555叮咚门铃电路.docx
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555叮咚门铃电路
555叮咚音响电子门铃电路
引言
随着电子器件的发展，门铃也在不断发展。
叮咚音响门铃可以发出悦耳的声音，给人以美的感受。
第一章：
设计整体思路
1.1设计目的
1.掌握555叮咚音响电子门铃电路的组成、工作原理计。
2.了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。
3.学习protel绘图软件和EWB或其他仿真软件设计一个叮咚门铃电路。
4.在设计电路的过程中熟练掌握555定时器以及由他构成的各种电路的结构和用途。
1.2设计要求
设计一个按钮，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。
1.3设计整体思路
开关S是门上的按钮开关，在平日没有按下的时候，C3无法接通不进行充电，因而C3处的电压为0，4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C1通过R2、R3进行充电，充满电后，其电压约为电源电压。
当闭合开关S时，VCC的电流流过二极管D1对C3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C3端电压上升为高电平时，即4端口输入的是高电平，555定时器启动，所以D2、R3和C1组成的多谐振荡器开始工作，输出频率f1。
当断开开关S时，R1和C3组成回路，C3开始放电。
同时R2、R3和C1组成多谐振荡器开始工作，输出频率为f2。
当C3放电完毕的时候，4端口又恢复低电平，555定时器停止工作。
输出端接扬声器，输出端有电流时就会使扬声器发声。
输出端频率不同时，发出的声音就不同。
本电路中设计了两种不同的频率，因此扬声器就会发出“叮”“咚”两种不同的声音。
第二章基本原理和框图
2.1基本原理
2.1.1扬声器原理
当交流音频电流通过扬声器的线圈（在扬声器中又叫做音圈）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中随着音频电流振动起来.而扬声器的振膜和音圈是连在一起的,所以振膜也振动起来.振动就产生了与原音频信号波形相同的声音。
永磁体通过轭铁在磁路的环形气隙中产生一个磁场，和扬声器纸盆相连的音圈插入环形气隙中，永磁体被外部的轭铁所包围，从而可以免遭外界杂散磁场的干扰，反过来也可以减小永磁体磁场对外界的影响，当声音以电流的形式通过磁场时线圈便会因电流强弱的变化产生不同频率的震动，进而带动纸盆发出不同频率和强弱的声音。
如果输入的是直流电压，喇叭就不响，对的,输入的是直流电压喇叭线圈在磁场磁力作用下也不会产生震动,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.但人耳可听见的频率约是20-20000HZ,超出此范围人也听不见.
2.1.2电容原理
电容用在直流电路当中基本都是短接在正负极之间的，如果串联在电路中那就相当于开路，短接在正负及之间的电容有两个作用，一是滤波，在整流桥整流以后容易出现交流干扰，通过电容把交流干扰给短路掉，另外一个作用是降低脉动，整流桥整流出来的直流电如果用示波器来看的话其实跟直流电源的电压是不同的，虽然是直流，电流是由正极流向负极，但是电压是周期性的不断起伏变化的，加电容以后，当电压处于波峰的上升沿的时候电容充电，让电压降低一些，当电压处于下降沿的时候低于电容的电压以后电容放电，所以在示波器的效果上看，电容的作用是不断的削平波峰，填充波谷，这样就使直流电的买动性变小，进过多级滤波电容以后，曲线已经基本接近纯直流电源的一条直线了
2.1.3555定时器工作原理及应用：
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，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OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2/3VCC，同时TR端的电压大于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。
其主要有三个应用：
多谐振荡器单稳态触发器RS触发器
图2555内部电路框图
1脚：
GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
VCC（或VDD）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：
OUT（或Vo）输出端。
4脚：
R是直接清零端。
当R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0.01μF电容接地，以防引入干扰。
2脚：
TR低触发端。
6脚：
TH高触发端。
7脚：
D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。
电阻分压器由三个5kΩ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。
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时基电路的功能表如表1示。
表1555时基电路的功能表
2.1.4由555定时器构成的多谐振荡器的原理
多谐振荡器接线图
接通VCC后，开始时TH=TR=uC0，uO为高电平，放电管截止，VCC经R1、R2向C充电，uC上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。
当uC上升到TH=TR=uC≥2/3VCC时，uO跃变为低电平，同时放电管V导通，C经R2和V放电，uC下降，电路进入暂稳态Ⅱ。
当uC下降到TH=TR=uC≤1/3VCC时，uO重新跃变为高电平，同时放电管V截止，C又被充电，uC上升，电路又返回到暂稳态
555定时器时钟脉冲振荡电路
由图可知，振荡周期
。
为电容充电时间，
为电容放电时间。
充电时间
放电时间
矩形波的振荡周期
因此改变
、
和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。
第三章：
具体电路设计及单元电路
3.1设计的整体电路如图：
3.2一些重要器件的用途
R1:
给C3充放电。
C3:
通过充放电来控制端口4的电压，来控制扬声器工作。
C1：
通过充放电来控制555，使它输出脉波。
C2:
起滤波作用，防止外界干扰。
C4:
通交流隔直流的。
3.3电路的工作过程分析
按下S之后：
电路为由D2、R5、C1组成多谐振荡器，输出频率为f1。
叮的频率f1=1/0.7（R+2R5）*C1=336Hz
（R=0.25千欧，是二极管的电阻）
C1充电时间t11=C1*（R+R5）=0.00225
C1放电时间t12=C1*R5=0.002
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S之后：
电路为由R2、R5、C1组成的多谐振荡器，输出频率为f2。
咚的频率f=1/0.7（R2+2R5）*C1=147Hz
C1充电时间t11=C1*（R2+R5）=0.0077s
C1放电时间t12=C1*R5=0.002s
C1放电时间t=C1*R1=1.41s
咚声持续的时间为:
1.41s
第四章仿真分析
4.1结果仿真图
（1）输出波形
（2）加在充电电容的波形
（3）按住按钮不放，多谐振荡。
4.2仿真结果分析
选取参数要通过反复的实验才能确定，对各项值都有要求。
实验结果并不像我们预期的那样，闭合开关时是持续的“叮”的声音，断开开关时也不是持续一段时间“咚”的声音，而是一直都有很小的间断时间。
其实我们设计实验的时候总是在理想的状态下的，实际中由于种种的影响并不能达到预期的效果
第五章心得体会
有句话叫“眼过千遍，不如手过一遍”。
不管什么时候事实总是会跟想象的有一定的差别，空想是不行的，只有自己亲手去做了，并且在做的过程中认真思考过，才会有意外的收获。
刚开始我还以为这个课题很简单，只要有高低电平输出就行了，没想到在做的过程中参数设定是一个很大的问题。
对于电路图的原理部分很清楚，只是操作中有很多不能达到预期的结果。
通过我们组员之间思考和讨论，尝试了多组数据，最后终于得到比较满意的结果，让我们觉得很有成就感。
这次设计中我对555定时器、扬声器和一些基本元器件有了更加深入的理解和掌握。
通过在网上及相关资料中查找信息，和组员之间的深入探讨，拓展了我的知识面。
还知道了几个关于电子器件的网站，以后遇到什么问题都可以通过自己搜集资料来思考，寻找解决的方法。
这次可以把课本上学习的理论知识可以应用到具体的课题设计中，是我一个很大的进步。
大家一起努力，想出不同的思路，有助于对电路的改进。
大家合作过程中更加深入了解对方，增加了同学之间的友谊。
附录
设计元件：
555定时器一个、扬声器一个、开关一个、不同阻值的电组3个、电容4个、二极管2个
元器件列表
器件名称
型号
参数
个数
555定时器
LM555CM
－
1
扬声器
－
1
开关
－
1
电阻
Ｒ１
30Ｋ
1
Ｒ２
5.7Ｋ
1
Ｒ5
2Ｋ
1
电容
Ｃ１
1uf
1
Ｃ２
10nf
1
Ｃ3
47uf
1
Ｃ4
100H
1
二极管
D1
—
1
D2
—
1
参考文献
【1】韩焱，数字电子技术基础.北京：
电子工业出版社，2009.6
【2】毕满清，模拟电子技术基础.北京：
电子工业出版社.2008.6
【3】毕满清，电子技术实验与课程设计.北京:
机械工业出版社.2005.7
致谢
感谢老师给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结束的时候，能够将学到的知识应用到践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。
也感谢老师和同学给自己的指导和帮助，正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。
最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的老师表示感谢。
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