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1、双音叮咚门铃课程设计报告 20222022学年第二学期 电路与模拟电子课程设计 （适用专业：勘查09级） 班级勘查09-2 姓名 zhaohaoran 学号 姓名学号 姓名学号 得分 一、概述（功能描述） 题目：双音叮咚门铃电路课程设计 项目任务：设计一个双音叮咚门铃电路，电路中设置一个按钮开关，类似门铃。 按下按钮时发出门铃的较高频率“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。 要求：正常人听力范围在20Hz20000Hz，而1000Hz5000Hz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
2、大，使人耳容易区分，声音持续时 间要求适合，符合一般门铃要求。同时，电路最好能功耗低，由干 电池提供电源。 二、电路原理 2.1 工作原理 如图所示，J1相当于门上的门铃按钮，在没有按下门铃的时候，J1是断开的。C1无法接通不进行充电，因而C1处的电压为0，NE555的4端口（复位端）一直处于低电平，是NE555强制复位，处于不工作状态，导致3端口输出一直为0，扬声器无法工作。而C2通过R2、R3、R4进行充电，充满电后，其电压约为电源电压。 当按下开关时，VCC的电流流过二极管对C1经行充电，其两端电压升高，4端口的电压也开始逐渐升高。同时，C2开始对端口7进行放电，电容的电压下降，当其由V
3、CC下降到2/3的VCC时，放电管导通，3端口输出为低电平，但当下降到1/3VCC时，放电管截止，C2则开始充电，3端口理应输出高电平，但是由于控制4端口的电容C1的电压还没有充好点，4端口仍旧输出0使输出端口3强制输出0，扬声器不工作。当C1充好电之后，4端口为高电平，然后输出端3即可输出1，这时扬声器可以工作，发出“叮”的响声（其频率值在后面给出）（C2的充放电过程不断的重复进行）。 当松开J1时，VCC则不能通过二极管对C2充放电，只能通过R2、R3、R4充放电，由于电阻值的改变，使其频率发生改变，电阻变大，频率变低，发出“咚”的声响。与此同时，C1开始放电，当使其的电压不断下降，最终4
4、端口输入为低电平，强制将其复位，扬声器不再工作。 2.2 参数计算 按下开关J1之后： 叮的频率 T=ln2*(R3+2R4)*C2=ln2*30*0.05*10-3=1.04*10-3s f=1/T=961.8Hz C2充电时间t11C2*(R3+R4)=0.001s C2放电时间t12C2*R4=(5.0*e-5)s 叮的时间间隔十分的小，因此人耳无法分辨间断的叮声，所以人听到的是持续的叮声 松开开关之后： 咚的频率f=1.44/（R2+R3+2R4）*C2=480Hz C2充电时间t11C2*(R3+R2+R4)=0.003s C2放电时间t12C2*R4=0.0005s C1放电时间t
5、=C1*R1=2.209s 咚声持续的时间为:2.209s 2.3 元器件功能 R1：给C1充放电 R2：J1断开后，给C2充电 R3：给C2充电 R4：给C2充放电 C1：充放电控制NE555的4端口的，来控制扬声器的工作 C2：充放电来控制NE555，使其发出脉冲波 C3：滤波,防止干扰 C4：滤波，使扬声器接收到稳定的脉冲波 D1、D2：防止闭合开关后，还有电流流过C1使其充电 J1：开关按钮，控制“叮咚”声的开始和叮声的结束 扬声器：发出叮咚声的设备 NE555：作为多谐振荡器，发出脉冲波，驱动扬声器发声 2.4 各数据对结果的影响 叮的频率：减小R3、R4，频率变大，反之则变小；减小
6、C2，频率变大，反之则变小 咚的频率:减小R2、R3、R4，频率变大，反之则变小：减小C1，频率变大，反之则变小 咚声持续的时间：减小C1、R1，则持续时间变短，反之则变长 三、电路仿真与结果 3.1 电路仿真 3.2 电路仿真结果 用示波器测试输出信号得到以上信号，可以看到，开关打开和关闭时，输出波形 的频率是变化的，在实际电路中则是喇叭接收的频率不同，导致声音变化。四、电路调试与结论 4.1 电路调试过程 在面包板的整个调试过程，我们没有出现任何问题，布线完成后进行连接，十分顺利，没有交叉，没有飞线。连接完面包板后，我们先用万用表测试电路的各个部分能否正常实现功能，检查有没有短路或者断路以
7、及电阻阻值是否正确。然后重新检查电路的运行方式后接通了电源，按下了开 关，很顺利，第一次接电源就听到了声响，虽然声音并不是预想中的“叮 咚”两声，而是其他声音，但电路完全实现了预想中的其他功能，按下开 关后是两种不同声音，开关弹起后的声音时间可调，这些都让我们很高兴。 上午就完成面包板调试，使我们成为了第一组完成面包板调试的小组。 下午，我们又重新考虑给电路增添功能，想让电路实现眨眼双音门铃，具体的实现原理及电路图见以下的补充，但连接这个电路时遇到了很大的困难，首先，由于没有注意限流电阻，烧坏了发光二极管；其次，电路并不能实现眨眼的功能，甚至并不发光，经过排查，发现有一处电路出现问题进行调整后
8、，电路成功发光，也实现了眨眼功能，但可惜的是并未和想象中的相同，开关弹起后，发光二极管也接着熄灭，经过老师的讲解后，明白电路的阻值设置并不成功，而且发光二极管的频率太高，肉眼观察不出变化，于是决定放弃眨眼双音的设计。 电路的实际连接中比较顺利，就是NE555实际元件图与预想中的并不一样，导致原来的布局无法使用，重新布局后进行连接，保证没有飞线，焊 接后发现喇叭不响，重新检查电路后发现NE555元件与电源并未连接，但此时电路的其他部分已经连接完毕，不得以德情况下使用飞线，连接后电 路成功，经老师检查后上交。 4.2 结论 设计应当从各方面入手对于设计电路进行考虑，多设计几种方案进行比较，选择出最
9、适合的方案或者讲多种方案好的地方经行结合，得到最终的 实现方案。在实现方案的过程中，要进行全方面的考察和调试，得到最完美的电路。 五、收获与建议 5.1 收获 这次课程设计的时间较短，但我们在这短短的一周内得到了不小的收获，发现了自己的很多不足，知识体系上的漏洞，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。 首先选到这个题目，我们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，我们了解了很多之前并未注意的知识。设计的过程比较容易，实质就是多谐振荡器。拿到元件后，我们花了很长时间查阅各器件的功能引脚，详细了解了每个元件
10、的功能后，为了使布线图美观和布线最优，我们花了半小时用铅笔花布线图，准备工作做好后，万事俱备，很快就把线连好了，正因 如此，我们感觉自己的布线还比较美观和简练，只有一根由于遗漏产生的 飞线。当焊接完电路，听到清脆的叮咚声时，我们十分高兴。理论联系实 际给人对知识一种积极向上的对知识的渴望， 此次我们的实验取得了圆满的成功，通过这次实验，开阔了我门的视野，提高了我们的兴趣。在今后的学习中我们仍可以进行这方面的尝试，开拓自己的眼界和操作能力，提高自己的动手制作能力，在动手中学习，再动手中成长收获。 5.2 建议 在课程设计的过程中，我们有许多经验和教训，综合后我们提出以下建议： 一、建议给选题更多
11、的介绍，例如可以给每个选题设置一个难 度星级，或是平均完成率之类的数据，给同学们作为参考。 二、在每个项目上，可考虑让大家自由升级 六、补充 考虑到这一实验较为简单，我们决定在原有结构基础上添加发光电路，使按下开关后同时控制铃声与发光二极管发光，铃声停止后铃与灯均灭。 振荡发光电路如下图： 整合后： 虽然这一部分仿真实现但由于以上提到的各种原因我们实际上并未完成 以上部分，但我们同样在不断调试的过程中学到了很多知识，锻炼了自己 的动手技能，虽然失败了，但也为我们以后的学习工作提供了经验教训附件1 元件清单 电阻4个（R1=47k ;R2=30k ;R3=10k ;R4=10k） 电容4个（C1=47u ；C2=0.05u ;C3=50u） 9V直流电源1个 按钮开关1个 扬声器1个 二极管2个 NE555 1个 补充电路新添元件： 发光二极管2个 电阻 4个（72k、900、510*2） 电容 2 个 (10nf *2) NE555 1个 附件2 参考文献 高玉良.电路与模拟电子技术（第二版）高等教育出版社.2022年5月于云华.数字电子技术基础（第一版）中国石油大学出版社.2022年3月555 定时器应用中的问题探讨.河北师范大学学报.第26 卷第2 期梁明理. 电子线路 . (第三版). 北京: 高等教育出版社.1993 金秀慧闪光双音电子门铃学科教育。年第期 金秀慧