简易门铃课程设计Word格式.docx
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近代市民最常见的“门铃”是电子类的占多数。
最常见的是前几年流行的“电子门铃”;
一般安放两节5号电池在内,门外的触发电钮被人按动后,门内的“门铃”就“嘀嘟”地响几声。
也有的是由IC片播放一段电子音乐的。
后来演变到客人可以在门口与楼上家里的主人讲话,验明真声后主人再给客人开门。
它们的缺点就是要消耗电源,特别是用电池的毛病较多,但用交流电的又怕临时停电。
高级公寓里的“门铃”算是这类中造价最昂贵的,不但可以叫门对话,还可以通过摄像头让家中的主人在屏幕上看到远在门外楼下的来客,用这样的“门铃”顺便监看放在楼下的车辆倒也不错。
“铃当门铃”可谓是反朴归真的典型绿色用品,无需用电安全可靠,经济耐用简便悦耳,不耗电池有利环保,还可以做成双音或装饰品外形美化环境,值得在社会上推广使用。
1.2课程设计目的
电子技术课程设计是电子技术课程的总结,是培养综合运用本门课程及有选修课程的基本知识去解决某一实际问题的基本训练,可以加深对本门课程知识的理解。
通过课程设计,主要训练和培养以下能力:
(1)查阅资料:
搜集与本设计有关资料的能力。
(2)方案的选择:
树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力。
(3)用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
1.3课程设计的任务和要求
(1)采用多谐振荡电路来制作一简易的“叮-咚”门铃电路。
(2)“叮”声持续时的音频设置在1600HZ左右,“咚”声持续音频设置在1100HZ左右。
(3)用555定时器。
2“叮-咚”门铃电路设计的方案
2.1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。
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。
2.2NE555简介
555集成电路开始是作定时器应用的,所以又叫555定时器或555时基电路。
但后来经过开发,它除了作定时延时控制外,还可用于调光、调压、调速等多种控制及计量检测。
此外,还可组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路,用于语交流信号源、电源变化、频率变换、脉冲调制等。
由于它工作可靠、使用方便、价格低廉,目前被广泛用于各种电子产品中,555集成电路内部有几十个元器件,有分压器、比较器、放电管以及缓冲器等,电路比较复杂,是摸拟电路和数字电路的混合体。
555定时器是一种将模拟功能和逻辑功能结合在同一块芯片上的集成电路,8脚封装。
最初由美国SIGNETICS公司在1972推出投放市场,很快得到广泛应用,也因为应用广泛,许多其它公司也推出了功能一样的类似型号。
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时基电路主要有3种基本应用。
2.2.1多谐振荡器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器
(1)电路组成及工作原理如下所示:
图2.2.1555定时器组成的多谐振荡器
与非门作为一个开关倒相器件,可用以构成各种脉冲波形的产生电路。
电路的基本工作原理是利用电容器的充放电,当输入电压达到与非门的阈值电压VT时,门的输出状态即发生变化。
因此,电路输出的脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值。
(2)振荡频率的估算
1电容充电时间T1T1=0.7(R1+R2)C
2电容放电时间T2T2=0.7R2C
3电路振荡周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
4电路振荡频率ff=1/T=1.43/(R1+2R2)C
5输出波形占空比qq=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)
2.2.2单稳态触发器
(1)电路组成和工作原理
图2.2.2555定时器组成的单稳态触发器
如图2.2.2为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。
D为钳位二极管,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开关管T导通,输出端Vo输出低电平,当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。
并使2端电位瞬时低于
,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个稳态过程,电容C开始充电,Vc按指数规律增长。
当Vc充电到
时,高电平比较器动作,比较器A1翻转,输出Vo从高电平返回低电平,放电开关管T重新导通,电容C上的电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,恢复稳定,为下个触发脉冲的来到作好准备。
2.3NE555的特点及内部结构
2.3.1NE555的特点
(1)只需简单的电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广,可由几微秒至几小时之久。
(2)它的操作电源电压范围极大,可与TTL,CMOS等逻辑电路配合,也就是它的输出准位及输入触发准位,均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
(3)其输出端的供给电流大,可直接推动多种自动控制的负载。
(4)它的计时精确度高、温度稳定度佳,且价格便宜。
(5)静态电流最大值VCC=5V,RL=∞=6mAVCC=15V,RL=∞=15mA
2.3.2NE555芯片内部结构图
NE555芯片内部结构图如图2.3.2
图2.3.2555集成电路内部电路图
2.3.3NE555引脚图及功能说明
NE555各脚功能-管脚图如下图2.3.3
图2.3.3NE555各脚功能-管脚图
Pin1(接地)-地线(或共同接地),通常被连接到电路共同接地。
Pin2(触发点)-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3VCC,下缘须低于1/3VCC。
Pin3(输出)-当时间周期开始555的输出输出脚位,移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200mA。
Pin4(重置)-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器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。
Pin5(控制)-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin6(重置锁定)-Pin6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin7(放电)-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力,当输出为ON时为LOW,对地为低阻抗,当输出为OFF时为HIGH,对地为高阻抗。
Pin8(V+)-这是555个计时器IC的正电源电压端。
供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
2.3.4NE555的工作表
由以上说明可知NE555的工作表如下表所示:
其工作表如表一:
3门铃电路的工作原理
3.1电路原理
图3-1方案三原理图
SA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。
当按下SA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。
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(其频率值在后面给出)(C2的充放电过程不断的重复进行)。
当松开SA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。
3.2参数计算
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
电路数据如下:
R1=47k;
R2=30k;
R3=10k;
R4=10k;
C1=47u;
C2=0.05u;
C3=50u;
VCC=6V
按下SA之后:
叮的频率f=1.44/(R+R3+2R4)*C2=1000Hz(R为二极管导通后电压,约为150欧)
C2充电时间t11<
C2*(R3+R+R4)=0.001s(R为二极管导通后电压,约为150欧)
C2放电时间t12<
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
松开SA之后:
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
咚声持续的时间为:
2.209s
3.3数据调节
叮的频率:
减小R、R3、R4,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、R4,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。
元器件功能:
R1:
给C1充放电
R2:
SA断开后,给C2充电
R3:
给C2充电
R4:
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
C4:
滤波,使扬声器接收到稳定的脉冲波
D1、D2:
防止闭合SA后,还有电流流过C1使其充电
SA:
开关按钮,控制“叮咚”声的开始和叮声的结束
扬声器:
发出叮咚声的设备
NE555:
作为多谐振荡器,发出脉冲波
3.4布线图
图3.4实现方案布线图
4仿真与调试
4.1仿真
利用Multism7仿真软件绘制电路图,仿真图如下,经过仿真后分析,仿真结果基本符合设计要求。
图4.1仿真图
4.2调试
连接好电路之后,首先用万用表对各个路径进行测试,将万用表调到欧姆档,检查电路有没有挡路或短路。
在进行这一步测试时,我们发现这个电路接线存在问题,中间少了一根将NE555的7端口和3端口相连的线,这导致我们测7端口的电阻时,万用表显示的是无穷大的标志,于是我们去检查电路,马上发现了问题,并把它立刻解决了。
然后,我们接通电源,按下开关,很顺利的第一次接电源就听到了“叮咚”的声响,这让我们觉得电路时成功的。
但是,不久我们就发现了这个电路也是存在问题的,我们设计的电路产生叮咚声的频率比较的接近,和现实生活中大家认定的叮咚声有一定的出入。
为了让叮咚声接近现实,我们将更换电阻大小,将叮的频率提高。
但是实验室的电阻有限,没有我们所需要的电阻,于是我们将电阻并联得到我们所需的较小的电阻。
最终我们所需要的铃声,叮当声的频率被调到了合适的频率。
调试最终结束。
5设计心得
经过两个星期的课程设计,过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过,也曾一度热情高涨。
从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情,点点滴滴无不令我回味无长。
这次,我设计的是叮咚门铃电路,叮咚门铃是我们日常生活中最常见的电路,但是讲其实际化对于我这种初等的设计者还是有一定的难度的。
首先我看到这个题目,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,至少扩展了我的知识库。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最后在老师的辛勤指导下,终于游逆而解。
同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢!
同时,对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢。
参考文献
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[4]张健《数字电路逻辑设计》[M].科学出版社.2006
[5]谢自美《电子线路设计·
实验·
测试》[M].华中科技大学出版设.2006
[6]王公望《现代电子电路应用基础》[M].西安电子科技大学出版社.2005(6)
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- 简易 门铃 课程设计