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1、江西理工大学应用科学学院信息工程系Protel软件应用课程设计报告设计题目： 门铃响应 专 业： 通信工程 班 级： 082班 姓名学号： 顾薇 03 姓名学号： 李慧明 21 姓名学号： 黄之慧 30 姓名学号： 翁玲瑜 33 指导老师： 刘蔚 完成日期： 2011-7-6 指导老师评语：得分： 指导教师签名： 目录1 设计任务和性能指标11.1 设计任务11.2 性能指标12 设计方案与论证13 系统硬件设计63.1 器件介绍63.2 原理图73.3 电路器件74 绘制原理图和PCB95 PCB板制作、焊接与调试125.1 PCB板制作125.2 元器件的焊接125.3 系统的调试126
2、总结12致谢13参考文献141 设计任务和性能指标1.1 设计任务门铃叮咚声的声音频率和声音持续时间可调，正常人的听力范围在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”声频率要求差距比较大，声音持续时间要求合适，电路最好能功率低。1.2 性能指标设计一个叮咚门铃电路，有一个开关，当开关接通时门铃可以发出较高频率的“叮”声，断开开关，会发出较低频率的“咚”声。门铃的声音频率和持续时间可以调节。2 设计方案与论证2.1 方案一2.1.1原理图图1方案一原理图2.1.2电路说明方案一中的电路是一个以集成芯片组NE5
3、55为主组成的多谐振荡器，J1是控制叮咚门铃的开关，当开关处于断开状态时C3通过R2、R3、R4充电，C3处电压接近电源电压。由于D1、D2的作用，C2不能充电，因此C2、R1处电压为零，因此NE555的RESET端口一直处于低电平，使其保持复位。故而OUTPUT端口输出为0，扬声器不发出声音。当接通J1时，VCC开始通过二极管对C2充电，RESET端口的电压开始逐渐升高。同时C3开始对端口DISCHARGE进行放电，电容的电压下降，当其由VCC下降到2/3VCC时，晶体管导通，OUTPUT端口输出为低电平，但当下降到1/3VCC时，晶体管截止，C3开始充电，OUTPUT理应输出高电平，但是由
4、于控制RESET的电容C2的电压还未充满，RESET仍旧输出0故而强制输出为0，扬声器不发出声音。当C1充好电之后，RESET端口为高电平，然后OUTPUT输出1，扬声器工作，发出较高频率的“叮”的声音。此时扬声器可发出较高频率的“叮”声。断开开关时VCC经过R2、R3、R4放电，由于电阻变大，频率变低，发出较低频率“咚”的声音。同时，C2开始放电，电压不断下降，最终RESET端口输入为低电平，强制复位，扬声器不再工作。2.1.3相关数据R1=33k； R2=33k； R3=10k； R4=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R15
5、0（二极管导通后电阻）2.1.4频率计算接通开关：“叮”的频率f=1.44/（R+R3+2R4）*C3=477.6HzC3充电时间t1C3*（R+R3+R4）=0.002sC3放电时间t2=C3*R4=0.001s“叮”的充放电时间间隔并不是很明显，对实验结果看似有一定的影响。但人耳并不能分辨如此短暂的间断，故而听到的是持续的“叮”声。断开开关：“咚”的频率f=1.44/（R2+R3+2R4）*C3=228.6HzC3充电时间t3=C3*（R2+R3+R4）=0.0053sC3放电时间t4=C3*R4=0.001sC2放电时间t=C2*R1=1.551s故而“咚”的声音持续时间为：1.551s
6、2.1.5 相关要求实现门铃电路的声音频率和持续时间可以调节的方法：叮的频率影响因素有R、R3、R4、C3，当增大R或者R3亦或R4时，频率变小，反之则变大；减小C3，频率变大，反之则变小咚的频率影响因素有R2、R3、R4、C3，当增大R2或R3亦或R4时，频率变小，反之则变大：减小C3，频率变大，反之则变小咚声持续的时间：增大C2或R1，则持续时间变长，反之则变短。2.2方案二2.2.1原理图图2 方案二原理图2.2.2电路说明当闭合J1时，D2正向导通，通过R1向C2充电，555的RESET端为高电平，无法复位，同时，C3则通过R3向555的DISCHARGE端口放电，它们以及555和C3
7、构成了一个多谐振荡器，此时发出较高频率的“叮”声。断开J1时，已经充满电的C2开始放电，R2、R3、C3和555构成一个多谐振荡器。OUTPUT端发出较低频率的“咚”的声音。2.2.3相关数据R1=33k； R2=10k； R3=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R150（二极管导通后电阻）2.2.4频率计算接通开关：“叮”的频率f=1.44/（2R+2R3）*C3=709.4HzC3充电时间t1C3*（2R+R3）=0.001sC3放电时间t2=C3*R3=0.001s “叮”的充放电时间间隔并不是很明显，对实验结果看似有一定的
8、影响。但人耳并不能分辨如此短暂的间断，故而听到的是持续的“叮”声。断开开关：“咚”的频率f=1.44/（R2+2R3）*C3=480HzC3充电时间t3=C3*（R2+R3）=0.002sC3放电时间t4=C3*R3=0.001sC2放电时间t=C2*R1=1.551s故而“咚”的声音持续时间为：1.551s2.2.5 相关要求实现门铃电路的声音频率和持续时间可以调节的方法：叮的频率影响因素有R、R3、C3，当增大R或者R3时，频率变小，反之则变大；减小C3，频率变大，反之则变小咚的频率影响因素有R2、R3、C3，当增大R2或R3时，频率变小，反之则变大：减小C3，频率变大，反之则变小咚声持续
9、的时间：增大C2或R1，则持续时间变长，反之则变短。2.3方案三2.3.1原理图 图3 方案三原理图2.3.2电路说明方案三中的叮咚门铃电路是由四个与非门为主体构成的两个音频振荡器组成。开关J1断开时，两个音频振荡器均不工作，扬声器没有声音。当开关J1闭合时，C1快速放电，两个音频振荡器同时工作，产生的音频信号经D2, D3混合后，驱动扬声器发出较高频率的“叮”声。当断开开关时，C1快速充电，U1及U2为主组成的音频振荡器不再工作，仅剩下U3和U4为主组成的音频振荡器工作，产生的音频信号通过扬声器发出较低频率的“咚”声。2.3.3相关数据R1=10k； R2=33k； R3=33K； R4=3
10、3K； Rp=10K； C1=100u； C2=0.01u； C3=0.1u； VCC=9V2.3.4频率计算接通开关：“叮”的频率f=1/（2.2R3*C2）+1/（2.2Rp*C3）=1831.96Hz断开开关：“咚”的频率f=1/（2.2Rp*C3）=454.45HzC1放电时间t=C1*R2=3.3s故而“咚”的声音持续时间为：3.3s2.3.5 相关要求实现门铃电路的声音频率和持续时间可以调节的方法：叮的频率影响因素有R3、Rp、C2、C3，当增大R3或者Rp时，频率变小，反之则变大；减小C2或者C3，频率变大，反之则变小咚的频率影响因素有Rp、C3，当增大Rp时，频率变小，反之则变
11、大：减小C3，频率变大，反之则变小咚声持续的时间：增大C1或R2，则持续时间变长，反之则变短。2.4方案比较表1 三种方案比较表方案一方案二方案三使用器件数目较少较少多布线复杂程度中等中等复杂铃声持续时间中等中等较长所需材料造价 便宜较便宜 贵叮咚频率差 较大较小 很大总结：综上比较方案一从各方面比较都比较中规中矩，易于实现而且效果较好。因此将方案一定为实现方案。3 系统硬件设计3.1 器件介绍3.1.1 NE555百科简介NE555 (Timer IC)大约在1971由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30非常普遍被使用。
12、一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器。参数功能特性：1）供应电压4.5-18V 2）供应电3-6 mA 图4 NE5553）输出电225mA (max) 4）上升/下时间100 ns3.1.2 IN4007简介锗整流二极管，上面有白圈的是负极。反向耐压1000V，最大正向电流1A。3.2原理图图5 实现方案原理图3.3电路器件电阻4个、电容4个、直流电源、扬声器、二极管2个（开关自己制作）3.4相关数据R1=33k； R2=33k； R3=10k； R4=10K； C1=0.01u； C2=47u； C3=0.1u； C4=100u； VCC=9V； R150（二极管导通后电阻）3.
13、5电路说明方案一中的电路是一个以集成芯片组NE555为主组成的多谐振荡器，J1是控制叮咚门铃的开关，当开关处于断开状态时C3通过R2、R3、R4充电，C3处电压接近电源电压。由于D1、D2的作用，C2不能充电，因此C2、R1处电压为零，因此NE555的RESET端口一直处于低电平，使其保持复位。故而OUTPUT端口输出为0，扬声器不发出声音。当接通J1时，VCC开始通过二极管对C2充电，RESET端口的电压开始逐渐升高。同时C3开始对端口DISCHARGE进行放电，电容的电压下降，当其由VCC下降到2/3VCC时，晶体管导通，OUTPUT端口输出为低电平，但当下降到1/3VCC时，晶体管截止，
14、C3开始充电，OUTPUT理应输出高电平，但是由于控制RESET的电容C2的电压还未充满，RESET仍旧输出0故而强制输出为0，扬声器不发出声音。当C1充好电之后，RESET端口为高电平，然后OUTPUT输出1，扬声器工作，发出较高频率的“叮”的声音。此时扬声器可发出较高频率的“叮”声。断开开关时VCC经过R2、R3、R4放电，由于电阻变大，频率变低，发出较低频率“咚”的声音。同时，C2开始放电，电压不断下降，最终RESET端口输入为低电平，强制复位，扬声器不再工作。3.6 相关要求实现门铃电路的声音频率和持续时间可以调节的方法：叮的频率影响因素有R、R3、R4、C3，当增大R或者R3亦或R4
15、时，频率变小，反之则变大；减小C3，频率变大，反之则变小咚的频率影响因素有R2、R3、R4、C3，当增大R2或R3亦或R4时，频率变小，反之则变大：减小C3，频率变大，反之则变小咚声持续的时间：增大C2或R1，则持续时间变长，反之则变短。3.7元器件功能R1：位于C2两端，给C2充放电R2：J1断开后，给C3充电R3：给C3充电R4：给C3充放电C2：充放电控制NE555的RESET端口的，来控制扬声器的工作C3：通过充放电使NE555发出脉冲C1：接地，滤波，降低干扰C4：滤波，使扬声器接收到稳定的脉冲，发出清晰的声音D1、D2：防止闭合J1后，还有电流流过C1使其充电J1：开关按钮，控制“
16、叮咚”声的开始和叮声的结束扬声器：发出叮咚声的输出设备NE555：作为多谐振荡器，发出脉冲波4 绘制原理图和PCB启动protel DXP，在D盘上新建一个Student文件夹用于存放新建的原理图文件。选择“FileNew PCB Project”命令，新建一个项目文件。选择“FileSave Project As”命令，将新建成的项目文件保存到D盘门铃文件夹，并命名为“门铃”，其扩展名仍为“.PrjPCB”，单击“保存” 执行“FileNewSchematic”命令，打开原理图编辑器进行编辑，原理图如图6所示：图6 方案原理图打开原理图文件，然后执行“DesignNetlistProtel”
17、命令，可生成网络报表，如图7所示：图7 网络报表打开原理图文件，然后执行“ReportsBill of Materials”命令，即可生成门铃电路原理图的元器件信息报表，如图8所示：图8 元器件列表打开PCB，单击PCB编辑窗口下方的“Keep-Out Layer”层面标签，将当前工作层面设置为“Keep-Out Layer”，设置电路板得电气边界，以便将元器件限制在该边界之内，然后选择“Bottom Layer”，在PCB编辑器中执行“DesignImport Changes FromZ80(board).PrjPCB”命令，将原理图导入到PCB中，然后执行“toolsauto placem
18、ent”进行自动布线，然后再手动布线。图9 生成PCB版5 PCB板制作、焊接与调试5.1 PCB板制作先将符合尺寸要求的覆铜板表面用细砂纸擦光亮,再用复写纸将布线图复制到覆铜板上，然后将覆铜板放入三氯化铁作腐蚀液中腐蚀，腐蚀完成后，用自来水冲洗干净，把印刷板抹干，最后用直径1.0mm钻头钻孔即可。如图9所示：图9 PCB电路板5.2 元器件的焊接首先将元器件按清单归类，然后进行插件，接着用电烙铁，锡丝进行焊接，焊接完之后剪脚，最后检查进行修整。5.3 系统的调试整个电路连接并不是很复杂，连接电路时部分原件由于是原装的，故而引脚比较长，需要选择合适的插孔，避免彼此引脚接触。在全部连完后，调试时
19、发生了扬声器没有声音，在用发光二极管接在扬声器两端时，二极管不亮，说明电路连接出现问题，经过用万用表的直流档测各节点的电流，发现位于Y处第八组靠边插孔没有电流通过。经过查面包板的插孔得知，靠边的XY插孔相互连接的规律是434，前四组（20个孔）相互连通，中间三组相连通，后四组连通。与记忆中的443不同，故而出现错误，在添加一根导线后。调试电路，扬声器发出“叮”“咚”的声音，实验电路正确。但发出的声音比较低，不易分清。在借来的一个小功率喇叭后，声音响度有了显著提高。并且为了验证声音的频率和时间是可调的，改变各电阻和电容，辨别声音是否不同，持续时候是否改变，记录现象。最后调试结束。6 总结6.1结
20、论叮咚门铃电路有许多设计方法，但由于我们目前所学知识的限制，我们只会其中有限的几个。设计特别强调不同性，故而需要苦思冥想。而选择电路却更注重实用性，可操作性。通过各种比较来选取一个最佳的方案，并且动手实现。在思考中能力得到提升。6.2心得体会这次课程设计是对我们两年来学习的综合，也是对我们动手能力的考验。开始接触课程设计时有些迷茫，因为以前都没听说过这类训练。后来看了看工作日程安排以及课题要求，报告的撰写。才感觉原来要想顺利完成这项设计并不是那么简单的事情。我们在网上收集了足够的器件资料以后开始设计电路，在借鉴已有电路的基础上，加入自己的见解，并且搞明白了课题“叮咚门铃电路”中“叮”“咚”两声
21、的产生，是由于频率的高低造成的。在收集过程中，发现了一些以前的电路图中并不是很完善或者错误的地方，自己分析并且告诫自己不能犯同样的错误。预答辩过程中，老师提出的问题由于准备充分，并且理解电路，很容易的通过了。在领到材料时很是兴奋，自己终于要在课下动手做一个设计了。回到寝室，把各个元器件全部挑出来，一个个分析其在电路中的功能，并且在网上课本上查阅了大量关于此次设计的核心器件，NE555的相关介绍。然后开始根据选择的方案连接实物。花了大概两个多小时终于把电路成功的在面包板上实现。按捺不住激动地心情，借来电源和扬声器开始了检测，第一次接通电路并没有听到预计的“叮”“咚”声，当时心里真不好受，很丧气的
22、在那里检查，想起以前老师教过的检测电路的方法，在一一排查后，最终确定是面包板的理解错误，导致一处接入点断开。在重新调整好的电路下再次检验，终于听到了那动听的“叮咚”声。心里不禁大喜，终于成功了。但由于扬声器发出的声音并不是很响，在查看其功率后确定，换个小功率的扬声器，声音明显增大。自此实验动手部分结束。接下来最艰巨的就是如何写报告的事了。写报告个人觉得应该是自己设计电路以来所留下的每一个脚印，是完全属于自己的。在动手写时遇到的最大难题就是由于电脑操作系统的不兼容性，导致一个可以绘图仿真的Protel 99 se软件不能用，自己手中的电路无法在Word中呈现。最后在请教同学后换用另一个软件才得以实现。致谢这次课程设计带来最大的体验就是真实和压力。不仅整合了以前所学知识，而且对动手能力有很高的要求。训练了学生自主学习的能力，锻炼了创新思维。并且对以后的毕业论文撰写打下了基础。一次课程设计早已不再是当初用好玩可以形容的了，感觉一路下来受益颇多。由衷的感谢老师的指导。期待以后还能再次进行此类课程设计。参考文献【1】伍时和.数字电子技术基础.清华大学出版社.2009【2】谢自美.电子线路设计实验测试（第三版）.华中科技大学出版设.2006【3】谢月珍，谢沅清.电子电路学习指导与解题指南(修订版).北京邮电大学出版社.2007