模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告-觸摸式門鈴

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　?。?014—2015 年度第一學(xué)期）</p><p>　　名 稱： 觸摸式門鈴 </p><p>　　題 目： 模擬電路課程設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院： 數(shù)學(xué)與物理科學(xué)

2、學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 應(yīng)用物理學(xué)（光伏工程） </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

3、 </p><p>　　2015年 1 月 19 日</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　1概述.....................................................2</p><p>　　2課程設(shè)計(jì)目的..............

4、...............................2</p><p>　　3課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求.......................................2</p><p>　　4設(shè)計(jì)內(nèi)容.................................................2</p><p>　　4、1設(shè)計(jì)圖（方框圖）...

5、... ..... ...... ..... ..........2</p><p>　　4.2. 總電路圖................... ............... ....3</p><p>　　4.2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路...... ... ............ ..........3</p><p>　　4.2.2門鈴芯片電路....... .

6、......................... .6</p><p>　　4.2.3驅(qū)動(dòng)電路...... ... .. . . . ............ ..........6</p><p>　　5、元器件清單...... .......................................7</p><p>　　6、仿真設(shè)計(jì)圖及測(cè)試......

7、..................................7</p><p>　　7、實(shí)物圖.... .............................................8</p><p>　　8、設(shè)計(jì)總結(jié)...............................................9</p><p>　　9、參考資料

8、...............................................10</p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　門鈴英文為Doorbell，即門上的鈴，可以發(fā)出聲音提醒主人有客來訪。現(xiàn)在比較常見的門鈴有普通無(wú)線門鈴、不用電池的無(wú)線門鈴和有線門鈴。我們這次制作的是有線的觸摸式門鈴。</p><p&g

9、t;　　觸摸式電子門鈴具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用安全、易于安裝的特點(diǎn)。例如可以把接觸安在門的拉手等金屬部位上，當(dāng)手一接觸這塊金屬，門鈴即發(fā)出響聲。適當(dāng)?shù)馗淖兘佑|點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和位置，這種電子門鈴也可以做成簡(jiǎn)易報(bào)警器。</p><p><b>　　2課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　?。?）鞏固所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)；通過設(shè)計(jì)了解如何運(yùn)用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)門鈴的延時(shí)接觸功能；<

10、/p><p>　?。?）實(shí)踐所掌握的電子制作技能；</p><p>　?。?）會(huì)運(yùn)用multisim工具對(duì)所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，進(jìn)一步完善理論設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，熟悉芯片的類型和特性；</p><p>　　（5）掌握數(shù)字電路的安裝、測(cè)量與調(diào)試的基本技能，熟悉電子儀器的正確使用方法，能力分析實(shí)驗(yàn)中出

11、現(xiàn)的正?；虿徽，F(xiàn)象，獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問題；</p><p>　?。?）培養(yǎng)實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和嚴(yán)肅的工作作風(fēng)；</p><p>　?。?）完成一個(gè)實(shí)際的電子產(chǎn)品，進(jìn)一步提高分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　3課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</p><p>　　用555定時(shí)器組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)有信號(hào)觸發(fā)時(shí)，定時(shí)器會(huì)持續(xù)輸出

12、一段時(shí)間高電平，提供門鈴芯片觸發(fā)，是揚(yáng)聲器發(fā)聲。</p><p>　　用multisim仿真軟件，仿真、計(jì)算出暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。通過實(shí)際電路圖調(diào)整暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，使門鈴芯片工作在一個(gè)完整的周期內(nèi)。</p><p>　　設(shè)計(jì)觸發(fā)式“叮咚”門鈴，要求完成以下主要技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　觸發(fā)開關(guān)有足夠的靈敏度與穩(wěn)定性；</p><p>　　“?！?/p>

13、聲與“咚”聲頻率要求差距比較大，且兩種頻率聲音的過渡過程自然、悅耳；</p><p>　　“咚”聲在觸摸動(dòng)作完成后應(yīng)持續(xù)幾秒鐘；</p><p><b>　　電路功耗低。</b></p><p><b>　　4設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　4、1設(shè)計(jì)圖（方框圖）</p><

14、;p>　　這次設(shè)計(jì)的觸摸式門鈴由三部分組成，分別是：由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路，由9300門鈴芯片組成的驅(qū)動(dòng)電路和由三極管、揚(yáng)聲器組成的發(fā)聲電路。</p><p><b>　　4、2總電路圖</b></p><p>　　觸摸式門鈴主要由555定時(shí)器和9300門鈴芯片及揚(yáng)聲器構(gòu)成。</p><p>　　電路中核心部分是由555定時(shí)器組成

15、的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。一般情況下555定時(shí)器組成的電路工作在單穩(wěn)狀態(tài)，平時(shí)③腳和⑦腳均為低電平．當(dāng)用手觸摸一下金屬感應(yīng)片M時(shí),人體的感應(yīng)信號(hào)通過0.1μF電容加至555時(shí)基集成電路的②腳，使電路翻轉(zhuǎn)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，這時(shí)③腳輸出高電平直接加到門鈴芯片的觸發(fā)端，芯片被觸發(fā)并通過三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。同時(shí)⑦腳也變?yōu)楦唠娖?，電源通過100KΩ電阻對(duì)4.7μF電容充電,當(dāng)電容上的電壓充至2/3電源電壓時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，③腳又變?yōu)榈碗娖健４儆|摸一

16、次M時(shí)，上述工作過程周而復(fù)始。因此每觸摸一次M，門鈴就被觸發(fā)一次。③腳上的0.01μF電容為抗干擾電容,可防止門鈴被誤觸發(fā)。</p><p>　　4、2、1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路主要由555定時(shí)器和外圍元器件構(gòu)成。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間方便計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　一、555定時(shí)器</b></

17、p><p>　　555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。</p><p>　　555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。</p><p>　　555定時(shí)器電源電壓范圍寬，可在4.5-16V下工作，輸出

18、驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。</p><p>　　555定時(shí)器的封裝是雙列直插式8腳的塑料封裝。它的管腳排布如圖4,。</p><p>　　它的各個(gè)引腳功能如下：</p><p>　　1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。</p><p>　　2腳：低觸發(fā)端TR。</p>

19、<p><b>　　3腳：輸出端Vo</b></p><p>　　4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。</p><p>　　5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。&

20、lt;/p><p>　　6腳：高觸發(fā)端TH。</p><p>　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。</p><p>　　8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。</p><p>　　在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A

21、2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表1示。</p><p><b>　　二、工作原理</b></p><p><b>　　穩(wěn)定狀態(tài)</b></p><p>　　沒有輸入負(fù)躍變的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，，為高電平，它大于。此時(shí)輸出輸出為低電平。</p><p><b>　　觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)

22、</b></p><p>　　當(dāng)輸入由高電平負(fù)躍到小于 時(shí)，輸出由低電平正躍到高電平，此時(shí)，三極管截止，電源經(jīng)電阻對(duì)電容充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。充電時(shí)間常數(shù) </p><p><b>　　自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)</b></p><p>　　隨著電容的充電，電容兩端電壓升高，在此時(shí)回到高電平。當(dāng) 時(shí)，三極管導(dǎo)通，電容經(jīng)三極管迅速放電，當(dāng)電容

23、兩端電壓近似等于0時(shí)，輸出由高電平躍到低電平。電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　三、輸出脈沖寬度計(jì)算</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度為電容C由0V充到所需時(shí)間。</p><p>　　在上圖分析中可知，只有輸入的負(fù)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時(shí)，才能正常工作。如果輸入的負(fù)脈沖寬度大于，須在輸入端前加一個(gè)微分電路。本次電路圖是采用開關(guān)二極管來使得輸入的

24、負(fù)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度。 </p><p>　　4.2.2門鈴芯片電路</p><p>　　門鈴芯片電流由lx9300構(gòu)成。lx9300是一個(gè)集成的音樂門鈴芯片，它有5個(gè)引腳，分別為電源正極、觸發(fā)器、輸出1、輸出2和接地端。lx9300②腳接前一部分電路的輸出端。當(dāng)②腳給一個(gè)高電平觸發(fā)時(shí)，門鈴芯片的③腳就會(huì)輸出電流，經(jīng)過三極管放大推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。③腳上的0.01μF電容為抗干擾

25、電容，可防止門鈴被誤觸發(fā)。</p><p><b>　　4.2.3驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路就是簡(jiǎn)單的三極管放大電路，由于9300的輸出電流不能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，所以加9013NPN三極管進(jìn)行電流放大。當(dāng)三極管的基極電壓大于0.7V時(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正偏，三極管導(dǎo)通，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。</p><p><b>　　5元

26、器件清單</b></p><p>　　表2 觸摸式門鈴元件清單</p><p>　　6、仿真設(shè)計(jì)圖及測(cè)試</p><p>　　利用multisim對(duì)555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行仿真。利用信號(hào)發(fā)生器輸出的方波，代替人體觸發(fā)。當(dāng)人體沒有接觸時(shí)，555定時(shí)器②腳懸空，相當(dāng)于方波的高電平。當(dāng)有人體觸摸時(shí)，相當(dāng)于方波的低電平。圖7為仿真電路圖。</p

27、><p>　　圖8是仿真波形圖，示波器的A通道接的是電路圖的輸入端，即波形圖中的第一條線；通道B接的是充電電容正極，即波形圖中的第二條線；通道C接的是輸出端，即波形圖中的第三條線。</p><p><b>　　7、實(shí)物圖</b></p><p><b>　　8、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　電路

28、優(yōu)缺點(diǎn)：由于這個(gè)電路的NE555接成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，所以能夠起到防騷擾的功效，也就是在其被觸發(fā)后，到充電完畢的這個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間內(nèi)，其不能夠再被觸發(fā)。從而達(dá)到了防騷擾的目的。觸摸片的引線太長(zhǎng)時(shí)最好使用屏蔽線并將屏蔽層接地。本電路制作簡(jiǎn)單，只要安裝無(wú)誤即可正常工作。本電路還可擴(kuò)展為觸摸開關(guān)、觸摸報(bào)警器等實(shí)用電路。然而由于這個(gè)電路也有一定的缺陷，因?yàn)闆]有采用可變電阻器，所以這個(gè)電路的充電時(shí)間不能夠調(diào)節(jié)，而且這個(gè)電路還缺乏觸發(fā)器。</p&g

29、t;<p>　　回顧起此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在整整半個(gè)月的日子里，我學(xué)到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的內(nèi)容。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程遇到了各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過

30、程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識(shí)。</p><p><b>　　9、參考資料</b></p><p>　　【1】楊志忠. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 第二版. 高等教育出版社. 2013.</p><p>　　【2】童詩(shī)白&華成英.