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1、 XX科技学院数字电子技术课程设计题 目 数字门铃制作 学生姓名 王 志 超 专业班级 电动3班 学 号 xxx 院 （系） 电气工程学院 指导教师 月 英 完成时间 2014年4月13日 目 录1 引言12 课程设计的任务与要求22.1 设计任务22.2 设计要求23 设计方案与论证33.1 变音门铃的方案与论证33.2 变音门铃的原理方框图64 设计原理与功能说明64.1 变音门铃器件的介绍与选用64.2 总体设计电路图105 555数字门铃的制作与仿真115.1 制作的细节与操作115.2 变音门铃的仿真116 总结12参考文献13附录一：总体电路原理图14附录二：元器件清单15附录三：
2、产品实物图161 引言“门铃”的作用顾名思义就是提醒主人开门。“门铃”这玩意在中国古代较少听说，有钱的大户人家是在大门上装有装饰性的门环，叫门的人可用门环拍击环下的门钉发出较大的响声，有现代“门铃”的作用。“门铃”在外国电影的古代片中常有出现，也多是有钱的人户在门前吊着一只硕大的青铜手柄。马车夫将客人送到门前的时候，会顺便拉拉它牵动里面的铃当以示来人。 在近代“门铃”不再是有钱人家的专项，“门铃”已在平民百姓人家广泛普遍应用。各式各样的“门铃”比比皆是，“门铃”的作用也不仅仅是局限敲门。随着人们生活质量的提高，原始的门铃远远不能满足现代生活的需要，人们需要更人性化、个性化、趣味化、智能化的居家
3、门禁系统，可以使人们在外出时不会错过一些来访客人的重要信息，正是基于这种思想，在总结单纯的“叮咚”门铃和语音门铃的基础上设计了将两者结合起来，真正实现在较高的性价比基础上实现了系统的人性化，智能化。随着电子技术的飞速发展，80年代出现了电子集成电路。这是一种封装在小型印刷电路板上的大规模集成电路。当触发输入的一个触发信号，它就会按内部存储好的程序，发出一曲优美动听的音乐。近年来，又出现了内存语言程序或声响程序的集成电路，触发后，会发出“谢谢光临”、“请注意倒车”、“抓小偷”等语言声或模拟动物叫声、叮咯声、警笛声等声响。这种集成电路已被广泛应用于电子玩具、门铃、钟表或报警装置上。2 课程设计的任
4、务与要求2.1 设计任务利用NE555芯片制作一个夜间变音数字门铃，当按下开关的时候，扬声器能发出声音并且LED灯亮起来，从而提醒人们，知道外面有人来。能够自主的熟悉自己课题的设计与制作，并且在设计中将理论与实际联系起来，设计出最符合课程设计要求的方案，按方案设计出555数字门铃。学会分析问题和解决问题，一定要做到理论与实际相结合，逐步培养自己对专业的兴趣。对电子焊接有个较为深入的了解，并动手进行实践操作。注意在进行焊接操作时注意的一些事项，避免操作不当出现一些事故。实践产品完成之前一定要进行调试，防止电路器件之间的短路，造成器件的毁坏。2.1 设计要求实验前，要用万用表测量每个元器件是否是好
5、的。切忌不要上来就把元器件随便的焊接到电路板上，当闭合开关时发现门铃不响。到时候就不好搞了。一定要做到心中有数。一定要争取一次性成功。在进行将器件放到电路板上时，使器件尽可能离得近一些，使整个产品看起来小巧。电子焊接非常关键，焊接的好坏直截关系到设计的成败，所以对设计的焊接这一块要求非常的高。焊接前要保证每个元器件与电板垂直，焊接速度要快，这样才能保证呈现锥体形状，尤其是是焊定时器引角处，如果停留时间过长，速度慢就会造成引角处锡比较多，这样容易发生短路。一定要按电路图一步一步往下做，电路图看着简单，连接到实际电路上就不是那一回事心一定要细，电路的导线竟可能的短，能省就省，导线过多过长，电路看上
6、去就像蜘蛛网一样，不美观不讲，还会浪费材料，增大电路的功率损耗，还容易产生失真。尽量使电路连接的导线尽可能简单，看起来不那么乱，应该有条理。3 设计方案与论证3.1 变音门铃的方案与论证方案一：开关S是一个开关，在平常没有按下的时候C3无法接通不进行充电，因而C3处的电压为0,4端口一直处于低电平，导致3端口输出一直为零，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S时，VCC的电流通过二极管D1对C3进行充电，其两端电压升高，4端口的电压也开始逐步升高，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组成的的多谐
7、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音，输出端频率不同时，发出的声音就不同。图3-1 方案一原理图方案二：该电子门铃电路由电源电路、触发控制电路、音频振荡器输出电路组成，电源电路由电源变压器T、整流二极管VDl-VD4和滤波电容器Cl组成。触发控制电路由门铃按钮S、二极管VD5、电容器C2和电阻器Rl、R2组成。音频振荡器A由四与非门集成电路IC(Dl-D4)内部的Dl、D2和电阻器R
8、3、电容器C3组成。音频振荡器B由IC内部的D3、D4和电位器RP、电容器C4组成。音频输出电路由电阻器R4、R5、二极管VD6、VD7、晶体管V和扬声器BL组成。交流220V电压经T降压、VDl-VD4整流，Ic滤波后，为整机提供9V工作电压。平时，两个音频振荡器均不工作，扬声器BL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VD6、VD7混合后通过V放大，驱动BL发出叮声。当客人松开S时，C2快速充电，音频振荡器A停止工作，音频振荡器B产生的音频信号经V放大后，推动BL发出咚声。调整R3和RP的阻值，可改变 叮咯声的音调。如下图所示：图3-2 方案
9、二原理图方案三：是由555集成芯片组成多谐振荡器，然后根据以下电路图完成课程设计要求。电路图如下：图3-3 电路原理图根据以上三种方案，我们最后选用方案三，方案三在成本上比较低廉，而且质量性能上也比较好。更利于课题的成功，对实验造成的不利因素相对之下比较少。3.2 变音门铃的原理方框图该电路包含五个部分，电源部分、波形产生电路、滤波电路、放大电路和扬声器。该电路通过555集成芯片和一些外部电路组成而成，通过电路中的一些器件达到要求，当按下开关时能发出响声，以此来提醒人们有客人到来。电源波形产生电路滤波电路放大电路扬声器图3-4 电路原理方框图4 设计原理与功能说明4.1 电路中器件的介绍与选用
10、扬声器是本电路中重要的元器件之一。它是一种能将电信号转换为声音或将声音转换为电信号的换能器件，这种器件能完成电能和声能的相互转换。（1）扬声器的种类扬声器种类繁多，但最常用的是动圈式扬声器（又称电动式）。 动圈声器又分为内磁式和外磁式，因为外磁式便宜，所有本款报警器选用外磁式的扬声器。其组成有：纸盆、折环、音圈、盆架、防尘罩、音调、磁铁、导磁夹板、场心柱等。（2）扬声器功率 、阻抗的选择扬声器在电路图中的符号很形象。扬声器上一般都标有标称功率称阻抗值。一般认为式扬扬声器的口径大，标称功率也大。在使用时，输入功率最好不要超过标称功率太多，以防损坏。万用表电阻档测试扬声器，若有咯咯声发出说明基本上
11、能用。测出的电阻值是直流电阻值，比标称阻抗值要小，是正常现象。 图4-1 扬声器及符号扬声器的工作原理：扬声器的能量转换层次多、反馈多。通常遇到的器件能量转换只是一种一次。电动机是将电能转换为机械能。发电机是将机械能转换为电能。电灯是将电能转换为光能。电池是将化学能转换为电能。这里发生的只是一种能量向另一种能量的转换。而扬声器有所不同，它是将电能转换为机械能，再将机械能转换成电能，这是在诸种换能器中不常见的。它的层次多、反馈多自然带来系统的复杂性和多样性。在一个扬声器系统中同时存在电学部分、声学部分、能和力学部分（机械振动部分）。 （3）扬声器工作状态不仅不是静止的，而且是振动的，这种振动又是
12、在三维空间。这个三维空间的振动系统，具有多个边界条件，因此它的振动分析极为复杂，一般的数学工具已不够用。荷兰学者Frankort等导出锥体微分方程，是具有14个变量的联立一阶微分方程，而且扬声器的振动还与频率和时间有关，实际上它处于多维空间之中（4）NE555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。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NE5
13、56，为14脚。另有CMOS工艺的7555和7556。NE555电压使用范围为4.5V - 18V。NE555则为3V - 15V。NE555的特点有：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；它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，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;其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载；它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。图4-2 NE555的管脚分布图及工作表4.2 总体设计电路图图4-3 电路总体原理图上图是一种能发出“叮、咚”声的门铃的电原理图。它
14、是利用一块时基电路集成块和外围元件组成的。它的音质优美逼真，装调简单容易、成本较低，一节6V迭层电池可用三个月以上，耗电量较低。图中的IC便是时基电路集成块555，它构成无稳态多谐振荡器。按下按钮K（装在门上），振荡器振荡，振荡频率约500Hz，扬声器发出“叮”的声音。与此同时，电源通过二极管D1给C1充电。放开按钮时，C1便通过电阻R1放电，维持振荡。但由于K的断开，电阻R2被串入电路，使振荡频率有所改变，大约为500Hz左右，扬声器发出“咚”的声音。直到C1上电压放到不能维持555振荡为止。“咚”声的余音的长短可通过改变C1的数值来改变。 不用电池的双音门铃 随着电话机的普及率越来越高，拥
15、有住宅电话的家庭也越来越多，但大多数住宅电话使用率很低，利用电话入户馈线提供的48V（60V）直流馈电作电子门铃的工作能源是经济实用的。5 NE555数字门铃的制作与仿真5.1 制作的细节与操作电路设计好之后，分析电路图，将元器件分别安装到电路板上，安装的要求：尽量将电路压缩到相对小的电路板上，使器件之间的距离根据线路调到合适距离，其距离不仅满足焊接容易，还要满足电路清晰，方便以后调试。器件合适安装到电路板上之后，下面就要用到电烙铁来进行焊接操作。新烙铁使用前，应用细砂纸将烙铁头打光亮，通电烧热，蘸上松香后用烙铁头刃面接触焊锡丝，使烙铁头上均匀地镀上一层锡。这样做，可以便于焊接和防止烙铁头表面
16、氧化。旧的烙铁头如严重氧化而发黑，可用钢挫挫去表层氧化物，使其露出金属光泽后，重新镀锡，才能使用。焊接完电路板后，要对所焊电路的性能进行测试和分析。当开关按下时如果没有声音，则首先检查电源是否接触良好，如果电源接触良好，则检查各焊点是否有漏焊或虚焊，如果都没问题，则检查各元件是否安装正确，直到电路能发出声音为止。如果开关断开时电路一直响，则可能是某部分短路，须仔细检查，直到检查出毛病，电路能发出叮咚两种声音为止。5.2 变音门铃的仿真Multisim是以Window为基础的仿真工具，适用于模板的模拟或数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入，电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分
17、析能力。在进行数字电路仿真或模拟电路瞬态分析时，不需要设置仿真类型和参数，只需要打开虚拟的电源开关即可，显示仿真结果。既方便又快捷，就像在计算机上进行实验一样。本方案仿真图如下：图5-1 555数字门铃仿真图6 总结通过这次实验我不仅知道了叮咚门铃的制作过程，以及如何运用种工具制作出门铃电路，并且复习了焊接的各个步骤，还明白了在实验中应该有以下的事项是一定要注意的：(1)三级管在安装时，一定要注意极性不要插反，将三极管平面面向自己，脚向下，自左向右，分别为e,b,c脚，安装时必须注意。(2)在安装几个电容和三极管时，由于考虑到位置太高，容易碰到扬声器，因此在安装元件时，最好采用卧式安装，特别是
18、三极管，若位置安装不妥，很容易影响美观。这次的叮咚门铃实验，是我第一次实验尝试。它需要自己动手，要依靠自己的智慧去体验一次实验。这个实验在老师的指导与带领下，完成的非常有意义此次的课程设计使我对555集成芯片有了更为充分的认识，原来书本上的理论知识可以在各方面都有用处，并且涉猎的也很广，稍微的一变形，就可以做成不同的电子产品。还有，就是我感受最多的还是自己的实践动手能力不太好，在我们小组中我主要负责对电路图的设计与搜集，在我准备的过程中，我发现我对学过的知识的运用还不太熟，学过的东西不知道该怎么应用，电路元器件的型号不是很确定，不可避免地遇到了不少的问题，但也学会了自己去思考怎样分析问题和解决
19、问题，例如怎样将继电器的几个触角接入电路问题；锻炼了自己动脑、动手的能力，同时也是动学过的知识的一种复习和加深，同时也让自己学会了如何运用已学过的知道来解决实际问题，对自己也是一种提高和锻炼。我将总结这次实验的经验，并且吸取这次的教训，我相信，在以后的实验中，我会越来越得心应手。参考文献1 彭介华. 电子技术课程设计指导N.：高等教育出版社.1997.2 夏路易. 电路原理图与电路板设计教程M. ：北京希望电子出版社. 2002.3 江晓安. 数字电子基础（第3版）M. ：西安电子科技大学出版社. 2008.4 丁伟，丁绍平等半导体二极管参数与代换手册稳压二极管分册N.上海交通大学出版社. 1999.5 王金，乔万林，朱建华. 电路与电子技术基础M.中山大学出版社.2004.6 周志敏，周纪华. 电工电子实用电路M. 电子工业出版社.2005.附录一：总体电路原理图附录二：元器件清单序号名称型号规格数量1集成电路ICNE55512扬声器85w13二极管414824电阻20K15电阻22K16电阻47K17电阻10K18电解电容10Uf19电解电容333J110电解电容47uF111开关112导线若干附录三：产品实物图
