双音电子门铃设计

目录摘要.......................................................................Ⅰ1Proteus软件学习..........................................................11.1Proteus简介........................................................11.2Proteus的功能特点.................................................11.3Proteus电路功能仿真...............................................22电路设计思想.............................................................33设计方案论证与比较......................................................44部分电路简介..............................................................54.1芯片简介............................................................54.2充放电回路..........................................................75电路原理.................................................................85.1基于双T正弦波振荡器构成的电子门铃电路..............................85.2双音电子门铃电路(拓展部分)..........................................86设计过程及步骤..........................................................107仿真流程.................................................................118仿真结果与分析...........................................................138.1基于双T正弦波振荡器构成的电子门铃电路..............................138.2双音电子门铃电路（拓展部分）.......................................149影响电路起振，波形失真及稳定性的主要因素.................................1610总结....................................................................17心得体会..................................................................18参考文献..................................................................19武汉理工大学《基础强化训练》课程设计说明书1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1.1Proteus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是世界上著名的EDA工具(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。1.2Proteus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）互动的电路仿真武汉理工大学《基础强化训练》课程设计说明书2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。武汉理工大学《基础强化训练》课程设计说明书32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。武汉理工大学《基础强化训练》课程设计说明书43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。武汉理工大学《基础强化训练》课程设计说明书54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武汉理工大学《基础强化训练》课程设计说明书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5KΩ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Vcc32和Vcc31。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过Vcc32时，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Vcc31时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。DR是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc。Vco是控制电压端（5脚），平时输出Vcc32作为比较器A1的参考电平，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，在不接外加电压时，通常接一个0.01F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。