课程设计叮咚门铃实验说明书Word格式文档下载.docx
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1、技术指标;
2、设计方案及其比较;
3、实现方案;
4、调试过程及结论;
5、心得体会;
6、参考文献
成绩评定表
时间安排:
课程设计时间:
18周-19周
18周:
明确任务,查阅资料,提出不同的设计方案(包括实现方案)并答辩;
19周:
按照实现方案进行电路布线并调试通过;
撰写课程设计说明书。
指导教师签名:
年月日
系主任(或负责老师)签名:
年月日
叮咚门铃电路设计
1.设计指标
设计一个叮咚门铃电路,设一个按钮,按下按钮时发出门铃的较高频率“叮”声,松开按钮,发出较低频率的“咚”声。
正常人听力范围在20Hz~20000Hz,而1000Hz~5000Hz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,声音持续时间要求适合。
电路最好能功耗低。
2.设计方案及其比较
2.1方案一
2.1.1原理图
1.方案一原理图
2.1.2电路原理
此电路是以NE555为核心组成的叮咚门铃电路。
NE555和R1、R2、R3、D1、D2、C2组成了一个多谐振荡器,SA是门上的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C2通过R2R3充电,C2处电压接近电源电压。
由于D1D2的阻截,C1没法充电,因此C1处电压为零,使NE555的4端口一直处于低电平,而NE555的4接口是复位段,低电平使其复位,所以3端口输出为0,扬声器不响。
当闭合J1A时,D1正向导通,通过R1向C1充电,C1处电压升高,NE555的4端为高电平,无法复位,于此同时,C2则通过R3向NE555的7端口放电,它们以及NE555和C3构成了一个多谐振荡器,此时f=1.44/(R+2R3)C2约等于1252Hz(R为D1D2的电阻,约为400欧)
松开J1A时,已经充满电的C1开始放电,R2、R3、C2和NE555构成一个多谐振荡器,此时f=1.44/(R2+2R3)C2约等于680Hz
2.1.3电路数据
R1=10k;
R2=10k;
R3=5.6k;
R4=150;
C1=100u;
C2=0.1u;
C3=0.01u;
VCC=6.0V
2.1.4数据计算
按下J1A之后:
叮的频率f=1.44/(2R+2R3)*C2=1252Hz
C2充电时间t11<
C2*(R3+2R)=0.00059s
C2放电时间t12<
C2*R3=0.00056s
由于叮间隔的间隔特别的小,人耳无法分辨出间断的叮声,所以人们听到的是持续的叮声
松开J1A之后:
咚的频率f=1.44/(R2+2R3)*C2=680Hz
C2*(R3+R2)=(1.56e-3)s
C2*R3=(5.6e-4)s
C1放电时间t=C1*R1=1s
咚声持续的时间为:
1s
2.1.5调节数据
叮的频率:
减小R、R3,频率变大,反之则变小;
减小C2,频率变大,反之则变小
咚的频率:
减小R2、R3,频率变大,反之则变小:
减小C1,频率变大,反之则变小
咚声持续的时间:
减小C1、R1,则持续时间变短,反之则变长
2.1.6元器件功能
R1:
给C1充放电
R2:
J1A断开后,给C2充电
R3:
给C2充放电
C1:
充放电控制NE555的4端口的,来控制扬声器的工作
C2:
充放电来控制NE555,使其发出脉冲波
C3:
滤波,防止干扰
D1、D2:
防止闭合SA后,还有电流流过C1使其充电
J1A:
开关按钮,控制“叮咚”声的开始和叮声的结束
扬声器:
使其发出叮咚的声音
2.2方案二
2.2.1原理图
2.方案二原理图
2.2.2电路原理
该叮咚电子门铃电路由触发控制电路、音频振荡器A,音频振荡器B和音频输出电路组成。
触发控制电路:
由门铃按钮J1A、二极管D1、电容器C2和电阻器R1,R2组成
音频振荡器A:
由四与非门集成电路和电阻器R3、电容器C3组成
音频振荡器B:
由与非门和电位器R4,电容器C4组成
音频输出电路:
由电阻器R4、R5、二极管D2、D3和扬声器组成。
平时,两个音频振荡器均不工作,扬声器不发声。
当客人按下门铃按钮S时,C2快速放电,两个音频振荡器同时工作,产生的音频信号经D2,D3混合后,驱动扬声器发出“叮”声。
当客人松开J1A时,C2快速充电,音频振荡器A停止工作,音频振荡器B产生的音频信号推动扬声器发出“咚”声
2.2.3电路数据
R1=12k;
R2=12k;
R3=20k;
R4=6k;
C1=47u;
C2=0.022u;
C3=0.1u;
C4=100u
2.2.4数据计算
闭合J1A后:
叮的频率:
f=1/(2.2R3*C3)+1/(2.2R4*C4)=1790.6Hz
断开J1A之后:
咚的频率:
f=1/(2.2R4*C4)=757.6Hz
C1充电的时间:
t=C1*R2=1.128s
咚声持续的时间为1.128s
2.3方案三
2.3.1电路原理图
3.方案三原理图
2.3.2电路原理
J1是门上的按钮开关,在平日没有按下的时候,C1无法接通不进行充电,因而C1处的电压为0,
NE555的4端口(复位端)一直处于低电平,导致3端口输出一直为0,扬声器无法工作。
而C2通过R2、R3、R4进行充电,充满电后,其电压约为电源电压。
当闭合J1时,VCC的电流流过二极管对C1经行充电,其两端电压升高,4端口的电压也开始逐渐升高。
同时C2开始对端口7进行放电,电容的电压下降,当其由VCC下降到2/3的VCC时,放电管导通,3端口输出为低电平,但当下降到1/3VCC时,放电管截止,C2则开始充电,3端口理应输出高电平,但是由于控制4端口的电容C1的电压还没有充好点,4端口仍旧输出0使输出端口3强制输出0,扬声器不工作。
当C1充好电之后,4端口为高电平,然后输出端3即可输出1,这时扬声器可以工作,发出“叮”的响声(C2的充放电过程不断的重复进行)。
当断开J1时,VCC则不能通过二极管对C2充放电,只能通过R2、R3、R4充放电,由于电阻值的改变,使其频率发生改变,电阻变大,频率变低,发出“咚”的声响。
与此同时,C1开始放电,当使其的电压不断下降,最终4端口输入为低电平,强制将其复位,扬声器不再工作。
2.3.3参数计算
闭合J1A之后:
叮的频率f=1.44/(R+R3+2R4)*C2=1000Hz
C2*(R3+R+R4)=0.001s
C2*R4=(5.0*e-5)s
叮的时间间隔十分的小,因此人耳无法分辨间断的叮声,所以人听到的是持续的叮声
咚的频率f=1.44/(R2+R3+2R4)*C2=480Hz
C2*(R3+R2+R4)=0.0025s
C2*R4=0.0005s
C1放电时间t=C1*R1=2.209s
2.209s
2.3.4调节数据
减小R、R3、R4,频率变大,反之则变小;
减小R2、R3、R4,频率变大,反之则变小:
2.4方案比较
1.方案比较表
方案一
方案二
方案三
器件的数目
较少
多
电路的功耗
较大
比较大
布线的复杂程度
中等
复杂
反映速度
比较快
较慢
很快
造价
较便宜
高
便宜
综上:
选择方案三作为实现方案
3.实现方案
3.1器件介绍
NE555的介绍
NE555(TimerIC)大约在1971年由SigneticsCorporation发布,在当时是唯一非常快速且商业化的TimerIC,在往后的30年來非常普遍被使用,且延伸出许多的应用电路,尽管近年來CMOS技术版本的TimerIC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用,但原规格的NE555依然正常的在市场上供应,尽管新版IC在功能上有部份的改善,但其脚位劲能并没变化,所以到目前都可直接的代用此芯片内使用了3个精度较高的5K分压电阻,型号由此而得名。
NE555是双极性器件的集成电路,内含2个555电路的型号为NE556,为14脚。
另有CMOS工艺的7555和7556。
NE555电压使用范围为4.5V-18V.7555则为3V-15V。
NE555时基电路主要的基本应用
单稳态多谐振荡器MonostableMutlivibrator
无稳态多谐振荡器AstableMultivibrator
4.NE555的内部结构
5.NE555的管脚分布图
2.NE555的工作表
6.工作曲线图
3.2原理图
7.实现方案原理图
3.3电路器件
电阻4个、电容4个、直流电源、按钮开关、扬声器、二极管2个
3.4电路数据
R1=33k;
R2=10k;
R3=10k;
R4=10k;
C1=47u;
C2=0.1u;
C3=0.01u;
VCC=6V
3.5电路原理
J1是门上的按钮开关,在平日没有按下的时候,C1无法接通不进行充电,因而C1处的电压为0,NE555的4端口(复位端)一直处于低电平,导致3端口输出一直为0,扬声器无法工作。
当闭合J1时,当VCC的电流流过二极管对C1经行充电,其两端电压升高,4端口的电压也开始逐渐升高。
当C1充好电之后,4端口为高电平,然后输出端3即可输出1,这时扬声器可以工作,发出
“叮”的响声(C2的充放电过程不断的重复进行)。
3.6参数计算
闭合J1之后:
叮的频率f=1.44/(R+R3+2R4)*C2=478Hz(R为二极管导通后电压,约为150欧)
C2*(R3+R+R4)=0.002s
C2*R4=0.001s
断开J1之后:
咚的频率f=1.44/(R2+R3+2R4)*C2=360Hz
C2*(R3+R2+R4)=0.004s
C1放电时间t=C1*R1=1.551s
1.551s
3.7调节数据
3.8元器件功能
J1断开后,给C2充电
给C2充电
R4:
给C2充放电
C4:
滤波,使扬声器接收到稳定的脉冲波
防止闭合J1后,还有电流流过C1使其充电
J1:
发出叮咚声
NE555:
作为多谐振荡器,发出脉冲波
3.9布线图
8.实现方案布线图
3.10思考题
能否用其它芯片实现本设计功能,如果能,给出电路原理图并分析其工作原理?
答:
见方案二,就是用74LS00芯片做的振荡器,由触发控制电路、音频振荡器A,音频振荡器B和音频输出电路组成
来实现叮咚门铃的功能的方案。
4.调试过程及结论
4.1调试过程
调试过程整体来说比较顺利。
我连接好电路之后,先用万用表将电路的各个之路经行测试,检查有没有短路或者断路,检查的方法就是将万用表调到欧姆挡,测试各支路的短路。
然后接通了电源,开关,就听到了“叮咚”的声响,第一次就成功了。
但是,我也发现了电路的问题,就是由于叮咚声的频率比较的接近,区别不够明显。
为了让叮咚声更加的符合实际,我更换了电阻,将叮的频率提高。
最终将叮咚声调到了适合的频率。
调试最终圆满结束。
4.2设计结论
设计应当从各方面着手对设计电路进行考虑,多设计几种方案进行比较,选择出最适合的方案或者将多种方案好的地方结合,得到最终的实现方案。
在实现方案的过程中,要进行全方面的考察和调试,得到最优电路。
5.心得体会
这次课程设计历时两周,而且是在考试周,在紧急匆忙的时光中,我受益良多。
而且也发现了自己对动手操作的喜爱和强烈的兴趣,从动员大会到预答辩到调试每个环节令人记忆犹新,在动手中的确可以学到很多书本上学不到的或者忘记了的知识。
其实我开始想选电子琴的,但是没得选了,出于对韵律的喜爱,我选择了同样差不多原理的叮咚门铃电路设计,这是个很常见的问题,首先看到这个题目,我就开始收集大量的资料,包括555芯片的原理,各种多谐振荡器,以及人的听力范围等等与课程设计相关的各类知识,我了解了好多我之前不知道或者没注意的知识以及消息,我相信这也是对我的一种提高啊,至少扩展了我的知识库。
设计过程也比较容易,实质就是多谐振荡器。
所以设计不会很难,但是很多基础的知识都忘了,拿到元件后,我花了很长时间查各器件的功能引脚,详细了解了每个元件的功能后,我为了使布线图美观和布线最优,我花了半小时用铅笔花布线图,准备工作做好后,万事俱备,很快就把线连好了,正因如此,我感觉自己的布线还比较美观和简练,由于老师只给了一个喇叭和万用表,为了自己调试,我们买了几节电池,自己用纸卷着充当电源,
当听到清脆的叮咚声时,喜悦的心情溢于言表,理论联系实际给人对知识一种积极向上的对知识的渴望,只是连线的时候,我以为元器件管脚不能剪,方便以后别人继续使用,造成了许多跳线,在老师的提示下,修改了一下,剪掉跳线。
圆满的完成了任务。
这是一次令人难忘的经历。
此次实验取得了圆满的成功,起码对于我来说是这样,通过这次实验,开阔了我的视野,对动手的兴趣越来越浓,很想独立的完成一些小制作,我打算以后经常进行动手这方面的尝试,开拓自己的眼界和操作能力,提高自己的动手制作能力,在动手中学习,再动手中成长收获。
6.参考文献
【1】谢自美.电子线路设计·
实验·
测试(第三版).华中科技大学出版设.2006年8月
【2】王公望.现代电子电路应用基础.西安电子科技大学出版社.2005年6月
【3】高广任.现代数字电路与逻辑设计解题及教学参考.清华大学出版社.2005年11月
【4】伍时和.数字电子技术基础.清华大学出版社.2008年8月
本科生课程设计成绩评定表
姓名
金亮
性别
男
专业、班级
电信科0801
课程设计题目:
课程设计答辩或质疑记录:
1,叮咚门铃“叮”的频率与哪些因素有关?
J1是门上的按钮开关,在平日没有按下的时候,NE555的4端口(复位端)一直处于低电平,导致3端口输出一直为0,而C2通过R2、R3、R4进行充电,当闭合J1时,VCC的电流流过二极管对C1经行充电,二极管,NE555,R2,R3,C2构成震荡电路,扬声器发出叮声。
叮的频率f=1.44/(R+R3+2R4)*C2,其中R是二极管导通的等效电阻。
由f=1.44/(R+R3+2R4)*C2可得。
叮的频率与R,R3,R4,C2有关。
2,叮咚门铃发出声音“叮”的时间与哪些因素有关?
而C2通过R2、R3、R4进行充电。
C2充电时间t11=0.7C2*(R3+R+R4)。
当闭合J1时,当VCC的同时C2开始对端口7进行放电。
C2放电时间t12=0.7C2*R4。
C2的充放电过程不断的重复进行。
电流流过二极管对C1经行充电,其两端电压升高,4端口的电压也开始逐渐升高。
叮的时间间隔十分的小,因此人耳无法分辨间断的叮声,所以人听到的是持续的叮声。
C2放电时间与C2,R4有关。
成绩评定依据:
评定项目
考察点
分数
所占比例
折合分数
总成绩(百分制)
方案设计
及预答辩
设计方案的合理性
答辩
30%
电路布线
及调试
电路布线的合理性
电路的调试
说明书
及答辩
说明书撰写的规范性
40%
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
..
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- 课程设计 叮咚 门铃 实验 说明书