課設(shè)論文.叮咚門鈴電路的設(shè)計

武漢理工大學(xué)《專業(yè)課程設(shè)計（二）》課程設(shè)計說明書PAGE7目錄1技術(shù)指標(biāo) 22設(shè)計方案及其比較 22.1方案一 22.1.1方案一設(shè)計原理圖 22.1.2方案一設(shè)計原理 22.1.3元器件參數(shù) 32.1.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計算 32.1.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時間調(diào)節(jié)分析 42.2方案二 52.2.1方案二設(shè)計原理圖 52.2.2方案二設(shè)計原理 52.2.3元器件參數(shù) 62.2.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計算 62.2.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時間調(diào)節(jié)分析 62.3方案三 72.3.1方案三設(shè)計原理圖 72.3.2方案三設(shè)計原理 72.3.3元器件參數(shù) 82.3.4相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)的計算 82.3.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時間調(diào)節(jié)分析 92.4方案比較 93實現(xiàn)方案 103.1NE555時基電路簡介 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)計原理圖 123.3設(shè)計原理 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)的計算 133.7聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時間調(diào)節(jié)分析 143.8實現(xiàn)方案protues調(diào)試圖 153.9實現(xiàn)方案PCB布線圖 153.10實現(xiàn)方案面包板接線圖 164調(diào)試過程及結(jié)論 164.1調(diào)試過程 164.2結(jié)論 175心得體會 176參考文獻 18叮咚門鈴電路的設(shè)計1技術(shù)指標(biāo)設(shè)計一個叮咚門鈴電路，設(shè)一個按鈕，按下按鈕時發(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)時間可調(diào)。2設(shè)計方案及其比較2.1方案一2.1.1方案一設(shè)計原理圖圖1方案一設(shè)計原理2.1.2方案一設(shè)計原理本電路是以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴電路。在按鈕開關(guān)SW未按下的情況下，D1沒有導(dǎo)通，D2反向截止，又因為R3接地，所以555的4號端口一直處于低電平。而555的4號端口是復(fù)位端，當(dāng)輸入為低電平時，會使555輸出復(fù)位，即3號端口輸出為低電平，揚聲器不會工作。于此同時C2通過R1,R2充電，充電完成后，C2兩端的電壓約等于電源電壓。當(dāng)按鈕開關(guān)SW被按下時，D1正向?qū)ǎㄟ^R3向C1充電，C1兩端的電壓升高，此時555的4號端口被拉到高電平，555正常輸出。D1,D2,R2,C2和555構(gòu)成一個多諧振蕩器，使驅(qū)動揚聲器發(fā)出“叮”的聲音。松開按鈕開關(guān)SW后，已經(jīng)充滿電的C1開始放電，R1、R2、C2和555構(gòu)成一個多諧振蕩器，使揚聲器發(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放電時間：(3)松開SW之后：“咚”的頻率：(4)C2充電時間:(5)C2放電時間:(6)C1放電時間:(7)“咚”聲持續(xù)的時間:2.1.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時間調(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。“咚”的頻率: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)的時間：減小C1，R1，持續(xù)時間變短，反之則變長。2.2方案二2.2.1方案二設(shè)計原理圖圖2方案二設(shè)計原理圖2.2.2方案二設(shè)計原理本電路是以與非門振蕩器為核心組成的“叮咚”門鈴電路。該“叮咚”門鈴電路由觸發(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和揚聲器LS組成。在門鈴按鈕SW未按下的情況下，揚聲器LS不工作。當(dāng)按下門鈴按鈕SW時，C1快速放電，兩個音頻振蕩器同時工作，產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)D2,D3混合后通過Q放大，驅(qū)動LS發(fā)出“叮”聲。當(dāng)門鈴按鈕SW松開后，C1快速充電，音頻振蕩器1停止工作，音頻振蕩器2產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)Q放大后，驅(qū)動LS發(fā)出“咚”聲。咚聲發(fā)聲的時間取決與C1的放電時間。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)的計算按下SW后：“叮”的頻率:(8)松開SW后：“咚”的頻率：(9)C1充電的時間：(10)咚聲持續(xù)的時間：2.2.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時間調(diào)節(jié)分析“?！钡念l率:減小R3，R4，頻率變大，反之則變?。粶p小C2，C3，頻率變大，反之則變小?！斑恕钡念l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。“咚”聲持續(xù)的時間：減小C1，R2，持續(xù)時間變短，反之則變長。2.3方案三2.3.1方案三設(shè)計原理圖圖3方案三設(shè)計原理圖2.3.2方案三設(shè)計原理本電路是以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴電路。在沒有按下門鈴按鈕SW的時候，C1無法接通，不進行充電，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，揚聲器無法工作。而C2通過R2，R3，R4進行充電，充滿電后，其電壓約為電源電壓。當(dāng)按下門鈴按鈕SW的時候，電源的電流流過二極管D1對C1進行充電，其兩端電壓逐漸升高，4端口的電壓也隨之逐漸升高。同時C2開始對7端口進行放電，電容的電壓下降，當(dāng)其由VCC下降到2/3的VCC時，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，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的電壓還沒有充好電，4端口仍舊輸入為低電平，使3端口強制輸出低電平，揚聲器無法工作。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，這時揚聲器開始工作，發(fā)出“?！钡捻懧?。當(dāng)松開門鈴按鈕SW后，VCC則不能通過二極管D2對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，發(fā)出“咚”的聲響。與此同時，C1開始放電，當(dāng)其兩端的電壓下降到0，4端口則輸入為低電平，強制將其輸出復(fù)位，揚聲器不再工作。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)的計算按下SW后：“?！钡念l率:(11)(R為二極管導(dǎo)通后電壓，約為150歐)C2充電時間：(12)(R為二極管導(dǎo)通后電壓，約為150歐)C2放電時間：(13)松開SW后：“咚”的頻率：(14)C2充電時間：(15)C2放電時間：(16)C1放電時間：(17)咚聲持續(xù)的時間:2.3.5聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時間調(diào)節(jié)分析“?！钡念l率：減小R3，R4，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R2，R3，R4，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)的時間：減小C1，R1，持續(xù)時間變短，反之則變長。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，因此本次最終實現(xiàn)方案選取為方案一。3實現(xiàn)方案3.1NE555時基電路簡介a)NE555介紹555定時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SIGNETICS公司在1972推出并投放市場,便很快得到廣泛應(yīng)用，也因為應(yīng)用廣泛，許多其它公司也推出了功能一樣的類似型號。此芯片內(nèi)使用了3個精度較高的5K分壓電阻，型號由此而得名。NE555是雙極性器件的集成電路，內(nèi)含2個555電路的型號為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)計原理圖圖6實現(xiàn)方案設(shè)計原理圖3.3設(shè)計原理本電路是以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴電路。在按鈕開關(guān)SW未按下的情況下，D1沒有導(dǎo)通，D2反向截止，又因為R3接地，所以555的4號端口一直處于低電平。而555的4號端口是復(fù)位端，當(dāng)輸入為低電平時，會使555輸出復(fù)位，即3號端口輸出為低電平，揚聲器不會工作。于此同時C2通過R1,R2充電，充電完成后，C2兩端的電壓約等于電源電壓。當(dāng)按鈕開關(guān)SW被按下時，D1正向?qū)?，通過R3向C1充電，C1兩端的電壓升高，此時555的4號端口被拉到高電平，555正常輸出。D1,D2,R2,C2和555構(gòu)成一個多諧振蕩器，使驅(qū)動揚聲器發(fā)出“叮”的聲音。松開按鈕開關(guān)SW后，已經(jīng)充滿電的C1開始放電，R1、R2、C2和555構(gòu)成一個多諧振蕩器，使揚聲器發(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：充放電來控制555的復(fù)位端口，以此來控制揚聲器的工作狀態(tài)C2：充放電來控制555，使其產(chǎn)生脈沖波C3：濾波，抗干擾C4：濾波，使揚聲器接收到穩(wěn)定的脈沖波D1，D2：防止電源在SW閉合前，對C1進行充電SA：開關(guān)按鈕，控制“叮咚”聲的開始和叮聲的結(jié)束揚聲器：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放電時間：(20)松開SW之后：“咚”的頻率：(21)C2充電時間:(22)C2放電時間:(23)C1放電時間:(24)“咚”聲持續(xù)的時間:3.7聲音頻率調(diào)節(jié)和聲音持續(xù)時間調(diào)節(jié)分析“叮”的頻率:減小R2，頻率變大，反之則變小；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?。簻p小C2，頻率變大，反之則變小?！斑恕甭暢掷m(xù)的時間：減小C1，R1，持續(xù)時間變短，反之則變長。3.8實現(xiàn)方案protues調(diào)試圖圖7實現(xiàn)方案protues調(diào)試圖3.9實現(xiàn)方案PCB布線圖圖8實現(xiàn)方案面包板接線圖3.10實現(xiàn)方案面包板接線圖圖9實現(xiàn)方案面包板接線圖4調(diào)試過程及結(jié)論4.1調(diào)試過程在整個調(diào)試過程，我們沒有出現(xiàn)太大的問題，只是有局部有一些小的連線問題，整體來說是十分順利的。首先，我們連接好電路之后，先用萬用表將電路的各個支路進行測試，檢查有沒有短路或者斷路的問題。檢查的方法就是將萬用表調(diào)到歐姆擋，測試各支路。在進行這一步測試時，我們發(fā)現(xiàn)了電路板連線的問題，就是中間少了一根線將555的7端口和有2個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，萬用表顯示屏上呈現(xiàn)的是無窮大的標(biāo)志。于是，我們就著手檢查電路，發(fā)現(xiàn)了問題，并將其解決掉。然后，我們接通了電源進行調(diào)試，幸運的是，第一次接電源就聽到了“叮咚”的聲響，這個讓我們很欣慰。但是，我們也發(fā)現(xiàn)了我們設(shè)計的電路有問題，由于“叮咚”聲的頻率比較的接近，導(dǎo)致和現(xiàn)實生活中，大家認(rèn)定的“叮咚”聲不太相像。為了讓“叮咚”聲更加得悅耳動聽，我們決定更換電阻大小，將“?！钡念l率提高。問題也就出來了，由于實驗室的電阻大小有限，并沒有適合大小的電阻供我們進行挑選，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。再接通電源進行調(diào)試，聽到了悅耳的“叮咚”聲響，調(diào)試驗收結(jié)束。圖10調(diào)試過程圖4.2結(jié)論本次課程設(shè)計是專業(yè)第二次課程設(shè)計，基于第一次課程設(shè)計的基礎(chǔ)，再通過本次課程的進一步鍛煉，讓我對設(shè)計性實驗有了更深層次的了解和認(rèn)識。設(shè)計性實驗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，最終確定實現(xiàn)方案。在方案的實現(xiàn)過程中，要認(rèn)真仔細得調(diào)試，在檢查出電路設(shè)計的問題之后，要及時修改自己的設(shè)計方案，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)了這個專業(yè)快要2年的時際，專業(yè)第二次課程設(shè)計解決了我之前的很多困擾。一直以來就想設(shè)計實用的東西，將理論與實踐嫁接起來。之前以為自己學(xué)習(xí)的知識無處可用，根本沒派上實際的用途，而這次的課程設(shè)計實實在在得讓我體會到了設(shè)計的快樂，讓我體會到了大學(xué)4年，光光學(xué)習(xí)課本知識是遠遠不夠的。這次課程設(shè)計歷時一個星期左右。通過這一個星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，比如說，自己的知識框架有很多漏洞，并且看到了自己的實踐經(jīng)驗還是很缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。本次課程設(shè)計，我設(shè)計的題目是“叮咚”門鈴電路的設(shè)計。叮咚門鈴是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷碾娐?，但是將其實際化對于我這種初等的設(shè)計者來說還是有一定難度的。為了彌補這方面的知識空缺，我花很多時間進行了大量資料的收集，包括555芯片的原理，各種多諧振蕩器，以及人的聽力范圍等等與本次課程設(shè)計相關(guān)的各類知識。通過資料文獻的查詢，我了解了好多我之前不知道或者沒注意到的知識，雖然很多東西是本次實現(xiàn)方案里面沒有用的，但是了解那些課外知識也是對我的能力的提高，至少擴展了我的知識面。收集完資料后，我就著手開始設(shè)計。針對本次課程設(shè)計題目，我設(shè)計了3種方案供選取，兩種是以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴電路，另一種是以與非門振蕩器為核心組成的“叮咚”門鈴電路。對于