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1、课程设计报告题目 ：声光双音乐门铃设计学生姓名：学生学号：系别：电气信息工程学院专业：自动化届另U：2015电气信息工程学院制2014年3月目录1 声光双音乐门铃的简介与要求 21.1声光双音乐门铃的简介 21.2声光双音乐门铃的要求 22 声光双音乐门铃模块功能原理和设计方案制定 22.1声光双音乐门铃555定时器工作的原理 22.2声光双音乐门铃扬声器工作的原理 42.3声光双音乐门铃设计的技术方案制定 53 声光双音门铃设计方案实施 53.1声光双音乐门铃闪光灯单元模块功能电路设计 53.2声光双音乐门铃双音单元模块电路设计 63.3声光双音乐门铃元器件选择 73.4声光双音乐门铃系统整
2、体电路图 74 声光双音乐门铃设计的仿真实现 84.1仿真软件介绍 84.2声光双音乐门铃设计仿真过程和现象 85 总结及体会 96 参考文献 9声光双音乐门铃学生：指导教师：井田电气信息工程学院自动化专业1声光双音乐门铃的简介与要求1.1声光双音乐门铃的简介此“声光双音门铃”是将门铃声音和灯的闪烁的过程结合起来的门铃电路的扩展 电路之一。门铃响起的同时伴随闪光，这样就可以避免门铃声和其他邻居的门铃声相 混淆，此产品成本低廉，是一种有发展前途的产品。1.2声光双音乐门铃的要求电路从两方面设计：双音电路、闪光灯电路。双音指按下门铃开关时扬声器发出 较高频率的“叮”的声音，松开开关后，扬声器发出较
3、低频率的“咚”的声音。闪光 指在门铃响起到消失的这段时间内，都伴随有闪光，闪光的方式是两只LED灯以一定 频率交替闪烁，一只放于室内另一个在室外。此电路的核心元件是555定时器。555定时器时中规模集成时间基准电路，可方 便地构成各种脉冲电路。双音门铃电路就是利用定时器和其外部连接的一些元件构成 的多谐振荡器组成。“叮咚”两声频率要求差距比较大，声音持续时间要求适合，两只 LED 灯闪烁 的频率也要适当。2声光双音乐门铃模块功能原理和设计方案制定 2.1声光双音门铃555定时器工作的原理555 定时器的内部电路框图（左）和外引脚排列图（右）分别如图 1所示。 它内部包括两个电压比较器，三个等值
4、串联电阻，一个RS 触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压1/3VCC和2/3VCC。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 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输 入端的电压为2/3VCC,C2的反相输入端的电压为1/3VCC。若触发输入端TR的电压小于1/3VCC，则比较器C2的输出为0,可使RS触发器置1,使输出端同时TR端的电压大于OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2/3VCC，1/3VCC，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。FI 171 I
5、JI % * 飞 Vii )CB555GND V(3 Vo RqUJ HJ lit图1 555定时器内部结构图和外部引脚分布图1脚：GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：TR低触发端。3脚：OUT （或Vo）输出端。4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，小于0.4V时，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”，该端不用时应接高电平。5脚：CO（或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口 F电容接地，以防引入干扰。6脚:TH高触发端。7脚：D放电端。该端与放电管集电极
6、相连，用做定时器时电容的放电。电阻分 压器由三个5kQ的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压， 比较器C1的参考电压为2/3Vcc,加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc, 加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号 加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器 R 端的输入信号；低电平触发信号加在 C2 的同相输入端，与反相输入端的参考电压 比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比 较器 C1、C2 的输出端控制。8脚：VCC（或VDD）外接电源VCC,双极
7、型时基电路VCC的范围是4.516V, CMOS 型时基电路VCC的范围为318V。一般用5V。在1脚接地,5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc, 1/3Vcc 的情况下，555定时器电路的功能表如下表1示。表1 555定时器功能表TRTHRDISOUT触发阈值复位放电端输出 -Vcc32 Vcc3H导通L -Vcc3Vcc3H原状态 1 Vcc3XH截止HXXL导通L2.2 声光双音乐门铃扬声器工作的原理当交流电流通过扬声器的音圈时,音圈中就产生了相应的磁场。这个磁场与扬声 器上自带的永磁体产生的磁场产生相互的作用力。于是,这个力就使音圈在扬声器的 自带永磁体的磁场
8、中随着音频电流振动起来。扬声器又和音圈是连在一起的,所以膜 也振动起来,振动就产生了与原音频信号波形相同的声音。电流的强弱不同就产生了 不同频率的振动,就可以发出不同频率和强弱的声音。如果输入的是直流电压,那么 喇叭线圈在磁场磁力作用下就不会产生震动,就不会发声。输入交流电压的频率越高, 喇叭震动得越快,发出声音越尖,并不是喇叭就越响,输入喇叭的功率越大喇叭才越 响。2.3声光双音乐门铃设计的技术方案制定声光双音乐门铃设计的方案如下图2所示按下门铃开关门铃发出“叮”声同时 两个发光二极管交替 发光松开门铃开关门铃发出“咚”声发光 二级管停止发光图2声光双音乐门铃设计方案图3声光双音乐门铃设计方
9、案实施3.1声光双音乐门铃闪光灯单元模块功能电路设计当接通闪烁灯光电路的电源时，两个发光二极管交替闪烁，闪烁频率适中即可。如下图3所示，555和R5、R6、C6组成无稳态多谐振荡器，它输出的高、底电平方 波驱动LED3、LED4，使之轮流“眨眼”发光。R7、R8为限流保护电阻。图3闪光灯单元模块电路接通电源后，555起振，当3脚输出为高电平时，由于LED3正极与电源相连相 当于高电平，负极通过R7与555多谐振荡器的3引脚相连LED3不发光。LED4的正 极相当于高电平，负极与地相接，所以LED4先发光。当3脚输出为低电平时，由于 LED3正极与电源相连相当于高电平，负极通过R7与3脚相连相当
10、于低电平，LED3 发光。而LED4的正极相当于低电平，负极与地相接，所以LED4不发光。从而实现了 电路的轮流眨眼功能。3.2声光双音乐门铃双音单元模块电路设计图4双音单元模块电路由555电路组成的叮咚双音门铃电路如上图4上可见，该电路是一个由555电 路组成的音频振荡器，它的工作状态受4脚的控制。静态时，电源通过R2、R3及 R4向C2充电，C2上端电压接近电源电压。但因脚悬空，电压接近OV，使电路 处于复位状态，振荡电路不能工作。555定时器电路和电阻R2、R3、R4，电容C1组成无稳态音频振荡器，当SW未按 下时，555定时器电路因强制复位4脚通过R1接地呈低电位，电路被复位，振荡器
11、停振。当按下SW时，电源一路经D1向C2充电，使4脚电位升高，当4脚电位大于 0.4V时，振荡器起振。电源一路经R3、R4，向C1充电，这时R2不起作用，C1的充 电时间常数时(R3+R4 ) C1 ,放电时间是R4C1 ,振荡器振荡频率为： F1=1.43/(R3+2R4)C1=1.58KHZ。此时，扬声器发出的时模拟的“叮”声。当打开SW 后，C2向R1放电，仍然能维持4脚的高电平，这时D2反偏载截止，R2被接入振荡 回路，C1的充电时间常数为(R2+R3+R4)C1，放电时间常数仍为R4C1，所以振荡频 率变为F2=1.43/(R2+R3+2R4)C1=1.19KHZ。此时，扬声器发出的
12、是模拟的“咚”声。 最后，因为，开关一直处于断开的状态，随着C2的不断放电，使4脚的电位不断下 降，当下降到0.4V以下时，振荡器停振，这是一个延时的过程，伴着4脚的电位降 至0.4V的这个过程中“咚”声会一直延续直到放电完成，声音消失，电路恢复状态。由上述分析可知，要达到预想的叮咚声效果，电路中各部分的时间协调是关键。 其中主要的就是R2， R3 , R4和C1数值的选择，在实际制作中需要通过实验来确 定。双音电子门铃以555为核心组成多谐振荡器。3.3声光双音乐门铃元器件选择NE555芯片2个，0.5W 80的喇叭1个，黄色发光二极管2个，3K的电阻3个， 20K的电阻2个，10K的电阻1
13、个，2500的电阻2个，47卩F的电容2个，8吓 的电容 1 个, 10n的电容1 个, 100n的电容1个,5.5V的直流电源1 个, 1N4007二极管2 个, 按钮开关1个，电压表一个。3.4声光双音乐门铃系统整体电路图声光双音乐门铃两个单元模块合在一起的电路图如下图5图5声光双音乐门铃整体电路图4声光双音乐门铃设计的仿真实现4.1仿真软件介绍Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不 仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前 最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单 片机爱好
14、者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的 青睐。Proteus从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切 换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电 路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。4.2声光双音门铃设计仿真过程和现象为了更加直观的体现仿真的现象在本仿真中用示波器去显示，当按下门铃开关 时，双闪灯和双音两个电路部分输出的波形情况。如下图，图6为闪烁灯的输出的波 形,图7为双音模块输出的波形，显示双音模块的输出波形时将连接喇叭3脚的线断 开，再将示波器连接到输出端上。-二一I 一 -一二一-图6闪烁灯的输
15、出的波形图图7双音模块的输出的波形图如上图所示在R和C的参数选择合适的情况下以及示波器档位合适的情况下可以使电路仿真出不失真的波形，而且可以在开关闭合的时候发出叮咚的声音。5总结及体会课程设计开始时，思绪较乱，举步维艰，便重拾教材，对知识全面的进行了梳理， 遇到困难向同学和老师请教，打开了思维方式，找到了设计的灵感。思路即出，在课 程设计的过程中我不断发现错误和改正错误。最终实现了声光双音门铃的电路设计。 另外，由于此电路是对电路进行充放电的过程，所以在进行仿真的设计过程中，我对 电路中的电容和电阻进行了不同的换值调试，最终达到了比较理想的结果。像闪光灯 模块电路中通过调节两只保护电阻R6和R7可以控制灯的明亮程度，调节电容C6可 以控制两只LED灯闪烁的频率。双音模块电路中通过调节电容C2可以控制电路放电 的时间即松开按钮后“咚”声的时间。用示波器观察双音模块的输出波形时最好断开 喇叭的接线，不然输出的波形会有点失真，但不太有影响。此次设计的过程中学会了 很多，对仿真软件的更多了解，但也有许多不足，希望以
