电子门铃课程设计..

郑州科技学院

《数字电子技术》课程设计

题目电子门铃________

学生姓名宁鹏程

专业班级电气工程及其自动化四班

学号*********

院（系）电气工程学院

指导教师李月英

完成时间 2014年 5 月 30 日

目录

1课程设计的目的 (1)

1.1 背景 (1)

1.2 目的 (1)

2课程设计的任务与要求 (2)

2.1 任务 (3)

2.2 要求 (3)

3设计方案与论证 (3)

4 设计原理及功能说明 (5)

5硬件的制作与调试 (5)

6总结 (10)

附录1：总体电路原理图 (18)

附录2：实物图 (18)

附录3：元器件清单 (19)

参考文献 (15)

1课程设计的目的

1.1背景：在已学模拟电子技术基础和数字电子技术基础的背景下设计一个叮咚门铃电路。

1.2目的：实现叮咚门铃的功能，使所连接得电路能发出叮咚的声音。2课程设计的任务与要求

2.1任务：设计一种能发出“叮、咚”声的门铃。

2.2要求：设计一个“叮咚”门铃电路，设置一个按钮，按下按钮时发出较高的频率“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300Hz~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，声音持续时间要求恰当。电路最好具有低功耗。

3方案设计与论证

“门铃”的作用顾名思义就是提醒主人开门。设计一种能发出“叮、咚”声的门铃。它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。NE555集成电路与外围元件构成一个音频振荡器电路，其振荡频率由R2、R3、R4和C2的数值决定。该电路与其他555系列在使用上的不同是，NE555的4脚没有直接接到电源正极上面去。而是接到了一个由二极管D1、D2、按钮开关AN构成的开关电路和一个由R1、C1构成的定时器电路上。使得NE555的4脚的电位受到R1、C1上面电位的影响。这是该电路设计的独到之处，是电路实现“叮咚”门铃声效的关键。叮咚门铃属于音乐集成电路，它们是大规模CMOS 集成电路的一种，应用非常广泛。CMOS 是这种集成电路英文名称的缩写，翻译成中文就是“互补对称金属氧化物半导体集成电

路”（Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor）历史上最早提出CMOS 集成电路线路结构是在1963 年，到1968 年就发展成商品化生产。早期应用领域限于空间电子设备和军用产品；到上世纪70 年代，迅速扩展到工业和民用产品，如电子手表、电子计算器等等。在所有数字集成电路中，CMOS 的产量和产值仅次于另一种叫做TTL 的集成电路，位居第二。叮咚门铃等这一类音乐集成电路是简单的CMOS 电路。它采用黑膏软封装——就是把硅芯片用环氧树脂直接封装在印刷电路板上。音乐集成电路的内部结构内部结构可以用以下框图表示：内部结构音乐集成电路喇叭振荡器音频发生器调制器前置放大器放大电路触发电路节拍控制器节拍发生器存储器图中的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AN（装在门上），振荡器振荡，振荡频率约700Hz，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AN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。没有按下AN之时，NE555

其4脚的地位为0V，NE555的特点就是，当其4脚的地位低于1v较多的时后其3脚对外输出的信号将被关断，因此该电路不能发出任何的声音。而在按下按钮开关AN时，二极管D1、D2都要导通。二极管D1的导通，使NE555第4脚的电位远远地大于了1V，所以3脚被打开可以向扬声器输出音频信号时扬声器发出音频的声音。而由于二极管D2的导通，使得电阻R2被短路，从而改变了NE555作为音频振荡器的振荡频率，定时电路中时间常数的减少，振荡器的振荡频率就要升高，因此扬声器中发出的声音是一个比电路设计有R2存在时要尖4 利一点的一个高音，这个声音的频率应该对应的就是“叮”。当放开按钮开关AN之后，R2的短路

被解除，振荡器的频率迅速降低，扬声器中就应该听到设计有R2存在时要发出的那个频率的声音，这就是“咚”音。

4设计原理及功能说明

4.1工作原理

当按下开关时，555定时器4引脚于高电平，元件工作，电容C1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C1放电，在2、6引脚大于1/3VCC前，3端为低电平，扬声器工作；当放电使2、6端电平小于1/3VCC，3端为高电平，扬声器不工作。电容C2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。

图4-1 555定时器电路结构图

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 2VCC

/3，C2 的反相输入端的电压为VCC 若触发输入端 TR 的电压小于

VCC /3，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 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，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。

它的各个引脚功能如下：

1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：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：输出端Vo

2脚：低触发端

6脚：TH高触发端

4脚：是直接清零端。当此端接低电平，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：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。

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。

4.2功能说明

555定时器既有模拟功能，又有逻辑功能，可以说它是模拟电路和数字电路结合的典范。就整体而言，它的功能主要有以下三点：

（1）早期的电路内部有3个5KΩ电阻的电阻分压器，可以产生精确

的时间延迟和振荡；

（2）电源电压范围宽（双极型：5~16V，CMOS：3~18V），可以提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平；

（3）可输出一定的功率，输出端电流可以达到200mA ，可驱动微