电子门铃的制作.docx
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电子门铃的制作
电子门铃的制作
摘要：
简要介绍普通电子门铃的制作，其用到的74HC14芯片的主要性能指标，芯片封装、引脚功能、内部结构与工作原理，各社公司生产的74HC14芯片有6个独立单元，其内合成了施密特触发器，通过这种触发器型转换器可产生出方波，经过其后电路中电容的并联和串联，经过晶体管开关作用和其反接，在微分电路作用后再通过低通滤波器，得到想要的音频信号，再通过耳机输出。
关键字：
施密特触发器，电容串并连
晶体管开关，晶体管反接
微分电路，低通滤波器
Abstract:
Brieflyintroducethegeneralproductionofelectronicdoorbell,whichusedkeyperformanceindicators74HC14chip,chippackaging,pinfunctions,internalstructureandworkingprinciple,theagencyproduced74HC14chiphassixindependentunits,withinwhichwassynthesizedbySchmidSpecialflip-flop,flip-flopthroughthisconvertercanproduceasquarewave,afterasubsequentparallelcircuitcapacitanceandseries,afterthetransistorswitchrolesanditsreverse,intheroleofthedifferentialcircuitandthenthroughthelow-passfilter,getthedesiredaudiosignal,andthenthroughtheheadphoneoutput.
Keywords:
Schmitttrigger,capacitance,andwithstrings
Transistorswitch,transistorreverse
Differentialcircuits,low-passfilter
目录
1.74HC14芯片简介：
1.174HC14芯片概述------------------------------------------------------------------------------4
1.274HC14封装及引脚功能---------------------------------------------------------------------4
1.374HC14电气特性------------------------------------------------------------------------------5
1.474HC14极限参数------------------------------------------------------------------------------6
1.5使用74HC14时注意事项--------------------------------------------------------------------6
2.电子门铃的电路设计图------------------------------------------------------------------7
3.电子门铃电路的工作原理--------------------------------------------------------------7
3.174HC14中施密特触发器型转换的工作原理---------------------------------------------7
3.2方波振荡电路------------------------------------------------------------------------------------8
3.3电容的并联连接和串联连接------------------------------------------------------------------9
3.4晶体管开关-------------------------------------------------------------------------------------10
3.5晶体管的反接----------------------------------------------------------------------------------10
3.6微分电路和时间常数-------------------------------------------------------------------------10
3.7低通滤波器-------------------------------------------------------------------------------------11
4.电子门铃的元器件列表-----------------------------------------------------------------12
5.电路PCB图及其3D图----------------------------------------------------------------13
6.总结---------------------------------------------------------------------------------------------------14
7.参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------14
一、74HC14芯片简介：
1.174HC14概述：
74HC14是一款高速CMOS器件，74HC14引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC14遵循JEDEC标准no.7A。
74HC14实现了6路施密特触发反相器，可将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号。
封装类型
74HC14N封装信息：
类型：
DIP
引脚：
14
宽度：
300mil
1.2174HC14封装及引脚功能：
1.374HC14电气特性：
1.474HC14极限参数：
1.5使用74HC14时注意事项：
1、注意静电：
其很容易受到静电的伤害。
为了防止静电带来的损害，我们应该把ＣＯＭＯＳ型 的IC插入叫做导电垫的小电阻黑色海绵状垫子中。
ＣＯＭＯＳ型 的IC一般用铝箔包装后出售。
直至安装到电路板之前，我们应该一直以这样的状态保存它。
2、旁路电容:
74HC14的GND引脚与电源（14脚）引脚之间跨接的电容叫做旁路电容。
使用IC时，在电源引脚与GND引脚之间一定要有旁路电容，否则会引起路的高频振荡或误动作。
3、COMS-IC未使用输入引脚的处理
74HC１４中含６个独立单元，被称作施密特触发器型转换器，在本实验中我们使用了其中的两个单元，其它的单元都闲置着。
请把未使用单元的各输入引脚（引脚５、９、１１、１３）接地或与电源的引脚１４连接。
若让COMS-IC的输入引脚悬空（不与任何地方连接），ＩＣ会渗入噪声，引起误动作，或者增加ＩＣ的消耗电流，结果导致ＩＣ损坏。
二、电子门铃的电路设计图：
三、电子门铃电路的工作原理：
3.174HC14中施密特触发器型转换器的工作原理：
转换器是可逆的意思。
这里指反符号电路。
数字中公有0和1两种符号。
数字0和1不是物理意思的实体，它们在实际电路中对应于高电压和低电压，即1和0.在74HC系列中，约定电源电压的30%（或20%）以下的电压看作是0，电源电压70%以上的电压看作1。
74HC14转换器的输入电压与输出电压的关系如下下图
由图可知，当输入电压从0V开始一点点地上升时，门限电压约为3V;输入电压从5V一点点地下降时，门限电压约为2V。
这表明，，输出的状态与当前输入值并非一一对应。
输出还与过去的状态有关，一般我们把这样的过程称为“滞后过程”。
3.2方波振荡电路：
下图是从电路中抽出的方波振荡电路;
我们假设电容两极间的初始电压为0，于是，转换器的输出电压为5V，是阴R种有电流流动，在电容的电极上储蓄电荷，经过一段时间后，储蓄的电量Q就增加，由于电容两极间的电压与电量Q成正比，因此电压V就上升。
由上图知，电容是与施密特触发器型转换器的输入相连接，当它的输入电压达到3V时，转换器的输出电压就反相成为0V。
也就是说，与电阻R的一端接地具有同样的效果。
于是导致电容的两极经由电阻R短路，使储蓄在极板上的电荷开始减少，两板间电压V也如图那样减少。
一旦电压降到2V,转换器的输出再一次反相，结果电容的电压再次增加，接下去的将反复进行上面相同的过程。
在电源电压为5V，门限电压为2V（或3V）的条件下，该方波振荡器的频率f为：
实际上门限电压总是存在偏差的，因此振荡器将有±25%左右的波动。
例如，静电容C与R为C=0.047uF,R=39K
时，由上式计算，其值为671Hz，而实际测得为506Hz。
另一方面，振荡频率也依赖于电源电压，电源电压下降，振荡频率也会稍有所下降。
3.3电容的并联连接和串联连接
电子门铃的“乒--乓”声，用音阶讲就是“3——”“1——”。
因此我们可以让方波的振荡频率采取两级切换的形式。
如下图
采用开关切换电容值的方法，将开关闭合时，电容C1和C2并联，结果合成电容C1+C2，频率便降低了。
3.4晶体管开关：
上面所提到的开关作用在电子门铃电路图中实际上是由晶体管实现的。
晶体管的集电极-发射极就形成一个开关，其基极-发射极之间的电压与基极电流关系与硅二极管非常相似，如果基极与发射极之音的电压在0.5v时，那么基极电流基本上不流动。
由于集电极电流与基极电流成比例，这时，集电极电流也几乎为0.晶体管的集电极与发射极的电阻基本上无限大，也就是说集电极与发射极的开关处于OFF状态。
另一方面，如果逐渐增大电源电压
直至让基极有电流流过，那么就会有与基极成比例的集电极电流流动，结果集电极与发射极之间的电压迅速下降，于是集电极与发射极电流迅速降为0，也就是说集电极-发射极之音的开关处于ON的状态。
在电路图中，晶体管Tr1的基极电流用手动开关控制，通过手动开关的连动，实现晶体管开关的开闭。
把晶体耳机接到方波振荡器的输出（74HC14的引脚2）与END之间试听的话，那么在手动ON时应该发出“哔-”的声音，在手动开关OFF时，应该听到“噗—”的声音。
如果发现声音太大，可以把晶体耳机的一端接到R4与D1的中点，另一端接到GND之间。
3.5晶体管的反接：
要把“哔——噗——”音响改变成“乒——乓——”的声音，靠的是电路图中的Tr2，与Tr1相比，它的发射极与集电极的位置相反，这不是错误。
Tr2那样的用法称为“反接动作”，不过实际上仍然是将集电极-发射极之间作为开关来工作。
3.6微分电路和时间常数
下图是电路图中的微分电路
微分电路的输出电压在与方波脉冲同步上升，瞬间增加到方波脉冲电压Vp之后，振幅就以指数函数的趋势减少。
详细地讲，构成微分电路的C3与R5的乘积叫时间常数，时间常数T的公式为:
T=R5*C3=1.5×
×100×
=0.15（s）
而在方形脉冲上升时微分电路的输出电压V2（t）为：
V2（t）=V*
方形脉冲下降时为:
V2（t）=V*
式中e为自然对数的底，e=2.71828
在t=T时，V2（t）的振幅为：
V2（t）=V*0.3679
于是，V在开关ON时为0V,开关OFF时V1=V2,V1的振幅就成为以指数函数减少的方波。
其结果是，如果我们的Tr2的发射极-GND之间连接晶体耳机试听声音的话，手动开关ON时就发出“乒-”的声音，手动开机OFF时就发出“乓-”的声音。
3.7低通滤波器
上面的“乒--乓---”与电子门铃的声音很像，只是稍稍有些浑浊。
其原因在于方波中包含不同频率的多个正弦波。
例如500Hz频率的方形波中，包含500Hz、150Hz.、2500Hz……等频率的正弦波。
一般情况下，频率f方波就是频率f的正弦波（称之为基波成分）以及它的奇数倍（3倍、5倍、7倍，……）频率的正弦波有机混合而成的信号。
“乒--乓---”音的不纯，正是由于这些谐频成分的影响。
如果设法从方波中去除谐频成分，音色就可以变得悦耳了。
这意味着仅仅让基波通过，而使谐波成分衰减。
这种仅仅让低频信号通过的电路一般称为“低通滤波器”。
下图为电路中的低通滤波器
通过滤波器的作用将得到更加纯正的音色
四、电子门铃的元器件列表：
品名
型号规格
数量
CMOS逻辑IC
74HC14
1
晶体管
2SC1815
2
弱信号硅二极管
IS1588
2
万能板
万能板
1
碳膜电阻
1.5K
、±5%、1/4W
1
4.7K
、±5%、1/4W
3
10K
、±5%、1/4W
2
39K
、±5%、1/4W
1
47K
、±5%、1/4W
1
陶瓷电容器
0.01uF、50V
1
树脂膜电容器
0.047uF、50V
3
0.01uF、50V
1
铝电解电容器
10uF、16V
1
100uF、10V
1
按钮开关
按下ON按钮
1
扬声器
扬声器
1
其它
导线等必须用品
五、PCB板：
3D图：
六、总结：
经过本学期两周的奋战，我的课程设计终于完成了。
在没有做课程设计以前，觉得课程设计只是对所学知识的单纯总结，但是通过这次课程设计后，发现自己的看法有点太片面。
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
通过这次设计，我了解了74HC14芯片的结构以及各引脚功能，并运用它用作施密特触发器型转换器来制作门铃。
另外还接触到一些新鲜的概念，丰富了我的专业知识。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
万事开头难，刚开始自己不知道如何入手。
最后终于做完了有种如释重负的感觉。
此外，还得出一个结论：
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在这一次电子门铃的设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。
七、参考文献：
1.电子电路设计与制作【M】.科学出版社，2005
2.电子控制电路实例【M】.电子工业出版社，2004.11
3.电子技术基础【M】.高等教育出版社，2006.1
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