簡易門鈴課程設(shè)計(jì)

PAGE20PAGE實(shí)用文檔摘要簡易門鈴是一種簡單的門鈴電路，它由分立元件和中規(guī)模集成芯片構(gòu)成，主要采用NE555定時(shí)器電路和揚(yáng)聲器組成門鈴，利用多諧振蕩電路來制作一簡易的“叮-咚”門鈴電路。而且門鈴叮當(dāng)聲的聲音頻率和聲音持續(xù)時(shí)間可調(diào)。它只要由4個(gè)電阻、4個(gè)電容、直流電源、按鈕開關(guān)、揚(yáng)聲器、2個(gè)二極管組成，NE555作為多諧振蕩器，發(fā)出脈沖波。與傳統(tǒng)的門鈴相比，其可靠性、抗干擾性好，應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣闊。關(guān)鍵詞：簡易門鈴；NE555定時(shí)器；多諧振蕩電路；揚(yáng)聲器目錄TOC\o"1-3"\h\u7491摘要 I70811概述 1293971.1門鈴的發(fā)展史 1235271.2門鈴課程設(shè)計(jì)的目的 1133361.3門鈴課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 268362“叮-咚”門鈴電路設(shè)計(jì)的方案 3192042.1設(shè)計(jì)指標(biāo) 3135672.2NE55簡介 32.48863NE55的特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 6241813門鈴電路的工作原理 986013.1電路原理 9192883.2參數(shù)計(jì)算 10160683.3數(shù)據(jù)調(diào)節(jié) 10217053.4布線圖 11261044仿真與調(diào)試 12118584.1仿真 1274914.2調(diào)試 1270815設(shè)計(jì)心得 137491參考文獻(xiàn) 141概述1.1門鈴的發(fā)展史“門鈴”這玩意在中國古代較少聽說，有錢的大戶人家是在大門上裝有裝飾性的門環(huán)，叫門的人可用門環(huán)拍擊環(huán)下的門釘發(fā)出較大的響聲，有現(xiàn)代“門鈴”的作用?！伴T鈴”在外國電影的古代片中常有出現(xiàn)，也多是有錢的人戶在門前吊著一只碩大的青銅手柄。馬車夫?qū)⒖腿怂偷介T前的時(shí)候，會(huì)順便拉拉它牽動(dòng)里面的鈴當(dāng)以示來人。在近代“門鈴”不再是有錢人家的專項(xiàng)，“門鈴”已在平民百姓人家廣泛普遍應(yīng)用。各式各樣的“門鈴”比比皆是，“門鈴”的作用也不僅僅是局限于給客人叫門用。在筆者有興趣于“門鈴”的早兩年里，收集了許多新式“門鈴”的電路，自制了好幾種不同音響的“門鈴”，也做了不少的延伸“門鈴”作用的試驗(yàn)，都是很實(shí)用的。近代市民最常見的“門鈴”是電子類的占多數(shù)。最常見的是前幾年流行的“電子門鈴”；一般安放兩節(jié)5號(hào)電池在內(nèi)，門外的觸發(fā)電鈕被人按動(dòng)后，門內(nèi)的“門鈴”就“嘀嘟”地響幾聲。也有的是由IC片播放一段電子音樂的。后來演變到客人可以在門口與樓上家里的主人講話，驗(yàn)明真聲后主人再給客人開門。它們的缺點(diǎn)就是要消耗電源，特別是用電池的毛病較多，但用交流電的又怕臨時(shí)停電。高級(jí)公寓里的“門鈴”算是這類中造價(jià)最昂貴的，不但可以叫門對(duì)話，還可以通過攝像頭讓家中的主人在屏幕上看到遠(yuǎn)在門外樓下的來客，用這樣的“門鈴”順便監(jiān)看放在樓下的車輛倒也不錯(cuò)?！扳彯?dāng)門鈴”可謂是反樸歸真的典型綠色用品，無需用電安全可靠，經(jīng)濟(jì)耐用簡便悅耳，不耗電池有利環(huán)保，還可以做成雙音或裝飾品外形美化環(huán)境，值得在社會(huì)上推廣使用。1.2課程設(shè)計(jì)目的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)課程的總結(jié)，是培養(yǎng)綜合運(yùn)用本門課程及有選修課程的基本知識(shí)去解決某一實(shí)際問題的基本訓(xùn)練，可以加深對(duì)本門課程知識(shí)的理解。通過課程設(shè)計(jì)，主要訓(xùn)練和培養(yǎng)以下能力：（1）查閱資料：搜集與本設(shè)計(jì)有關(guān)資料的能力。（2）方案的選擇：樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意提高分析和解決實(shí)際問題的能力。（3）用簡潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。1.3課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求（1）采用多諧振蕩電路來制作一簡易的“叮-咚”門鈴電路。（2）“?！甭暢掷m(xù)時(shí)的音頻設(shè)置在1600HZ左右，“咚”聲持續(xù)音頻設(shè)置在1100HZ左右。（3）用555定時(shí)器。2“叮-咚”門鈴電路設(shè)計(jì)的方案2.1設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)叮咚門鈴電路，設(shè)一個(gè)按鈕，按下按鈕時(shí)發(fā)出門鈴的較高頻率“?！甭?，松開按鈕，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(shí)間可調(diào)。正常人聽力范圍在20Hz~20000Hz，而1000Hz~5000Hz則是人耳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?！岸＿恕眱陕曨l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。2.2NE555簡介555集成電路開始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以又叫555定時(shí)器或555時(shí)基電路。但后來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測。此外，還可組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于語交流信號(hào)源、電源變化、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是摸擬電路和數(shù)字電路的混合體。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，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(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。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(shí)基電路主要有3種基本應(yīng)用。2.2.1多諧振蕩器——能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器（1）電路組成及工作原理如下所示：圖2.2.1555定時(shí)器組成的多諧振蕩器與非門作為一個(gè)開關(guān)倒相器件，可用以構(gòu)成各種脈沖波形的產(chǎn)生電路。電路的基本工作原理是利用電容器的充放電，當(dāng)輸入電壓達(dá)到與非門的閾值電壓VT時(shí)，門的輸出狀態(tài)即發(fā)生變化。因此，電路輸出的脈沖波形參數(shù)直接取決于電路中阻容元件的數(shù)值。（2）振蕩頻率的估算1電容充電時(shí)間T1T1=0.7（R1+R2）C2電容放電時(shí)間T2T2=0.7R2C3電路振蕩周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C4電路振蕩頻率ff=1/T=1.43/(R1+2R2)C5輸出波形占空比qq=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)2.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1)電路組成和工作原理圖2.2.2555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖2.2.2為由555定時(shí)器和外接定時(shí)元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時(shí)555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)加到Vi端。并使2端電位瞬時(shí)低于，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)Vc充電到時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。2.3NE555的特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.3.1NE555的特點(diǎn)（1）只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。（2）它的操作電源電壓范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。（3）其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。（4）它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。（5）靜態(tài)電流最大值VCC=5V,RL=∞=6mAVCC=15V,RL=∞=15mA2.3.2NE555芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖NE555芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.3.2圖2.3.2555集成電路內(nèi)部電路圖2.3.3NE555引腳圖及功能說明NE555各腳功能-管腳圖如下圖2.3.3圖2.3.3NE555各腳功能-管腳圖Pin1(接地)-地線(或共同接地)，通常被連接到電路共同接地。Pin2(觸發(fā)點(diǎn))-這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3VCC，下緣須低于1/3VCC。Pin3(輸出)-當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200mA。Pin4(重置)-一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin5(控制)-這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin6(重置鎖定)-Pin6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3VCC電壓以下移至2/3VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。Pin7(放電)-這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。Pin8(V+)-這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。2.3.4NE555的工作表由以上說明可知NE555的工作表如下表所示：其工作表如表一：3門鈴電路的工作原理3.1電路原理圖3-1方案三原理圖SA是門上的按鈕開關(guān)，在平日沒有按下的時(shí)候，C1無法接通不進(jìn)行充電，因而C1處的電壓為0，NE555的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)聲器無法工作。而C2通過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SA時(shí)，當(dāng)VCC的電流流過二極管對(duì)C1經(jīng)行充電，其兩端電壓升高，4端口的電壓也開始逐漸升高。同時(shí)C2開始對(duì)端口7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1/3VCC時(shí)，放電管截止，C2則開始充電，3端口理應(yīng)輸出高電平，但是由于控制4端口的電容C1的電壓還沒有充好點(diǎn)，4端口仍舊輸出0使輸出端口3強(qiáng)制輸出0，揚(yáng)聲器不工作。當(dāng)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(shí)揚(yáng)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(fù)進(jìn)行）。當(dāng)松開SA時(shí)，VCC則不能通過二極管對(duì)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)生改變，電阻變大，頻率變低，發(fā)出“咚”的聲響。與此同時(shí)，C1開始放電，當(dāng)使其的電壓不斷下降，最終4端口輸入為低電平，強(qiáng)制將其復(fù)位，揚(yáng)聲器不再工作。3.2參數(shù)計(jì)算電路器件：電阻4個(gè)、電容4個(gè)、直流電源、按鈕開關(guān)、揚(yáng)聲器、二極管2個(gè)電路數(shù)據(jù)如下：R1=47k;R2=30k;R3=10k;R4=10k;C1=47u;C2=0.05u;C3=50u;VCC=6V按下SA之后：叮的頻率f=1.44/(R+R3+2R4)*C2=1000Hz(R為二極管導(dǎo)通后電壓，約為150歐)C2充電時(shí)間t11<C2*(R3+R+R4)=0.001s（R為二極管導(dǎo)通后電壓，約為150歐）C2放電時(shí)間t12<C2*R4=(5.0*e-5)s叮的時(shí)間間隔十分的小，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(shí)間t11<C2*(R3+R2+R4)=0.0025sC2放電時(shí)間t12<C2*R4=0.0005sC1放電時(shí)間t=C1*R1=2.209s咚聲持續(xù)的時(shí)間為:2.209s3.3數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)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(shí)間：減小C1、R1，則持續(xù)時(shí)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(yáng)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(yáng)聲器接收到穩(wěn)定的脈沖波D1、D2：防止閉合SA后，還有電流流過C1使其充電SA：開關(guān)按鈕，控制“叮咚”聲的開始和叮聲的結(jié)束揚(yáng)聲器：發(fā)出叮咚聲的設(shè)備NE555：作為多諧振蕩器，發(fā)出脈沖波3.4布線圖圖3.4實(shí)現(xiàn)方案布線圖4仿真與調(diào)試4.1仿真利用Multism7仿真軟件繪制電路圖，仿真圖如下，經(jīng)過仿真后分析，仿真結(jié)果基本符合設(shè)計(jì)要求。圖4.1仿真圖4.2調(diào)試連接好電路之后，首先用萬用表對(duì)各個(gè)路徑進(jìn)行測試，將萬用表調(diào)到歐姆檔，檢查電路有沒有擋路或短路。在進(jìn)行這一步測試時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)電路接線存在問題，中間少了一根將NE555的7端口和3端口相連的線，這導(dǎo)致我們測7端口的電阻時(shí)，萬用表顯示的是無窮大的標(biāo)志，于是我們?nèi)z查電路，馬上發(fā)現(xiàn)了問題，并把它立刻解決了。然后，我們接通電源，按下開關(guān)，很順利的第一次接電源就聽到了“叮咚”的聲響，這讓我們覺得電路時(shí)成功的。但是，不久我們就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)電路也是存在問題的，我們?cè)O(shè)計(jì)的電路產(chǎn)生叮咚聲的頻率比較的接近，和現(xiàn)實(shí)生活中大家認(rèn)定的叮咚聲有一定的出入。為了讓叮咚聲接近現(xiàn)實(shí)，我們將更換電阻大小，將叮的頻率提高。但是實(shí)驗(yàn)室的電阻有限，沒有我們所需要的電阻，于是我們將電阻并聯(lián)得到我們所需的較小的電阻。最終我們所需要的鈴聲，叮當(dāng)聲的頻率被調(diào)到了合適的頻率。調(diào)試最終結(jié)束。5設(shè)計(jì)心得經(jīng)過兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長。這次，我設(shè)計(jì)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?，但是講其實(shí)際化對(duì)于我這種初等的設(shè)計(jì)者還是有一定的難度的。首先我看到這個(gè)題目，我就開始收集大量的資