双音电子门铃设计

TOC\o"1-5"\h\z摘要 I1Proteus软件学习 1\o"CurrentDocument"Proteus简介 1\o"CurrentDocument"Proteus的功能特点 1\o"CurrentDocument"Proteus电路功能仿真 2\o"CurrentDocument"2电路设计思想 3\o"CurrentDocument"3设计方案论证与比较 4\o"CurrentDocument"4部分电路简介 5\o"CurrentDocument"4.1芯片简介 5\o"CurrentDocument"4.2充放电回路 7\o"CurrentDocument"5电路原理 8\o"CurrentDocument"5.1基于双丁正弦波振荡器构成的电子门铃电路 8\o"CurrentDocument"5.2双音电子门铃电路（拓展部分） 8\o"CurrentDocument"6设计过程及步骤 10\o"CurrentDocument"7仿真流程 11\o"CurrentDocument"8仿真结果与分析 13\o"CurrentDocument"8.1基于双丁正弦波振荡器构成的电子门铃电路 13\o"CurrentDocument"8.2双音电子门铃电路（拓展部分） 14\o"CurrentDocument"9影响电路起振，波形失真及稳定性的主要因素 16\o"CurrentDocument"10总结 17\o"CurrentDocument"心得体会 18\o"CurrentDocument"参考文献 19基于双T正弦波振荡器或RC正弦波振荡器设计的电子门铃1Proteus软件学习Proteus简介本次强化训练中对仿真有明确的要求，这就要求我们必须对所要求的使用的仿真软件有一定的了解和使用熟练度，这里先对软件作简略的介绍。 Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDAX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是世界上著名的EDAX具（仿真软件），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，其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus的功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1） 原理布图（2） PCB自动或人工布线（3） SPICE电路仿真革命性的特点（1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM,ROM，键盘，马达，LED,LCD,AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。1.3Proteus电路功能仿真在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件： *.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于 PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力； 在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用 Proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此， Proteus有较高的推广利用价值。2电路设计思想本设计的要求是基于双T振荡器或者RC振荡电路设计一个电子门铃电路，要想设计出电子门铃电路，就要满足电子门铃的特点。要求达到的效果应该是按下按钮电路就会产生震荡，从而让门铃产生“滴滴滴”的响声，松开按钮以后在延时电路的作用下震荡应该再持续片刻然后停止，门铃的声音也随之消失。另外，本次强化训练所作的拓展则是双音电子门铃，在按下按钮的时候会发出“叮咚”的声音，如果想要让电路发出“叮咚”的声音，就得使电路具有 2个不同的频率，即存在2个不同的状态，当第一个频率出现时，使其发出“叮”的声响，当第二个频率出现时，使其发出“咚”声响，当按钮弹起时，声响消失。若要完成这样的电路，可借助于555定时器以及电阻、电容来完成，此电路在不同的充电放电状态时具有不同的充电时间常数，所以就可以有不同的频率，在不同的频率下，电路可以发出不同的声音，即所谓的电子门铃的响声，从而完成了电子门铃电路的设计。3设计方案论证与比较方案一：不用电池的双音门铃此电子门铃电路不需要电池，电路是常规的电话机振铃电路的变形。电路中设有门铃按钮，当按下门铃按钮时，程控交换机提供的 48V（或60V）电压，直流馈电经二极管和电阻对电容1充电，充到一定程度时，即电容1的端电压达到起控电压时，电容起振送出双音电子铃流使蜂鸣器发声；而当，没有按下门铃按钮时，电压达不到电容1的起控电压，所以门铃不会发出声音，从而完成了电子门铃电路的制作。方案二：555门铃电路本电路是以一块555时基电路组成的双音门铃，它发出的叮咚声音色优美悦耳。其电路由555和R1-R3以及D1、D2、C2等组成一个多谐振荡器。电路中设有一按钮，按钮平时处于断开状态，这时，555的4脚呈低电位，使555处于强制复位状态，3脚输出呈现低电位。当有人按压按钮时，电源可以通过电容及电阻进行 2次充电，这2次充电会出现2个不同的频率，而这2个不同的频率会使电路发出不同的响声，即所谓的“叮咚“的响声。方案选择：由于方案一主要用于家庭电话，而方案二主要用于电子门铃，而且，方案二更容易实现，所以本设计采用方案二。4部分电路简介4.1芯片简介本设计所用的芯片为555定时器。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。（1）555定时器的引脚结构NE5558□ISCHARGE厂high=offoRESET4图4-1555的引脚结构图555的8脚是集成电路工作电压输入端，电压为 5〜18V，以UCC表示；从分压器上看出，上比较器A1的5脚接在R1和R2之间，所以5脚的电压固定在2UCC/3上；下比较器A2接在R2与R3之间，A2的同相输入端电位被固定在UCC/3上。1脚为地。2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平。2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于 1Ucc/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2Ucc/3,称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可打200mA。4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。5脚是控制端。7脚称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。（2）555定时器的工作原理它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KQ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2Vcc和1Vcc。C1和C2的输出端控制RS触3 3发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过 2Vcc时，触发器复位，555的3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1ycc3时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。后。是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接片c。Vco是控制电压端（5脚），平时输出2Vcc作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入3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，在不接外加电压时，通常接一个0.01RF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。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。表4-1555定时器的逻辑功能TR触发TH阈值—R复位DIS放电端OUT输出1T/>—Vcc32T7〉一Vcc3H导通L1T/>—Vcc32。〈一Vcc3H原状态〈一Vcc3xH截止HxxL导通L4.2充放电回路该设计中另一个重要的模块就是充放电回路了，为了使电路能够振荡，必须使具有一个充放电的回路，才能够完成振荡。在按钮断开或是按下的不同状态下，电容C2的充放电回路是不同的，放电常数也是不同的，这样便可以使得具有 2个不同的充放电时间常数，进而具有2个不同振荡频率，从而可以发出可以发出“叮”和“咚”的声音。充放电回路电路图如下：

5电路原理5.1基于双T正弦波振荡器构成的电子门铃电路电路原理图如下图所示:图5-1双T正弦波振荡器构成的电子门铃电路由图可知，双T正弦波振荡器构成的电子门铃电路主要由双 T正弦波振荡器和555定时器构成。555定时器是用来定时的，而双T正弦波振荡器由电阻R11、R12、R13以及C12、C11、C10构成，它们的作用是在参数选择恰当的时候并且开关闭合的时候发生震荡，从而产生正弦波，而当参数选择不恰当的时候，就不一定会使电路能够仿真出正弦波，所以，一定要选择恰当的参数，才能使得电路有一个震荡频率，发出“滴滴滴”的门铃响声。5.2双音电子门铃电路（拓展部分）本电路是以一块555时基电路为核心组成的双音门铃，它发出的声音色优美悦耳。其电路图如下图所示：图5-2双音门铃电路原理图555时基电路和电阻R2—R4，电容C4组成无稳态音频振荡器，当SW未按下时，555时基电路因强制复位端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VD1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。电源另一路经VD2,R3，R4向C4充电，这时电阻R2不起作用，C4充电时间常数是（R3+R4）C4,放电时间常数是R4C4，振荡器振荡频率为：f1=1.43/（R3+2R4）C4=1.44KHz此时，扬声器发出的是模拟的“叮”声。当打开SW后，C2向R1放电，仍能维持集成块4脚位高电平，这时VD2反偏截止，R2被接入振荡回路，C4的充电时间常数为（R2+R3+R4）C4,放电时间常数仍为R4C4，所以振荡频率变为：f2=1.43/（R2+R3+2R4）C4=1.04KHz此时，扬声器发出的是模拟的“咚”声。最后，因为，开关一直处于断开状态，随着C2不断放电，是4脚电位不断下降，当降至0.4V以下，振荡器停振，这时一个延时的过程，伴随着4脚的电位从（5-0.7）V降至0.4V，这个过程中，“咚”声会一直延续，一直到放电完成，此时，“咚”声消失，电路恢复状态。6设计过程及步骤为了完成本设计，可以分以下步骤进行：分析电路原理本题目的要求为：基于双T正弦波振荡器或RC正弦波振荡器，设计一个电子门铃，进行仿真，并说明影响电路起振，波形失真及稳定性的主要因素。由于我们所学的知识中涉及RC正弦波振荡器的内容比较多，所以可以采用RC正弦波振荡器来完成本电路的设计。运用所学过的数电知识可知，运用555振荡器构成的多谐振荡器便可以满足这个要求，因此，采用多谐振荡器构成的电路图以及开关便可以完成此电路的设计。绘制电路原理图本次基础强化训练的目的之一就是学会运用Protues仿真，所以可以采用Protues软件进行电路原理图的绘制。首先，需要新建一个设计，然后进行放置电路元件，可点击右键选择Place-Component,就可以放置电路元件了，放置好电路元件后就开始直接连线了。电路仿真与分析先在绘制好的电路原理中放置电源，然后再放置示波器，然后便可进行仿真，仿真时选择合适的档位，可使仿真出来的波形比较好。

7仿真流程（1）新建设计首先，打开Proteus软件，可见如下窗口:图7-1Proteus界面窗口然后新建一个设计，选择File的下拉菜单中的NewDesign，然后会弹出如下GreatNewDesign窗口:图7-2CreatNewDesign窗口选择其中的LandscapeA4，即选择A4纸的大小。

（2）放置元件新建好了以后，便可以仿真元件了，点击右键，选择Place右拉菜单中的Component选项，再选择FromLibraries,Component选项，再选择FromLibraries,会弹出以下PickDevices窗口:图7-3PickDevices窗口之后便可以选择元件了。（3）连线元件选择好了之后便可以直接连线。（4）放置电源及示波器从左窗口中选择DCVOLTMETER即为电压表，OSCILLOSCOPE即为示波器。图7-4电压表图图7-4电压表图7-5示波器（5）进行仿真将电源及示波器接到电路中点击开始键III将电源及示波器接到电路中点击开始键IIIIII■I便可以进行仿真了。在仿真所用的示波器中要选择合适的档位才能得到较好的波形。8仿真结果与分析8.1基于双T正弦波振荡器构成的电子门铃电路示波器接线图及仿真波形图如下图所示:图8-1示波器接线图仿真结果如下图所示:图8-2双T震荡波形由图可知，在R及C的的参数选择合适的情况下，以及在档位合适的情况下，可使电路仿真出不失真的正弦波。而且还可以在开关闭合的时候发出“嘀嘀嘀”的声音。

8.2双音电子门铃电路（拓展部分）示波器接线图及仿真波形图如下图所示:C5图8-3示波器接线图PoahlonLavclCne-E-hot图8-4双音门铃震荡波形1Lhv#IOfW-ShQC■Cunsorsiic-urc-e-II:SourceBC图8-5双音门铃震荡波形2GNDOFFCrl^rllWlCChannelBChannelDTHaJ一^Ml—Cliannelo

C5图8-3示波器接线图PoahlonLavclCne-E-hot图8-4双音门铃震荡波形1Lhv#IOfW-ShQC■Cunsorsiic-urc-e-II:SourceBC图8-5双音门铃震荡波形2GNDOFFCrl^rllWlCChannelBChannelDTHaJ一^Ml—Cliannelo由图可知，在R及C的的参数选择合适的情况下，以及在档位合适的情况下，可使电路仿真出不失真的方波，而且可以在开关闭合的时候发出“叮咚”的声音。但是当接入喇叭后，情况则有所不同：ChannelChmfDigitalOscilloscopeLO-/C-Aj.hoOne-Shnl.Curaurah-nuroeBCDCliannelH[iiTTfScHJFueBCD图8-6双音门铃接入喇叭后波形1图8-7双音门铃接入喇叭后波形ChannelChmfDigitalOscilloscopeLO-/C-Aj.hoOne-Shnl.Curaurah-nuroeBCDCliannelH[iiTTfScHJFueBCD图8-6双音门铃接入喇叭后波形1图8-7双音门铃接入喇叭后波形2由上图可见，接入喇叭后，即电路带上负载后波形会产生明显变化，在上升沿可以看见有明显失真，当然，这种情况是可以接受的，对实验结果并无明显影响。9影响电路起振，波形失真及稳定性的主要因素从前面的仿真过程可知，影响电路起振，波形失真及稳定性的主要因素是电容及电阻的取值，因为振荡频率只与电路中的电容及电阻的取值有关，若电容与电阻的取值合适的话，便可以是振荡回路起振，而且也可使电路发出“嘀嘀嘀”或是“叮咚”的响声。另一个原因就是555内部比较器动作到充放电（传输延迟时间）有时间延迟（尤其是触发定时的延迟）。因此，计算值与实际值有一定的偏差。因为555振荡频率上限为500KHz，因此计算的值小于555振荡频率的上限，即可使电路稳定工作。10总结“叮咚”电子门铃的功能就是在按钮按下时发出“叮”的声音，而在按钮按下的时候发出“咚”的声音。所以设计电路的结果便是使电路在按钮由断开到闭合时，电路发出“叮咚”的声音。由于原理电路图中存在不同的充放电回路，而且还有一个按钮开关，在按钮断开或是在按钮断开或是按下的不同状态下，电容 C2的充放电回路是不同的，放电常数也是不同的，这样便可以使得具有2个不同的充放电时间常数，进而具有2个不同振荡频率，从而可以发出可以发出“叮”和“咚”的声音。心得体会在画家眼里，设计是一幅清明上河图或是一幅向日葵；在建筑师眼中，设计是昔日鎏金般的圆明园或是今日一塑自由女神像；在电子工程师心中，设计是贝尔实验室的电话机或是华为的程控交换机。凡此种种，但凡涉及设计都是一件美好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子