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1、第 1 页 共 25 页NE555 数字门铃电路的设计专业班级: 学生姓名同组人姓名: 指导教师: 电气与信息工程学院2013 年 12 月第 2 页 共 25 页目 录摘要4第 1 章 引言51.1 课题研究的背景51.2 门铃的发展概况51.3 课题研究的主要内容6第 2 章 NE555 数字门铃电路的介绍 72.1 NE555 数字门铃电路的原理与组成72.2 电子门铃的主要原理技术8第 3 章 NE555 集成芯片的研究93.1 555 集成芯片简介 93.2 555 集成芯片引脚说明 103.3 555 芯片内部结构113.4 555 集成芯片的特点133.5 本章小结14第 3 页
2、 共 25 页第 4 章 多谐振荡电路的设计154.1 多谐振荡器简介154.2 NE555 多谐振荡器工作原理154.3 振荡频率的计算164.4 本章小结16第 5 章 共射级放大电路的研究175.1 放大电路简介175.2 放大电路的性能指标 17 5.3 共射级放大电路185.4 本章小结18第 6 章 门铃电路的焊接与调试19结束语 21参考文献22致谢23附录24第 4 页 共 25 页摘 要门铃是一种常见而必备的物品，几乎家家户户都会用到，而到了今天，门铃的作用已经不仅仅是为了提醒主人有客人到来的消息，各式各样造型精美的门铃已经被人们当做艺术品来装饰自己家的大门。随着社会的飞速发
3、展发展，门铃也发生了很大的改变。从最简单原始的有线有源型门铃，发展到无线门铃、数码门铃、可视门铃等一系列高级门铃。本文设计 NE555 数字门铃电路为最基本的有源有线电路门铃，以 NE55 集成芯片为核心，二极管、单组等元器件组合而成的以多谐振荡电路为设计核心，放大电路、反馈电路为辅的振荡电路。能根据震荡电路充、放电时震荡频率的不同，来改变电路中电流的大小来达到让门铃发出“叮咚”响声的功能，并能通过内部元器件的调整影响放电时间来达到门铃余音长度的改变作用。第 5 页 共 25 页第 1 章 引 言1.1 课题研究的背景随着现代科学技术的发展，门铃这一常见物品也朝着更加先进的方向改进，由于不同人
4、们对门铃不同需求，常规的门铃已经不能满足市场的需要，门铃的改进与创新也已经成为人们研究的一项课题。1.2 门铃的发展概况电子门铃的发展可以分为有源有线门铃、有源无线门铃、可视门铃、无源无线门铃几个阶段。最初的门铃是有源有线型，门铃的发射器与接收器之间是依靠电线连接，发射器发出的信号是通过电线传输至接收器，因而信号比较稳定，也不会发生误响，但是布线比较麻烦，很可能需要凿墙等，因而近几年逐渐淡出市场。之后无线型门铃便占据了市场，其发射器依靠 12V 电池供电，接收器依靠电池供电或者接市电。门铃按钮发射无线信号，室内机的无线信号接收器接收这一无线信号，进而响铃。避免了连线的问题，使用更加便捷。基于无
5、线门铃的设计，人们又设计了可视门铃以及无源门铃。可视门铃顾名思义，既能进行语音通话，而且能看到来访者的图像。无线可视门铃产品功能：1.可视对讲功能：有客来访，按过门铃，自由对讲通话语音清晰，如在面前。无源门铃则是采用能量捕获技术的来驱动的无线门铃。该种无线门铃的发射器完全不需要电池，是依靠手按门铃按钮的能量转换为电能，驱动无线发射电路，实现无线门铃的功能。第 6 页 共 25 页AD 4.5V 多谐振荡电路门铃反馈环节图 1.11.4 课题研究的主要内容多谐振荡器是电子门铃的主要器件，它对整个门铃电路起到决定性作用。而LM555 则是多谐振荡器的核心器件。本课题在理论研究的基础上，将对电铃电路
6、进行研究，要求门铃电路能够由开关控制发出“叮咚”的响声，声音尽量大且清晰。针对电子门铃的功能要求，本文将对以下几个方面进行研究：1. NE555 芯片的研究2. 多谐振荡电路的的设计；3. 如何控制余音的长度；4. 如何实现输出功率的放大；在上述研究基础上，设计一个简易门铃，其系统结构框图如图 1.1 所示，其技术指标如下：输入电压：4.5VAD等待电流：3.5mA鸣叫电流：120mA第 7 页 共 25 页第 2 章 NE555 数字门铃电路的介绍2.1 NE555 数字门铃电路的原理与组成本电路是以 NE555 定时器为核心组成的“叮咚”门铃。其电路图如下。电路图中的 NE555 和 R1
7、、R2、R3、D2、D4、C3 构成了一个多谐振荡器，S1 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 D2 没有导通，D4 反向截止，R3 接地，所以 NE555 的 4 号端口一直处于低电平，而 NE555 的 4 接口是复位端，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 C3 通过R1、R2 充电，充电完成后 C4 两端电压约等于电源电压。当 S1 闭合时， D2 正向导通，通过 R3 向 C4 充电， C4 两端电压升高，此时 NE555第 8 页 共 25 页的 4 号端处于高电平，无法使其复位，与此同时，C3 则通过 R2 向 NE555 的
8、7 端口放电，它们以及 NE555 和 C5 构成了一个多谢振荡器。此时 f=1/0.7（2R+2R2）C2 约等于 1386Hz（ R 为 D2 与 D4 的电阻和，约为 300 欧） 。松开 S1 时，已经充满电的 C4 开始放电，R2 、R3、C3 和 NE555 构成一个多谢振荡器，此时 f=1/0.7（R1+2R2）C2 约等于 717Hz2.2 电子门铃的主要原理技术多谐振荡器是电子门铃的重要组成部分，它对整个门铃电路的运行情况起到决定性作用。而 LM555 则是多谐振荡器的核心器件。本文设计的电子门铃所涉及主要原理有：（1） 以 NE555 为基础的多谐震荡回路;（2） 多谐振荡
9、器的震荡效果；（3） 功率放大器件对信号的放大效果；第 9 页 共 25 页第 3 章 NE555 集成芯片的研究3.1 555 集成芯片简介555集成电路是一个把模拟电路和数字电路组合而成的混合电路，它将模拟功能与逻辑功能整合在一片独立的集成电路上，极大的拓宽了模拟集成电路的应用范围。555被广泛用于各种各样的计时器，脉冲发生器和振荡器等场合。凭借着模数结合的优势，555可以独立构成多种功能电路，且精度非常高，能够产生精确的时间延迟和振荡。时基集成电路的设计构想是在1970年由 Hans R.Camenzind 和 Jim Ball 提出的。设计原型经过测试，被移植到 Monochip 模拟
10、阵列，由 Wayne Foletta 和 Qualidyne Semiconductors 的工程师们进行具体设计。事后，Signetics 公司接管了他们的设计并开始投入生产，正式量产的第一批555集成电路于1971年面世。根据应用范围又把555按编号细分为两个级别：商用级的 NE555，温度范围 0+70 和军用级的 SE555，温度范围-55 +125 。 555时基集成电路的封装分为两种形式：高可靠性的金属罐式8脚封装（ T 封装）和低成本的环氧塑料8脚双列直插式封装（ V 封装） 。封装号后缀在元件编号后面，因此 Signetics 公司生产的555 按全编号分别为NE555V、NE
11、555T、SE555V 和 SE555T。这些元件编号对于业余应用来说，可以不必太过深究，但是若要把元件用在重要场合，从设计的环节就需要仔细考虑了。555名称的由来，按照很多技术文章的说法，555时基集成电路的3个“5”，是源自它电路基片上的三个误差极小的5k 电阻构成的基准电压电路。 555的等效电路图如图1所示，从图 1中可以清晰的看到 R7、R8、R9这三只 5k 的基准电阻，以串联的方式接在电源正极与地之间。但是它的设计者 Hans R.Camenzind 曾明确表示，这个数字完全是随机得来的，设计者本人也没有给他设计的这个电路起过名字。事实上，它只是碰巧被生产它的 Signetics
12、 公司编入了它们的5-X-X 系列线性器件家族中，第一个5代表 Signetics 公司的5 系列线性器件一族，后面两个5则是顺延的元件编号。Signetics第 10 页 共 25 页公司后来被 Philips 公司收购，但是 Philips 和之后的其他各家芯片制造商都无例外地在它们的元件编号中保留了“555”这三个数字。3.2 555集成芯片引脚说明根据各家制造商生产工艺的不同，标准的555时基集成电路在其硅芯片上包含有20个左右的晶体管、2 个二极管和 15个电阻。常见的555为塑封8脚双列直插式封装，这个封装的英文缩写为 DIP8。555 的引脚排列如下图2 ，芯片为引脚朝下，自缺口
13、处逆时针起为18脚。此外，555还有两个扩展型号：二合一的 14脚双列直插塑封双时基集成电路556；四合一的 16脚双列直插塑封四时基集成电路 558。对 照 图 1的 等 效 电 路 ， 标 准 555时 基 集 成 电 路 的 8个 引 脚 名 称 见 图 2， 各 自 的 用 途 如 下 。1 GND， 电 源 地 或 低 电 平 0V。 通 常 被 连 接 到 电 路 的 公 共 同 地 。2 TRIG， 触 发 555使 其 启 动 的 时 间 周 期 。 触 发 信 号 上 缘 电 压 须 大 于 2/3 VCC， 下 缘须 低 于 1/3VCC 。3OUT ，在555 被触发的时间周期里，该输出脚电平移至比电源电压少1.7V 的高电平。周期结束以后，电平回复到 OV 左右的低电平。高电平时，该脚最大输出电流约为200mA。4RESET，低电平有效的复位脚，当一个低逻辑电平送至这个脚时会重置定时器第 11 页 共 25 页和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。5CTRL ，这个引脚准许由外部电压改变芯片的触发和闸限电压。在555的单稳态或振荡模式下,可以通过该脚来改变或调整输出频率。6THR，阈值高于2/3VCC，使输
