声光双音乐门铃设计+仿真已通过学校审核.docx
《声光双音乐门铃设计+仿真已通过学校审核.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声光双音乐门铃设计+仿真已通过学校审核.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
声光双音乐门铃设计+仿真已通过学校审核
课程设计报告
题目：
声光双音乐门铃设计
学生姓名：
学生学号：
系别：
电气信息工程学院
专业：
自动化
届别：
2015
*******
电气信息工程学院制
2014年3月
1声光双音乐门铃的简介与要求2
1.1声光双音乐门铃的简介2
1.2声光双音乐门铃的要求2
2声光双音乐门铃模块功能原理和设计方案制定2
2.1声光双音乐门铃555定时器工作的原理2
2.2声光双音乐门铃扬声器工作的原理4
2.3声光双音乐门铃设计的技术方案制定5
3声光双音门铃设计方案实施5
3.1声光双音乐门铃闪光灯单元模块功能电路设计5
3.2声光双音乐门铃双音单元模块电路设计6
3.3声光双音乐门铃元器件选择7
3.4声光双音乐门铃系统整体电路图7
4声光双音乐门铃设计的仿真实现8
4.1仿真软件介绍8
4.2声光双音乐门铃设计仿真过程和现象8
5总结及体会9
6参考文献9
声光双音乐门铃
学生：
******
电气信息工程学院自动化专业
1声光双音乐门铃的简介与要求
1.1声光双音乐门铃的简介
此“声光双音门铃”是将门铃声音和灯的闪烁的过程结合起来的门铃电路的扩展电路之一。
门铃响起的同时伴随闪光，这样就可以避免门铃声和其他邻居的门铃声相混淆，此产品成本低廉，是一种有发展前途的产品。
1.2声光双音乐门铃的要求
电路从两方面设计：
双音电路、闪光灯电路。
双音指按下门铃开关时扬声器发出较高频率的“叮”的声音，松开开关后，扬声器发出较低频率的“咚”的声音。
闪光指在门铃响起到消失的这段时间内，都伴随有闪光，闪光的方式是两只LED灯以一定频率交替闪烁，一只放于室内另一个在室外。
此电路的核心元件是555定时器。
555定时器时中规模集成时间基准电路，可方便地构成各种脉冲电路。
双音门铃电路就是利用定时器和其外部连接的一些元件构成的多谐振荡器组成。
“叮咚”两声频率要求差距比较大，声音持续时间要求适合，两只LED灯闪烁的频率也要适当。
2声光双音乐门铃模块功能原理和设计方案制定
2.1声光双音门铃555定时器工作的原理
555定时器的内部电路框图（左）和外引脚排列图（右）分别如图1所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压1/3VCC和2/3VCC。
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2/3VCC，C2的反相输入端的电压为1/3VCC。
若触发输入端TR的电压小于1/3VCC，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2/3VCC，同时TR端的电压大于1/3VCC，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
图1555定时器内部结构图和外部引脚分布图
1脚：
GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：
TR低触发端。
3脚：
OUT（或Vo）输出端。
4脚：
R是直接清零端。
当R端接低电平，小于0.4V时，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
CO（或VC）为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：
TH高触发端。
7脚：
D放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。
电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。
比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。
高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。
基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。
8脚：
VCC（或VDD）外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。
一般用5V。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555定时器电路的功能表如下表1示。
表1555定时器功能表
触发
阈值
复位
IS
放电端
输出
>
H
导通
L
H
原状态
×
H
截止
H
×
×
L
导通
L
2.2声光双音乐门铃扬声器工作的原理
当交流电流通过扬声器的音圈时，音圈中就产生了相应的磁场。
这个磁场与扬声器上自带的永磁体产生的磁场产生相互的作用力。
于是，这个力就使音圈在扬声器的自带永磁体的磁场中随着音频电流振动起来。
扬声器又和音圈是连在一起的，所以膜也振动起来，振动就产生了与原音频信号波形相同的声音。
电流的强弱不同就产生了不同频率的振动，就可以发出不同频率和强弱的声音。
如果输入的是直流电压，那么喇叭线圈在磁场磁力作用下就不会产生震动，就不会发声。
输入交流电压的频率越高，喇叭震动得越快，发出声音越尖，并不是喇叭就越响，输入喇叭的功率越大喇叭才越响。
2.3声光双音乐门铃设计的技术方案制定
声光双音乐门铃设计的方案如下图2所示
图2声光双音乐门铃设计方案图
3声光双音乐门铃设计方案实施
3.1声光双音乐门铃闪光灯单元模块功能电路设计
当接通闪烁灯光电路的电源时，两个发光二极管交替闪烁，闪烁频率适中即可。
如下图3所示，555和R5、R6、C6组成无稳态多谐振荡器，它输出的高、底电平方波驱动LED3、LED4，使之轮流“眨眼”发光。
R7、R8为限流保护电阻。
图3闪光灯单元模块电路
接通电源后，555起振，当3脚输出为高电平时，由于LED3正极与电源相连相当于高电平，负极通过R7与555多谐振荡器的3引脚相连LED3不发光。
LED4的正极相当于高电平，负极与地相接，所以LED4先发光。
当3脚输出为低电平时，由于LED3正极与电源相连相当于高电平，负极通过R7与3脚相连相当于低电平，LED3发光。
而LED4的正极相当于低电平，负极与地相接，所以LED4不发光。
从而实现了电路的轮流眨眼功能。
3.2声光双音乐门铃双音单元模块电路设计
图4双音单元模块电路
由555电路组成的叮咚双音门铃电路如上图4上可见，该电路是一个由555电路组成的音频振荡器，它的工作状态受4脚的控制。
静态时，电源通过R2、R3及R4向C2充电，C2上端电压接近电源电压。
但因④脚悬空，电压接近OV，使电路处于复位状态，振荡电路不能工作。
555定时器电路和电阻R2、R3、R4，电容C1组成无稳态音频振荡器，当SW未按下时，555定时器电路因强制复位4脚通过R1接地呈低电位，电路被复位，振荡器停振。
当按下SW时，电源一路经D1向C2充电，使4脚电位升高，当4脚电位大于0.4V时，振荡器起振。
电源一路经R3、R4，向C1充电，这时R2不起作用，C1的充电时间常数时（R3+R4）C1，放电时间是R4C1，振荡器振荡频率为：
F1=1.43/（R3+2R4）C1=1.58KHZ。
此时，扬声器发出的时模拟的“叮”声。
当打开SW后，C2向R1放电，仍然能维持4脚的高电平，这时D2反偏载截止，R2被接入振荡回路，C1的充电时间常数为（R2+R3+R4）C1，放电时间常数仍为R4C1，所以振荡频率变为F2=1.43/（R2+R3+2R4）C1=1.19KHZ。
此时，扬声器发出的是模拟的“咚”声。
最后，因为，开关一直处于断开的状态，随着C2的不断放电，使4脚的电位不断下降，当下降到0.4V以下时，振荡器停振，这是一个延时的过程，伴着4脚的电位降至0.4V的这个过程中“咚”声会一直延续直到放电完成，声音消失，电路恢复状态。
由上述分析可知，要达到预想的"叮咚"声效果，电路中各部分的时间协调是关键。
其中主要的就是R2，R3,R4和C1数值的选择，在实际制作中需要通过实验来确定。
双音电子门铃以555为核心组成多谐振荡器。
3.3声光双音乐门铃元器件选择
NE555芯片2个，0.5W8Ω的喇叭1个，黄色发光二极管2个，3K的电阻3个，20K的电阻2个，10K的电阻1个，250Ω的电阻2个，47μF的电容2个，8μF的电容1个，10n的电容1个，100n的电容1个,5.5V的直流电源1个，1N4007二极管2个，按钮开关1个，电压表一个。
3.4声光双音乐门铃系统整体电路图
声光双音乐门铃两个单元模块合在一起的电路图如下图5
图5声光双音乐门铃整体电路图
4声光双音乐门铃设计的仿真实现
4.1仿真软件介绍
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。
4.2声光双音门铃设计仿真过程和现象
为了更加直观的体现仿真的现象在本仿真中用示波器去显示，当按下门铃开关时，双闪灯和双音两个电路部分输出的波形情况。
如下图，图6为闪烁灯的输出的波形，图7为双音模块输出的波形，显示双音模块的输出波形时将连接喇叭3脚的线断开，再将示波器连接到输出端上。
图6闪烁灯的输出的波形图
图7双音模块的输出的波形图
如上图所示在R和C的参数选择合适的情况下以及示波器档位合适的情况下可以使电路仿真出不失真的波形，而且可以在开关闭合的时候发出叮咚的声音。
5总结及体会
课程设计开始时，思绪较乱，举步维艰，便重拾教材，对知识全面的进行了梳理，遇到困难向同学和老师请教，打开了思维方式，找到了设计的灵感。
思路即出，在课程设计的过程中我不断发现错误和改正错误。
最终实现了声光双音门铃的电路设计。
另外，由于此电路是对电路进行充放电的过程，所以在进行仿真的设计过程中，我对电路中的电容和电阻进行了不同的换值调试，最终达到了比较理想的结果。
像闪光灯模块电路中通过调节两只保护电阻R6和R7可以控制灯的明亮程度，调节电容C6可以控制两只LED灯闪烁的频率。
双音模块电路中通过调节电容C2可以控制电路放电的时间即松开按钮后“咚”声的时间。
用示波器观察双音模块的输出波形时最好断开喇叭的接线，不然输出的波形会有点失真，但不太有影响。
此次设计的过程中学会了很多，对仿真软件的更多了解，但也有许多不足，希望以后会努力改进。
6参考文献
[1]邱关源,《电路》，高等教育出版社,1998.
[2]康华光,《电子技术基础》（数字部分）,高等教育出版社,2006.1.
[3]韩亚萍,《Protues基础教程》,清华大学出版社,2005.5.
指导教师评语
成绩（60%）
指导教师签字：
年月日
答辩小组评语
成绩（40%）
答辩小组签字：
年月日
教研室综合意见
综合成绩
教研室主任签字（盖章）：
年月日
升级会员 