課程設計叮咚門鈴試驗說明書

1、1 .設計指標22 .設計方案及其比較22.1 方案一22.1.1 原理圖22.1.2 電路原理22.1.3 電路數(shù)據(jù)32.1.4 數(shù)據(jù)計算32.1.5 調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)32.1.6 元器件功能42.2 方案二42.2.1 原理圖42.2.2 電路原理52.2.3 電路數(shù)據(jù)52.2.4 數(shù)據(jù)計算52.3 方案三62.3.1 電路原理圖62.3.2 電路原理62.3.3 參數(shù)計算72.3.4 調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)72.4 方案比較73實現(xiàn)方案83 器件介紹83 原理圖113 電路器件113 電路數(shù)據(jù)113 電路原理113 參數(shù)計算123 調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)123 元器件功能123 布線圖133 思考題134調(diào)試過程及結論14

2、調(diào)試過程14設計結論145心得體會146參考文獻16叮咚門鈴電路設計設計一個叮咚門鈴電路，設一個按鈕，按下按鈕時發(fā)出門鈴的較高頻率“?！甭暎砷_按鈕，發(fā)出較低頻率的“咚”聲。門鈴叮咚聲的聲音頻率和聲音持續(xù)時間可調(diào)。正常人聽力范圍在20Hz20000Hz,而1000Hz5000Hz則是人耳最敏感的聲音頻率范圍，因止匕,“叮咚”聲最好在這個范圍內(nèi)或者左右?！岸＿恕眱陕曨l率要求差距比較大，聲音持續(xù)時間要求適合。電路最好能功耗低。2.設計方案及其比較方案一2.1.1原理圖a.方案一原理圖2.1.2電路原理本電路是以一塊NE555時基電路為核心組成的叮咚門鈴。NE555和R1、R2、R3、D1、D2、C

3、2組成了一個多諧振蕩器，SA是門上的叮咚門鈴的按鈕開關，在平日，按鈕開關處于斷開的狀態(tài)，此時C2通過R2R胱電，C2處電壓接近電源電壓。由于D1D2的阻截，C1沒法充電，因此C1處電壓為零，使NE555的4端口一直處于低電平，而NE555的4接口是復位段，低電平使其復位，所以3端口輸出為0,揚聲器不響。當閉合SA時，D1正向?qū)ǎㄟ^R1向C1充電，C1處電壓升高，NE555的4端為高電平，無法復位，于此同時，C2則通過R3向NE555的7端口放電，它們以及NE555和C3構成了一個多諧振蕩器，此時f=1.44/(R+2R3)C2約等于1230Hz(R為D1D2的電阻，約為400歐)松開SA時

4、，已經(jīng)充滿電的C1開始放電，R2、R3、C2和NE555構成一個多諧振蕩器，止匕時f=1.44/(R2+2R3)C2約等于680Hz電路數(shù)據(jù)R1=10k;R2=10k;R3=5.6k;R4=150;C1=100u;C2=0.1u;C3=0.01u;VCC=4.5V數(shù)據(jù)計算按下SA之后：叮的頻率f=1.44/(2R+2R3)*C2=1230Hz(R為二極管導通后電壓，約為150歐)C2充電時間t11<C2*(R3+2R)=(5.9e-4)s(同上)C2放電時間t12<C2*R3=(5.6e-4)s由于叮間隔的間隔特別的小，人耳無法分辨出間斷的叮聲，所以人們聽到的是持續(xù)的叮聲松開SA之

5、后：咚的頻率f=1.44/(R2+2R3)*C2=680HzC2充電時間111<C2*(R3+R2)=(1.56e-3)sC2放電時間t12<C2*R3=(5.6e-4)sC1放電時間t=C1*R1=1s咚聲持續(xù)的時間為：1s調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)叮的頻率：減小R、R3,頻率變大，反之則變小；減小C2,頻率變大，反之則變小咚的頻率：減小R2、R3,頻率變大，反之則變?。簻p小C1,頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時間：減小C1、R1,則持續(xù)時間變短，反之則變長元器件功能R1:給C1充放電R2:SA斷開后，給C2充電R3:給C2充放電R4:限制電流，防止三極管被燒壞C1:充放電控制NE555的4端口的

6、，來控制揚聲器的工作C2:充放電來控制NE555,使其發(fā)出脈沖波C3:濾波，防止干擾D1、D2:防止閉合SAB,還有電流流過C1使其充電SA:開關按鈕，控制“叮咚”聲的開始和叮聲的結束VT:放大電流揚聲器：使其發(fā)出叮咚的聲音方案二原理圖b.方案二原理圖電路原理該叮咚電子門鈴電路由觸發(fā)控制電路、音頻振蕩器A,音頻振蕩器B和音頻輸出電路組成。觸發(fā)控制電路：由門鈴按鈕SA、二極管VD5、電容器C2和電阻器R1,R2組成音頻振蕩器A:由四與非門集成電路IC(D1-D4)內(nèi)部的D1,D2和電阻器R3電容器C3組成音頻振蕩器B:由IC內(nèi)部的D3、D4和電位器RP,電容器C4組成音頻輸出電路：由電阻器R4、

7、R5、二極管VD6、VD7、晶體管V和揚聲器BL組成。平時，兩個音頻振蕩器均不工作，揚聲器BL不發(fā)聲。當客人按下門鈴按鈕S時，C2快速放電，兩個音頻振蕩器同時工作，產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)VD6,VD7混合后通過V放大，驅(qū)動BL發(fā)出“?！甭?。當客人松開S時，C2快速充電，音頻振蕩器A停止工作，音頻振蕩器B產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)V放大后，推動BL發(fā)出“咚”聲電路數(shù)據(jù)R1=12k;R2=12k;R3=20k;R4=100k;R5=1k;Rp=6k;C1=47u;C2=0.022u;C3=0.1u數(shù)據(jù)計算按下SA后：叮的頻率：f=1/(2.2R3*C3)+1/(2.2Rp*C4)=1790.6Hz松開SA之后：咚

8、的頻率：f=1/(2.2Rp*C4)=757.6HzC1充電的時間：t=C1*R2=1.128s咚聲持續(xù)的時間為1.128s方案三電路原理圖21PTJ021PT107IMGDISCHGTHOLD5CVOLTGMI>OJOluP4?:FSPEAKER3LESETOUTHE555R2C.方案三原理圖電路原理SA是門上的按鈕開關，在平日沒有按下的時候，C1無法接通不進行充電，因而C1處的電壓為0,NE555的4端口（復位端）一直處于低電平，導致3端口輸出一直為0,揚聲器無法工作。而C2通過R2、R3R4進行充電，充滿電后，其電壓約為電源電壓。當按下SA時，當VCC勺電流流過二極管對C1經(jīng)行充電

9、，其兩端電壓升高，4端口的電壓也開始逐漸升高。同時C2開始對端口7進行放電，電容的電壓下降，當其由VCC下降到2/3的VCCM,放電管導通，3端口輸出為低電平，但當下降到1/3VCC時，放電管截止，C2則開始充電，3端口理應輸出高電平，但是由于控制4端口的電容C1的電壓還沒有充好點，4端口仍舊輸出0使輸出端口3強制輸出0,揚聲器不工作。當C1充好電之后，4端口為高電平，然后輸出端3即可輸出1,這時揚聲器可以工作，發(fā)出“?！钡捻懧暎ㄆ漕l率值在后面給出）（C2的充放電過程不斷的重復進行）。當松開SA時，VCCM不能通過二極管對C2充放電，只能通過R2、R&R4充放電，由于電阻值的改變，使其

10、頻率發(fā)生改變，電阻變大，頻率變低，發(fā)出“咚”的聲響。與此同時，C1開始放電，當使其的電壓不斷下降，最終4端口輸入為低電平，強制將其復位，揚聲器不再工作。參數(shù)計算按下SA之后：叮的頻率f=1.44/(R+R3+2R4)*C2=1000Hz(R為二極管導通后電壓，約為150歐)C2充電時間t11<C2*(R3+R+R4)=0.001s(同上)C2放電時間t12<C2*R4=(5.0*e-5)s叮的時間問隔十分的小，因此人耳無法分辨間斷的叮聲，所以人聽到的是持續(xù)的叮聲松開SA之后：咚的頻率f=1.44/(R2+R3+2R4)*C2=480HzC2充電時間t11<C2*(R3+R2+

11、R4)=0.0025sC2放電時間t12<C2*R4=0.0005sC1放電時間t=C1*R1=2.209s咚聲持續(xù)的時間為：2.209s調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)叮的頻率：減小R、R3、R4,頻率變大，反之則變小；減小C2,頻率變大，反之則變小咚的頻率：減小R2、R3、R4,頻率變大，反之則變?。簻p小C1,頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時間：減小C1、R1,則持續(xù)時間變短，反之則變長方案比較1.方案比較表方案一方案二方案三器件的數(shù)目較少多較少電路的功耗較大比較大較少布線的復雜程度中等復雜中等反映速度比較快較慢很快造價較便宜高便宜總結：綜上比較方案三從各方面經(jīng)行比較是很不錯的選擇，因此將方案三定為實現(xiàn)方案

12、3實現(xiàn)方案3.1器件介紹NE555的介紹555定時器是一種將模擬功能和邏輯功能結合在同一塊芯片上的集成電路，8腳封裝。最初由美國SIGNETICS公司在1972推出投放市場，很快得到廣泛應用，也因為應用廣泛，許多其它公司也推出了功能一樣的類似型號。此芯片內(nèi)使用了3個精度較高的5K分壓電阻，型號由此而得名。NE555是雙極性器件的集成電路，內(nèi)含2個555電路的型號為NE556,為14腳。另有CMOS工藝的7555和7556。NE555電壓使用范圍為4.5V-18V.7555則為3V-15V。NE555時基電路主要有3種基本應用1.多諧振蕩器2,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.RS觸發(fā)器R233CQR147KC*

13、r»>->口R347k口4.NE555的內(nèi)部結構接地觸發(fā)輸出復位NE5558電理7放電6閥值5控制5.NE555的管腳分布圖2.NE555的工作表輸入輸出閾值輸入(V|i)|獨發(fā)輸入(VI2)復位(Rd)輸由(Vo)放電管TXX00與通2<VCC31<vCCc.CC311截止2>VCCCCC31>VcccCC310與通2<一vCC31>Vcc31不變不變vC2313VccVccv0t1t2tpLtpH6.工作曲線圖3.2原理圖31PT10耳KTvcc7T5JGDISCHGTHOLD5CVO1TGND-47uFSPEAKER工Dl5GFO

14、UTD2H21FTJ0NE555ODluFS2'v/W3®VAWvIQh7.實現(xiàn)方案原理圖電路器件電阻4個、電容4個、直流電源、按鈕開關、揚聲器、二極管2個電路數(shù)據(jù)R1=47k;R2=30k;R3=10k;R4=10k;C1=47u;C2=0.05u;C3=50u;VCC=6V電路原理SA是門上的按鈕開關，在平日沒有按下的時候，C1無法接通不進行充電，因而C1處的電壓為0,NE555的4端口（復位端）一直處于低電平，導致3端口輸出一直為0,揚聲器無法工作。而C2通過R2、R3、R4進行充電，充滿電后，其電壓約為電源電壓。當按下SA時，當VCC的電流流過二極管對C1經(jīng)行充電，其

15、兩端電壓升高，4端口的電壓也開始逐漸升高。同時C2開始對端口7進行放電，電容的電壓下降，當其由VCC下降到2/3的VCC時，放電管導通，3端口輸出為低電平，但當下降到1/3VCC時，放電管截止，C2則開始充電，3端口理應輸出高電平，但是由于控制4端口的電容C1的電壓還沒有充好點，4端口仍舊輸出0使輸出端口3強制輸出0,揚聲器不工作。當C1充好電之后，4端口為高電平，然后輸出端3即可輸出1,這時揚聲器可以工作，發(fā)出“叮”的響聲(其頻率值在后面給出)(C2的充放電過程不斷的重復進行)。當松開SA時，VCC則不能通過二極管對C2充放電，只能通過R2、R3、R4充放電，由于電阻值的改變，使其頻率發(fā)生改

16、變，電阻變大，頻率變低，發(fā)出“咚”的聲響。與此同時，C1開始放電，當使其的電壓不斷下降，最終4端口輸入為低電平，強制將其復位，揚聲器不再工作。參數(shù)計算按下SA之后：叮的頻率f=1.44/(R+R3+2R4)*C2=1000Hz(R為二極管導通后電壓，約為150歐)C2充電時間t11<C2*(R3+R+R4)=0.001s(同上)C2放電時間t12<C2*R4=(5.0*e-5)s叮的時間問隔十分的小，因此人耳無法分辨間斷的叮聲，所以人聽到的是持續(xù)的叮聲松開SA之后：咚的頻率f=1.44/(R2+R3+2R4)*C2=480HzC2充電時間t11<C2*(R3+R2+R4)=0

17、.0025sC2放電時間t12<C2*R4=0.0005sC1放電時間t=C1*R1=2.209s咚聲持續(xù)的時間為:2.209s調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)叮的頻率：減小R、R3、R4,頻率變大，反之則變??；減小C2,頻率變大，反之則變小咚的頻率：減小R2、R3、R4,頻率變大，反之則變?。簻p小C1,頻率變大，反之則變小咚聲持續(xù)的時間：減小C1、R1,則持續(xù)時間變短，反之則變長元器件功能R1:給C1充放電R2:SA斷開后，給C2充電R3:給C2充電R4:給C2充放電C1:充放電控制NE555的4端口的，來控制揚聲器的工作C2:充放電來控制NE555,使其發(fā)出脈沖波C3:濾波，防止干擾C4:濾波，使揚聲器接收

18、到穩(wěn)定的脈沖波D1、D2:防止閉合SAB,還有電流流過C1使其充電SA:開關按鈕，控制“叮咚”聲的開始和叮聲的結束揚聲器：發(fā)出叮咚聲的設備NE555:作為多諧振蕩器，發(fā)出脈沖波布線圖8.實現(xiàn)方案布線圖3.10思考題能否用其它芯片實現(xiàn)本設計功能，如果能，給出電路原理圖并分析其工作原理？答：可見我的方案二，就是用74LS00芯片做的振蕩器，來實現(xiàn)叮咚門鈴的功能。4調(diào)試過程及結論調(diào)試過程在整個調(diào)試過程，我們沒有出現(xiàn)太大的問題，整體來說是十分順利的。首先，我們連接好電路之后，我們就先用萬用表將電路的各個之路經(jīng)行測試，檢查有沒有短路或者斷路，檢查的方法就是將萬用表調(diào)到歐姆擋，測試各支路的短路。在經(jīng)行這一

19、步測試時，我們就發(fā)現(xiàn)我們的問題，就是中間少了一根線將NE555的7端口和有3個電阻的那條支路相連，這導致，我們檢查7端口的支路電阻時，萬用表的顯示屏上呈現(xiàn)的是無窮大的標志，立馬，我們就著手檢查電路，發(fā)現(xiàn)了問題，并將其解決掉。然后，我們接通了電源，按下了開關，很順利的，第一次接電源就聽到了“叮咚”的聲響，這個讓我們很欣慰。但是，我們也發(fā)現(xiàn)了我們電路的問題，就是由于叮咚聲的頻率比較的接近，導致和現(xiàn)實生活中，大家認定的叮咚聲有一定的出入。為了讓叮咚聲更加的悅耳動聽，我們決定更換電阻大小，將叮的頻率提高。問題也就出來了，由于實驗室的電阻大小有限，并沒有適合大小的電阻給我們經(jīng)行挑選，于是，我們自己就講電

20、阻相并聯(lián)，得到較小的阻值的電阻。最終將叮咚聲調(diào)到了適合的頻率。調(diào)試最終結束。設計結論設計應當從各方面入手對于設計電路進行考慮，多設計幾種方案進行比較，選擇出最適合的方案或者講多種方案好的地方經(jīng)行結合，得到最終的實現(xiàn)方案。在實現(xiàn)方案的過程中，要進行全方面的考察和調(diào)試，得到最完美的電路。5心得體會學習這個專業(yè)已經(jīng)2年了，一直以來就想設計使用的東西。之前一直以為自己學習的東西沒辦法派上實際用途，而這次的課程設計真的讓我體會到了設計的快樂。這次課程設計歷時二個星期左右，通過這兩個星期的學習，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提Mi。這次

21、，我設計的是叮咚門鈴電路，叮咚門鈴是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷碾娐罚侵v其實際化對于我這種初等的設計者還是有一定的難度的。首先我看到這個題目，我就開始收集大量的資料，包括555芯片的原理，各種多諧振蕩器，以及人的聽力范圍等等與課程設計相關的各類知識，我了解了好多我之前不知道或者沒注意的知識以及消息，我相信這也是對我的一種提高啊，至少擴展了我的知識庫。收集完資料后，就著手開始設計。針對這次的設計，我設計出來了3種方案，兩種是NE555的，另一種我換成了兩個與非門組成的多頻振蕩器。對于這次的電路設計，設計得還是比較順利的，但是將其實現(xiàn)又是對我們的另外一種要求。首先是對于元器件的選擇，這是我之前設計電