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201247109

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5K?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

电机、指示灯、扬声器等。

5硬件的制作与调试

5.1焊接前的准备

在焊接前首先将某些元器件按照印制电路板中的焊盘间的距离大小

进行90度折弯，再准备焊接工具电烙铁、镊子、焊锡丝、尖嘴钳、螺丝刀、松香等都为焊接做准备。

5.2焊接各元器件

在准备施焊时，先加热焊件，等熔化焊料后移开焊锡丝，在撤离电烙铁。

5.3焊接注意事项

在焊接过程中，有许多要注意的地方，具体事项如下：

（1）元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则，这样有利于装配顺利进行。

（2）在焊接时，首先要弄清楚555定时器引脚的排列顺序，并与线路板上的焊接盘引脚对准，核对无误后进行焊接，然后再重复检查。

（3）焊接二极管时要注意二极管的正负极。

（4）焊接之前应先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。

（5）焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。

（6）焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。一般焊点整个操作的时间控制在2~3S。

（7）焊接时，烙铁头不要对焊点施加力量或加热时间过长，否则会引发高温损伤元器件，高温焊点表面的焊剂挥发严重，塑料、电路板等材质受热变形，焊料过多焊点性能变质等不良的后果。

（8）元件的腿尽量要直，而且不要伸出太长，以1毫米为宜，多余的可以剪掉。

（9）焊完时，焊锡最好成圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。

5.4整机调试

在焊接完电路后，我就检查看电路的连接是否有虚焊，漏焊等情况，并用万用表检查，线路的连接是否有短路，断路等情况出现，通过一番检查后，没有发现导线的短路，断路情况，确认检查无误后，用干

电池进行调试，将电路板装入盒子内，装上两节五号电池，按下开关，正常时能听到叮咚声，若发现不响，应仔细检查扬声器线是否焊接牢固，各引脚是否有虚焊等。若以上几项都正常，有声音，但是很短，则应调节C2和滑动变阻器以延时，反复调试直到感觉听着叮咚声响舒服为止，按下按钮AN后，蜂鸣器发出了叮咚声音后还持续了一段时间的鸣叫，虽然这声音与理论的声音有一点点偏差，但总的来说，这次焊接的电路是成功的，这次连接电路也是非常顺利的。

5.5焊接过程中出现的问题

在焊接过程中出现了许多问题，诸如焊接点不好，焊接不上，自己练习的不够，方法没有很好的掌握，电烙尖铁热度不够。元器件的工作情况也没有弄清楚，如二极管的导通方向，滑动变阻器的接线等，都出现了一定的错误。当线路接完时，扬声器不发声音，有发现线路没有完全接好，而且有线路连接错误，做了检查改正之后，只发出单音，经过检查又发现555定时器8、4方向接反了。。

6总结

通过对555电子门铃论文的设计，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。

在整个过程中也遇到了不少的困难，开始由于元器件原理图绘制的有误便导致原理图绘制出现了麻烦，比如在绘制PCB板加载网络表时就出现了相当多的错误，但在请教了老师和同学之后还是努力的将PCB板绘制了出来。印制电路板元器件的绘制是相当复杂的，大到各个元件，小到各个尺寸，都容不得半点马虎。然而当各个环节都做好之后，加载网络表却出现了相当多的错误，这些都耗费了大量的精力。最后当看到屏幕上显示所有网络都生成正确时，才算轻松了一些。最后的就是元器件的摆放与布线了，虽然工作也是异常复杂，但完成的还算顺利。

在整个论文设计的过程中，我还了解了安全用电知识的重要性，学习了安全操作要领，培养严谨的工作作风，养成了良好的工作习惯，培养正确的劳动观与人生观，也培养了团队合作精神。

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。而且在练习焊接时，刚开始总是焊接不好，要么是焊接不实，要么是两个点之间的焊锡都熔的连接到一起了，我不断从同学那里学习，并向他们请教，焊接技术才有所进步，最后焊接出来的东西才相对而言看着比较美观了。从中不仅体会到了实践的重要性，还体会到了要不断动手，不断向他人学习，这样才能不断提高自己，一次不成功，多多练习几遍，坚持就会胜利。

我觉得电子实训也是对课本知识的巩固和加强，这次的电子门铃电路的制作，做的比较成功，上学期的焊接时多处出现明显的错误，致使元器件部分功能没有很好的实现，然而这次的实训中不但实现了功能，而且导线和焊接有明显的进步，但是我的焊接技术还是很不足的，焊接的并不美观，接头处没有很好的衔接，从中我知道了我的焊接技术还有待提高。通过这次的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。这次，我设计的是电子门铃，电子门铃是我们日常生活中最常见的电路，但是讲其实际化对于我这种初等的设计者还是有一定的难度的。看到这个题目，我首先就开始收集大量的资料，包括555芯片的原理，各种多谐振荡器，以及人的听力范围等等与课程设计相关的各类知

识，收集完资料后，就着手开始设计。

通过这次设计，使我深深的知道，任何环节都不能马虎，任何一点小小的差错都可能造成最终的失败。为我以后即将步入社会打下了良好的基础，培养了我做事要有胆大，心细，谨慎的作风。在以后的工作学习生活当中，我会还将一如既往的保持下去，我想它将会使我以后的工作做的更好，路走的更宽，更远。

附录一：总体电路原理图

附录二：实物图

附录三：元器件清单列表