门铃电路设计

新疆大学课程设计题目：门铃电路设计指导老师：学生姓名：所属院系：电气工程学院专业：电气工程及其自动化班级：学号：完成日期：2013年01月07日新疆大学本科生课程设计任务书班级：姓名：设计题目：门铃电路设计要求完成的内容： 1.要求设计出一个门铃电路，当按下门铃后扬声器以2KHz持续向15秒。

2．设计出详细的电路图。

选择元件参数要有详细的计算过程，公式要写清晰。

3．设计出按建电路和对应的编码逻辑电路。

4．写出详细的原理说明。

指导教师：希望，努尔买买提教研室主任：⒈概述：555定时器是一种集成电路的简称，是一种使用方便灵活、用途广泛的多功能器件。

只要外部配接少量阻容元件便可构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等电路。

555定时器在脉冲波形的产生和变换，仪器与仪表，测量与控制，家用电器与电子玩具等领域都有着广泛的应用。

它将模拟与逻辑功能巧妙地结合在一起，具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。

⒉工作原理2.1由555定时器组成多谐振荡器的工作原理：（a ）电路图 （b ）工作波形图2.1-1 555定时器构成的多谢振荡器⑴第一暂稳态接通电源CC V 后，CC V 经电阻1R 和2R 对电容C 充电，其电压c u 有0按指数规律上升。

当23c CC u V ≥时，电压比较器1C 和2C 的输出分别为10c u =，21c u =，基本RS 触发器被置0，即0Q =，1Q =，输出o u 跃变到低电平OL U 。

与此同时，放电管VT 饱和导通，电容C 经电阻2R 和放电管VT 放电，电路进入第一暂稳态。

⑵第二在稳态随着电容C 的放电，C u 随之下降。

当C u 下降到13C CC u V ≤时，则电压比较器1C 和2C 的输出分别为11C u =，20C u =基本RS 触发器被置为1，即1Q =，0Q =，输出o u 由低电平OL U 跃变到OH U 。

电路进入第二暂稳态。

⑶返回第一暂稳态在第二暂稳态时，o u 为高电平时OH U ，所以0Q =，放电管VT 截止，电源又经电阻1R 和2R 对电容C 充电。

当23c CC u V ≥时，电压比较器的输出10c u =，21c u =，基本RS 触发器被置0，o u 跃变为低电平OL U ，电路返回到第一暂稳态。

因此，电容C 上的电压C u 将在23CC V 和13CC V 之间来回充放电，从而使电路产生振荡，输出矩形脉冲。

由图2.1-1（b ）可知多谢振荡器的振荡周期T 为12W W T t t =+其中1W t ——为电容C 上的电压C u 由13CC V 充到23CC V 所需的时间，充电回路的时间常数为()12R R C +，1W t 可用下式估算：()11212()ln 20.7W t R R C R R C =+≈+ （2.1-1）2W t ——为电容C 上的电压C u 由23CC V 充到13CC V 所需的时间，放电回路的时间常数为2R C ，2W t 可用下式估算：222ln 20.7W t R C R C =≈ （2.1-2）所以，由555定时器构成的多谢振荡器的周期T 为()12120.72W W T t t R R C =+≈+ （2.1-3）其振荡频率为1210.7()f R R C=+ （2.1-4）2.2由555定时器构成单稳态触发器的工作原理：（a ）电路图 （b ）工作波形图2.2-1 555定时器构成的单稳态触发器⑴稳定状态在没有施加触发信号1u 时，1u 为高电平IH U 。

按通电源后cc V 经电阻R 时电容C 进行充电，当电容上的电压c u 充到23c cc u V ，电压比较器1C 输出2C u =0，而在此时1u 为高电平，且1u >13cc V ，电压比较器2C 输出2c u =1，基本RS 触发器置0，即Q =0，Q =1，此时，三极管VT 饱和导通，电容C 经VT 迅速放完电，c U =0,电压比较器1C 输出1c U =1，这时基本RS 触发器的两个输入信号都为高点平1，保持0状体不变。

所以，在稳定状态时，c u =0,O u =0。

⑵出发进入暂稳态当输入I u 由高电平IH U 跃变到小于1/13cc V 的低电平时，电压比较器2C 输出2C U =0,由于此时C u =0,因此，1C u =1，基本RS 触发器被置1，即Q =1, Q =0，输出O u 由低电平跃变到高电平OH U 。

同时三极管VT 截止，这时电源cc V 经电阻R 对电容C 充电，电路进入暂稳态。

在暂稳态期间由输入电压I u 回到高电平。

⑶自动返回稳态状态随着电容C 的充电，电容C 上的电压C u 逐渐增大。

当1c U 电压升到2C U =23cc V 2时，电压比较器1C 的输出1C u =0，由于此时I u 已为高电平，电压比较器2C 输出2c u =1,基本RS 触发器置0，即Q =0，Q =0,输出O u 由高电平OH U 跃变到低电平OL U UO 。

同时，三极管VT 饱和导通，C 经VT 迅速放完电，C u =0.电路返回稳定状态。

由555定时器构成的单稳态触发器的输出脉冲宽度W t 为暂稳态维持的时间，它实际上为电容上电压C u 由0 V 充到23cc V 所需要的时间可按下式计算：ln 3 1.1W t RC RC =≈2.4门铃电路的工作原理：2.4-1原理图电路构成：图2.4-2 555集成电路引脚 图2.4-3 555定时器的电路图Vcc R DV V O ’GND1211555123456781+--+Vcc 电源复位控制电压VIC 阀值电压Vi1触发输入Vi2放电端V (5)(6)(2)(7)(8)(4)R C 1C 2S G(3)VO 5k5k5k(1)&&&它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端SS V 或接地，一般情况下接地。

8脚：外接电源CC V ，双极型时基电路CC V 的范围是5～16V ，CMOS 型时基电路CC V 的范围是3～18V ，一般用5V 。

3脚：输出端V o 。

2脚：低触发端。

6脚：TH 高触发端。

5脚：C V 为控制端电压，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，应将该段串入一只0.01µF 电容接地，以防引入干扰。

7脚：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。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器1C 、2C 基准电压分别为13CC V 和23CC V 的情况下，555实际电路的功能表如表1所示。

表2.4-1 555定时器的功能表清零端 高触发器端TH 低触发端 Q 放电管T 功能0 X X 0 导通 直接清零 1 0 1 X 保持上一状态 保持上一态 1 1 0 X 保持上一状态 保持上一态 1 0 0 1 导通 置1 1 1 1 0 截止 清零工作原理：当按下开关时，555计时器4引脚于高电平，元件工作，电容1C 充电，且2、6引脚达到高电平，此时输出端3为低电平，扬声器发出响声；松开开关后，电容1C 放电，在2、6引脚大于13CC V 前，3端为低电平，扬声器工作；当放电使2、6端电平小于13CC V ，3端为高电平，扬声器不工作。

电容2C 与滑动变阻器一起控制引脚4的状态，使置零输入端呈不同的临界电压，从而控制扬声器响音时间的长短。

当电路转换时，2、6端电压不同，使得输出端3低电平电压也不同，从而实现扬声器的叮咚的声音。

⒊按键电路图（对应的逻辑电路图）：图3-1 多谐振荡器 图3-2 单稳态触发器⒋计算过程：555（1）定时器构成单稳态触发器，确定扬声器持续响的时间；555（2）定时器构成振荡器，确定扬声器的频率。

555（1）定时器组成单稳态触发器，S 开关接通，2管脚为低电平，出发单稳态触发器，输出脉宽为W t 的脉冲。

而555（1）的输出接到555（2）的置零输入端，故在脉宽为W t 的脉宽输入555（2）时，555（2）正常工作，由于555（2）组成多谐振荡器，其振荡持续时间即为W t ，因此，由于单稳态555定时器有：111115ln 3 1.1W t s R C R C ===,且10.01C nF =，所以1113631.1Wt R K C ==Ω。

对于555（2）定时器组成振荡电路，有高电平时间和低电平时间分别为：1220.7()PH t R R C =+ 320.7PL t R C =于是，周期 2320.7(2)PH PL T t t R R C =+=+又因为311102T sf -==⨯于是 33621100.7(2.4102)0.11102R ---⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯可求得 21350R =Ω故 11363R K =Ω，21350R =Ω⒌接线图及输出波形：图5-1 电路接线图备注：仿真时为方便观察波形，我们把电容1C 值减小1000倍；此时波的周期变为15ms 。

图5-2 输出波形图5-3输出波形（周期）⒍总结和分析：以上为EDA课程设计期间所设计的电子门铃，它经过多次修改和整理，基本可以满足设计要求，有一定的实际应用价值。

这次EDA课程设计历时两个星期，在整整两个星期的日子里，可以说是很累，但是学到了很多的东西，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

在编写顶层文件的程序时，遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，总是有错误。

在大量的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了。

也是我知道了，在设计的时候一定要细心，因为一但出现错误很难检查到。

⒎体会：通过对555定时器门铃论文的设计，从中真正学到了很多东西，从原理图的设计到测量印制电路板元器件的绘制在到最后的布线以及整个板的焊接都是一丝不苟完成的。

在这期间，不仅掌握了555定时器的原理和其他元器件如各种电容、电阻、二极管、扬声器及按键开关这些元器件的原理及应用，了解了设计门铃的基本知识，还通过具体的电路图，掌握了简单电路元器件装配，对故障的诊断和排除。

在电子电路设计过程中，不仅培养我们的实践能力和创新精神，加强了动手能力，对问题的分析能力，以及发现并解决问题的能力。

还有心态也是个很重要的问题，有好的心态就会努力，做事也会事半功倍。

还要有扎实的理论知识，在操作时知道自己的目的，使学到的理论知识得到验证。

通过这次课程设计使我更加扎实的掌握了有关555定时器方面的知识在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了愿意所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。