触摸式叮咚门铃的设计报告
电子技术课程设计
触摸式“叮咚”门铃的设计
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目录
1.设计目的、内容与步骤 (2)
1.1. 设计目的 (2)
1.2. 设计内容 (2)
1.3. 设计步骤 (2)
2.总体设计 (3)
3.详细设计 (3)
3.1. NE555的结构及性能特点 (3)
3.2. 由NE555构成的单稳态触发器和多谐振荡器 (4)
3.3. 单稳态触发器构成的触摸开关电路设计 (9)
3.4. 由多谐振荡器构成的“叮咚”门铃电路设计 (10)
3.5. 电路完整原理图............................ 错误!未定义书签。2
4. 将设计结果用multisim软件进行仿真分析 (13)
4.1. 触摸开关的仿真分析 (13)
4.2. “叮咚”门铃电路的仿真分析 (14)
5.组装、焊接及调试 (14)
5.1. 元件列表 (14)
5.2. 组装、焊接元件 (15)
5.3. 调试电路 (15)
6.将有公共接地的电源替换为干电池时出现的问题以及解决方法 (16)
6.1. 将有公共接地的电源替换为干电池时出现的问题 (16)
6.2. 解决方法 (16)
7. 设计体会 (18)
触摸式“叮咚”门铃的设计
1.设计目的、内容与步骤
1.1. 设计目的
（1）、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路与数字电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
（2）、学会555定时器的设计方法和性能指标测试方法。
（3）、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
1.2. 设计内容
设计触摸式“叮咚”门铃，要求完成以下主要技术指标：
（1）、触摸开关有足够的灵敏度与稳定性；
（2）、“叮”声与“咚”声频率要求差距比较大，且两种频率声音的过渡过程自然、悦耳；
（3）、“咚”声在触摸动作完成后应持续几秒钟；
（4）、电路功耗低。
1.3. 设计步骤
（1）、查阅有关资料，完成总体设计框图
（2）、完成设计框图各个部分的详细设计，并选择合适参数的电子元器件完成各部分电路，绘制电路原理图。
（3）、利用multisim等仿真软件进行仿真。
（4）、统计所有元器件的参数和数量，购买元器件。
（5）、将元器件依照电路原理图焊接至电路板上，完成电源的实物制作。（6）、调试电路，根据需要调节元件参数，必要时，替换个别元件。
2.总体设计
该直流稳压电源主要由两部分组成：触摸开关电路、“叮咚”门铃电路。
（1）．触摸开关电路：
人体触摸时触摸开关输出高电平，触摸前以及触摸后为低电平。
（2）．“叮咚”门铃电路：
输入端没有动作时，输出端为低电平，故输出端的扬声器没有声音。当输入端输入高电平时，输出方波，频率较高；输入端由高电平变为低电平后，输出信号可以维持一段时间，且频率较低。
本次设计采用555定时器构成的单稳态触发器与多谐振荡器。
3.详细设计
3.1. NE555的结构及性能特点
（1）．NE555的结构
Pin 1 (接地)-地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。
Pin 2 (触发点)-又叫低电平触发端。这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
控制
输入
触摸片
单稳态触发器构
成的触摸开关
多谐振荡器构成的
“叮咚”门铃电路
Pin 3 (输出)-当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。
Pin 4 (重置)-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin 5 (控制)-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin 6 (重置锁定)–又叫高电平触发端。 Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
Pin 7 (放电)-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin 8 (V +)-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5
555定时器功能表
（2）NE555的性能特点
a)只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延
时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
b)它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是
它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低
电平匹配。
c)其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
d)它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
3.2. 由NE555构成的单稳态触发器和多谐振荡器
NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态触发器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器（Astable Multivibrator）。
（1）单稳态触发器
a)简介
●单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。
●在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到
一个暂稳态。
●由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来
的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。
b)电路组成
如图所示，其中R、C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点Vc与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo'（7脚）相连。单稳态触发器输出脉冲宽度t
=1.1RC。
w
Ri、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负脉冲宽度tpi限制在允许的范围内，一般tpi>5RiCi，通过微分环节，可使Vi'的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度tpo。若输入信号的负脉冲宽度tpi本来就小于tpo，则微分环节可省略。
定时器复位输入端（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF 接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态触发器的单稳信号输出端。
c)工作原理
当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。输入Vi'由于Ri的存在而为高电平Vcc。此时，①若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc，此时定时器维持0不变。②若定时器原始状态为1，则集电极输出（7脚）对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。
结论：单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。
单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析，下图为其工作波形图：
①触发翻转阶段：
输入负脉冲Vi到来时，下降沿经RiCi微分环节在Vi'端产生下跳负向尖脉冲，其值低于负向阀值（1/3Vcc）。由于稳态时Vc低于正向阀值（2/3Vcc），固定时器翻转为1，输出Vo为高电平，集电极输出对地断开，此时单稳态触发器进入暂稳状态。
②暂态维持阶段：
由于集电极开路输出端（7脚）对地断开，Vcc通过R向C充电，Vc按指数规律上升并趋向于Vcc。从暂稳态开始到Vc值到达正向阀值（2/3Vcc）之前的这段时间就是暂态维持时间tpo 。
③返回恢复阶段：
当C充电使Vc值高于正向阀值(2/3Vcc）时，由于Vi'端负向尖脉冲已消失，Vi'值高于负向阀值（1/3Vcc），定时器翻转为0，输出低电平，集电极输出端（7脚）对地导通，暂态阶段结束。C通过7脚放电，使Vc值低于正向阀值（2/3Vcc），使单稳态触发器恢复稳态。
d)单稳态触发器的应用举例
●脉冲整形
利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将过窄或过宽的输入脉冲整形成固定宽度的脉冲输出。如所示的不规则输入波形，经单稳态触发器处理后，便可得到固定宽度、固定幅度，且上升、下降沿陡峭的规整矩形波输出。
●脉冲定时
若将单稳态触发器的输出Vo接至与门的一个输入脚，与门的另一个输入脚输入高频脉冲序列Vf。单稳态触发器在输入负向窄脉冲到来时开始翻转，与门开启，允许高频脉冲序列通过与门从其输出端VAND输出。经过tpo定时时间后，单稳态触发器恢复稳态，与门关闭，禁止高频脉冲序列输出。由此实现了高频脉冲序列的定时选通功能。（2）多谐振荡器
a)简介
多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成
分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。
b)电路组成
用555定时器构成的多谐振荡器电路如图所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C 的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。
c)工作原理
电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的
正向脉冲宽度T1≈0.7(R1+R2)C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo 的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。
因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比Ｄ，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D≈1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。
d)应用
●模拟声响发生器：
将两个多谐振荡器连接起来，前一个振荡器的输出接到后一个振荡器的复位端，后一个振荡器的输出接到扬声器上。这样，只有当前一个振荡器输出高电平时，才驱动后一个振荡器振荡,扬声器发声；
而前一个振荡器输出低电平时，导致后面振荡器复位并停止震荡,此
时扬声器无音频输出。因此从扬声器中听到间歇式的"呜......呜"声响。
●电压——频率转换器：
由555定时器构成的多谐振荡器中，若定时器控制输入端（5脚）不经电容接地，而是外加一个可变的电压源，则通过调节该电压源的
值，可以改变定时器触发电位和阀值电位的大小。外加电压越大，振
荡器输出脉冲周期越大，即频率越低；外加电压越小，振荡器输出脉
冲周期越小，即频率越高。这样，多谐振荡器就实现了将输入电压大
小转换成输出频率高低的电压—频率转换器的功能。
3.3. 单稳态触发器构成的触摸开关电路设计
在本电路中，触摸开关并不直接用“通”、“断”来控制电路，而是通过输出高电平与低电平来控制电路。触摸开关由555定时器组成的单稳态触发器构成，电路图如下：