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(jì)題 目 數(shù)字門鈴制作 學(xué)生姓名 王 志 超 專業(yè)班級(jí) 電動(dòng)3班 學(xué) 號(hào) xxx 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 李 月 英 完成時(shí)間 2014年4月13日 目 錄1 引言12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求22.1 設(shè)計(jì)任務(wù)22.2 設(shè)計(jì)要求23 設(shè)計(jì)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(jì)原理與功能說(shuō)明64.1 變音門鈴器件的介紹與選用64.2 總體設(shè)計(jì)電路圖105 555數(shù)字門鈴的制作與仿真115.1 制作的細(xì)節(jié)與操作115.2 變音門鈴的仿真116 總結(jié)12參考文獻(xiàn)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(shí)物圖161 引言“門鈴”的作用顧名思義就是提醒主人開(kāi)門?！伴T鈴”這玩意在中國(guó)古代較少聽(tīng)說(shuō)，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(guó)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(shí)候，會(huì)順便拉拉它牽動(dòng)里面的鈴當(dāng)以示來(lái)人。 在近代“門鈴”不再是有錢人家的專項(xiàng)，“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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生活的需要，人們需要更人性化、個(gè)性化、趣味化、智能化的

3、居家門禁系統(tǒng)，可以使人們?cè)谕獬鰰r(shí)不會(huì)錯(cuò)過(guò)一些來(lái)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(yǔ)音門鈴的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了將兩者結(jié)合起來(lái)，真正實(shí)現(xiàn)在較高的性價(jià)比基礎(chǔ)上實(shí)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(gè)觸發(fā)信號(hào)，它就會(huì)按內(nèi)部存儲(chǔ)好的程序，發(fā)出一曲優(yōu)美動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè)。近年來(lái)，又出現(xiàn)了內(nèi)存語(yǔ)言程序或聲響程序的集成電路，觸發(fā)后，會(huì)發(fā)出“謝謝光臨”、“請(qǐng)注意倒車”、“抓小偷”等語(yǔ)言聲或模擬動(dòng)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(bào)警裝置上。2 課程設(shè)計(jì)

4、的任務(wù)與要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)利用NE555芯片制作一個(gè)夜間變音數(shù)字門鈴，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)的時(shí)候，揚(yáng)聲器能發(fā)出聲音并且LED燈亮起來(lái)，從而提醒人們，知道外面有人來(lái)。能夠自主的熟悉自己課題的設(shè)計(jì)與制作，并且在設(shè)計(jì)中將理論與實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，設(shè)計(jì)出最符合課程設(shè)計(jì)要求的方案，按方案設(shè)計(jì)出555數(shù)字門鈴。學(xué)會(huì)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，一定要做到理論與實(shí)際相結(jié)合，逐步培養(yǎng)自己對(duì)專業(yè)的興趣。對(duì)電子焊接有個(gè)較為深入的了解，并動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐操作。注意在進(jìn)行焊接操作時(shí)注意的一些事項(xiàng)，避免操作不當(dāng)出現(xiàn)一些事故。實(shí)踐產(chǎn)品完成之前一定要進(jìn)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(jì)要求實(shí)驗(yàn)前，要用萬(wàn)用表測(cè)量每個(gè)元器件是否

5、是好的。切忌不要上來(lái)就把元器件隨便的焊接到電路板上，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)門鈴不響。到時(shí)候就不好搞了。一定要做到心中有數(shù)。一定要爭(zhēng)取一次性成功。在進(jìn)行將器件放到電路板上時(shí)，使器件盡可能離得近一些，使整個(gè)產(chǎn)品看起來(lái)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(jì)的成敗，所以對(duì)設(shè)計(jì)的焊接這一塊要求非常的高。焊接前要保證每個(gè)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(shí)器引角處，如果停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，速度慢就會(huì)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(jiǎn)單，連接到實(shí)際電路上就不是那一回事心一定要細(xì)，電路的導(dǎo)線竟可能的短，能省就省，導(dǎo)線過(guò)多過(guò)長(zhǎng)，電路

6、看上去就像蜘蛛網(wǎng)一樣，不美觀不講，還會(huì)浪費(fèi)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(jiǎn)單，看起來(lái)不那么亂，應(yīng)該有條理。3 設(shè)計(jì)方案與論證3.1 變音門鈴的方案與論證方案一：開(kāi)關(guān)S是一個(gè)開(kāi)關(guān)，在平常沒(méi)有按下的時(shí)候C3無(wú)法接通不進(jìn)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(yáng)聲器無(wú)法工作，而C1通過(guò)R2、R3進(jìn)行充電，充滿電后，其電壓約為電源電壓。當(dāng)閉合S時(shí)，VCC的電流通過(guò)二極管D1對(duì)C3進(jìn)行充電，其兩端電壓升高，4端口的電壓也開(kāi)始逐步升高，當(dāng)C3端電壓上升為高電平時(shí)，即4端口輸入的是高電平，555定時(shí)器啟動(dòng)，所以D2、R3和C1組成的的

7、多諧振蕩器開(kāi)始工作，輸出頻率f1。當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S時(shí)，R1和C3組成回路，C3開(kāi)始放電，同時(shí)R2、R3和C1組成多諧振蕩器開(kāi)始工作，輸出頻率為f2，當(dāng)C3放電完畢的時(shí)候，4端口又恢復(fù)低電平，555定時(shí)器停止工作。輸出端接揚(yáng)聲器，輸出端有電流時(shí)就會(huì)使揚(yáng)聲器發(fā)音，輸出端頻率不同時(shí)，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(yáng)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(jī)提供9V工作電壓。平時(shí)，兩個(gè)音頻振蕩器均不工作，揚(yáng)聲器BL不發(fā)聲。當(dāng)客人按下門鈴按鈕S時(shí)，C2快速放電，兩個(gè)音頻振蕩器同時(shí)工作，產(chǎn)生的音頻信號(hào)經(jīng)VD6、VD7混合后通過(guò)V放大，驅(qū)動(dòng)BL發(fā)出"叮"聲。當(dāng)客人松開(kāi)S時(shí)，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(hào)經(jīng)V放大后，推動(dòng)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(jì)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(duì)實(shí)驗(yàn)造成的不利因素相對(duì)之下比較少。3.2 變音門鈴的原理方框圖該電路包含五個(gè)部分，電源部分、波形產(chǎn)生電路、濾波電路、放大電路和揚(yáng)聲器。該電路通過(guò)555集成芯片和一些外部電路組成而成，通過(guò)電路中的一些器件達(dá)到要求，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí)能發(fā)出響聲，以此來(lái)提醒人們有客人到來(lái)。電源波形產(chǎn)生電路濾波電路放大電路揚(yáng)聲器

10、圖3-4 電路原理方框圖4 設(shè)計(jì)原理與功能說(shuō)明4.1 電路中器件的介紹與選用揚(yáng)聲器是本電路中重要的元器件之一。它是一種能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音或?qū)⒙曇艮D(zhuǎn)換為電信號(hào)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(yáng)聲器的種類揚(yáng)聲器種類繁多，但最常用的是動(dòng)圈式揚(yáng)聲器（又稱電動(dòng)式）。 動(dòng)圈聲器又分為內(nèi)磁式和外磁式，因?yàn)橥獯攀奖阋?，所有本款?bào)警器選用外磁式的揚(yáng)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(chǎng)心柱等。（2）揚(yáng)聲器功率 、阻抗的選擇揚(yáng)聲器在電路圖中的符號(hào)很形象。揚(yáng)聲器上一般都標(biāo)有標(biāo)稱功率稱阻抗值。一般認(rèn)為式揚(yáng)揚(yáng)聲器的口徑大，標(biāo)稱功率也大。在使用時(shí)，輸入功率最好不要

11、超過(guò)標(biāo)稱功率太多，以防損壞。萬(wàn)用表電阻檔測(cè)試揚(yáng)聲器，若有咯咯聲發(fā)出說(shuō)明基本上能用。測(cè)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(yáng)聲器及符號(hào)揚(yáng)聲器的工作原理：揚(yáng)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(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。發(fā)電機(jī)是將機(jī)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(yáng)聲器有所不同，它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，這是在諸種換能器中不常見(jiàn)的。它的層次多、反饋多自然帶來(lái)系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性。在一個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)中同時(shí)存在電學(xué)部分、聲學(xué)部分、能和力學(xué)部分（機(jī)械

12、振動(dòng)部分）。 （3）揚(yáng)聲器工作狀態(tài)不僅不是靜止的，而且是振動(dòng)的，這種振動(dòng)又是在三維空間。這個(gè)三維空間的振動(dòng)系統(tǒng)，具有多個(gè)邊界條件，因此它的振動(dòng)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(gè)變量的聯(lián)立一階微分方程，而且揚(yáng)聲器的振動(dòng)還與頻率和時(shí)間有關(guān)，實(shí)際上它處于多維空間之中（4）NE555的介紹：555定時(shí)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(guó)SIGNETICS公司在1972推出投放市場(chǎng),很快得到廣泛應(yīng)用，也因?yàn)閼?yīng)用廣泛，許多其它公司也推出了功能一樣的類似型號(hào)。此芯片內(nèi)使用了3個(gè)精度較高的5K分壓電阻，型號(hào)由

13、此而得名。NE555是雙極性器件的集成電路，內(nèi)含2個(gè)555電路的型號(hào)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(diǎn)有：只需簡(jiǎn)單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)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(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載；它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。圖4-2 NE555的管腳分布圖及工作表4.2 總體設(shè)計(jì)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(shí)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(jiǎn)單容易、成本較低，一節(jié)6V迭層電池可用三個(gè)月以上，耗電量較低。圖中的IC便是時(shí)基電路集成塊555，它構(gòu)成無(wú)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(yáng)聲器發(fā)出“?！钡穆曇簟Ｅc此同時(shí)，電源通過(guò)二極管D1給C1充電。放開(kāi)按鈕時(shí)，C1便通過(guò)電阻R1放電，維持振蕩。但由于K的斷開(kāi)，電阻R2被串入電路，使振蕩頻率有所改變，大約為500Hz左右，揚(yáng)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(zhǎng)短可通

15、過(guò)改變C1的數(shù)值來(lái)改變。 不用電池的雙音門鈴 隨著電話機(jī)的普及率越來(lái)越高，擁有住宅電話的家庭也越來(lái)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(jì)實(shí)用的。5 NE555數(shù)字門鈴的制作與仿真5.1 制作的細(xì)節(jié)與操作電路設(shè)計(jì)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(duì)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(lái)進(jìn)行焊接操作。新烙鐵使用前，應(yīng)用細(xì)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(yán)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(duì)所焊電路的性能進(jìn)行測(cè)試和分析。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)如果沒(méi)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(diǎn)是否有漏焊或虛焊，如果都沒(méi)問(wèn)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電路一直響，則可能是某部分短路，須仔細(xì)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(jì)工

17、作。它包含了電路原理圖的圖形輸入，電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。在進(jìn)行數(shù)字電路仿真或模擬電路瞬態(tài)分析時(shí)，不需要設(shè)置仿真類型和參數(shù)，只需要打開(kāi)虛擬的電源開(kāi)關(guān)即可，顯示仿真結(jié)果。既方便又快捷，就像在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(guò)這次實(shí)驗(yàn)我不僅知道了叮咚門鈴的制作過(guò)程，以及如何運(yùn)用種工具制作出門鈴電路，并且復(fù)習(xí)了焊接的各個(gè)步驟，還明白了在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該有以下的事項(xiàng)是一定要注意的：(1)三級(jí)管在安裝時(shí)，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(shí)必須注意。(2)在安裝幾個(gè)電容和三極管時(shí)，由

18、于考慮到位置太高，容易碰到揚(yáng)聲器，因此在安裝元件時(shí)，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(shí)驗(yàn)，是我第一次實(shí)驗(yàn)嘗試。它需要自己動(dòng)手，要依靠自己的智慧去體驗(yàn)一次實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jì)使我對(duì)555集成芯片有了更為充分的認(rèn)識(shí)，原來(lái)書本上的理論知識(shí)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(shí)踐動(dòng)手能力不太好，在我們小組中我主要負(fù)責(zé)對(duì)電路圖的設(shè)計(jì)與搜集，在我準(zhǔn)備的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)我對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)的運(yùn)用還不太熟，學(xué)過(guò)的東西不知道該怎么應(yīng)用，電路元器件的型號(hào)不是很確定，不可避免地遇到了不少的問(wèn)題，但也學(xué)會(huì)了自己去思考怎樣分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，例如怎樣將繼電器的幾個(gè)觸角接入電路問(wèn)題；鍛煉了自己動(dòng)腦、動(dòng)手的能力，同時(shí)也是動(dòng)學(xué)過(guò)的知識(shí)的一種復(fù)習(xí)和加深，同時(shí)也讓自己學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用已學(xué)過(guò)的知道來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，對(duì)自己也是一種提高和鍛煉。我將總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，并且吸取這次的教訓(xùn)，我相信，在以后的實(shí)驗(yàn)中，我會(huì)越來(lái)越得心應(yīng)手。參考文獻(xiàn)1 彭介華. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)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(jì)教程M. 北京：北京希望電子出版社. 2002.3 江曉安