叮咚門鈴課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)老師：工作單位：武漢理工大學(xué)理學(xué)院題目：叮咚門鈴電路設(shè)計(jì)初始條件：直流可調(diào)穩(wěn)壓電源一臺(tái)、萬(wàn)用表一塊、面包板一塊、元器件若干、剪刀、鑷子等必備工具要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求以及說(shuō)明書撰寫等具體要求）技術(shù)要求：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“叮”聲，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)。主要任務(wù)：（一）設(shè)計(jì)方案按照技術(shù)要求，提出自己的設(shè)計(jì)方案（多種）并進(jìn)行比較；以NE555時(shí)基集成電路為主，設(shè)計(jì)一個(gè)叮咚門鈴電路（實(shí)現(xiàn)方案）；依據(jù)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行預(yù)答辯；（二）實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案，畫出電路邏輯圖和裝配圖；查閱資料，確定所需各元器件型號(hào)和參數(shù)；在面包板上組裝電路；自擬調(diào)整測(cè)試方法，并調(diào)試電路使其達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求；撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，進(jìn)行答辯。撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書：封面：題目，學(xué)院，專業(yè)，班級(jí)，姓名，學(xué)號(hào)，指導(dǎo)教師，日期任務(wù)書目錄（自動(dòng)生成）正文：1、技術(shù)指標(biāo)；2、設(shè)計(jì)方案及其比較；3、實(shí)現(xiàn)方案；4、調(diào)試過(guò)程及結(jié)論；5、心得體會(huì)；6、參考文獻(xiàn)成績(jī)?cè)u(píng)定表時(shí)間安排：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：18周－19周18周：明確任務(wù)，查閱資料，提出不同的設(shè)計(jì)方案（包括實(shí)現(xiàn)方案）并答辯；19周：按照實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行電路布線并調(diào)試通過(guò)；撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或負(fù)責(zé)老師）簽名：年月日叮咚門鈴電路設(shè)計(jì) 31技術(shù)指標(biāo) 32設(shè)計(jì)方案極其比較 32．1方案一 32．1．1原理圖 32．1．2原理分析 32．1．3電路數(shù)據(jù) 42．2方案二 42．2．1原理圖 42．2．2原理分析 42．2．3電路數(shù)據(jù) 52．3方案三 52．3．1原理圖 52．3．2原理分析 52．3．3電路數(shù)據(jù) 62．4方案比較 63實(shí)現(xiàn)方案 63.1器件介紹 63.2實(shí)現(xiàn)方案原理圖 73.3電路器件 73.3.1NE555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 73.3.2NE555定時(shí)器的工作原理 8 NE555定時(shí)器的管腳分布圖 93.3.3NE555定時(shí)器的管腳分布圖 93.3.4NE555定時(shí)器的功能表 103.4電路數(shù)據(jù) 103.5電路原理 103.6參數(shù)計(jì)算 113.7調(diào)節(jié)數(shù)據(jù) 113.8思考題 114調(diào)試過(guò)程及結(jié)論 114.1調(diào)試過(guò)程 114.2設(shè)計(jì)結(jié)論 125心得體會(huì) 126參考文獻(xiàn) 13本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 14叮咚門鈴電路設(shè)計(jì)1技術(shù)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(shí)間可調(diào)。2設(shè)計(jì)方案極其比較2．1方案一 2．1．1原理圖方案一原理圖2．1．2原理分析由555電路組成的叮咚門鈴電路的組成上可見，該電路是一個(gè)由555電路組成的音頻振蕩器，它的工作狀態(tài)受4腳控制。靜態(tài)時(shí)，C2通過(guò)R2、R3、R4充電，電壓接近電源的電壓，由于開關(guān)斷開以及二極管的截止，C1兩段電壓為零，4腳復(fù)位端處于零電位，555定時(shí)器不工作。開關(guān)閉合之后，C1通過(guò)R1充電，從而使4腳電位升高，芯片開始工作，同時(shí)C2通過(guò)R4從7腳放電，當(dāng)2腳和6腳電壓低于Vcc/3時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器的工作原理，輸出端輸出高電平，門鈴發(fā)出“?！甭?。開關(guān)斷開之后，C1通過(guò)R1放電，與此同時(shí)，電源繼續(xù)給C2充電，當(dāng)C2兩端的電壓高于2Vcc/3時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器的工作原理，輸出端輸出低電平，門鈴發(fā)出“咚”聲。而且，由于C2的充電時(shí)間小于C1的放電時(shí)間，所以不會(huì)出現(xiàn)定時(shí)器先不工作的情況。2．1．3電路數(shù)據(jù)R1=10K;R2=32K;R3=10K;R4=5K;C1=100u;C2=0.1u2．2方案二2．2．1原理圖方案二原理圖2．2．2原理分析該叮咚電子門鈴電路由觸發(fā)控制電路、音頻振蕩器A，音頻震蕩器B和音頻輸出電路組成。音頻控制電路：由門鈴按鈕S、二極管D1、電容C1和電阻R1、R2組成音頻振蕩器A：由四與非集成電路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、R5、二極管VD6、VD7、晶體管V和揚(yáng)聲器BL組成。平時(shí)，兩個(gè)音頻振蕩器均不工作，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)按下門鈴按鈕S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)三極管放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出“?！甭?。當(dāng)松開開關(guān)S后，C1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(hào)經(jīng)三極管放大后，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出“咚”聲2．2．3電路數(shù)據(jù)R1=12K；R2=12K;R3=20K;R4=100K;R5=1K;Rp=6K;C1=47u;C2=0.022u;Cu2．3方案三2．3．1原理圖方案三原理圖2．3．2原理分析該電路由555定時(shí)器以及相關(guān)電容、電阻、二極管組成的音頻振蕩器構(gòu)成，它的工作狀態(tài)同樣受四腳控制。靜態(tài)時(shí)，C2通過(guò)R2、R3充電，同時(shí)由于D1二極管的阻截，C1兩端電壓為零，故4腳端電壓為零，振蕩器不工作。閉合開關(guān)S后，C1通過(guò)R1充電，使4腳端電壓升高，音頻振蕩器開始工作，同時(shí)C2通過(guò)R3放電，當(dāng)2腳和6腳電壓低于Vcc/3時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器的工作原理，輸出端輸出高電平，門鈴發(fā)出“?！甭?。開關(guān)斷開之后，C1通過(guò)R1放電，與此同時(shí)，電源繼續(xù)給C2充電，當(dāng)C2兩端的電壓高于2Vcc/3時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器的工作原理，輸出端輸出低電平，門鈴發(fā)出“咚”聲。2．3．3電路數(shù)據(jù)R1=106K；R2=106K;R3=56K;R4=150K;C1=100u;C2=0.2u;C3=0.01u2．4方案比較2.3方案比較圖方案一方案二方案三器件的數(shù)目較少較多較少電路的數(shù)目較大比較大較大反應(yīng)的速度較快比較快較快布線的復(fù)雜程度較簡(jiǎn)單較復(fù)雜較簡(jiǎn)單造價(jià)較便宜較貴較便宜3實(shí)現(xiàn)方案經(jīng)比較可知，方案一和方案三都比方案二更好，在此選擇方案一作為實(shí)現(xiàn)方案器件介紹該電路圖由NE555定時(shí)器以及相關(guān)的電阻、電容，二極管和揚(yáng)聲器組成音頻振蕩器構(gòu)成

原理圖3.2實(shí)現(xiàn)方案原理圖電路器件NE555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3．3．1（a）NE555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)圖:3．3．1（b）NE555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖NE555定時(shí)器的工作原理(1)分壓器由三個(gè)5kΩ的電阻串聯(lián)組成分壓器，其上端接電源VCC(8端)，下端接地(1端)，為兩個(gè)比較器C1、C2提供基準(zhǔn)電平。使比較器C1的“+”端接基準(zhǔn)電平2VCC／3(5端)，比較器C2的“-”端接VCCμF的電容使5端交流接地，以旁路高頻干擾。(2)比較器C1、C2是兩個(gè)比較器。其“+”端是同相輸人端，“-”端是反相輸入端。由于比較器的靈敏度很高，當(dāng)同相輸入端電平略大于反相端時(shí)，其輸出端為高電平；反之，當(dāng)同相輸入端電平略小于反相輸人端電平時(shí)，其輸出端為低電平。因此，當(dāng)高電平觸發(fā)端(6端)的觸發(fā)電平大于2VCC／3時(shí)，比較器A1的輸出為低電平；反之輸出為高電平。當(dāng)?shù)碗娖接|發(fā)端(2端)的觸發(fā)電平略小于VCC／3時(shí)，比較器A2的輸出為低電平；反之，輸出為高電平。(3)基本RS觸發(fā)器比較器C1和C2的輸出端就是基本RS觸發(fā)器的輸入端RD和SD。因此，基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)(3端的狀態(tài))受6端和2端的輸入電平控制。圖中的4端是低電平復(fù)位端。在4端施加低電平時(shí)，可以強(qiáng)制復(fù)位，使Q=0。平時(shí)，將4端接電源VCC的正極。(4)放電開關(guān)圖中晶體管VT構(gòu)成放電開關(guān)，使用時(shí)將其集電極接正電源，基極接基本RS觸發(fā)器的Q端。當(dāng)Q=0時(shí)，VT截止；當(dāng)Q=1時(shí)，VT飽合導(dǎo)通?？梢娋w管VT作為放電開關(guān)，其通斷狀態(tài)由觸發(fā)器的狀態(tài)決定。NE555定時(shí)器的管腳分布圖NE555定時(shí)器的管腳分布圖555的8腳是集成電路工作電壓輸入端，電壓為5～18V，以UCC表示；從分壓器上看出，上比較器C1的５腳接在R1和R2之間，所以5腳的電壓固定在2UCC/3上；下比較器C2接在R2與R3之間，C2的同相輸入端電位被固定在UCC/3上。1腳為地。2腳為觸發(fā)輸入端；3腳為輸出端，輸出的電平狀態(tài)受觸發(fā)器控制，而觸發(fā)器受上比較器6腳和下比較器2腳的控制。當(dāng)觸發(fā)器接受上比較器C1從R腳輸入的高電平時(shí)，觸發(fā)器被置于復(fù)位狀態(tài)，3腳輸出低電平；2腳和6腳是互補(bǔ)的，2腳只對(duì)低電平起作用，高電平對(duì)它不起作用，即電壓小于1Ucc/3，此時(shí)3腳輸出高電平。6腳為閾值端，只對(duì)高電平起作用，低電平對(duì)它不起作用，即輸入電壓大于2Ucc/3，稱高觸發(fā)端，3腳輸出低電平，但有一個(gè)先決條件，即2腳電位必須大于1Ucc/3時(shí)才有效。3腳在高電位接近電源電壓Ucc，輸出電流最大可打200mA。V時(shí)，不管2、6腳狀態(tài)如何，輸出端3腳都輸出低電平。5腳是控制端。7腳稱放電端，與3腳輸出同步，輸出電平一致，但7腳并不輸出電流，所以3腳稱為實(shí)高（或低）、7腳稱為虛高。NE555定時(shí)器的功能表NE555定時(shí)器的功能表3.4電路數(shù)據(jù)R1=10K;R2=32K;R3=10K;R4=5K;C1=100u;Cu電路原理由555電路組成的叮咚門鈴電路的組成上可見，該電路是一個(gè)由555電路組成的音頻振蕩器，它的工作狀態(tài)受4腳控制。靜態(tài)時(shí)，C2通過(guò)R2、R3、R4充電，電壓接近電源的電壓，由于開關(guān)斷開以及二極管的截止，C1兩段電壓為零，4腳復(fù)位端處于零電位，555定時(shí)器不工作。開關(guān)閉合之后，C1通過(guò)R1充電，從而使4腳電位升高，芯片開始工作，同時(shí)C2通過(guò)R4從7腳放電，當(dāng)2腳和6腳電壓低于Vcc/3時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器的工作原理，輸出端輸出高電平，門鈴發(fā)出“?！甭?。開關(guān)斷開之后，C1通過(guò)R1放電，與此同時(shí)，電源繼續(xù)給C2充電，當(dāng)C2兩端的電壓高于2Vcc/3時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器的工作原理，輸出端輸出低電平，門鈴發(fā)出“咚”聲。而且，由于C2的充電時(shí)間小于C1的放電時(shí)間，所以不會(huì)出現(xiàn)定時(shí)器先不工作的情況。參數(shù)計(jì)算按下開關(guān)時(shí)（R為二極管的導(dǎo)通電阻）叮的頻率f=1.44/(R+R3+2R4)*C2<720HzC2的充電時(shí)間t11=(R+R3+R4)*C2<(1.5*e-3)sC2的放電時(shí)間t12=R4*C2=(0.5*e-3)s松開開關(guān)時(shí)咚的頻率f=1.44/(R2+R3+2R4)*C2=277HzC2的充電時(shí)間t<(R2+R3+R4)*C2=(4.7*e-3)sC2的放電時(shí)間t<R4*C2=(0.5*e-3)sC1的放電時(shí)間t=C1*R1=1s咚聲的持續(xù)時(shí)間是1s3.7調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)叮的頻率：減小R、R3、R4，C2頻率變大，反之則變小咚的頻率：減小R2、R3、R4，C1頻率變大，反之則變小咚的持續(xù)時(shí)間：減小C1、R1，則持續(xù)時(shí)間變短，反之則變長(zhǎng)3.8思考題問(wèn)題：能否用其他芯片實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)功能,如果能，給出電路原理圖并分析其工作原理答：如上方案二所示，采用四個(gè)與非門加上相對(duì)應(yīng)的電容電阻二極管同樣實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)功能。4調(diào)試過(guò)程及結(jié)論4.1調(diào)試過(guò)程在正式測(cè)試之前，我們先在開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了預(yù)測(cè)試，也就是調(diào)試過(guò)程。但是由于之前二極管的正負(fù)判斷失誤，結(jié)果并未出現(xiàn)理想的波形和頻率。修改了電路之后，我們又一次進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果電路在開關(guān)閉合之后發(fā)出了高頻的“?！甭?，在斷開開關(guān)之后一段時(shí)間里發(fā)出了低頻的“咚”聲。接著，我又把R2的阻值調(diào)高，以便讓“叮”“咚”兩聲聽起來(lái)差別更大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也正如預(yù)料到的那樣。但是，新的問(wèn)題又出現(xiàn)了，“咚”聲持續(xù)的時(shí)間有些長(zhǎng)，于是我再一次把R1的阻值調(diào)小，剛開始從42K跳到32K，效果并不明顯，索性我直接把它調(diào)到10K，這次“咚”的持續(xù)時(shí)間終于縮短了。從而驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。4.2設(shè)計(jì)結(jié)論從調(diào)試的整個(gè)過(guò)程，可以清楚的驗(yàn)證由NE555構(gòu)成的叮咚門鈴原理的正確性。正如上述原理分析所述，即靜態(tài)時(shí)，C2通過(guò)R2、R3、R4充電，電壓接近電源的電壓，由于開關(guān)斷開以及二極管的截止，C1兩段電壓為零，4腳復(fù)位端處于零電位，555定時(shí)器不工作。開關(guān)閉合之后，C1通過(guò)R1充電，從而使4腳電位升高，芯片開始工作，同時(shí)C2通過(guò)R4從7腳放電，當(dāng)2腳和6腳電壓低于Vcc/3時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器的工作原理，輸出端輸出高電平，門鈴發(fā)出“?！甭?。開關(guān)斷開之后，C1通過(guò)R1放電，與此同時(shí)，電源繼續(xù)給C2充電，當(dāng)C2兩端的電壓高于2Vcc/3時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器的工作原理，輸出端輸出低電平，門鈴發(fā)出“咚”聲。同時(shí)也驗(yàn)證了決定叮咚頻率高低以及咚聲持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短的器件極其參數(shù)，即叮的頻率：減小R、R3、R4，C2頻率變大，反之則變小咚的頻率：減小R2、R3、R4，C1頻率變大，反之則變小咚的持續(xù)時(shí)間：減小C1、R1，則持續(xù)時(shí)間變短，反之則變長(zhǎng)5心得體會(huì)第一次做課程設(shè)計(jì)，真正體會(huì)到了“萬(wàn)事開頭難”這句話的含義。從一無(wú)所知到選題到查資料到分析原理到連接、調(diào)試電路最后通過(guò)測(cè)試，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，雖然只有短短的十天時(shí)間，但這一路走來(lái)，經(jīng)歷了很多，也學(xué)到了很多。首先是加深了對(duì)數(shù)電知識(shí)的了解，尤其是對(duì)555定時(shí)器的功能和用途有了更深入的認(rèn)識(shí)。其實(shí)這學(xué)期的數(shù)電學(xué)的不是很好，直到期末復(fù)習(xí)的時(shí)候才感慨“相見恨晚”，幸運(yùn)的是，課設(shè)給了我親近它的機(jī)會(huì)，讓我再一次體會(huì)它的強(qiáng)大，所以從始至終我很珍惜，也很用心。數(shù)電課本上555定時(shí)器原理介紹看了一遍又一遍，網(wǎng)上查的電路圖也分析了一遍又一遍，直到確保萬(wàn)無(wú)一失了，才去預(yù)答辯。其次是加強(qiáng)了理論結(jié)合實(shí)際的能力。一直以來(lái)，我們都局限在課本的理論知識(shí)上，較少有自己動(dòng)腦設(shè)計(jì)電路動(dòng)手連接電路的經(jīng)歷，而課設(shè)的全過(guò)程完全由我們自主進(jìn)行，這無(wú)疑是一次理論結(jié)合實(shí)際的好機(jī)會(huì)，是一次培養(yǎng)創(chuàng)新能力的好機(jī)會(huì)?？上У氖?，網(wǎng)絡(luò)的便捷讓我們這些學(xué)生變得懶惰了，喪失了主觀能動(dòng)性，而把所有的希望寄托在了電腦上。盡管如此，通過(guò)電腦我們還是先學(xué)到了不少。再次是提高了動(dòng)手能力。剪線、布線、連線、檢查，這些環(huán)節(jié)無(wú)一不考察我們的動(dòng)手操作能力。記得連線的時(shí)候，為了達(dá)到橫平豎直的效果，不知道拆了多少次。當(dāng)然，一個(gè)滿意的作品擺在眼前的時(shí)候，心里是很興奮的。最后則是考驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)者的心態(tài)，尤其是細(xì)心和耐心。雖然我們選的電路較簡(jiǎn)單，但是