畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ( 2009 屆 ) 題目 ： 門鈴控制電路設(shè)計(jì) 系 別 計(jì)算機(jī)工程系 專業(yè)班級(jí) 06 電氣自動(dòng)化 學(xué)生姓名 黃大海 學(xué) 號(hào) 0611030113 導(dǎo)師姓名 吳田仙 成 績 2009 年 5 月 10 日 目 錄 目 錄 . I 一 . - 2 - 二 . 硬件系統(tǒng)的工作原理及其應(yīng)用 . - 2 - （一） 555 時(shí)基電路的引腳及功能 . - 2 - （二） 多諧振蕩器的原理 . - 4 - 三門鈴電路的分析設(shè)計(jì) . - 6 - （一）電路原理分析與設(shè)計(jì) . - 6 - （二）器件的選擇 . - 6 - 四 . 紹及 制作 . - 7 - （一） 功能 . - 7 - （二） 的制作 . - 8 - 五 . 安裝與調(diào)試 . - 9 - （一）焊接 . - 9 - （二）調(diào)試 . - 10 - 五 . 總結(jié) . - 10 - 參考文獻(xiàn) . - 11 - 致 謝 . - 12 - - 1 - 門鈴控制電路設(shè)計(jì) 電子雙音門鈴 計(jì)算機(jī)工程系 06 電氣自動(dòng)化班 黃大海 指導(dǎo)教師：吳田仙 摘要 :現(xiàn)在大多數(shù)人家使用的門鈴鈴聲為“叮咚”聲， 本課題設(shè)計(jì) 的 門鈴主要由 555時(shí)基電路構(gòu)成 。該門鈴系統(tǒng)是 555 定時(shí)器及充放 電路 和時(shí)基電路 組成。本論文主要介紹了 電子 門鈴 的 硬件部分的設(shè)計(jì)，以及在設(shè)計(jì)、調(diào)試過程中遇到 的問題及解決方案。 本課題設(shè)計(jì)的 電子 門鈴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)成本低，功能完全，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 關(guān)鍵詞 : 電子門鈴 時(shí)基電路 555 定時(shí)器 9 - 2 - 一 門 鈴 (” 的作用顧名思義就是提醒主人開門。古代人們在自家的門上裝有門環(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。 而近代 “ 門鈴 ” 多為電子類產(chǎn)品。最常見的是 “ 電子門鈴 ” ，一般安放兩節(jié) 5號(hào)電池在內(nèi)，門外的觸發(fā)電鈕被人按動(dòng)后，門內(nèi)的 “ 門鈴 ” 就 “ 嘀嘟 ” 地響幾聲 ， 也有的是由 由于電子音樂門鈴具有鈴聲悅耳動(dòng)聽 ， 價(jià)格低廉 ， 耗電少等優(yōu)點(diǎn) ， 在現(xiàn)代家居中的應(yīng)用越來越流行 。 門鈴 在生活中所起作用越來越不容忽視 ，“ 門鈴 ” 作用的延伸與簡化 ,給出了一種簡單的電子門鈴電路的設(shè)計(jì)方案 。 二 . 硬件系統(tǒng)的工作原理及其應(yīng)用 （一） 555 時(shí)基電路的引腳及功能 555時(shí)基電路的內(nèi)部電路方框圖如圖 含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本 個(gè)放電開關(guān)管 T，比較器的參考電壓由三只 5們分別使高電平比較器 同相輸入端和低電 平比較器 2的輸出端控制 發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)自 6 腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平，觸發(fā)器復(fù)位， 555 的輸出端 3 腳輸出低電平，同時(shí)放電開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自 2 腳輸入并低于，觸發(fā)器置位， 555 的 3 腳輸出高電平，同時(shí)放電開關(guān)管截止。 復(fù)位端（ 4腳），當(dāng) 0， 555 輸出低電平。平時(shí) 端開路或接 5腳），平時(shí)輸出為比較器 參考電平，當(dāng) 5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制，在- 3 - 不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè) f 的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。 圖 555定時(shí) 器內(nèi)部框圖及引腳排列 給接于腳 7的電容器提供低阻放電通路。 555定時(shí)器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個(gè)比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路，可方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。 因此， 555時(shí)基電路可用作：脈沖發(fā)生器、方波發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、自由振蕩器、內(nèi)振蕩器、定時(shí)電路、延時(shí)電路、脈沖調(diào)制電路、儀器儀表的各種控制電路及民用電子產(chǎn) 品、電子琴、電子玩具等。 555引腳的功能 ： 腳接電源地線，即電源的負(fù)極； 腳為低電位觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端； 腳為輸出端，可將繼電器、小電動(dòng)機(jī)及指示燈等負(fù)載的一端與它相連，另一端接地或電源的正極； 腳為低電位復(fù)位端； 腳為電壓控制端，主要是用來調(diào)節(jié)比較器的觸發(fā)電位； 腳為高電位觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端； - 4 - 腳為放電端； 腳接電源正極。 555引腳圖如 圖 圖 引腳圖 弄清各管腳的功能后，正確運(yùn)用 555時(shí)基集成電路就十分容易了。 （二） 多諧振蕩器的原理 555集成定時(shí)器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，應(yīng)用十分廣泛。 1 多諧振蕩器 構(gòu)成 如圖 555 定時(shí)器和外接元件 2 與腳 6直接相連 。電 路沒有穩(wěn)態(tài) ， 僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài) ， 電路亦不需要外加觸發(fā)信號(hào) ， 電源接通后， 1、 充電。當(dāng)電容上電 ，閥值輸入端受到觸發(fā)，比較器 出電壓 ，同時(shí)放電管 T 導(dǎo)通，電容 2放電；當(dāng) 電容上電壓 ，比較器 出電壓 為高電平。 重新開始充電，周而復(fù)始，形成振蕩。 2多諧振蕩器 振蕩周期 其振蕩周期與充放電的時(shí)間有關(guān)： 充電時(shí)間： 1 2121 - 5 - 放電時(shí)間： 振蕩周期： T=1+2 振蕩頻率： f=1/T=2( 21 占空系數(shù)： 2121 21 當(dāng) 空系數(shù)近似為 50。 由上分析可知： （ 1） 電路的振蕩周期 T、占空系數(shù) D，僅與外接元件 有關(guān)，不受電源電壓變化的影響。 （ 2）改變 可改變占空系數(shù)，其值可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 （ 3） 改變 C 的值，可單獨(dú)改變周期，而不影響占空系數(shù)。 另外，復(fù)位端也可輸入 1個(gè)控制信號(hào)。復(fù)位端為低電平時(shí)，電路停振。 555電路要求 應(yīng)大于或等于 1，但 外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性， 555定時(shí)器配以少量的元件即可獲 得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。 圖 諧振蕩器及輸出圖 - 6 - 三 門鈴電路的 分析設(shè)計(jì) （一）電路原理分析與設(shè)計(jì) 簡單的電子門鈴是采用時(shí)基集成電路構(gòu)成的雙音門鈴，其核心部分是基電路 組成的多諧振蕩器 ： 圖 簡單電子門鈴電路圖 它是利用一塊時(shí)基電路集成塊和外圍元件組成的 。 圖 的 是時(shí)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 在門上），振蕩器振蕩，振蕩頻率約 700聲器 發(fā)出 “叮 ”的聲音。與此同時(shí)，電源通過二極管 電。放開按鈕時(shí)， 通過電阻 電，維持振蕩。但由于 阻 串入電路，使振蕩頻率有所改變，大約為 500右，揚(yáng)聲器發(fā)出 “咚 ”的聲音。直到 電壓放到不能維持 555 振蕩為止。 “咚 ”聲的余音的長短可通過改變 數(shù)值來改變 。 （二） 器件的選擇 本設(shè)計(jì)需要的材料如表 示 ： - 7 - 表 元器件清單 名稱 大小 數(shù)量 名稱 大小 數(shù)量 電阻 47K 4 1 二極管 2 揚(yáng)聲器 1 電容 按鈕 1 電容 47 電池 9V 1 電容 100 導(dǎo)線 若干 它是利用一塊時(shí)基電路集成塊和外圍元件組成的 。 圖 2的 是時(shí)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 在門上），振蕩器振蕩，振蕩頻率約 700聲器發(fā)出 “叮 ”的聲音。與此同時(shí)，電源通過二極管 電。放開按鈕時(shí)， 通過電阻 電，維持振蕩。但由于斷開，電阻 串入電路，使振蕩頻率有所改變，大約為 500右，揚(yáng)聲器發(fā)出 “咚 ”的聲音。直到 電壓放到不能維持 555 振蕩為止。 “咚 ”聲的余音的長短可通過改變 數(shù)值來改變 。 四 . 紹及 制作 （一） 功能 括下面幾個(gè)部分： 的主要功能是繪制電路圖、編輯零件庫及生成網(wǎng)絡(luò)表文件。 的主要功能是用來設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)制電路板。 要用來設(shè)計(jì)可編程邏輯器件（ 程序，如類比電路模擬器、數(shù)字電路模擬器及混合信號(hào)模擬器等，這些模擬器可讓你在還沒實(shí)際做出電路和印 制電路板之前，能驗(yàn)證一下所設(shè)計(jì)的電路是否正確，或評估其可行性。 有許多優(yōu)點(diǎn)，如：完全支持中文 執(zhí)行“復(fù)- 8 - 制”、“粘貼”命令；可在電路圖中填寫各種字體的中英文字；可直接在原理圖中粘貼圖片、繪制幾何圖形、波形，甚至機(jī)械結(jié)構(gòu)；可產(chǎn)生或讀取 圖形文件及零件庫文件；完全支持 使用的打印機(jī)和繪圖儀，并可預(yù)覽打印效果等等。 （二） 的制作 根據(jù)設(shè)計(jì)方案的電路圖，用 出了原理圖，在 真軟件的元器庫里找出所需要的元器件，找出和實(shí)物差不多大的電路板，根據(jù)實(shí)際需要對元器件在仿真電路板上的分配進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，從而生成 刷電路板）圖，如圖 示 。 注意 事項(xiàng) ： 1在 計(jì)中，如果電路系統(tǒng)同時(shí)存在數(shù)字電路和模擬電路，以及大電流電路，則必須分開布局，使個(gè)系統(tǒng)之間耦合達(dá)到最小在同一類型電路中，按信號(hào)流向及功能，分塊，分區(qū)放置元件。 2輸入信號(hào)處理單元，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)元件應(yīng)靠近電路版邊，使輸入輸出信號(hào)盡可能 短，以減小輸入輸出的干擾。 3元件放置方向；元件只能沿水平和垂直兩個(gè)方向排列，否則不得于插件。 4在而已進(jìn) 耦電容要靠近芯片的電源秋地線引腳，不然濾波效果會(huì)變差，在數(shù)字電路中，為保證數(shù)字電路系統(tǒng)可靠工作，在每一數(shù)字集成電路芯片的電源和地之間均放置 耦電容，去藕電容一般采用瓷片電容，藕電容容量的選擇一般按系統(tǒng)工作頻率 F 的倒數(shù)選擇，此外，在電路電源的入口處的電源線和地線之間也需加一個(gè) 10電容，以及一個(gè) 5時(shí)針電路元件盡量靠近單片芯片的時(shí)鐘 信號(hào)引腳，以減小時(shí)鐘的連線長度，且下面最好不要走線。 - 9 - 圖 在 成的 五 . 安裝與調(diào)試 （ 一 ）焊接 據(jù)電路圖對電路在電路板上的分配進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，合理分配電路板的空間 這樣做同時(shí)可以避免元件和導(dǎo)線在空中跨接帶來的額外干擾，也可以使電路排布比較清晰，便于查錯(cuò)和調(diào)試。 2. 使用電烙鐵和錫將元器件焊在萬能板上， 在焊接電路時(shí)不能刻意求“快”，這樣可以避免許多虛焊、短路等的問題，一旦電路不出結(jié)果，在查錯(cuò)時(shí)基本可以排除電路焊接的原因，反而節(jié)省了 時(shí)間。 3. 注意 事項(xiàng) ： （ 1） 焊接時(shí)間不宜過久，但要完全熔著，以免造成冷焊。 （ 2） 焊點(diǎn)的表面要平滑、有光澤。 （ 3） 焊點(diǎn)完全冷卻前，不可移動(dòng)。 （ 4） 電烙鐵不用時(shí)要放置于電烙鐵架上，并隨時(shí)保持烙鐵頭的清潔。 （ 5） 焊接完畢，要在烙鐵頭鍍上薄層焊錫，避免氧化，并等冷卻后再收存。 - 10 - （二） 調(diào)試 按照電路圖檢測電路，測試有沒有虛焊、斷線、短路，確定沒有問題后，把 555 定時(shí)器插入電路板上，打開電源。用萬用表分別測試 和 ,測試得 2 個(gè)口電壓為 9V。再測 和 ，當(dāng)按下按鍵的時(shí)候，電壓在不時(shí)變化 ，說明單片機(jī)正在正常工作。 系統(tǒng)不穩(wěn)定的話，有時(shí)是因?yàn)殡娫礊V波不好導(dǎo)致的。在單片機(jī)的電源引腳跟地引腳之間接上一個(gè) 電容會(huì)有所改善。如果電源沒有濾波電容的話，則需要再接一個(gè)更大濾波電容，例如 220。遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，就可以并上電容試試（越靠近芯片越好）。 另外，調(diào)試系統(tǒng)時(shí)一定要有耐性，靜下心來一點(diǎn)點(diǎn)的調(diào)，千萬不要著急。 五 . 總結(jié) 通過這次對門鈴控制電路的設(shè)計(jì)，加深了我對門鈴電路的理解， 熟悉電路中 555 型集成時(shí)基電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)， 掌握多諧振蕩電路的應(yīng)用。為了做好試驗(yàn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了用示波 器對波形進(jìn)行定量分析，測量波形的周期、脈寬和幅值等。 在設(shè)計(jì)電子門鈴的期間，我為了將自己所學(xué)的知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，查閱了大量的資料文獻(xiàn)，并把握住每一次指導(dǎo)老師面對面講授的機(jī)會(huì)，認(rèn)真做好筆記，把自己的做設(shè)計(jì)時(shí)遇到的困難和不懂的地方整理好，虛心而耐心地向指導(dǎo)老師請教，把所有的問題弄懂為止。我為了提高自己的綜合素質(zhì)，使畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完成，在同學(xué)的幫助下重新開始了計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在已經(jīng)能熟練的使用 件。我在設(shè)計(jì)期間閱讀了的大量資料文獻(xiàn)，不僅開闊了我的視野，增長了我的見識(shí)，而且還提高了自己思考和 想象能力，使自己的工作能力大大提高，為自己畢業(yè)設(shè)計(jì)的成功完成打下了較好基礎(chǔ)，終于，我成功地完成了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在以后的日子中，我一定得更加嚴(yán)格要求自己，改正缺點(diǎn)，不斷努力，不斷進(jìn)步。 - 11 - 參考文獻(xiàn) 1 陳有卿 基電路的原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社， 2006 2 李中發(fā) 中國水利水電出版社， 2004 3 謝嘉奎 . 電子線路 . 高等教育出版社， 2000 4 沈長生 . 常用電子元器件使用一讀通 2002 5 劉修文 . 實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)制作 300 例 . 中國電力出版社 , 2005 6 江思敏 . 理及 機(jī)械工業(yè)， 2006 7 陳佳新 . 實(shí)用電工線路 500. 人民郵電出版社 , 2001 8 莫榮 . 電子線路 9驗(yàn)指導(dǎo)書 . 高等教育出版社， 2000 9 周惠潮 . 常用電子元件及典型應(yīng)用 . 人民郵電出版社， 2001 - 12 - 致 謝