部的軛鐵所包圍，從而可以免遭外界雜散磁場(chǎng)的干擾，反過(guò)來(lái)也可以減小永磁體磁場(chǎng)對(duì)外界的影響，當(dāng)聲音以電流的形式通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)線(xiàn)圈便會(huì)因電流強(qiáng)弱的變化產(chǎn)生不同頻率的震動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)紙盆發(fā)出不同頻率和強(qiáng)弱的聲音。 如果輸入的是直流電壓，喇叭就不響，對(duì)的,輸入的是直流電壓喇叭線(xiàn)圈在磁場(chǎng)磁力作用下也不會(huì)產(chǎn)生震動(dòng),就不會(huì)發(fā)聲. 輸入交流電壓的頻率越高，喇叭震動(dòng)得越快,發(fā)出聲音越尖,并不是喇叭就越響,輸入喇叭的功率越

5、大喇叭才越響.但人耳可聽(tīng)見(jiàn)的頻率約是 20-20000HZ,超出此范圍人也聽(tīng)不見(jiàn). 電容原理 電容用在直流電路當(dāng)中 基本都是短接在正負(fù)極之間的， 如果串聯(lián)在電路中 那就相當(dāng)于開(kāi)路， 短接在正負(fù)及之間的電容有兩個(gè)作用，一是濾波，在整流橋整流以后 容易出現(xiàn)交流干擾，通過(guò)電容把交流干擾給短路掉，另外一個(gè)作用是降低脈動(dòng)，整流橋整流出來(lái)的直流電 如果用示波器來(lái)看的話(huà)其實(shí)跟直流電源的電壓是不同的，雖然是直流，電流是由正極流向負(fù)極，但是電壓是周期性的不斷起伏變化的，加電容以后，當(dāng)電壓處于波峰的上升沿的時(shí)候電容充電，讓電壓降低一些，當(dāng)電壓處于下降沿的時(shí)候低于電容的電壓以后 電容放電， 所以在示波器的效果上看，

6、 電容的作用是 不斷的削平波峰，填充波谷，這樣就使直流電的買(mǎi)動(dòng)性變小，進(jìn)過(guò)多級(jí)濾波電容以后，曲線(xiàn)已經(jīng)基本接近純直流電源的一條直線(xiàn)了 555定時(shí)器工作原理及應(yīng)用：555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖2所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓1/3VCC

7、和 2/3VCC。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2/3VCC，C2 的反相輸入端的電壓為1/3VCC。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于1/3VCC，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2/3VCC，同時(shí) TR 端的電壓大于1/3VCC，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。其主要有三個(gè)應(yīng)用：多諧振蕩器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 RS觸

8、發(fā)器 圖2 555內(nèi)部電路框圖1腳：GND(或Vss)外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。  8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.516V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為318V。一般用5V。  3腳：OUT（或Vo）輸出端。 4腳：R是直接清零端。當(dāng)R端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。   5腳：CO(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地

9、，以防引入干擾。 2腳：TR低觸發(fā)端。6腳：TH高觸發(fā)端。 7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。電阻分壓器由三個(gè)5k的等值電阻串聯(lián)而成。電阻分壓器為比較器C1、C2提供參考電壓，比較器C1的參考電壓為2/3Vcc，加在同相輸入端，比較器C2的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號(hào)加在C1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器R端的輸入信號(hào)；低電平觸發(fā)信號(hào)加在C2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器S端的輸入信號(hào)?；綬S觸發(fā)器的輸出狀

10、態(tài)受比較器C1、C2的輸出端控制。  在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器C1、C2基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc，1/3Vcc的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表1示。輸 出閾值輸入(VI1)不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00××輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)輸 入放電管T表1 555時(shí)基電路的功能表 由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的原理多諧振蕩器接線(xiàn)圖接通 VCC 后，開(kāi)始時(shí) TH = TR = uC » 0，uO 為高電平，放電管截止，VCC 經(jīng) R1、R2 向 C 充電，uC 上升，這時(shí)電路處于暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng) uC 上升到 TH

11、= TR = uC 2/3 VCC時(shí)，uO 躍變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)放電管V 導(dǎo)通，C 經(jīng) R2 和 V 放電，uC 下降，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 。當(dāng) uC 下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 時(shí)， uO 重新躍變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)放電管 V 截止，C 又被充電，uC 上升，電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)v2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 tPLtPHt2 555定時(shí)器時(shí)鐘脈沖振蕩電路由圖可知，振蕩周期。為電容充電時(shí)間，為電容放電時(shí)間。充電時(shí)間 放電時(shí)間 矩形波的振蕩周期因此改變、和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。第三章：具體電路設(shè)計(jì)及單元電路3.1 設(shè)計(jì)的整體電路如圖：3.2 一些重

12、要器件的用途R1: 給C3充放電。C3: 通過(guò)充放電來(lái)控制端口4的電壓，來(lái)控制揚(yáng)聲器工作。C1：通過(guò)充放電來(lái)控制555，使它輸出脈波。C2: 起濾波作用，防止外界干擾。C4: 通交流隔直流的。3.3 電路的工作過(guò)程分析按下S之后：電路為由D2、R5、C1組成多諧振蕩器，輸出頻率為f1。叮的頻率f1=1/0.7(R+2R5)*C1=336Hz (R=0.25千歐，是二極管的電阻) C1充電時(shí)間t11=C1*(R+R5)=0.00225 C1放電時(shí)間t12=C1*R5=0.002叮的時(shí)間間隔十分的小，因此人耳無(wú)法分辨間斷的叮聲，所以人聽(tīng)到的是持續(xù)的叮聲松開(kāi)S之后：電路為由R2、R5、C1組成的多諧

13、振蕩器，輸出頻率為f2。咚的頻率f=1/0.7（R2+2R5）*C1=147HzC1充電時(shí)間t11=C1*(R2+R5)=0.0077sC1放電時(shí)間t12=C1*R5=0.002sC1放電時(shí)間t=C1*R1=1.41s咚聲持續(xù)的時(shí)間為:1.41s第四章 仿真分析4.1 結(jié)果仿真圖(1)輸出波形(2)加在充電電容的波形（3）按住按鈕不放，多諧振蕩。4.2 仿真結(jié)果分析 選取參數(shù)要通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)才能確定，對(duì)各項(xiàng)值都有要求。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不像我們預(yù)期的那樣，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)是持續(xù)的“?！钡穆曇簦瑪嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)也不是持續(xù)一段時(shí)間“咚”的聲音，而是一直都有很小的間斷時(shí)間。 其實(shí)我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候總是在理想的狀態(tài)下的

14、，實(shí)際中由于種種的影響并不能達(dá)到預(yù)期的效果第五章 心得體會(huì)有句話(huà)叫“眼過(guò)千遍，不如手過(guò)一遍”。不管什么時(shí)候事實(shí)總是會(huì)跟想象的有一定的差別，空想是不行的，只有自己親手去做了，并且在做的過(guò)程中認(rèn)真思考過(guò)，才會(huì)有意外的收獲。剛開(kāi)始我還以為這個(gè)課題很簡(jiǎn)單，只要有高低電平輸出就行了，沒(méi)想到在做的過(guò)程中參數(shù)設(shè)定是一個(gè)很大的問(wèn)題。對(duì)于電路圖的原理部分很清楚，只是操作中有很多不能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。通過(guò)我們組員之間思考和討論，嘗試了多組數(shù)據(jù)，最后終于得到比較滿(mǎn)意的結(jié)果，讓我們覺(jué)得很有成就感。這次設(shè)計(jì)中我對(duì)555定時(shí)器、揚(yáng)聲器和一些基本元器件有了更加深入的理解和掌握。通過(guò)在網(wǎng)上及相關(guān)資料中查找信息，和組員之間的深入

15、探討，拓展了我的知識(shí)面。還知道了幾個(gè)關(guān)于電子器件的網(wǎng)站，以后遇到什么問(wèn)題都可以通過(guò)自己搜集資料來(lái)思考，尋找解決的方法。這次可以把課本上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)可以應(yīng)用到具體的課題設(shè)計(jì)中，是我一個(gè)很大的進(jìn)步。大家一起努力，想出不同的思路，有助于對(duì)電路的改進(jìn)。大家合作過(guò)程中更加深入了解對(duì)方，增加了同學(xué)之間的友誼。附錄設(shè)計(jì)元件：555定時(shí)器一個(gè)、揚(yáng)聲器一個(gè)、開(kāi)關(guān)一個(gè)、不同阻值的電組3個(gè)、電容4個(gè)、二極管2個(gè)元器件列表器件名稱(chēng)型號(hào)參數(shù)個(gè)數(shù)555定時(shí)器LM555CM1揚(yáng)聲器1開(kāi)關(guān)1電阻3015.71521電容1uf110nf1347uf14100H1二極管D11D21參考文獻(xiàn)【1】韓焱，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社，2009.6【2】畢滿(mǎn)清，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社.20