【毕业学位论文】(Word原稿)门铃控制电路设计-电气自动化技术

毕业设计（论文） ( 2009 届 ) 题目 ： 门铃控制电路设计 系 别 计算机工程系 专业班级 06 电气自动化 学生姓名 黄大海 学 号 0611030113 导师姓名 吴田仙 成 绩 2009 年 5 月 10 日 目 录 目 录 . I 一 . - 2 - 二 . 硬件系统的工作原理及其应用 . - 2 - （一） 555 时基电路的引脚及功能 . - 2 - （二） 多谐振荡器的原理 . - 4 - 三门铃电路的分析设计 . - 6 - （一）电路原理分析与设计 . - 6 - （二）器件的选择 . - 6 - 四 . 绍及 制作 . - 7 - （一） 功能 . - 7 - （二） 的制作 . - 8 - 五 . 安装与调试 . - 9 - （一）焊接 . - 9 - （二）调试 . - 10 - 五 . 总结 . - 10 - 参考文献 . - 11 - 致 谢 . - 12 - - 1 - 门铃控制电路设计 电子双音门铃 计算机工程系 06 电气自动化班 黄大海 指导教师：吴田仙 摘要 :现在大多数人家使用的门铃铃声为“叮咚”声， 本课题设计 的 门铃主要由 555时基电路构成 。该门铃系统是 555 定时器及充放 电路 和时基电路 组成。本论文主要介绍了 电子 门铃 的 硬件部分的设计，以及在设计、调试过程中遇到 的问题及解决方案。 本课题设计的 电子 门铃系统结构简单，造价成本低，功能完全，具有很强的实用性。 关键词 : 电子门铃 时基电路 555 定时器 9 - 2 - 一 门 铃 (” 的作用顾名思义就是提醒主人开门。古代人们在自家的门上装有门环，叫门的人可用门环拍击环下的门钉发出较大的响声，有现代 “ 门铃 ”的作用。 而近代 “ 门铃 ” 多为电子类产品。最常见的是 “ 电子门铃 ” ，一般安放两节 5号电池在内，门外的触发电钮被人按动后，门内的 “ 门铃 ” 就 “ 嘀嘟 ” 地响几声 ， 也有的是由 由于电子音乐门铃具有铃声悦耳动听 ， 价格低廉 ， 耗电少等优点 ， 在现代家居中的应用越来越流行 。 门铃 在生活中所起作用越来越不容忽视 ，“ 门铃 ” 作用的延伸与简化 ,给出了一种简单的电子门铃电路的设计方案 。 二 . 硬件系统的工作原理及其应用 （一） 555 时基电路的引脚及功能 555时基电路的内部电路方框图如图 含有两个电压比较器，一个基本 个放电开关管 T，比较器的参考电压由三只 5们分别使高电平比较器 同相输入端和低电 平比较器 2的输出端控制 发器状态和放电管开关状态。当输入信号自 6 脚，即高电平触发输入并超过参考电平，触发器复位， 555 的输出端 3 脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自 2 脚输入并低于，触发器置位， 555 的 3 脚输出高电平，同时放电开关管截止。 复位端（ 4脚），当 0， 555 输出低电平。平时 端开路或接 5脚），平时输出为比较器 参考电平，当 5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在- 3 - 不接外加电压时，通常接一个 f 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。 图 555定时 器内部框图及引脚排列 给接于脚 7的电容器提供低阻放电通路。 555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。 因此， 555时基电路可用作：脉冲发生器、方波发生器、单稳态多谐振荡器、双稳态多谐振荡器、自由振荡器、内振荡器、定时电路、延时电路、脉冲调制电路、仪器仪表的各种控制电路及民用电子产 品、电子琴、电子玩具等。 555引脚的功能 ： 脚接电源地线，即电源的负极； 脚为低电位触发端，简称低触发端； 脚为输出端，可将继电器、小电动机及指示灯等负载的一端与它相连，另一端接地或电源的正极； 脚为低电位复位端； 脚为电压控制端，主要是用来调节比较器的触发电位； 脚为高电位触发端，简称高触发端； - 4 - 脚为放电端； 脚接电源正极。 555引脚图如 图 图 引脚图 弄清各管脚的功能后，正确运用 555时基集成电路就十分容易了。 （二） 多谐振荡器的原理 555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。 1 多谐振荡器 构成 如图 555 定时器和外接元件 2 与脚 6直接相连 。电 路没有稳态 ， 仅存在两个暂稳态 ， 电路亦不需要外加触发信号 ， 电源接通后， 1、 充电。当电容上电 ，阀值输入端受到触发，比较器 出电压 ，同时放电管 T 导通，电容 2放电；当 电容上电压 ，比较器 出电压 为高电平。 重新开始充电，周而复始，形成振荡。 2多谐振荡器 振荡周期 其振荡周期与充放电的时间有关： 充电时间： 1 2121 - 5 - 放电时间： 振荡周期： T=1+2 振荡频率： f=1/T=2( 21 占空系数： 2121 21 当 空系数近似为 50。 由上分析可知： （ 1） 电路的振荡周期 T、占空系数 D，仅与外接元件 有关，不受电源电压变化的影响。 （ 2）改变 可改变占空系数，其值可在较大范围内调节。 （ 3） 改变 C 的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。 另外，复位端也可输入 1个控制信号。复位端为低电平时，电路停振。 555电路要求 应大于或等于 1，但 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性， 555定时器配以少量的元件即可获 得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。 图 谐振荡器及输出图 - 6 - 三 门铃电路的 分析设计 （一）电路原理分析与设计 简单的电子门铃是采用时基集成电路构成的双音门铃，其核心部分是基电路 组成的多谐振荡器 ： 图 简单电子门铃电路图 它是利用一块时基电路集成块和外围元件组成的 。 图 的 是时基 电路集成块 555，它构成无稳态多谐振荡器。按下按钮 在门上），振荡器振荡，振荡频率约 700声器 发出 “叮 ”的声音。与此同时，电源通过二极管 电。放开按钮时， 通过电阻 电，维持振荡。但由于 阻 串入电路，使振荡频率有所改变，大约为 500右，扬声器发出 “咚 ”的声音。直到 电压放到不能维持 555 振荡为止。 “咚 ”声的余音的长短可通过改变 数值来改变 。 （二） 器件的选择 本设计需要的材料如表 示 ： - 7 - 表 元器件清单 名称 大小 数量 名称 大小 数量 电阻 47K 4 1 二极管 2 扬声器 1 电容 按钮 1 电容 47 电池 9V 1 电容 100 导线 若干 它是利用一块时基电路集成块和外围元件组成的 。 图 2的 是时基电路集成块 555，它构成无稳态多谐振荡器。按下按钮 在门上），振荡器振荡，振荡频率约 700声器发出 “叮 ”的声音。与此同时，电源通过二极管 电。放开按钮时， 通过电阻 电，维持振荡。但由于断开，电阻 串入电路，使振荡频率有所改变，大约为 500右，扬声器发出 “咚 ”的声音。直到 电压放到不能维持 555 振荡为止。 “咚 ”声的余音的长短可通过改变 数值来改变 。 四 . 绍及 制作 （一） 功能 括下面几个部分： 的主要功能是绘制电路图、编辑零件库及生成网络表文件。 的主要功能是用来设计负责制电路板。 要用来设计可编程逻辑器件（ 程序，如类比电路模拟器、数字电路模拟器及混合信号模拟器等，这些模拟器可让你在还没实际做出电路和印 制电路板之前，能验证一下所设计的电路是否正确，或评估其可行性。 有许多优点，如：完全支持中文 执行“复- 8 - 制”、“粘贴”命令；可在电路图中填写各种字体的中英文字；可直接在原理图中粘贴图片、绘制几何图形、波形，甚至机械结构；可产生或读取 图形文件及零件库文件；完全支持 使用的打印机和绘图仪，并可预览打印效果等等。 （二） 的制作 根据设计方案的电路图，用 出了原理图，在 真软件的元器库里找出所需要的元器件，找出和实物差不多大的电路板，根据实际需要对元器件在仿真电路板上的分配进行详细设计，从而生成 刷电路板）图，如图 示 。 注意 事项 ： 1在 计中，如果电路系统同时存在数字电路和模拟电路，以及大电流电路，则必须分开布局，使个系统之间耦合达到最小在同一类型电路中，按信号流向及功能，分块，分区放置元件。 2输入信号处理单元，输出信号驱动元件应靠近电路版边，使输入输出信号尽可能 短，以减小输入输出的干扰。 3元件放置方向；元件只能沿水平和垂直两个方向排列，否则不得于插件。 4在而已进 耦电容要靠近芯片的电源秋地线引脚，不然滤波效果会变差，在数字电路中，为保证数字电路系统可靠工作，在每一数字集成电路芯片的电源和地之间均放置 耦电容，去藕电容一般采用瓷片电容，藕电容容量的选择一般按系统工作频率 F 的倒数选择，此外，在电路电源的入口处的电源线和地线之间也需加一个 10电容，以及一个 5时针电路元件尽量靠近单片芯片的时钟 信号引脚，以减小时钟的连线长度，且下面最好不要走线。 - 9 - 图 在 成的 五 . 安装与调试 （ 一 ）焊接 据电路图对电路在电路板上的分配进行详细设计，合理分配电路板的空间 这样做同时可以避免元件和导线在空中跨接带来的额外干扰，也可以使电路排布比较清晰，便于查错和调试。 2. 使用电烙铁和锡将元器件焊在万能板上， 在焊接电路时不能刻意求“快”，这样可以避免许多虚焊、短路等的问题，一旦电路不出结果，在查错时基本可以排除电路焊接的原因，反而节省了 时间。 3. 注意 事项 ： （ 1） 焊接时间不宜过久，但要完全熔着，以免造成冷焊。 （ 2） 焊点的表面要平滑、有光泽。 （ 3） 焊点完全冷却前，不可移动。 （ 4） 电烙铁不用时要放置于电烙铁架上，并随时保持烙铁头的清洁。 （ 5） 焊接完毕，要在烙铁头镀上薄层焊锡，避免氧化，并等冷却后再收存。 - 10 - （二） 调试 按照电路图检测电路，测试有没有虚焊、断线、短路，确定没有问题后，把 555 定时器插入电路板上，打开电源。用万用表分别测试 和 ,测试得 2 个口电压为 9V。再测 和 ，当按下按键的时候，电压在不时变化 ，说明单片机正在正常工作。 系统不稳定的话，有时是因为电源滤波不好导致的。在单片机的电源引脚跟地引脚之间接上一个 电容会有所改善。如果电源没有滤波电容的话，则需要再接一个更大滤波电容，例如 220。遇到系统不稳定时，就可以并上电容试试（越靠近芯片越好）。 另外，调试系统时一定要有耐性，静下心来一点点的调，千万不要着急。 五 . 总结 通过这次对门铃控制电路的设计，加深了我对门铃电路的理解， 熟悉电路中 555 型集成时基电路结构、工作原理及其特点， 掌握多谐振荡电路的应用。为了做好试验，进一步学习了用示波 器对波形进行定量分析，测量波形的周期、脉宽和幅值等。 在设计电子门铃的期间，我为了将自己所学的知识和实践相结合，查阅了大量的资料文献，并把握住每一次指导老师面对面讲授的机会，认真做好笔记，把自己的做设计时遇到的困难和不懂的地方整理好，虚心而耐心地向指导老师请教，把所有的问题弄懂为止。我为了提高自己的综合素质，使毕业设计能够完成，在同学的帮助下重新开始了计算机应用能力的学习，现在已经能熟练的使用 件。我在设计期间阅读了的大量资料文献，不仅开阔了我的视野，增长了我的见识，而且还提高了自己思考和 想象能力，使自己的工作能力大大提高，为自己毕业设计的成功完成打下了较好基础，终于，我成功地完成了自己的毕业设计，在以后的日子中，我一定得更加严格要求自己，改正缺点，不断努力，不断进步。 - 11 - 参考文献 1 陈有卿 基电路的原理及应用 机械工业出版社， 2006 2 李中发 中国水利水电出版社， 2004 3 谢嘉奎 . 电子线路 . 高等教育出版社， 2000 4 沈长生 . 常用电子元器件使用一读通 2002 5 刘修文 . 实用电子电路设计制作 300 例 . 中国电力出版社 , 2005 6 江思敏 . 理及 机械工业， 2006 7 陈佳新 . 实用电工线路 500. 人民邮电出版社 , 2001 8 莫荣 . 电子线路 9验指导书 . 高等教育出版社， 2000 9 周惠潮 . 常用电子元件及典型应用 . 人民邮电出版社， 2001 - 12 - 致 谢