聲光雙音樂門鈴設(shè)計+仿真

課程設(shè)計報告題目： 聲光雙音樂門鈴設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號： 一系 另U： 電氣信息工程學(xué)院專 業(yè)： 自動化屆 另U： 2015電氣信息工程學(xué)院制2014年3月TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1聲光雙音樂門鈴的簡介與要求 21.1聲光雙音樂門鈴的簡介 21.2聲光雙音樂門鈴的要求 22聲光雙音樂門鈴模塊功能原理和設(shè)計方案制定 2\o"CurrentDocument"2.1聲光雙音樂門鈴555定時器工作的原理 22.2聲光雙音樂門鈴揚(yáng)聲器工作的原理 4\o"CurrentDocument"2.3聲光雙音樂門鈴設(shè)計的技術(shù)方案制定 53聲光雙音門鈴設(shè)計方案實施 53.1聲光雙音樂門鈴閃光燈單元模塊功能電路設(shè)計 53.2聲光雙音樂門鈴雙音單元模塊電路設(shè)計 6\o"CurrentDocument"3.3聲光雙音樂門鈴元器件選擇 7\o"CurrentDocument"3.4聲光雙音樂門鈴系統(tǒng)整體電路圖 7\o"CurrentDocument"4聲光雙音樂門鈴設(shè)計的仿真實現(xiàn) 84.1仿真軟件介紹 84.2聲光雙音樂門鈴設(shè)計仿真過程和現(xiàn)象 8\o"CurrentDocument"5總結(jié)及體會 9\o"CurrentDocument"6參考文獻(xiàn) 9聲光雙音樂門鈴學(xué)生：指導(dǎo)教師：井田電氣信息工程學(xué)院自動化專業(yè)1聲光雙音樂門鈴的簡介與要求1.1聲光雙音樂門鈴的簡介此“聲光雙音門鈴”是將門鈴聲音和燈的閃爍的過程結(jié)合起來的門鈴電路的擴(kuò)展電路之一。門鈴響起的同時伴隨閃光，這樣就可以避免門鈴聲和其他鄰居的門鈴聲相混淆，此產(chǎn)品成本低廉，是一種有發(fā)展前途的產(chǎn)品。1.2聲光雙音樂門鈴的要求電路從兩方面設(shè)計：雙音電路、閃光燈電路。雙音指按下門鈴開關(guān)時揚(yáng)聲器發(fā)出較高頻率的“叮”的聲音，松開開關(guān)后，揚(yáng)聲器發(fā)出較低頻率的“咚”的聲音。閃光指在門鈴響起到消失的這段時間內(nèi)，都伴隨有閃光，閃光的方式是兩只LED燈以一定頻率交替閃爍，一只放于室內(nèi)另一個在室外。此電路的核心元件是555定時器。555定時器時中規(guī)模集成時間基準(zhǔn)電路，可方便地構(gòu)成各種脈沖電路。雙音門鈴電路就是利用定時器和其外部連接的一些元件構(gòu)成的多諧振蕩器組成?！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，兩只LED燈閃爍的頻率也要適當(dāng)。2聲光雙音樂門鈴模塊功能原理和設(shè)計方案制定2.1聲光雙音門鈴555定時器工作的原理555定時器的內(nèi)部電路框圖（左）和外引腳排列圖（右）分別如圖 1所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓1/3VCC和2/3VCC。555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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，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,使輸出端同時TR端的電壓大于觸發(fā)器置0，使輸出為0OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2/3VCC，1/3VCC，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將同時TR端的電壓大于觸發(fā)器置0，使輸出為0圖1555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和外部引腳分布圖FI171IJ1圖1555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和外部引腳分布圖)CB555GNDV(3V。扁UJHJlit1腳：GND（或Vss）外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：丁日低觸發(fā)端。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，小于0.4V時，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(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)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01UF電容接地，以防引入干擾。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，用做定時器時電容的放電。電阻分壓器由三個5kQ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。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號加在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；低電平觸發(fā)信號加在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?；綬S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器C1、C2的輸出端控制。8腳：VCC（或VDD）外接電源VCC,雙極型時基電路VCC的范圍是4.5?16V,CMOS型時基電路VCC的范圍為3?18V。一般用5V。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器C1、C2基準(zhǔn)電壓分別為2/3Vcc,1/3Vcc的情況下，555定時器電路的功能表如下表1示。表1555定時器功能表TR觸發(fā)TH閾值復(fù)位DIS放電端OUT輸出>3Vcc>3阪H導(dǎo)通L>3Vcc<3VccH原狀態(tài)<3VccxH截止HxxL導(dǎo)通L2.2聲光雙音樂門鈴揚(yáng)聲器工作的原理當(dāng)交流電流通過揚(yáng)聲器的音圈時，音圈中就產(chǎn)生了相應(yīng)的磁場。這個磁場與揚(yáng)聲器上自帶的永磁體產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生相互的作用力。于是，這個力就使音圈在揚(yáng)聲器的自帶永磁體的磁場中隨著音頻電流振動起來。揚(yáng)聲器又和音圈是連在一起的，所以膜也振動起來，振動就產(chǎn)生了與原音頻信號波形相同的聲音。電流的強(qiáng)弱不同就產(chǎn)生了不同頻率的振動，就可以發(fā)出不同頻率和強(qiáng)弱的聲音。如果輸入的是直流電壓，那么喇叭線圈在磁場磁力作用下就不會產(chǎn)生震動，就不會發(fā)聲。輸入交流電壓的頻率越高，喇叭震動得越快，發(fā)出聲音越尖，并不是喇叭就越響，輸入喇叭的功率越大喇叭才越響。

2.3聲光雙音樂門鈴設(shè)計的技術(shù)方案制定聲光雙音樂門鈴設(shè)計的方案如下圖2所示按下門鈴開關(guān)門鈴發(fā)出“?！甭曂瑫r兩個發(fā)光二極管交替發(fā)光按下門鈴開關(guān)門鈴發(fā)出“叮”聲同時兩個發(fā)光二極管交替發(fā)光松開門鈴開關(guān)門鈴發(fā)出“咚”聲發(fā)光二級管停止發(fā)光松開門鈴開關(guān)門鈴發(fā)出“咚”聲發(fā)光二級管停止發(fā)光圖2聲光雙音樂門鈴設(shè)計方案圖3聲光雙音樂門鈴設(shè)計方案實施3.1聲光雙音樂門鈴閃光燈單元模塊功能電路設(shè)計當(dāng)接通閃爍燈光電路的電源時，兩個發(fā)光二極管交替閃爍，閃爍頻率適中即可。如下圖3所示，555和R5、R6、C6組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，它輸出的高、底電平方波驅(qū)動LED3、LED4，使之輪流“眨眼”發(fā)光。R7、R8為限流保護(hù)電阻。圖3圖3閃光燈單元模塊電路接通電源后，555起振，當(dāng)3腳輸出為高電平時，由于LED3正極與電源相連相當(dāng)于高電平，負(fù)極通過R7與555多諧振蕩器的3引腳相連LED3不發(fā)光。LED4的正極相當(dāng)于高電平，負(fù)極與地相接，所以LED4先發(fā)光。當(dāng)3腳輸出為低電平時，由于LED3正極與電源相連相當(dāng)于高電平，負(fù)極通過R7與3腳相連相當(dāng)于低電平，LED3發(fā)光。而LED4的正極相當(dāng)于低電平，負(fù)極與地相接，所以LED4不發(fā)光。從而實現(xiàn)了電路的輪流眨眼功能。3.2聲光雙音樂門鈴雙音單元模塊電路設(shè)計圖4雙音單元模塊電路由555電路組成的叮咚雙音門鈴電路如上圖4上可見，該電路是一個由555電路組成的音頻振蕩器，它的工作狀態(tài)受4腳的控制。靜態(tài)時，電源通過R2、R3及R4向C2充電，C2上端電壓接近電源電壓。但因④腳懸空，電壓接近OV，使電路處于復(fù)位狀態(tài)，振蕩電路不能工作。555定時器電路和電阻R2、R3、R4，電容C1組成無穩(wěn)態(tài)音頻振蕩器，當(dāng)SW未按下時，555定時器電路因強(qiáng)制復(fù)位4腳通過R1接地呈低電位，電路被復(fù)位，振蕩器停振。當(dāng)按下SW時，電源一路經(jīng)D1向C2充電，使4腳電位升高，當(dāng)4腳電位大于0.4V時，振蕩器起振。電源一路經(jīng)R3、R4，向C1充電，這時R2不起作用，C1的充電時間常數(shù)時(R3+R4)C1,放電時間是R4C1,振蕩器振蕩頻率為：F1=1.43/(R3+2R4)C1=1.58KHZ。此時，揚(yáng)聲器發(fā)出的時模擬的“?！甭暋．?dāng)打開SW后，C2向R1放電，仍然能維持4腳的高電平，這時D2反偏載截止，R2被接入振蕩回路，C1的充電時間常數(shù)為(R2+R3+R4)C1，放電時間常數(shù)仍為R4C1，所以振蕩頻率變?yōu)镕2=1.43/(R2+R3+2R4)C1=1.19KHZ。此時，揚(yáng)聲器發(fā)出的是模擬的“咚”聲。最后，因為，開關(guān)一直處于斷開的狀態(tài)，隨著C2的不斷放電，使4腳的電位不斷下降，當(dāng)下降到0.4V以下時，振蕩器停振，這是一個延時的過程，伴著4腳的電位降至0.4V的這個過程中“咚”聲會一直延續(xù)直到放電完成，聲音消失，電路恢復(fù)狀態(tài)。由上述分析可知，要達(dá)到預(yù)想的〃叮咚〃聲效果，電路中各部分的時間協(xié)調(diào)是關(guān)鍵。其中主要的就是R2，R3,R4和C1數(shù)值的選擇，在實際制作中需要通過實驗來確定。雙音電子門鈴以555為核心組成多諧振蕩器。3.3聲光雙音樂門鈴元器件選擇NE555芯片2個，0.5W8Q的喇叭1個，黃色發(fā)光二極管2個，3K的電阻3個，20K的電阻2個，10K的電阻1個，250Q的電阻2個，47此的電容2個，8吁的電容1個，10n的電容1個，100n的電容1個,5.5V的直流電源1個，1N4007二極管2個，按鈕開關(guān)1個，電壓表一個。3.4聲光雙音樂門鈴系統(tǒng)整體電路圖聲光雙音樂門鈴兩個單元模塊合在一起的電路圖如下圖5圖5聲光雙音樂門鈴整體電路圖

4聲光雙音樂門鈴設(shè)計的仿真實現(xiàn)4.1仿真軟件介紹Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺。4.2聲光雙音門鈴設(shè)計仿真過程和現(xiàn)象為了更加直觀的體現(xiàn)仿真的現(xiàn)象在本仿真中用示波器去顯示，當(dāng)按下門鈴開關(guān)時，雙閃燈和雙音兩個電路部分輸出的波形情況。如下圖，圖6為閃爍燈的輸出的波形，圖7為雙音模塊輸出的波形，顯示雙音模塊的輸出波形時將連接喇叭3腳的線斷開，再將示波器連接到輸出端上。LJFAuI￡i_|One-Ebi!1]CursarEJmmUourcja(CDHalinLJFAuI￡i_|One-Ebi!1]CursarEJmmUourcja(CDHalin航“圖6閃爍燈的輸出的波形圖圖7雙音模塊的輸出的波形圖如上圖所示在R和C的參數(shù)選擇合適的情況下以及示波器檔位合適的情況下可以使電路仿真出不失真的波形，而且可以在開關(guān)閉合的時候發(fā)出叮咚的聲音。5總結(jié)及體會課程設(shè)計開始時，思緒較亂，舉步維艱，便重拾教材，對知識全面的進(jìn)行了梳理，遇到困難向同學(xué)和老師請教，打開了思維方式，找到了設(shè)計的靈感。思路即出，在課程設(shè)計的過程中我不斷發(fā)現(xiàn)錯誤和改正錯誤。最終實現(xiàn)了聲光雙音門鈴的電路設(shè)計。另外，由于此電路是對電路進(jìn)行充放電的過程，所以在進(jìn)行仿真的設(shè)計過程中，我對電路中的電容和電阻進(jìn)行了不同的換值調(diào)試，最終達(dá)到了比較理想的結(jié)果。像閃光燈模塊電路中通過調(diào)節(jié)兩只保護(hù)電阻R6和R7可以控制燈的明亮程度，調(diào)節(jié)電容C6可以控制兩只LED燈閃爍的頻率。雙音模塊電路中通過調(diào)節(jié)電容C2可以控制電路放電的時間即松開按鈕后“咚”聲的時間。用示波器