叮咚门铃课程设计(11页).doc

-叮咚门铃课程设计-第 8 页 郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 “叮 咚” 门 铃 学生姓名 王 芳 芳 专业班级 电气工程及其自动化一班 学 号 201247003 院 （系） 电气工程学院 _ 指导老师 李 杰 完成时间 2014年5月9日 目 录绪言11 电路设计任务与要求12 设计方案与论证2 原理图2 电路原理22.3 电路数据3 各元器件功能33 电路原理44 电路仿真55 设计结论66 心得体会的67 参考文献8附录1：实物图8附录2：元器件清单9绪言在近代“门铃”不再是有钱人家的专项，“门铃”已在平民百姓人家广泛普遍应用。各式各样的“门铃”比比皆是，“门铃”的作用也不仅仅是局限于给客人叫门用。近代市民最常见的“门铃”是电子类的占多数。最常见的是前几年流行的“电子门铃”；一般安放两节5号电池在内，门外的触发电钮被人按动后，门内的“门铃”就“叮咚”地响几声。也有的是由IC片播放一段电子音乐的。后来演变到客人可以在门口与楼上家里的主人讲话，验明真声后主人再给客人开门。它们的缺点就是要消耗电源，特别是用电池的毛病较多，但用交流电的又怕临时停电。 高级公寓里的“门铃”算是这类中造价最昂贵的，不但可以叫门对话，还可以通过摄像头让家中的主人在屏幕上看到远在门外楼下的来客，用这样的“门铃”顺便监看放在楼下的车辆倒也不错。 作为初学者，这次我们的课程设计就是制作一个简单的叮咚门铃，它是利用一块时基电路集成块和外围元件组成的，它的装调简单容易、成本较低，一节6V的电池可用三个月以上，耗电量较低。我们常常由于工作可能会没有注意到亲朋好友的到来，但是只要我们装上了我们所设计的叮咚电子门铃，我想我们就可以很清晰的听见并且知道有人来到了自己的家里。1 电路设计任务与要求设计一个叮咚门铃电路，按下按钮时发出较高的频率叮声，松开按钮，发出较低频率的咚声。门铃叮咚声的声音频率和声音持续时间可调。正常人听力范围在20Hz2000Hz，而300Hz5000Hz则是人耳最敏感的声音频率范围，因此，叮咚声最好在这个范围内或者左右，叮咚两声频率要求差距比较大，声音持续时间要求恰当，电路最好具有低功耗。要求：1 设计简单并且节约资源，有良好的应用性。2 门铃电路由555产生680-1230Hz左右的频率工作。3 电路均安装音频放大器，实现音频放大。4 电路统一工作在6V。5 通过电路的装配和调试进一步掌握用555集成电路组成的叮咚电子门铃电路胡工作、振荡频率的调整方法及简单故障的排除。2 设计方案与论证方案一： 原理图2.2 电路原理本电路十一块以NE555时基电路为核心组成的叮咚门铃。电路图中的NE555和R1、R2、R3、D1、D2、C2构成了一个多谐振荡器，SW是叮咚门铃的按钮开关，在平日，按钮开关处于断开的状态，此时D1没有导通，D2反向截止，R3接地，所以NE555的4号端口一直处于地电平，而NE555的4接口是复位段，当接入低电平时使其复位，所以3号端口无输出，扬声器不响。并且C2通过R1、R2充电，充电完成后C1两端电压约等于电源电压。当SW闭合时，D1正向导通，通过R3向C1两端电压升高，此时NE555的4号端处于高电平，无法使其复位，与此同时，C2则通过R2向NE555的7端口放电，它们以及NE555和C3构成了一个多谐振荡器。松开SW时，已经充满电的C1开始放电，R2、R3、C2和NE555构成一个多谐振荡器。2.3 电路数据R1=10K;R25K;R3=10K;R4=120;C1=10u;C2=0.1u;C3=0.01u;VCC=5V2.4 各元器件功能R1:SW断开后，给C2充电R2:给C2充放电R3:给C1充放电R3:限制电流，防止三极管被烧坏C1:充放电控制NE555,使其发出脉冲波C2:充放电来控制NE555,使其发出脉冲波C3:滤波，防止干扰D1、D2:单向导电，防止闭合SA后，还有电流流过CI使其充电SW:开关按钮，控制叮咚声的开始和叮咚声的结束VT:放大电流，使电流能够驱动扬声器扬声器:使其发出叮咚的声音方案二：它是利用一块时基电路集成块和外围元件组成，按下按钮AN，振荡器谐振，振荡频率约为700Hz，扬声器发出“叮”的声音，与此同时电源通过二极管D1给C1充电。放开按钮时，C1便通过电阻R1放电，维持振荡，但由于AN的断开，电阻R2被串入电路，使振荡频率有所改变，大约为500Hz左右，扬声器发出“咚”的声音。直到C1上电压放到不能维持555振荡为止。“咚”声的余音的长短可通过改变C1的数值来改变。方案三 以一块555时基电路为核心组成的叮咚门铃，SA为门上的按钮开关，平时处于断开状态，在SA断开情况下，555的4脚呈低电位，使555处于强制复位状态，3脚引出呈低电位。当有人按压SA后，电源VDD通过SA,D1对C1快速冲电压至VDD，555的4脚为糕点位，555振荡器起振。放电中C1电压变低，当降至伏以下时，555处于强制复位状态，即停振。3 电路原理电容原理:电容用在直流电路当中基本都是短接在正负极之间的，如果串连在电路中那就相当于开路，短接在正负极之间的电容有两个作用，一是滤波，在整流桥整流以后容易出现交流干扰，通过电容把交流干扰给短路掉，另一个作用是降低脉冲，整流桥整流出来的直流电，如果用示波器来看的话其实跟直流电源的电压是不同的，虽然是直流，电流是由正极流向负极，但是电压是周期性的不断起伏变化的，加电容以后，当电压处于波峰的上升沿的时候电容充电，让电压降低一些，当电压处于下降沿的时候低于电容的电压以后电容放电，所以在示波器的效果上看，电容的作用是不断的削平波峰，填充波谷，这样就使直流电的波动性变小，经过多级滤波电容以后，曲线已经基本接近纯直流电源的一条直线了。555定时器有八个脚1脚：GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：VCC（或VDD）外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.516V，CMOS型时基电路VCC的范围为38V。一般用5V。3脚：OUT（或Vo）输出端。4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应该接高电平。5脚：CO（或VC）为控制电压端。若此端外接电压，则可以改变内部两个比较器的基准点压，当该端不用时，应将该端串入一只电容接地，以防引入干扰。2脚：TR低触发端。6脚：TH触发端。7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。的介绍555定时器是一种将模拟功能和逻辑功能结合在同一块芯片上的集成电路，八脚封装。最初由美国SIGNETICS公司在1972年推出投放市场，很快得到广泛应也因为应用广泛，许多其他公司也推出了功能一样的类似型号。此芯片内使用了3个精度较高的5K分压电阻，型号由此而得名。NE555是双极性器件的集成电路，内含2个555电路的型号为NE556，为14脚。NE555电压使用范围为3V-15V。NE555时基电路主要有3种基本应用：多谐振荡器、单稳态触发器、RS触发器在平日没有按下开关的时候，C1无法接通不进行充电，因而C1处的电压为0，NE555的4端口一直处于低电平，导致3端口输出一直为0，扬声器无法工作。而C2通过进行充电，其电压约等于电源电压。当按下SA时，当VCC的电流流过二极管对C1进行充电，其两端电压升高，4端口的电压也开始逐渐升高。同时C2开始对端口7进行放电，电容的电压下降，当其由VCC下降到三分之二VCC时，3端口输出为低电平，但当下降到三分之一VCC时，放电管电压也开始逐渐升高。同时C2开始对7进行放电，电容的电压下降，当其由VCC降到三分之二的VCC 时，放电管导通，3端口输出为低电平，但当下降到三分之一VCC时，放电截止，C2则开始充电，3端口理应输出高电平，但是由于控制4端口的电容C1的电压还没有充好电，4端口仍旧输出0使输出端口3强制输出0，扬声器不工作。当C1充电之后，4端口为高电平，然后输出端3即可输出1，这时扬声器可以工作，发出“叮”的响声。当松开SA时，VCC则不能通过二极管对C2充放电，只能通过充放电，由于电阻值的改变，使其频率发生改变，电阻变大，频率变低，发出“咚”的声响。与此同时，C1开始放电，当使其的电压不断下降，最终4端口输入为低电平，强制将其复位，扬声器不再工作。4. 电路仿真 确定好电路图后，开始进行仿真，仿真开始先初步熟悉这个过程，仿真过程中遇到很多问题，在找元器件的时候可能会找不到需要的型号，这时就得自己找相近的替代。仿真完成后开始排元器件， 安装元件之前需要对电子元件的引脚进行加工，即需要把电子元件的引脚弯曲，使之适合电路板上的孔距。具体做法是：用大拇指顶住引脚与电子元件连接段，用力使引脚弯曲，弯曲呈弧形。将加工好的电子元件安装在电路板上指定的位置，以便焊接。安装的时候应注意，大功率的电子元件应与电路板相隔一定的距离，以便散热，TAD2030需要与散热器相连。之后开始焊接，焊接前需要将元器件的阴险砂光，便于焊接，全新的电子元件可以不进行砂光。焊接时间过长,或探头过用力地压在印制板上,容易使印制板烧穿.焊接时,使用的焊锡数量应该适量,焊锡太少,可能导致元件之间焊接不牢,易掉落,焊锡太多,易将多个元件相连,使电路中元件短路,甚至烧毁.另外焊锡过多堆积,也影响美观.焊接的时候先焊接大功率的电子元件，后焊接小功率的电子元件，这样可以有效的避免焊接大功率电子元件的时候将小功率的电子元件烧坏。电烙铁与水平面呈45°角，先用电烙铁对引脚进行预热，预热结束后，将锡丝接触电烙铁使其融化，待锡汁包围引脚，同时铜箔上的锡饱满就可以先移开锡丝，随后把电烙铁沿引脚向上提，以移开引脚，焊接即完成。当焊接不足或者虚焊的时候需按照以上方法进行补焊或者用电烙铁把已经焊好的锡溶化，用吸锡器吸掉后再进行焊接。焊接完成后需要把长的引脚剪掉。还应及时切断电源,避免电烙铁由于长时间接电,导致烧毁电线线路.电路板焊接完成后，先进行全面的检查。检查无误后，开始进行电路板的有源调试.5 设计结论 设计应从各方面入手对于设计电路进行考虑,多设计几种方案进行比较,选择出最适合的方案或者多种方案好的地方进行结合,得到最终的实现方案.在实现方案中,要进行全方面的考察和调试,得到最完美的电路.6 心得体会的在这次课程设计中，我学到了很多，尤其是在调试程序的过程中，遇到了很多问题，自己摸索着改正了一些，还有一些错误我没有发现，经过老师的指导就的不足，明白了许多。课程设计过程中，思路也很重要，在设计之前要有明确的设计思路，同时要有一定的耐心，不能过于急躁和马虎，更不能因为受到一点挫折或做不出来就放弃，要有持之以恒的态度。这次课程设计，查阅了大量的文献的资料，也更清楚的认识到自己所学知识。这次课程设计历时一周，通过这一周胡学习，我发现自己很多不足，自己的知识有很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，联系实际的能力还急需提高。同时也加深了以前所学知识的理解，也增强了仿真的操作能力。在设计过程中，一方面澄清了先前的一些错误理解，另一方面，也真正体会到了书本知识转化为实践时的困难，往往很不起眼的一件事情，就是设计的关键，必须弄清楚。为了查找相关的技术资料，每天上网，去图书馆查找资料，虽然辛苦一点，但是令人欣慰的是学到了书本上学不到的东西，并且掌握了设计的一般方法。这次，我们设计的是叮咚门铃电路，叮咚门铃是我们日常生活中最常见的电路，但是讲其实际花对于我这种初等设计者还是有一定难度的。首先我看到这个题目，我就开始收集大量的资料，包括555芯片的原理，各种多谐振荡器，以及人的听力范围等等与课程设计相关的各类知。收集完资料后，就着手开始设计，针对这次设计，我设计出来了三种方案，两种是NE555的，另一种我换成了两个与非门组成的多频振荡器。对于这次的电路设计，设计的还是比较顺利的，但是还要考虑元器件的选择，从芯片的规格到功耗到造价，我一一的着弄清楚，然后，将收集到的各种信息进行整合，尽力设计出完美的方案。拿到原件后，我们花了很长时间查阅各器件的功能引脚，详细了解每个原件的功能后为了使布线图美观和布线最优，我们花了半个小时用铅笔画布线图，准备好工作后，万事俱备，很快就把线连好了。正因为如此，我们感觉自己的布线还比较美观和间练。此次我们的试验取得了圆满的成功，通过这次试验，开阔了我们的视野，提高了我们的兴趣，在今后的学习中我们仍可以进行这方面的尝试，开拓自己的眼界和操作能力，提高自己的动手制作能力，在动手中学习，在动手中收获知识，累积经验。7 参考文献1江晓安，董秀峰数字电子技术（第三版）, 西安电子科技大学出版社, 2008:59622白彦霞，张秋菊. 数字电子技术基础, 北京邮电大学出版社, 2009:89903张兴忠, 数字逻辑与数字系统-面向21世纪高等院校计算机系列教材(计算机类),科学出版社, 2004:1231254 阎石,数字电子技术基础, 高等教育出版社，2006:58605 赵珂 彭嵩, 脉冲与数字电路实验指导书, 南昌航空大学电子信息工程学院实验实践中心，2008:225227附录1：实物图附录2：元器件清单器件名称型号参数数量电阻R110K1电阻R25K1电阻R310K1电阻R410K1电容C1100VF1电容C21电容C31二极管D11N41481二极管D21N41481开关XX1扬声器X，81555定时器NE555X1