数字电子技术设计实验报告书概论

电子技术综合课程设计

报告

设计题目：可记忆门铃电路

学生姓名：

学生学号：201311020334

201311020304

指导教师：胡惟文老师

设计时间：2015、06、20

目录第一章设计目的

第二章设计任务

第三章设计电路分析第四章总体电路设计第五章设计元件清单第六章做出实物测试第七章心得总结

一、设计目的

本电路设计主要为实现以下目的

1增强对数字电子技术课程相关知识的了解

2学习相关软件的使用方法

3锻炼自己对简易电路的设计能力

4培养自己的动手能力及团队精神

5通过实习了解自己的不足

二、设计任务

本电路设计的主要要求

1要求设计出一个门铃电路，当按下门铃后扬声器以1.2KHz持续向10秒。并用LED灯提示有人来访

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

三、设计电路的分析

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定时器构成的多谐振荡器

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2

3

c 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13

C CC u V ≤时，则电压比较器1C 和2

C 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1

R 和2R 对电容C 充电。当2

3

c 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1

3

CC 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2

3

CC 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1

3CC 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

121

0.7()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2

3

c 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 >13

cc 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1/13

cc 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 =23

cc 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23

cc V 所需要的时间可按下式计算：

ln 3 1.1W t RC RC =≈

2.3 SR 锁存器原理

基本RS 触发器的逻辑方程为：

以用与非门构成的RS锁存器为例

约束方程：SR=0

根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系:

1.当R端有效(1)，S端无效时(0)，则Q=0,Q非=1，触发器置0；

2.当R端无效(0)、S端有效时(1)，则Q=1,Q非=0，触发器置1。

2.4门铃电路的工作原理图：

电路构成：

Vcc

IC O’

GND

5551

3

57

8

+-

Vcc电源复位

控制电压VIC

阀值电压Vi1

(5)

(6)

(8)(4)

R

C1

G

(3)

O

5k

5k

&

&

图2.4-2 555集成电路引脚 图2.4-3 555定时器的电路图

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23

CC 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1时，由74ls00中两个与非门组成的SR 锁存器将锁存住有人来访的信息，并输出低电平点亮LED 。开关2为主人用于复位熄灭LED 。555（1）定时器组成单稳态触发器，开关1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）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C3放电，在2、6引脚大于13

CC V 前，3端为低电平，扬声器工作；当放电使2、6端电平小于13

CC V ，3端为高电平，扬声器不工作。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。