课程设计叮咚门铃实验说明书.docx

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课程设计叮咚门铃实验说明书

课程设计任务书

学生姓名：

金亮专业班级：

电信科0801

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

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。

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。

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

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放电时间t12

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充电时间t11

C2放电时间t12

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充电时间t11

C2放电时间t12

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

断开J1A之后：

咚的频率f=1.44/（R2+R3+2R4）*C2=480Hz

C2充电时间t11

C2放电时间t12

C1放电时间t=C1*R1=2.209s

咚声持续的时间为:

2.209s

2.3.4调节数据

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

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

较少

电路的功耗

较大

比较大

较少

布线的复杂程度

中等

复杂

中等

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。

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，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（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。

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充电时间t11

C2放电时间t12

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

断开J1之后：

咚的频率f=1.44/（R2+R3+2R4）*C2=360Hz

C2充电时间t11

C2放电时间t12

C1放电时间t=C1*R1=1.551s

咚声持续的时间为:

1.551s

3.7调节数据

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

3.8元器件功能

R1：

给C1充放电

R2：

J1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J1后，还有电流流过C1使其充电

J1：

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

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：

叮咚门铃电路设计

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？

答：

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？

答：

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。

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

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