武漢理工大學《專業課程設計（二）》課程設計說明書PAGE7目錄1技術指標 22設計方案及其比較 22.1方案一 22.1.1方案一設計原理圖 22.1.2方案一設計原理 22.1.3元器件參數 32.1.4相關數據指標的計算 32.1.5聲音頻率調節和聲音持續時間調節分析 42.2方案二 52.2.1方案二設計原理圖 52.2.2方案二設計原理 52.2.3元器件參數 62.2.4相關數據指標的計算 62.2.5聲音頻率調節和聲音持續時間調節分析 62.3方案三 72.3.1方案三設計原理圖 72.3.2方案三設計原理 72.3.3元器件參數 82.3.4相關數據指標的計算 82.3.5聲音頻率調節和聲音持續時間調節分析 92.4方案比較 93實現方案 103.1NE555時基電路簡介 10a)NE555介紹 10b)NE555內部結構圖與管腳分布圖 10c)NE555工作原理 113.2設計原理圖 123.3設計原理 123.4元器件參數 133.5元器件功能介紹 133.6相關數據指標的計算 133.7聲音頻率調節和聲音持續時間調節分析 143.8實現方案protues調試圖 153.9實現方案PCB布線圖 153.10實現方案面包板接線圖 164調試過程及結論 164.1調試過程 164.2結論 175心得體會 176參考文獻 18叮咚門鈴電路的設計1技術指標設計一個叮咚門鈴電路，設一個按鈕，按下按鈕時發出門鈴的較高頻率“叮”聲，松開按鈕，發出較低頻率的“咚”聲。門鈴叮咚聲的聲音頻率和聲音持續時間可調。2設計方案及其比較2.1方案一2.1.1方案一設計原理圖圖1方案一設計原理2.1.2方案一設計原理本電路是以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴電路。在按鈕開關SW未按下的情況下，D1沒有導通，D2反向截止，又因為R3接地，所以555的4號端口一直處于低電平。而555的4號端口是復位端，當輸入為低電平時，會使555輸出復位，即3號端口輸出為低電平，揚聲器不會工作。于此同時C2通過R1,R2充電，充電完成后，C2兩端的電壓約等于電源電壓。當按鈕開關SW被按下時，D1正向導通，通過R3向C1充電，C1兩端的電壓升高，此時555的4號端口被拉到高電平，555正常輸出。D1,D2,R2,C2和555構成一個多諧振蕩器，使驅動揚聲器發出“叮”的聲音。松開按鈕開關SW后，已經充滿電的C1開始放電，R1、R2、C2和555構成一個多諧振蕩器，使揚聲器發出“咚”的聲音。2.1.3元器件參數表1元器件參數列表R120KR25KR310KC1100uFC20.1uFC30.01uFC4100uF2.1.4相關數據指標的計算按下SW之后：“叮”的頻率：(1)(其中R為二極管導通后的等效電阻，約為150歐)C2充電時間：(2)(其中R為二極管導通后的等效電阻，約為150歐)C2放電時間：(3)松開SW之后：“咚”的頻率：(4)C2充電時間:(5)C2放電時間:(6)C1放電時間:(7)“咚”聲持續的時間:2.1.5聲音頻率調節和聲音持續時間調節分析“叮”的頻率:減小R2，頻率變大，反之則變小；減小C2，頻率變大，反之則變小。“咚”的頻率:減小R1，R2，頻率變大，反之則變小：減小C2，頻率變大，反之則變小。“咚”聲持續的時間：減小C1，R1，持續時間變短，反之則變長。2.2方案二2.2.1方案二設計原理圖圖2方案二設計原理圖2.2.2方案二設計原理本電路是以與非門振蕩器為核心組成的“叮咚”門鈴電路。該“叮咚”門鈴電路由觸發控制電路、音頻振蕩器1,音頻振蕩器2和音頻輸出電路組成。

觸發控制電路：由門鈴按鈕SW、二極管D1、電容C1和電阻R1,R2組成。音頻振蕩器1：由A,B和電阻R3，電容C2組成。音頻振蕩器2：由C，D和電阻R4，電容C3組成。音頻輸出電路：由電阻R5，R6，二極管D2、D3、晶體管Q和揚聲器LS組成。在門鈴按鈕SW未按下的情況下，揚聲器LS不工作。當按下門鈴按鈕SW時，C1快速放電，兩個音頻振蕩器同時工作，產生的音頻信號經D2,D3混合后通過Q放大，驅動LS發出“叮”聲。當門鈴按鈕SW松開后，C1快速充電，音頻振蕩器1停止工作，音頻振蕩器2產生的音頻信號經Q放大后，驅動LS發出“咚”聲。咚聲發聲的時間取決與C1的放電時間。2.2.3元器件參數表2元器件參數列表R110KR224KR351KR410KR51KR61KC147uFC20.01uFC30.1uF2.2.4相關數據指標的計算按下SW后：“叮”的頻率:(8)松開SW后：“咚”的頻率：(9)C1充電的時間：(10)咚聲持續的時間：2.2.5聲音頻率調節和聲音持續時間調節分析“叮”的頻率:減小R3，R4，頻率變大，反之則變小；減小C2，C3，頻率變大，反之則變小。“咚”的頻率:減小R4，頻率變大，反之則變小：減小C3，頻率變大，反之則變小。“咚”聲持續的時間：減小C1，R2，持續時間變短，反之則變長。2.3方案三2.3.1方案三設計原理圖圖3方案三設計原理圖2.3.2方案三設計原理本電路是以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴電路。在沒有按下門鈴按鈕SW的時候，C1無法接通，不進行充電，因而C1處的電壓為0，555的4端口（復位端）一直處于低電平，使3端口輸出一直為低電平，揚聲器無法工作。而C2通過R2，R3，R4進行充電，充滿電后，其電壓約為電源電壓。當按下門鈴按鈕SW的時候，電源的電流流過二極管D1對C1進行充電，其兩端電壓逐漸升高，4端口的電壓也隨之逐漸升高。同時C2開始對7端口進行放電，電容的電壓下降，當其由VCC下降到2/3的VCC時，放電管導通，3端口輸出為低電平，但當下降到1/3的VCC時，放電管截止，C2則開始充電，3端口理應輸出高電平，但是由于控制4端口的電容C1的電壓還沒有充好電，4端口仍舊輸入為低電平，使3端口強制輸出低電平，揚聲器無法工作。當C1充好電之后，4端口則為轉換高電平，3端口即可輸出高電平，這時揚聲器開始工作，發出“叮”的響聲。當松開門鈴按鈕SW后，VCC則不能通過二極管D2對C2充放電，只能通過R2，R3，R4充放電，由于電阻值的改變，使其頻率發生改變，發出“咚”的聲響。與此同時，C1開始放電，當其兩端的電壓下降到0，4端口則輸入為低電平，強制將其輸出復位，揚聲器不再工作。2.3.3元器件參數表3元器件參數列表R151KR210KR310KR43.3KC147uFC20.1uFC30.01uFC4100uF2.3.4相關數據指標的計算按下SW后：“叮”的頻率:(11)(R為二極管導通后電壓，約為150歐)C2充電時間：(12)(R為二極管導通后電壓，約為150歐)C2放電時間：(13)松開SW后：“咚”的頻率：(14)C2充電時間：(15)C2放電時間：(16)C1放電時間：(17)咚聲持續的時間:2.3.5聲音頻率調節和聲音持續時間調節分析“叮”的頻率：減小R3，R4，頻率變大，反之則變小；減小C2，頻率變大，反之則變小。“咚”的頻率:減小R2，R3，R4，頻率變大，反之則變小：減小C2，頻率變大，反之則變小。“咚”聲持續的時間：減小C1，R1，持續時間變短，反之則變長。2.4方案比較表4方案比較分析表方案一方案二方案三元器件數目較少較多較少電路的功耗較小較大較小布線的復雜程度中等復雜中等反映速度很快較慢較快電路造價便宜較貴較便宜綜上指標分析，方案一從各方面比較都比其他方案可取，因此本次最終實現方案選取為方案一。3實現方案3.1NE555時基電路簡介a)NE555介紹555定時器是一種將模擬功能和邏輯功能結合在同一塊芯片上的集成電路，為8腳封裝。最初由美國SIGNETICS公司在1972推出并投放市場,便很快得到廣泛應用，也因為應用廣泛，許多其它公司也推出了功能一樣的類似型號。此芯片內使用了3個精度較高的5K分壓電阻，型號由此而得名。NE555是雙極性器件的集成電路，內含2個555電路的型號為NE556，為14腳封裝。另外還有CMOS工藝的7555和7556。NE555電壓使用范圍為4.5V-18V。7555則為3V-15V。NE555時基電路主要有3種基本應用：①施密特觸發器；②單穩態觸發器；③多諧振蕩器。b)NE555內部結構圖與管腳分布圖圖4NE555內部結構圖圖5NE555管腳圖c)NE555工作原理NEEE555的工作原理可以用一張工作表來解釋清楚，工作表如下表5NE555工作表輸入輸出閾值輸入觸發輸入復位輸出放電三極管XX00導通11截止10導通1不變不變3.2設計原理圖圖6實現方案設計原理圖3.3設計原理本電路是以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴電路。在按鈕開關SW未按下的情況下，D1沒有導通，D2反向截止，又因為R3接地，所以555的4號端口一直處于低電平。而555的4號端口是復位端，當輸入為低電平時，會使555輸出復位，即3號端口輸出為低電平，揚聲器不會工作。于此同時C2通過R1,R2充電，充電完成后，C2兩端的電壓約等于電源電壓。當按鈕開關SW被按下時，D1正向導通，通過R3向C1充電，C1兩端的電壓升高，此時555的4號端口被拉到高電平，555正常輸出。D1,D2,R2,C2和555構成一個多諧振蕩器，使驅動揚聲器發出“叮”的聲音。松開按鈕開關SW后，已經充滿電的C1開始放電，R1、R2、C2和555構成一個多諧振蕩器，使揚聲器發出“咚”的聲音。3.4元器件參數表6元器件參數列表R120KR25KR310KC1100uFC20.1uFC30.01uFC4100uF3.5元器件功能介紹R1：給C2充放電R2：給C2充放電R3：給C1充放電C1：充放電來控制555的復位端口，以此來控制揚聲器的工作狀態C2：充放電來控制555，使其產生脈沖波C3：濾波，抗干擾C4：濾波，使揚聲器接收到穩定的脈沖波D1，D2：防止電源在SW閉合前，對C1進行充電SA：開關按鈕，控制“叮咚”聲的開始和叮聲的結束揚聲器：發出“叮咚”聲NE555：作為多諧振蕩器，產生脈沖波3.6相關數據指標的計算按下SW之后：“叮”的頻率：(18)(其中R為二極管導通后的等效電阻，約為150歐)C2充電時間：(19)(其中R為二極管導通后的等效電阻，約為150歐)C2放電時間：(20)松開SW之后：“咚”的頻率：(21)C2充電時間:(22)C2放電時間:(23)C1放電時間:(24)“咚”聲持續的時間:3.7聲音頻率調節和聲音持續時間調節分析“叮”的頻率:減小R2，頻率變大，反之則變小；減小C2，頻率變大，反之則變小。“咚”的頻率:減小R1，R2，頻率變大，反之則變小：減小C2，頻率變大，反之則變小。“咚”聲持續的時間：減小C1，R1，持續時間變短，反之則變長。3.8實現方案protues調試圖圖7實現方案protues調試圖3.9實現方案PCB布線圖圖8實現方案面包板接線圖3.10實現方案面包板接線圖圖9實現方案面包板接線圖4調試過程及結論4.1調試過程在整個調試過程，我們沒有出現太大的問題，只是有局部有一些小的連線問題，整體來說是十分順利的。首先，我們連接好電路之后，先用萬用表將電路的各個支路進行測試，檢查有沒有短路或者斷路的問題。檢查的方法就是將萬用表調到歐姆擋，測試各支路。在進行這一步測試時，我們發現了電路板連線的問題，就是中間少了一根線將555的7端口和有2個電阻的那條支路相連，這導致，我們檢查7端口的支路電阻時，萬用表顯示屏上呈現的是無窮大的標志。于是，我們就著手檢查電路，發現了問題，并將其解決掉。然后，我們接通了電源進行調試，幸運的是，第一次接電源就聽到了“叮咚”的聲響，這個讓我們很欣慰。但是，我們也發現了我們設計的電路有問題，由于“叮咚”聲的頻率比較的接近，導致和現實生活中，大家認定的“叮咚”聲不太相像。為了讓“叮咚”聲更加得悅耳動聽，我們決定更換電阻大小，將“叮”的頻率提高。問題也就出來了，由于實驗室的電阻大小有限，并沒有適合大小的電阻供我們進行挑選，于是，我們自己就將電阻相并聯，得到較小的阻值的電阻。最終將“叮咚”聲調到了適合的頻率。再接通電源進行調試，聽到了悅耳的“叮咚”聲響，調試驗收結束。圖10調試過程圖4.2結論本次課程設計是專業第二次課程設計，基于第一次課程設計的基礎，再通過本次課程的進一步鍛煉，讓我對設計性實驗有了更深層次的了解和認識。設計性實驗一定要從多方面考慮電路的可行性以及準確性，基于多種方案的比較之后，然后從中選出最適合的方案，最終確定實現方案。在方案的實現過程中，要認真仔細得調試，在檢查出電路設計的問題之后，要及時修改自己的設計方案，不斷得調試，不斷得修改，盡善盡美，最終取得最完美的方案。5心得體會光信息科學與技術專業主要涉及光電技術領域，在學習了這個專業快要2年的時際，專業第二次課程設計解決了我之前的很多困擾。一直以來就想設計實用的東西，將理論與實踐嫁接起來。之前以為自己學習的知識無處可用，根本沒派上實際的用途，而這次的課程設計實實在在得讓我體會到了設計的快樂，讓我體會到了大學4年，光光學習課本知識是遠遠不夠的。這次課程設計歷時一個星期左右。通過這一個星期的學習，發現了自己的很多不足，比如說，自己的知識框架有很多漏洞，并且看到了自己的實踐經驗還是很缺乏，理論聯系實際的能力還急需提高。本次課程設計，我設計的題目是“叮咚”門鈴電路的設計。叮咚門鈴是我們日常生活中最常見的電路，但是將其實際化對于我這種初等的設計者來說還是有一定難度的。為了彌補這方面的知識空缺，我花很多時間進行了大量資料的收集，包括555芯片的原理，各種多諧振蕩器，以及人的聽力范圍等等與本次課程設計相關的各類知識。通過資料文獻的查詢，我了解了好多我之前不知道或者沒注意到的知識，雖然很多東西是本次實現方案里面沒有用的，但是了解那些課外知識也是對我的能力的提高，至少擴展了我的知識面。收集完資料后，我就著手開始設計。針對本次課程設計題目，我設計了3種方案供選取，兩種是以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴電路，另一種是以與非門振蕩器為核心組成的“叮咚”門鈴電路。對于