【2017年整理】电子门铃课程设计

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1、郑州科技学院数字电子技术课程设计题目 电子门铃_学生姓名 宁鹏程 专业班级 电气工程及其自动化四班学 号 201247109 院 （系） 电气工程学院 指导教师 李月英 完成时间 2014 年 5 月 30 日 0目录1 课程设计的目的11.1 背景 11.2 目的 12 课程设计的任务与要求22.1 任务 32.2 要求 33 设计方案与论证34 设计原理及功能说明 55 硬件的制作与调试56 总结 10附录 1：总体电路原理图18附录 2：实物图 18附录 3：元器件清单19参考文献1511 课程设计的目的1.1 背景：在已学模拟电子技术基础和数字电子技术基础的背景下设计一个叮咚门铃电路。

2、1.2 目的：实现叮咚门铃的功能，使所连接得电路能发出叮咚的声音。2 课程设计的任务与要求2.1 任务：设计一种能发出“叮、咚”声的门铃。 2.2 要求：设计一个“叮咚”门铃电路，设置一个按钮，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20Hz20000Hz，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。3 方案设计与论证“门铃”的作用顾名思义就是提醒主人开门。设计一种能发出“叮

3、、咚”声的门铃。它是利用一块时基电路集成块和外围元件组成的。它的音质优美逼真，装调简单容易、成本较低，一节 6V 迭层电池可用三个月以上，耗电量较低。NE555 集成电路与外围元件构成一个音频振荡器电路，其振荡频率由 R2、R3、R4 和 C2 的数值决定。该电路与其他 555系列在使用上的不同是，NE555 的 4 脚没有直接接到电源正极上面去。而是接到了一个由二极管 D1、D2、按钮开关 AN 构成的开关电路和一个由 R1、C1 构成的定时器电路上。使得 NE555 的 4 脚的电位受到 R1、C1上面电位的影响。这是该电路设计的独到之处，是电路实现“叮咚”门铃声效的关键。 叮咚门铃属于音

4、乐集成电路，它们是大规模 CMOS 集成电路的一种，应用非常广泛。CMOS 是这 种集成电路英文名称的缩写，2翻译成中文就是 “互补对称金属氧化物半导体集成电路”（Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor） 历史上最早提出CMOS 集成电路线路结构是在 1963 年，到 1968 年就发展成商品化生产。早期应 用领域限于空 间电子设备和军用产品；到上世纪 70 年代，迅速扩展到工业和民用产品，如电子手表、 电子计算器等等。在所有数字集成电路中，CMOS 的产量和产值仅次于另一种叫做 TTL 的集成电路， 位居第二。 叮咚门铃等这一类音乐集

5、成电路是简单的 CMOS 电路。它采用黑膏软封装就是把硅芯片用环氧树 脂直接封装在印刷电路板上。 音乐集成电路的内部结构 内部结构可以用以下框图表示： 内部结构音乐集成电路 喇叭 振荡器音频发生器 调制器 前置放大器 放大电路 触发电路 节拍控制器 节拍发生器 存储器图中的 IC 便是时基电路集成块 555，它构成无稳态多谐振荡器。按下按钮 AN（装在门上） ，振荡器振荡，振荡频率约 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 5

6、00Hz 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。没有按下 AN 之时，NE555 其 4 脚的地位为 0V，NE555 的特点就是，当其 4 脚的地位低于 1v 较多的时后其 3 脚对外输出的信号将被关断，因此该电路不能发出任何的声音。而在按下按钮开关 AN 时，二极管 D1、D2 都要导通。二极管 D1 的导通，使 NE555 第 4 脚的电位远远地大于了 1V，所以 3 脚被打开可以向扬声器输出音频信号时扬声器发出音频的声音。而由于二极管 D2 的导通，使得电阻 R2 被短路，从而改变了 NE5

7、55 作为音频振荡器的振荡频率，定时电路中时间常数的减少，振荡器的振荡频率就要升高，因此扬声器中发出的声音是一个比电路设计有 R2 存在时要尖 4 利一点的一个高音，这个声音的频率应该对应的3就是“叮” 。当放开按钮开关 AN 之后，R2 的短路被解除，振荡器的频率迅速降低，扬声器中就应该听到设计有 R2 存在时要发出的那个频率的声音，这就是“咚”音。4 设计原理及功能说明4.1 工作原理 当按下开关时，555 定时器 4 引脚于高电平，元件工作，电容 C1 充电，且 2、6 引脚达到高电平，此时输出端 3 为低电平，扬声器发出响声；松开开关后，电容 C1 放电，在 2、6 引脚大于 1/3V

8、CC 前，3 端为低电平，扬声器工作；当放电使 2、6 端电平小于 1/3VCC，3 端为高电平，扬声器不工作。电容 C2 与滑动变阻器一起控制引脚 4 的状态，使置零输入端呈不同的临界电压，从而控制扬声器响音时间的长短。当电路转换时，2、6 端电压不同，使得输出端 3 低电平电压也不同，从而实现扬声器的叮咚的声音。图 4-1 555 定时器电路结构图555 定 时 器 的 功 能 主 要 由 两 个 比 较 器 决 定 。 两 个 比 较 器 的 输 出 电压 控 制 RS 触 发 器 和 放 电 管 的 状 态 。 在 电 源 与 地 之 间 加 上 电 压 ， 当 45 脚 悬 空 时

9、， 则 电 压 比 较 器 C1 的 同 相 输 入 端 的 电 压 为 2VCC /3， C2 的 反 相 输 入 端 的 电 压 为 VCC 若 触 发 输 入 端 TR 的 电 压 小 于VCC /3， 则 比 较 器 C2 的 输 出 为 0， 可 使 RS 触 发 器 置 1， 使 输 出端 OUT=1。 如 果 阈 值 输 入 端 TH 的 电 压 大 于 2VCC/3， 同 时 TR 端的 电 压 大 于 VCC /3， 则 C1 的 输 出 为 0， C2 的 输 出 为 1， 可 将 RS 触 发 器 置 0， 使 输 出 为 0 电 平 。 它 的 各 个 引 脚 功 能

10、如 下 ： 1 脚 ： 外 接 电 源 负 端 VSS 或 接 地 ， 一 般 情 况 下 接 地 。 8 脚 ： 外 接 电 源 VCC， 双 极 型 时 基 电 路 VCC 的 范 围 是 4.5 16V， CMOS 型 时 基 电 路 VCC 的 范 围 为 3 18V。 一 般 用 5V。 3 脚 ： 输 出 端 Vo 2 脚 ： 低 触 发 端 6 脚 ： TH 高 触 发 端 4 脚 ： 是 直 接 清 零 端 。 当 此 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

11、 用 时 应接 高 电 平 。 5 脚 ： VC 为 控 制 电 压 端 。 若 此 端 外 接 电 压 ， 则 可 改 变 内 部 两 个 比较 器 的 基 准 电 压 ， 当 该 端 不 用 时 ， 应 将 该 端 串 入 一 只 0.01 F 电 容接 地 ， 以 防 引 入 干 扰 。 7 脚 ： 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 。4.2 功 能 说 明555 定时器既有模拟功能，又有逻辑功能，可以说它是模拟电路和数字电路结合的典范。就整体而言，它的功能主要有以下三点：（1）早期的电路内部有 3 个 5K 电阻的

12、电阻分压器，可以产生精确的时间延迟和振荡；（2）电源电压范围宽（双极型：516V，CMOS：318V） ，可以提供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平；（3）可输出一定的功率，输出端电流可以达到 200mA ，可驱动微5电机、指示灯、扬声器等。5 硬件的制作与调试5.1 焊接前的准备 在焊接前首先将某些元器件按照印制电路板中的焊盘间的距离大小进行 90 度折弯，再准备焊接工具电烙铁、镊子、焊锡丝、尖嘴钳、螺丝刀、松香等都为焊接做准备。 5.2 焊接各元器件 在准备施焊时，先加热焊件，等熔化焊料后移开焊锡丝，在撤离电烙铁。 5.3 焊接注意事项 在焊接过程中，有许多要注意的地方，具体

13、事项如下： （1）元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则，这样有利于装配顺利进行。 （2）在焊接时，首先要弄清楚 555 定时器引脚的排列顺序，并与线路板上的焊接盘引脚对准，核对无误后进行焊接，然后再重复检查。 （3）焊接二极管时要注意二极管的正负极。 （4）焊接之前应先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。 （5）焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成 45 度，这样焊锡与电烙铁夹角成 90 度。 （6）焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。一般焊点整个操作的时间控制在 23S。 （7）焊接时，烙铁头不要对焊

14、点施加力量或加热时间过长，否则会引发高温损伤元器件，高温焊点表面的焊剂挥发严重，塑料、电路板等材质受热变形，焊料过多焊点性能变质等不良的后果。 （8）元件的腿尽量要直，而且不要伸出太长，以 1 毫米为宜，多余的可以剪掉。 （9）焊完时，焊锡最好成圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。 5.4 整机调试 在焊接完电路后，我就检查看电路的连接是否有虚焊，漏焊等情况，并用万用表检查，线路的连接是否有短路，断路等情况出现，通过一番检查后，没有发现导线的短路，断路情况，确认检查无误后，用干电池6进行调试，将电路板装入盒子内，装上两节五号电池，按下开关，正常时能听到叮咚声，若发现不响，应仔细检查扬声器线是否焊

15、接牢固，各引脚是否有虚焊等。若以上几项都正常，有声音，但是很短，则应调节C2 和滑动变阻器以延时，反复调试直到感觉听着叮咚声响舒服为止，按下按钮 AN 后，蜂鸣器发出了叮咚声音后还持续了一段时间的鸣叫，虽然这声音与理论的声音有一点点偏差，但总的来说，这次焊接的电路是成功的，这次连接电路也是非常顺利的。 5.5 焊接过程中出现的问题 在焊接过程中出现了许多问题，诸如焊接点不好，焊接不上，自己练习的不够，方法没有很好的掌握，电烙尖铁热度不够。元器件的工作情况也没有弄清楚，如二极管的导通方向，滑动变阻器的接线等，都出现了一定的错误。当线路接完时，扬声器不发声音，有发现线路没有完全接好，而且有线路连接错误，做了检查改正之后，只发出单