叮咚门铃说明书.docx
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叮咚门铃说明书
课程设计任务书
学生姓名:
胡磊华专业班级:
电信科0802
指导老师:
吴薇工作单位:
武汉理工大学理学院
题目:
叮咚门铃电路设计
初始条件:
直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具
要求完成的主要任务:
(包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求)
1、技术要求:
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。
2、主要任务:
(一)设计方案
(1)按照技术要求,提出自己的设计方案(多种)并进行比较;
(2)以NE555时基集成电路为主,设计一个叮咚门铃电路(实现方案);
(3)依据设计方案,进行预答辩;
(二)实现方案
(4)根据设计的实现方案,画出电路逻辑图和装配图;
(5)查阅资料,确定所需各元器件型号和参数;
(6)在面包板上组装电路;
(7)自拟调整测试方法,并调试电路使其达到设计指标要求;
(8)撰写设计说明书,进行答辩。
3、撰写课程设计说明书:
封面:
题目,学院,专业,班级,姓名,学号,指导教师,日期
任务书
目录(自动生成)
正文:
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
目录
1.设计指标3
2.设计方案及其比较3
2.1方案一3
2.1.1原理图3
2.1.2电路原理3
2.1.3电路数据4
2.1.4数据计算4
2.1.5调节数据4
2.2方案二5
2.2.1原理图5
2.2.2电路原理5
2.2.3电路数据5
2.2.4数据计算5
2.2.5调节数据6
2.3方案三6
2.3.1原理图6
2.3.2电路原理6
2.3.3电路数据7
2.3.4参数计算7
2.3.5调节数据7
2.4方案比较7
3实现方案8
3.1器件介绍8
3.2原理图10
3.3电路器件10
3.4电路数据10
3.5电路原理10
3.6参数计算11
3.7调节数据11
3.8元器件功能11
3.9布线图12
3.10思考题12
4调试过程及结论13
4.1调试过程13
4.2设计结论13
5心得体会13
6参考文献14
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。
门铃叮咚声的声音频率和声音持续时间可调。
2.设计方案及其比较
2.1方案一
2.1.1原理图
方案一原理图
2.1.2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1、2和音频输出电路组成。
触发控制电路:
由门铃按钮SA、二极管D1、电容器C1和电阻器R1,R2组成。
音频振荡器1:
由四与非门集成电路IC(DA一DD)内部的DA,DB和电阻器R3、电容器C2组成。
音频振荡器2:
由IC内部的DC、DD和电位器RP,电容器C3组成。
音频输出电路:
由电阻器R4、R5、二极管VD2、VD3、晶体管V和扬声器LS组成。
未按SA时,音频振荡器1和2都不工作,扬声器LS不工作。
当按下门铃按钮SA时,C1很快放电,两个音频振荡器一起工作,产生音频信号经VD2、VD3,混合后通过V放大,驱动LS发出“叮”的一声。
当松开SA时,C1快速充电,音频振荡器1不工作,音频振荡器2产生音频信号,经V放大后,驱动LS发出“咚”的一声。
2.1.3电路数据
R1=12k;R2=12k;R3=20k;R4=100k;R5=1k;Rp=6k;C1=47u;C2=0.022u;C3=0.1u
2.1.4数据计算
按下SA发出“叮”:
频率:
f=1/(2.2R3*C2)+1/(2.2Rp*C3)=1790.6Hz
松开SA发出“咚”:
频率:
f=1/(2.2Rp*C3)=757.6Hz
C1充电的时间:
t=C1*R2=1.128s
“咚”声持续的时间为1.128s
2.1.5调节数据
“叮”的频率:
减小R3、Rp、C2、C3,频率变大,反之则变小;
“咚”的频率:
减小Rp、C3,频率变大,反之变小;
“咚”声持续的时间:
减小C1、R2,则持续时间变短,反之变长。
2.2方案二
2.2.1原理图
方案二原理图
2.2.2电路原理
该电路以一块NE555D芯片为核心组成的叮咚门铃。
NE555D和R1、R2、R3、D1、D2、C2组成多谐振荡器,SA是门铃的按钮开关。
未按SA时,C2通过R2、R3充电,C2处两端电压接近电源电压。
由于D1、D2的未导通,C1不充电,所以C1两端电压为0,这使得NE555D的4端口处于低电平。
NE555D的4端口是复位端,低电平能够使它复位,所以3端口输出为0,扬声器不工作。
按下SA时,D1正向导通,电源通过R1向C1充电,使C1两端电压升高,NE555D的4端口为高电平,不能复位。
同时,C2则通过R3向NE555D的7端口放电。
D1、D2、C2、R3以及NE555和C3构成多谐振荡器,此时扬声器工作发出“叮”的一声。
松开SA时,充满电的C1开始放电,R2、R3、C2和NE555D构成多谐振荡器,此时扬声器工作发出“咚”的一声,直至C1放完电。
2.2.3电路数据
R1=10k;R2=10k;R3=5.6k;R4=150;C1=100u;C2=0.1u;C3=0.01u;VCC=4.5V
2.2.4数据计算
按下SA发出“叮”:
频率:
f=1.44/(2R+2R3)*C2=1230Hz(R为二极管导通后电压,约为150欧)
松开SA发出“咚”:
频率:
f=1.44/(R2+2R3)*C2=680Hz
C1放电时间:
t=C1*R1=1s
咚声持续的时间为1s
2.2.5调节数据
“叮”的频率:
减小R、R3、C2,频率变大,反之变小;
“咚”的频率:
减小R2、R3、C2,频率变大,反之变小;
“咚”声持续的时间:
减小C1、R1,则持续时间变短,反之变长。
2.3方案三
2.3.1原理图
方案三原理图
2.3.2电路原理
按下SA时,D2正向导通,电源通过D2对C1经行充电,使C1两端电压升高,NE555D的4端口为高电平,不能复位。
同时C2直接向NE555D的7端口放电,C2两端的电压开始下降。
当其电压由VCC下降到2/3VCC时,放电管导通,NE555D的3端口输出为低电平。
但是,当其电压下降到1/3VCC时,放电管不导通,C2开始充电。
此时,NE555D的3端口理论上应输出高电平,但由于控制NE555D4端口的电容C1的电压还没有到达充好点,所以NE555D的4端口为低电平。
这使得NE555D的3端口强制输出为0,扬声器不工作。
而当C1的电压到达充好点后,NE555D的4端口为高电平,此时NE555D的3端口便输出脉冲,使得扬声器开始工作发出“叮”的一声。
松开SA时,D1、D2不导通,此时电源只能通过R2、R3、R4对C2充放电,这时总的电阻值发生了改变,使得NE555D输出信号的频率发生改变,发出“咚”的一声,直至C1放完电。
2.3.3电路数据
R1=10k;R2=33k;R3=10k;R4=10K;C1=47u;C2=0.01u;C3=0.1u;C4=100u;VCC=6V
2.3.4参数计算
按下SA发出“叮”:
频率f=1.44/[(R+R3+2R4)*C2]=4776.1Hz(R为二极管导通后电压,约为150欧)
松开SA发出“咚”:
频率:
f=1.44/[(R2+R3+2R4)*C2]=2285.7Hz
C1放电时间:
t=C1*R1=0.47s
"咚"声持续的时间0.47s
2.3.5调节数据
“叮”的频率:
减小R、R3、R4、C2,频率变大,反之变小;
“咚”的频率:
减小R2、R3、R4、C1,频率变大,反之变小;
“咚”声持续的时间:
减小C1、R1,则持续时间变短,反之变长。
2.4方案比较
器件个数:
方案二、三使用较少,方案一较多;
电路功耗:
方案三较少,方案二较大,方案一比较大;
布线复杂程度:
方案二、三复杂程度中等,方案一比较复杂;
反应速度:
方案三很快,方案二比较快,方案一较慢;
电路造价:
方案三便宜,方案二次之,方案三造价高。
总结:
综上所述,方案三从各方面来看都是很好的选择,因此将方案三定为实现方案。
3实现方案
3.1器件介绍
NE555D的介绍
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。
NE555是双极性器件的集成电路。
NE555D参数如下:
工作电压(V):
4.5~16
输出电流(mA):
±200
定时范围:
10μs~hours
最大工作频率(kHz):
500
功耗(mW):
1000
封装/温度:
8SOIC/0℃~70℃
描述:
通用定时器
NE555的内部结构
NE555的管脚分布图
NE555的工作表
工作曲线图
3.2原理图
实现方案原理图
3.3电路器件
NE555D一片、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=10k;R2=33k;R3=10k;R4=10K;C1=47u;C2=0.01u;C3=0.1u;C4=100u;VCC=6V
3.5电路原理
按下SA时,D2正向导通,电源通过D2对C1经行充电,使C1两端电压升高,NE555D的4端口为高电平,不能复位。
同时C2直接向NE555D的7端口放电,C2两端的电压开始下降。
当其电压由VCC下降到2/3VCC时,放电管导通,NE555D的3端口输出为低电平。
但是,当其电压下降到1/3VCC时,放电管不导通,C2开始充电。
此时,NE555D的3端口理论上应输出高电平,但由于控制NE555D4端口的电容C1的电压还没有到达充好点,所以NE555D的4端口为低电平。
这使得NE555D的3端口强制输出为0,扬声器不工作。
而当C1的电压到达充好点后,NE555D的4端口为高电平,此时NE555D的3端口便输出脉冲,使得扬声器开始工作发出“叮”的一声。
松开SA时,D1、D2不导通,此时电源只能通过R2、R3、R4对C2充放电,这时总的电阻值发生了改变,使得NE555D输出信号的频率发生改变,发出“咚”的一声,直至C1放完电。
3.6参数计算
按下SA发出“叮”:
频率f=1.44/[(R+R3+2R4)*C2]=4776.1Hz(R为二极管导通后电压,约为150欧)
松开SA发出“咚”:
频率:
f=1.44/[(R2+R3+2R4)*C2]=2285.7Hz
C1放电时间:
t=C1*R1=0.47s
"咚"声持续的时间0.47s
3.7调节数据
“叮”的频率:
减小R、R3、R4、C2,频率变大,反之变小;
“咚”的频率:
减小R2、R3、R4、C1,频率变大,反之变小;
“咚”声持续的时间:
减小C1、R1,则持续时间变短,反之变长。
3.8元器件功能
R1:
给C1充放电
R2:
SA断开后,给C2充电
R3:
SA断开后,给C2充电
R4:
SA断开后,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
NE555D:
作为多谐振荡器,发出脉冲波
3.9布线图
实现方案布置
3.10思考题
1、方案一中,R4对扩音器有哪些影响?
答:
R4与扩音器,三极管直接连在电源两端,使用R4可以控制这条支路的电流,保护扩音器和三极管。
同时,电阻小,电流大,扩音器的音量就大,反之变小。
2、方案二中,C2的改变对那些参数有影响?
答:
减小C2,“叮”的频率变大,反之变小;减小C2,“咚”频率变大,反之变小。
4调试过程及结论
4.1调试过程
在整个调试过程中,没有出现大的问题,整体来说十分顺利。
其一,R1接线有错误,导致没有输出。
通过检查线路,很检查出来的。
由于接线的失误,R1没有有效接入电路,使得电路有断路的地方。
其二,是二极管正负极介入错误。
由于没有使用过IN4007这种整流二极管,文能很好的分清正负极。
测试电路时,扩音器始终工作,我判断是二极管没有工作。
将二极管调换正负极接入。
再测试,此时,电路正常工作,发出悦耳的“叮咚”声,调试最终结束。
4.2设计结论
设计电路,应该根据设计要求,搜寻充分的资料。
在此基础上挑选出合适的几种方案。
然后将选出的几种方案进行更细致的比较,选择出最适合的方案,得到最终方案。
在实现方案的过程中,即测试过程时,要先进行细致的检查,避免短路的出现。
在全方面的测试和调试后,确定参数,得到最完美的电路。
5心得体会
现在,我即将步入大三。
然而专业课程学得并不多,相关的知识用的地方也不多。
然而,这次的课程设计,让我的所学有了用武之地,并真正体会到了学习的快乐。
此次课程设计,差不多二个星期的时间。
两个星期以来,查资料,与同课题的同学探讨问题,设计电路,发现问题,解决问题......上大学以来,积极主动的学习的时间不多,而这次绝对是其中之一。
或许是能够做出一件成品,让自己有了学习的动力。
当然,其中也暴露了很多的问题,理论知识不扎实,实践动手经验还不够好等。
这些都亟待解决。
这次,我的题目是设计叮咚门铃电路。
学这个题目的时候就是觉得这个东西是生活常用的,所以才第一个就选了它。
通过上网及其他途径,我查阅了大量的门铃相关资料,发现门铃的设计电路有很多。
其主要的部件就是多谐振荡器及扩音器,通过改变振荡器的电阻或电容,就能改变输出脉冲的频率,使扩音器发出不同的声音,实现“叮咚”门铃声。
了解主要原理后,我开始着手设计。
针对设计要求,我给出了三种方案,一种是两个与非门组成的多频振荡器,另两种是以NE555D为核心的。
设计期间,我通过邮件向指导老师询问了两个问题,虽然都不是什么大的问题,但至少让我少走了弯路。
在此,谢谢老师的帮助。
设计完电路后,要对它们进行方案比较。
从器件个数、电路功耗、布线复杂程度、反应速度、
电路造价等五个方面来看,我选择了第三个方案。
它是最优方案,器件个数少,功耗低,布线相对简单,反应速度快,造价也合理。
所以,我的实现方案就是第三个方案了。
在测试电路的时候,由于设计充分,没有出现什么大的问题,很快就实现了“叮咚”声的设计目标。
根据理论计算,调整电阻电容值,使声音悦耳后,确定了器件参数。
最后,我修改美化了面包板,去掉飞线,剪掉器件过长的引脚,使电路合理美观。
在离开实验室之前,我又连了一次电路,把它用手拍下来,我要保存它,毕竟是我的第一次设计的作品,而且它让我体会到了设计的快乐。
6参考文献
【1】张健.数字电路逻辑设计.科学出版社.2006
【2】伍时和.数字电子技术基础.清华大学出版社.2009年4月
【3】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
【4】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
【5】吴友宇.模拟电子技术基础.清华大学出版社.2009年4月
【6】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
【7】XX文库.
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目:
课程设计答辩或质疑记录:
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
30%
说明书
及答辩
说明书撰写的规范性
答辩
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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