數(shù)字變音門鈴制作

1、 XX科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題 目 數(shù)字門鈴制作 學(xué)生姓名 王 志 超 專業(yè)班級 電動3班 學(xué) 號 xxx 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 李 月 英 完成時間 2014年4月13日 目 錄1 引言12 課程設(shè)計的任務(wù)與要求22.1 設(shè)計任務(wù)22.2 設(shè)計要求23 設(shè)計方案與論證33.1 變音門鈴的方案與論證33.2 變音門鈴的原理方框圖64 設(shè)計原理與功能說明64.1 變音門鈴器件的介紹與選用64.2 總體設(shè)計電路圖105 555數(shù)字門鈴的制作與仿真115.1 制作的細節(jié)與操作115.2 變音門鈴的仿真116 總結(jié)12參考文獻13附錄一：總體電路原理圖14附錄二：元器件清單15附錄

2、三：產(chǎn)品實物圖161 引言“門鈴”的作用顧名思義就是提醒主人開門?！伴T鈴”這玩意在中國古代較少聽說，有錢的大戶人家是在大門上裝有裝飾性的門環(huán)，叫門的人可用門環(huán)拍擊環(huán)下的門釘發(fā)出較大的響聲，有現(xiàn)代“門鈴”的作用?！伴T鈴”在外國電影的古代片中常有出現(xiàn)，也多是有錢的人戶在門前吊著一只碩大的青銅手柄。馬車夫?qū)⒖腿怂偷介T前的時候，會順便拉拉它牽動里面的鈴當(dāng)以示來人。 在近代“門鈴”不再是有錢人家的專項，“門鈴”已在平民百姓人家廣泛普遍應(yīng)用。各式各樣的“門鈴”比比皆是，“門鈴”的作用也不僅僅是局限敲門。隨著人們生活質(zhì)量的提高，原始的門鈴遠遠不能滿足現(xiàn)代生活的需要，人們需要更人性化、個性化、趣味化、智能化的

3、居家門禁系統(tǒng)，可以使人們在外出時不會錯過一些來訪客人的重要信息，正是基于這種思想，在總結(jié)單純的“叮咚”門鈴和語音門鈴的基礎(chǔ)上設(shè)計了將兩者結(jié)合起來，真正實現(xiàn)在較高的性價比基礎(chǔ)上實現(xiàn)了系統(tǒng)的人性化，智能化。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，80年代出現(xiàn)了電子集成電路。這是一種封裝在小型印刷電路板上的大規(guī)模集成電路。當(dāng)觸發(fā)輸入的一個觸發(fā)信號，它就會按內(nèi)部存儲好的程序，發(fā)出一曲優(yōu)美動聽的音樂。近年來，又出現(xiàn)了內(nèi)存語言程序或聲響程序的集成電路，觸發(fā)后，會發(fā)出“謝謝光臨”、“請注意倒車”、“抓小偷”等語言聲或模擬動物叫聲、叮咯聲、警笛聲等聲響。這種集成電路已被廣泛應(yīng)用于電子玩具、門鈴、鐘表或報警裝置上。2 課程設(shè)計

4、的任務(wù)與要求2.1 設(shè)計任務(wù)利用NE555芯片制作一個夜間變音數(shù)字門鈴，當(dāng)按下開關(guān)的時候，揚聲器能發(fā)出聲音并且LED燈亮起來，從而提醒人們，知道外面有人來。能夠自主的熟悉自己課題的設(shè)計與制作，并且在設(shè)計中將理論與實際聯(lián)系起來，設(shè)計出最符合課程設(shè)計要求的方案，按方案設(shè)計出555數(shù)字門鈴。學(xué)會分析問題和解決問題，一定要做到理論與實際相結(jié)合，逐步培養(yǎng)自己對專業(yè)的興趣。對電子焊接有個較為深入的了解，并動手進行實踐操作。注意在進行焊接操作時注意的一些事項，避免操作不當(dāng)出現(xiàn)一些事故。實踐產(chǎn)品完成之前一定要進行調(diào)試，防止電路器件之間的短路，造成器件的毀壞。2.1 設(shè)計要求實驗前，要用萬用表測量每個元器件是否

5、是好的。切忌不要上來就把元器件隨便的焊接到電路板上，當(dāng)閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)門鈴不響。到時候就不好搞了。一定要做到心中有數(shù)。一定要爭取一次性成功。在進行將器件放到電路板上時，使器件盡可能離得近一些，使整個產(chǎn)品看起來小巧。電子焊接非常關(guān)鍵，焊接的好壞直截關(guān)系到設(shè)計的成敗，所以對設(shè)計的焊接這一塊要求非常的高。焊接前要保證每個元器件與電板垂直，焊接速度要快，這樣才能保證呈現(xiàn)錐體形狀，尤其是是焊定時器引角處，如果停留時間過長，速度慢就會造成引角處錫比較多，這樣容易發(fā)生短路。一定要按電路圖一步一步往下做，電路圖看著簡單，連接到實際電路上就不是那一回事心一定要細，電路的導(dǎo)線竟可能的短，能省就省，導(dǎo)線過多過長，電路

6、看上去就像蜘蛛網(wǎng)一樣，不美觀不講，還會浪費材料，增大電路的功率損耗，還容易產(chǎn)生失真。盡量使電路連接的導(dǎo)線盡可能簡單，看起來不那么亂，應(yīng)該有條理。3 設(shè)計方案與論證3.1 變音門鈴的方案與論證方案一：開關(guān)S是一個開關(guān)，在平常沒有按下的時候C3無法接通不進行充電，因而C3處的電壓為0,4端口一直處于低電平，導(dǎo)致3端口輸出一直為零，揚聲器無法工作，而C1通過R2、R3進行充電，充滿電后，其電壓約為電源電壓。當(dāng)閉合S時，VCC的電流通過二極管D1對C3進行充電，其兩端電壓升高，4端口的電壓也開始逐步升高，當(dāng)C3端電壓上升為高電平時，即4端口輸入的是高電平，555定時器啟動，所以D2、R3和C1組成的的

7、多諧振蕩器開始工作，輸出頻率f1。當(dāng)斷開開關(guān)S時，R1和C3組成回路，C3開始放電，同時R2、R3和C1組成多諧振蕩器開始工作，輸出頻率為f2，當(dāng)C3放電完畢的時候，4端口又恢復(fù)低電平，555定時器停止工作。輸出端接揚聲器，輸出端有電流時就會使揚聲器發(fā)音，輸出端頻率不同時，發(fā)出的聲音就不同。圖3-1 方案一原理圖方案二：該電子門鈴電路由電源電路、觸發(fā)控制電路、音頻振蕩器輸出電路組成，電源電路由電源變壓器T、整流二極管VDl-VD4和濾波電容器Cl組成。觸發(fā)控制電路由門鈴按鈕S、二極管VD5、電容器C2和電阻器Rl、R2組成。音頻振蕩器A由四與非門集成電路IC(Dl-D4)內(nèi)部的Dl、D2和電阻

8、器R3、電容器C3組成。音頻振蕩器B由IC內(nèi)部的D3、D4和電位器RP、電容器C4組成。音頻輸出電路由電阻器R4、R5、二極管VD6、VD7、晶體管V和揚聲器BL組成。交流220V電壓經(jīng)T降壓、VDl-VD4整流，Ic濾波后，為整機提供9V工作電壓。平時，兩個音頻振蕩器均不工作，揚聲器BL不發(fā)聲。當(dāng)客人按下門鈴按鈕S時，C2快速放電，兩個音頻振蕩器同時工作，產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)VD6、VD7混合后通過V放大，驅(qū)動BL發(fā)出"叮"聲。當(dāng)客人松開S時，C2快速充電，音頻振蕩器A停止工作，音頻振蕩器B產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)V放大后，推動BL發(fā)出"咚"聲。調(diào)整R3和RP的阻

9、值，可改變 "叮咯"聲的音調(diào)。如下圖所示：圖3-2 方案二原理圖方案三：是由555集成芯片組成多諧振蕩器，然后根據(jù)以下電路圖完成課程設(shè)計要求。電路圖如下：圖3-3 電路原理圖根據(jù)以上三種方案，我們最后選用方案三，方案三在成本上比較低廉，而且質(zhì)量性能上也比較好。更利于課題的成功，對實驗造成的不利因素相對之下比較少。3.2 變音門鈴的原理方框圖該電路包含五個部分，電源部分、波形產(chǎn)生電路、濾波電路、放大電路和揚聲器。該電路通過555集成芯片和一些外部電路組成而成，通過電路中的一些器件達到要求，當(dāng)按下開關(guān)時能發(fā)出響聲，以此來提醒人們有客人到來。電源波形產(chǎn)生電路濾波電路放大電路揚聲器

10、圖3-4 電路原理方框圖4 設(shè)計原理與功能說明4.1 電路中器件的介紹與選用揚聲器是本電路中重要的元器件之一。它是一種能將電信號轉(zhuǎn)換為聲音或?qū)⒙曇艮D(zhuǎn)換為電信號的換能器件，這種器件能完成電能和聲能的相互轉(zhuǎn)換。（1）揚聲器的種類揚聲器種類繁多，但最常用的是動圈式揚聲器（又稱電動式）。 動圈聲器又分為內(nèi)磁式和外磁式，因為外磁式便宜，所有本款報警器選用外磁式的揚聲器。其組成有：紙盆、折環(huán)、音圈、盆架、防塵罩、音調(diào)、磁鐵、導(dǎo)磁夾板、場心柱等。（2）揚聲器功率 、阻抗的選擇揚聲器在電路圖中的符號很形象。揚聲器上一般都標(biāo)有標(biāo)稱功率稱阻抗值。一般認為式揚揚聲器的口徑大，標(biāo)稱功率也大。在使用時，輸入功率最好不要

11、超過標(biāo)稱功率太多，以防損壞。萬用表電阻檔測試揚聲器，若有咯咯聲發(fā)出說明基本上能用。測出的電阻值是直流電阻值，比標(biāo)稱阻抗值要小，是正常現(xiàn)象。 圖4-1 揚聲器及符號揚聲器的工作原理：揚聲器的能量轉(zhuǎn)換層次多、反饋多。通常遇到的器件能量轉(zhuǎn)換只是一種一次。電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能。發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)換為電能。電燈是將電能轉(zhuǎn)換為光能。電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。這里發(fā)生的只是一種能量向另一種能量的轉(zhuǎn)換。而揚聲器有所不同，它是將電能轉(zhuǎn)換為機械能，再將機械能轉(zhuǎn)換成電能，這是在諸種換能器中不常見的。它的層次多、反饋多自然帶來系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性。在一個揚聲器系統(tǒng)中同時存在電學(xué)部分、聲學(xué)部分、能和力學(xué)部分（機械

12、振動部分）。 （3）揚聲器工作狀態(tài)不僅不是靜止的，而且是振動的，這種振動又是在三維空間。這個三維空間的振動系統(tǒng)，具有多個邊界條件，因此它的振動分析極為復(fù)雜，一般的數(shù)學(xué)工具已不夠用。荷蘭學(xué)者Frankort等導(dǎo)出錐體微分方程，是具有14個變量的聯(lián)立一階微分方程，而且揚聲器的振動還與頻率和時間有關(guān)，實際上它處于多維空間之中（4）NE555的介紹：555定時器是一種將模擬功能和邏輯功能結(jié)合在同一塊芯片上的集成電路，8腳封裝。最初由美國SIGNETICS公司在1972推出投放市場,很快得到廣泛應(yīng)用，也因為應(yīng)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(nèi)使用了3個精度較高的5K分壓電阻，型號由

13、此而得名。NE555是雙極性器件的集成電路，內(nèi)含2個555電路的型號為NE556，為14腳。另有CMOS工藝的7555和7556。NE555電壓使用范圍為4.5V - 18V。NE555則為3V - 15V。NE555的特點有：只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久；它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合;其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載；它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。圖4-2 NE555的管腳分布圖及工作表4.2 總體設(shè)計電

14、路圖圖4-3 電路總體原理圖上圖是一種能發(fā)出“叮、咚”聲的門鈴的電原理圖。它是利用一塊時基電路集成塊和外圍元件組成的。它的音質(zhì)優(yōu)美逼真，裝調(diào)簡單容易、成本較低，一節(jié)6V迭層電池可用三個月以上，耗電量較低。圖中的IC便是時基電路集成塊555，它構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。按下按鈕K（裝在門上），振蕩器振蕩，振蕩頻率約500Hz，揚聲器發(fā)出“叮”的聲音。與此同時，電源通過二極管D1給C1充電。放開按鈕時，C1便通過電阻R1放電，維持振蕩。但由于K的斷開，電阻R2被串入電路，使振蕩頻率有所改變，大約為500Hz左右，揚聲器發(fā)出“咚”的聲音。直到C1上電壓放到不能維持555振蕩為止?！斑恕甭暤挠嘁舻拈L短可通

15、過改變C1的數(shù)值來改變。 不用電池的雙音門鈴 隨著電話機的普及率越來越高，擁有住宅電話的家庭也越來越多，但大多數(shù)住宅電話使用率很低，利用電話入戶饋線提供的48V（60V）直流饋電作電子門鈴的工作能源是經(jīng)濟實用的。5 NE555數(shù)字門鈴的制作與仿真5.1 制作的細節(jié)與操作電路設(shè)計好之后，分析電路圖，將元器件分別安裝到電路板上，安裝的要求：盡量將電路壓縮到相對小的電路板上，使器件之間的距離根據(jù)線路調(diào)到合適距離，其距離不僅滿足焊接容易，還要滿足電路清晰，方便以后調(diào)試。器件合適安裝到電路板上之后，下面就要用到電烙鐵來進行焊接操作。新烙鐵使用前，應(yīng)用細砂紙將烙鐵頭打光亮，通電燒熱，蘸上松香后用烙鐵頭刃面

16、接觸焊錫絲，使烙鐵頭上均勻地鍍上一層錫。這樣做，可以便于焊接和防止烙鐵頭表面氧化。舊的烙鐵頭如嚴重氧化而發(fā)黑，可用鋼挫挫去表層氧化物，使其露出金屬光澤后，重新鍍錫，才能使用。焊接完電路板后，要對所焊電路的性能進行測試和分析。當(dāng)開關(guān)按下時如果沒有聲音，則首先檢查電源是否接觸良好，如果電源接觸良好，則檢查各焊點是否有漏焊或虛焊，如果都沒問題，則檢查各元件是否安裝正確，直到電路能發(fā)出聲音為止。如果開關(guān)斷開時電路一直響，則可能是某部分短路，須仔細檢查，直到檢查出毛病，電路能發(fā)出叮咚兩種聲音為止。5.2 變音門鈴的仿真Multisim是以Window為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于模板的模擬或數(shù)字電路板的設(shè)計工

17、作。它包含了電路原理圖的圖形輸入，電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。在進行數(shù)字電路仿真或模擬電路瞬態(tài)分析時，不需要設(shè)置仿真類型和參數(shù)，只需要打開虛擬的電源開關(guān)即可，顯示仿真結(jié)果。既方便又快捷，就像在計算機上進行實驗一樣。本方案仿真圖如下：圖5-1 555數(shù)字門鈴仿真圖6 總結(jié)通過這次實驗我不僅知道了叮咚門鈴的制作過程，以及如何運用種工具制作出門鈴電路，并且復(fù)習(xí)了焊接的各個步驟，還明白了在實驗中應(yīng)該有以下的事項是一定要注意的：(1)三級管在安裝時，一定要注意極性不要插反，將三極管平面面向自己，腳向下，自左向右，分別為e,b,c腳，安裝時必須注意。(2)在安裝幾個電容和三極管時，由

18、于考慮到位置太高，容易碰到揚聲器，因此在安裝元件時，最好采用臥式安裝，特別是三極管，若位置安裝不妥，很容易影響美觀。這次的叮咚門鈴實驗，是我第一次實驗嘗試。它需要自己動手，要依靠自己的智慧去體驗一次實驗。這個實驗在老師的指導(dǎo)與帶領(lǐng)下，完成的非常有意義此次的課程設(shè)計使我對555集成芯片有了更為充分的認識，原來書本上的理論知識可以在各方面都有用處，并且涉獵的也很廣，稍微的一變形，就可以做成不同的電子產(chǎn)品。還有，就是我感受最多的還是自己的實踐動手能力不太好，在我們小組中我主要負責(zé)對電路圖的設(shè)計與搜集，在我準(zhǔn)備的過程中，我發(fā)現(xiàn)我對學(xué)過的知識的運用還不太熟，學(xué)過的東西不知道該怎么應(yīng)用，電路元器件的型號不是很確定，不可避免地遇到了不少的問題，但也學(xué)會了自己去思考怎樣分析問題和解決問題，例如怎樣將繼電器的幾個觸角接入電路問題；鍛煉了自己動腦、動手的能力，同時也是動學(xué)過的知識的一種復(fù)習(xí)和加深，同時也讓自己學(xué)會了如何運用已學(xué)過的知道來解決實際問題，對自己也是一種提高和鍛煉。我將總結(jié)這次實驗的經(jīng)驗，并且吸取這次的教訓(xùn)，我相信，在以后的實驗中，我會越來越得心應(yīng)手。參考文獻1 彭介華. 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)N.北京：高等教育出版社.1997.2 夏路易. 電路原理圖與電路板設(shè)計教程M. 北京：北京希望電子出版社. 2002.3 江