課設(shè)論文.叮咚門(mén)鈴電路的設(shè)計(jì)

武漢理工大學(xué)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)（二）》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)PAGE7目錄1技術(shù)指標(biāo) 22設(shè)計(jì)方案及其比較 22.1方案一 22.1.1方案一設(shè)計(jì)原理圖 22.1.2方案一設(shè)計(jì)原理 22.1.3元器件參數(shù) 32.1.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算 32.1.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)分析 42.2方案二 52.2.1方案二設(shè)計(jì)原理圖 52.2.2方案二設(shè)計(jì)原理 52.2.3元器件參數(shù) 62.2.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算 62.2.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)分析 62.3方案三 72.3.1方案三設(shè)計(jì)原理圖 72.3.2方案三設(shè)計(jì)原理 72.3.3元器件參數(shù) 82.3.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算 82.3.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)分析 92.4方案比較 93實(shí)現(xiàn)方案 103.1NE555時(shí)基電路簡(jiǎn)介 10a)NE555介紹 10b)NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與管腳分布圖 10c)NE555工作原理 113.2設(shè)計(jì)原理圖 123.3設(shè)計(jì)原理 123.4元器件參數(shù) 133.5元器件功能介紹 133.6相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算 133.7聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)分析 143.8實(shí)現(xiàn)方案protues調(diào)試圖 153.9實(shí)現(xiàn)方案PCB布線圖 153.10實(shí)現(xiàn)方案面包板接線圖 164調(diào)試過(guò)程及結(jié)論 164.1調(diào)試過(guò)程 164.2結(jié)論 175心得體會(huì) 176參考文獻(xiàn) 18叮咚門(mén)鈴電路的設(shè)計(jì)1技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)叮咚門(mén)鈴電路，設(shè)一個(gè)按鈕，按下按鈕時(shí)發(fā)出門(mén)鈴的較高頻率“?！甭?，松開(kāi)按鈕，發(fā)出較低頻率的“咚”聲。門(mén)鈴叮咚聲的聲音頻率和聲音持續(xù)時(shí)間可調(diào)。2設(shè)計(jì)方案及其比較2.1方案一2.1.1方案一設(shè)計(jì)原理圖圖1方案一設(shè)計(jì)原理2.1.2方案一設(shè)計(jì)原理本電路是以NE555時(shí)基電路為核心組成的“叮咚”門(mén)鈴電路。在按鈕開(kāi)關(guān)SW未按下的情況下，D1沒(méi)有導(dǎo)通，D2反向截止，又因?yàn)镽3接地，所以555的4號(hào)端口一直處于低電平。而555的4號(hào)端口是復(fù)位端，當(dāng)輸入為低電平時(shí)，會(huì)使555輸出復(fù)位，即3號(hào)端口輸出為低電平，揚(yáng)聲器不會(huì)工作。于此同時(shí)C2通過(guò)R1,R2充電，充電完成后，C2兩端的電壓約等于電源電壓。當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)SW被按下時(shí)，D1正向?qū)?，通過(guò)R3向C1充電，C1兩端的電壓升高，此時(shí)555的4號(hào)端口被拉到高電平，555正常輸出。D1,D2,R2,C2和555構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，使驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出“?！钡穆曇?。松開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)SW后，已經(jīng)充滿電的C1開(kāi)始放電，R1、R2、C2和555構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，使揚(yáng)聲器發(fā)出“咚”的聲音。2.1.3元器件參數(shù)表1元器件參數(shù)列表R120KR25KR310KC1100uFC20.1uFC30.01uFC4100uF2.1.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算按下SW之后：“?！钡念l率：(1)(其中R為二極管導(dǎo)通后的等效電阻，約為150歐)C2充電時(shí)間：(2)(其中R為二極管導(dǎo)通后的等效電阻，約為150歐)C2放電時(shí)間：(3)松開(kāi)SW之后：“咚”的頻率：(4)C2充電時(shí)間:(5)C2放電時(shí)間:(6)C1放電時(shí)間:(7)“咚”聲持續(xù)的時(shí)間:2.1.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)分析“?！钡念l率:減小R2，頻率變大，反之則變?。粶p小C2，頻率變大，反之則變小?！斑恕钡念l率:減小R1，R2，頻率變大，反之則變?。簻p小C2，頻率變大，反之則變小?！斑恕甭暢掷m(xù)的時(shí)間：減小C1，R1，持續(xù)時(shí)間變短，反之則變長(zhǎng)。2.2方案二2.2.1方案二設(shè)計(jì)原理圖圖2方案二設(shè)計(jì)原理圖2.2.2方案二設(shè)計(jì)原理本電路是以與非門(mén)振蕩器為核心組成的“叮咚”門(mén)鈴電路。該“叮咚”門(mén)鈴電路由觸發(fā)控制電路、音頻振蕩器1,音頻振蕩器2和音頻輸出電路組成。

觸發(fā)控制電路：由門(mén)鈴按鈕SW、二極管D1、電容C1和電阻R1,R2組成。音頻振蕩器1：由A,B和電阻R3，電容C2組成。音頻振蕩器2：由C，D和電阻R4，電容C3組成。音頻輸出電路：由電阻R5，R6，二極管D2、D3、晶體管Q和揚(yáng)聲器LS組成。在門(mén)鈴按鈕SW未按下的情況下，揚(yáng)聲器LS不工作。當(dāng)按下門(mén)鈴按鈕SW時(shí)，C1快速放電，兩個(gè)音頻振蕩器同時(shí)工作，產(chǎn)生的音頻信號(hào)經(jīng)D2,D3混合后通過(guò)Q放大，驅(qū)動(dòng)LS發(fā)出“?！甭?。當(dāng)門(mén)鈴按鈕SW松開(kāi)后，C1快速充電，音頻振蕩器1停止工作，音頻振蕩器2產(chǎn)生的音頻信號(hào)經(jīng)Q放大后，驅(qū)動(dòng)LS發(fā)出“咚”聲。咚聲發(fā)聲的時(shí)間取決與C1的放電時(shí)間。2.2.3元器件參數(shù)表2元器件參數(shù)列表R110KR224KR351KR410KR51KR61KC147uFC20.01uFC30.1uF2.2.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算按下SW后：“?！钡念l率:(8)松開(kāi)SW后：“咚”的頻率：(9)C1充電的時(shí)間：(10)咚聲持續(xù)的時(shí)間：2.2.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)分析“?！钡念l率:減小R3，R4，頻率變大，反之則變小；減小C2，C3，頻率變大，反之則變小。“咚”的頻率:減小R4，頻率變大，反之則變?。簻p小C3，頻率變大，反之則變小?！斑恕甭暢掷m(xù)的時(shí)間：減小C1，R2，持續(xù)時(shí)間變短，反之則變長(zhǎng)。2.3方案三2.3.1方案三設(shè)計(jì)原理圖圖3方案三設(shè)計(jì)原理圖2.3.2方案三設(shè)計(jì)原理本電路是以NE555時(shí)基電路為核心組成的“叮咚”門(mén)鈴電路。在沒(méi)有按下門(mén)鈴按鈕SW的時(shí)候，C1無(wú)法接通，不進(jìn)行充電，因而C1處的電壓為0，555的4端口（復(fù)位端）一直處于低電平，使3端口輸出一直為低電平，揚(yáng)聲器無(wú)法工作。而C2通過(guò)R2，R3，R4進(jìn)行充電，充滿電后，其電壓約為電源電壓。當(dāng)按下門(mén)鈴按鈕SW的時(shí)候，電源的電流流過(guò)二極管D1對(duì)C1進(jìn)行充電，其兩端電壓逐漸升高，4端口的電壓也隨之逐漸升高。同時(shí)C2開(kāi)始對(duì)7端口進(jìn)行放電，電容的電壓下降，當(dāng)其由VCC下降到2/3的VCC時(shí)，放電管導(dǎo)通，3端口輸出為低電平，但當(dāng)下降到1/3的VCC時(shí)，放電管截止，C2則開(kāi)始充電，3端口理應(yīng)輸出高電平，但是由于控制4端口的電容C1的電壓還沒(méi)有充好電，4端口仍舊輸入為低電平，使3端口強(qiáng)制輸出低電平，揚(yáng)聲器無(wú)法工作。當(dāng)C1充好電之后，4端口則為轉(zhuǎn)換高電平，3端口即可輸出高電平，這時(shí)揚(yáng)聲器開(kāi)始工作，發(fā)出“?！钡捻懧暋．?dāng)松開(kāi)門(mén)鈴按鈕SW后，VCC則不能通過(guò)二極管D2對(duì)C2充放電，只能通過(guò)R2，R3，R4充放電，由于電阻值的改變，使其頻率發(fā)生改變，發(fā)出“咚”的聲響。與此同時(shí)，C1開(kāi)始放電，當(dāng)其兩端的電壓下降到0，4端口則輸入為低電平，強(qiáng)制將其輸出復(fù)位，揚(yáng)聲器不再工作。2.3.3元器件參數(shù)表3元器件參數(shù)列表R151KR210KR310KR43.3KC147uFC20.1uFC30.01uFC4100uF2.3.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算按下SW后：“叮”的頻率:(11)(R為二極管導(dǎo)通后電壓，約為150歐)C2充電時(shí)間：(12)(R為二極管導(dǎo)通后電壓，約為150歐)C2放電時(shí)間：(13)松開(kāi)SW后：“咚”的頻率：(14)C2充電時(shí)間：(15)C2放電時(shí)間：(16)C1放電時(shí)間：(17)咚聲持續(xù)的時(shí)間:2.3.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)分析“叮”的頻率：減小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，反之則變小：減小C2，頻率變大，反之則變小?！斑恕甭暢掷m(xù)的時(shí)間：減小C1，R1，持續(xù)時(shí)間變短，反之則變長(zhǎng)。2.4方案比較表4方案比較分析表方案一方案二方案三元器件數(shù)目較少較多較少電路的功耗較小較大較小布線的復(fù)雜程度中等復(fù)雜中等反映速度很快較慢較快電路造價(jià)便宜較貴較便宜綜上指標(biāo)分析，方案一從各方面比較都比其他方案可取，因此本次最終實(shí)現(xiàn)方案選取為方案一。3實(shí)現(xiàn)方案3.1NE555時(shí)基電路簡(jiǎn)介a)NE555介紹555定時(shí)器是一種將模擬功能和邏輯功能結(jié)合在同一塊芯片上的集成電路，為8腳封裝。最初由美國(guó)SIGNETICS公司在1972推出并投放市場(chǎng),便很快得到廣泛應(yīng)用，也因?yàn)閼?yīng)用廣泛，許多其它公司也推出了功能一樣的類似型號(hào)。此芯片內(nèi)使用了3個(gè)精度較高的5K分壓電阻，型號(hào)由此而得名。NE555是雙極性器件的集成電路，內(nèi)含2個(gè)555電路的型號(hào)為NE556，為14腳封裝。另外還有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(shí)基電路主要有3種基本應(yīng)用：①施密特觸發(fā)器；②單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；③多諧振蕩器。b)NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與管腳分布圖圖4NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖5NE555管腳圖c)NE555工作原理NEEE555的工作原理可以用一張工作表來(lái)解釋清楚，工作表如下表5NE555工作表輸入輸出閾值輸入觸發(fā)輸入復(fù)位輸出放電三極管XX00導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1不變不變3.2設(shè)計(jì)原理圖圖6實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)原理圖3.3設(shè)計(jì)原理本電路是以NE555時(shí)基電路為核心組成的“叮咚”門(mén)鈴電路。在按鈕開(kāi)關(guān)SW未按下的情況下，D1沒(méi)有導(dǎo)通，D2反向截止，又因?yàn)镽3接地，所以555的4號(hào)端口一直處于低電平。而555的4號(hào)端口是復(fù)位端，當(dāng)輸入為低電平時(shí)，會(huì)使555輸出復(fù)位，即3號(hào)端口輸出為低電平，揚(yáng)聲器不會(huì)工作。于此同時(shí)C2通過(guò)R1,R2充電，充電完成后，C2兩端的電壓約等于電源電壓。當(dāng)按鈕開(kāi)關(guān)SW被按下時(shí)，D1正向?qū)?，通過(guò)R3向C1充電，C1兩端的電壓升高，此時(shí)555的4號(hào)端口被拉到高電平，555正常輸出。D1,D2,R2,C2和555構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，使驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出“叮”的聲音。松開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)SW后，已經(jīng)充滿電的C1開(kāi)始放電，R1、R2、C2和555構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，使揚(yáng)聲器發(fā)出“咚”的聲音。3.4元器件參數(shù)表6元器件參數(shù)列表R120KR25KR310KC1100uFC20.1uFC30.01uFC4100uF3.5元器件功能介紹R1：給C2充放電R2：給C2充放電R3：給C1充放電C1：充放電來(lái)控制555的復(fù)位端口，以此來(lái)控制揚(yáng)聲器的工作狀態(tài)C2：充放電來(lái)控制555，使其產(chǎn)生脈沖波C3：濾波，抗干擾C4：濾波，使揚(yáng)聲器接收到穩(wěn)定的脈沖波D1，D2：防止電源在SW閉合前，對(duì)C1進(jìn)行充電SA：開(kāi)關(guān)按鈕，控制“叮咚”聲的開(kāi)始和叮聲的結(jié)束揚(yáng)聲器：發(fā)出“叮咚”聲NE555：作為多諧振蕩器，產(chǎn)生脈沖波3.6相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算按下SW之后：“?！钡念l率：(18)(其中R為二極管導(dǎo)通后的等效電阻，約為150歐)C2充電時(shí)間：(19)(其中R為二極管導(dǎo)通后的等效電阻，約為150歐)C2放電時(shí)間：(20)松開(kāi)SW之后：“咚”的頻率：(21)C2充電時(shí)間:(22)C2放電時(shí)間:(23)C1放電時(shí)間:(24)“咚”聲持續(xù)的時(shí)間:3.7聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)分析“叮”的頻率:減小R2，頻率變大，反之則變??；減小C2，頻率變大，反之則變小?！斑恕钡念l率:減小R1，R2，頻率變大，反之則變小：減小C2，頻率變大，反之則變小?！斑恕甭暢掷m(xù)的時(shí)間：減小C1，R1，持續(xù)時(shí)間變短，反之則變長(zhǎng)。3.8實(shí)現(xiàn)方案protues調(diào)試圖圖7實(shí)現(xiàn)方案protues調(diào)試圖3.9實(shí)現(xiàn)方案PCB布線圖圖8實(shí)現(xiàn)方案面包板接線圖3.10實(shí)現(xiàn)方案面包板接線圖圖9實(shí)現(xiàn)方案面包板接線圖4調(diào)試過(guò)程及結(jié)論4.1調(diào)試過(guò)程在整個(gè)調(diào)試過(guò)程，我們沒(méi)有出現(xiàn)太大的問(wèn)題，只是有局部有一些小的連線問(wèn)題，整體來(lái)說(shuō)是十分順利的。首先，我們連接好電路之后，先用萬(wàn)用表將電路的各個(gè)支路進(jìn)行測(cè)試，檢查有沒(méi)有短路或者斷路的問(wèn)題。檢查的方法就是將萬(wàn)用表調(diào)到歐姆擋，測(cè)試各支路。在進(jìn)行這一步測(cè)試時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了電路板連線的問(wèn)題，就是中間少了一根線將555的7端口和有2個(gè)電阻的那條支路相連，這導(dǎo)致，我們檢查7端口的支路電阻時(shí)，萬(wàn)用表顯示屏上呈現(xiàn)的是無(wú)窮大的標(biāo)志。于是，我們就著手檢查電路，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，并將其解決掉。然后，我們接通了電源進(jìn)行調(diào)試，幸運(yùn)的是，第一次接電源就聽(tīng)到了“叮咚”的聲響，這個(gè)讓我們很欣慰。但是，我們也發(fā)現(xiàn)了我們?cè)O(shè)計(jì)的電路有問(wèn)題，由于“叮咚”聲的頻率比較的接近，導(dǎo)致和現(xiàn)實(shí)生活中，大家認(rèn)定的“叮咚”聲不太相像。為了讓“叮咚”聲更加得悅耳動(dòng)聽(tīng)，我們決定更換電阻大小，將“?！钡念l率提高。問(wèn)題也就出來(lái)了，由于實(shí)驗(yàn)室的電阻大小有限，并沒(méi)有適合大小的電阻供我們進(jìn)行挑選，于是，我們自己就將電阻相并聯(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。再接通電源進(jìn)行調(diào)試，聽(tīng)到了悅耳的“叮咚”聲響，調(diào)試驗(yàn)收結(jié)束。圖10調(diào)試過(guò)程圖4.2結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)是專業(yè)第二次課程設(shè)計(jì)，基于第一次課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，再通過(guò)本次課程的進(jìn)一步鍛煉，讓我對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有了更深層次的了解和認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一定要從多方面考慮電路的可行性以及準(zhǔn)確性，基于多種方案的比較之后，然后從中選出最適合的方案，最終確定實(shí)現(xiàn)方案。在方案的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，要認(rèn)真仔細(xì)得調(diào)試，在檢查出電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題之后，要及時(shí)修改自己的設(shè)計(jì)方案，不斷得調(diào)試，不斷得修改，盡善盡美，最終取得最完美的方案。5心得體會(huì)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，在學(xué)習(xí)了這個(gè)專業(yè)快要2年的時(shí)際，專業(yè)第二次課程設(shè)計(jì)解決了我之前的很多困擾。一直以來(lái)就想設(shè)計(jì)實(shí)用的東西，將理論與實(shí)踐嫁接起來(lái)。之前以為自己學(xué)習(xí)的知識(shí)無(wú)處可用，根本沒(méi)派上實(shí)際的用途，而這次的課程設(shè)計(jì)實(shí)實(shí)在在得讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的快樂(lè)，讓我體會(huì)到了大學(xué)4年，光光學(xué)習(xí)課本知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期左右。通過(guò)這一個(gè)星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，比如說(shuō)，自己的知識(shí)框架有很多漏洞，并且看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是很缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。本次課程設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的題目是“叮咚”門(mén)鈴電路的設(shè)計(jì)。叮咚門(mén)鈴是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?jiàn)的電路，但是將其實(shí)際化對(duì)于我這種初等的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)還是有一定難度的。為了彌補(bǔ)這方面的知識(shí)空缺，我花很多時(shí)間進(jìn)行了大量資料的收集，包括555芯片的原理，各種多諧振蕩器，以及人的聽(tīng)力范圍等等與本次課程設(shè)計(jì)相關(guān)的各類知識(shí)。通過(guò)資料文獻(xiàn)的查詢，我了解了好多我之前不知道或者沒(méi)注意到的知識(shí)，雖然很多東西是本次實(shí)現(xiàn)方案里面沒(méi)有用的，但是了解那些課外知識(shí)也是對(duì)我的能力的提高，至少擴(kuò)展了我的知識(shí)面。收集完資料后，我就著手開(kāi)始設(shè)計(jì)。針對(duì)本次課程設(shè)計(jì)題目，我設(shè)計(jì)了3種方案供選取，兩種是以NE555時(shí)基電路為核心組成的“叮咚”門(mén)鈴電路，另一種是以與非門(mén)振蕩器為核心組成的“叮咚”門(mén)鈴電路。對(duì)于