NE555门铃电路设计报告

第1页共25页NE555数字门铃电路的设计专业班级:学生姓名同组人姓名:指导教师:电气与信息工程学院2013年12月第2页共25页目录摘要………………………………………………………………………………………4第1章引言………………………………………………………………………………51.1课题研究的背景………………………………………………………………51.2门铃的发展概况…………………………………………………………51.3课题研究的主要内容……………………………………………………………6第2章NE555数字门铃电路的介绍………………………………………………72.1NE555数字门铃电路的原理与组成……………………………………………72.2电子门铃的主要原理技术…………………………………………………………8第3章NE555集成芯片的研究………………………………………………………93.1555集成芯片简介…………………………………………………………93.2555集成芯片引脚说明………………………………………………………103.3555芯片内部结构……………………………………………………………113.4555集成芯片的特点…………………………………………………………133.5本章小结………………………………………………………………………14第3页共25页第4章多谐振荡电路的设计…………………………………………………………154.1多谐振荡器简介…………………………………………………………………154.2NE555多谐振荡器工作原理…………………………………………………154.3振荡频率的计算………………………………………………………………164.4本章小结…………………………………………………………………………16第5章共射级放大电路的研究……………………………………………175.1放大电路简介…………………………………………………………………175.2放大电路的性能指标……………………………………………………………175.3共射级放大电路…………………………………………………………………185.4本章小结…………………………………………………………………………18第6章门铃电路的焊接与调试……………………………………………19结束语……………………………………………………………………………………21参考文献………………………………………………………………………………22致谢………………………………………………………………………………………23附录……………………………………………………………………………………24第4页共25页摘要门铃是一种常见而必备的物品，几乎家家户户都会用到，而到了今天，门铃的作用已经不仅仅是为了提醒主人有客人到来的消息，各式各样造型精美的门铃已经被人们当做艺术品来装饰自己家的大门。随着社会的飞速发展发展，门铃也发生了很大的改变。从最简单原始的有线有源型门铃，发展到无线门铃、数码门铃、可视门铃等一系列高级门铃。本文设计NE555数字门铃电路为最基本的有源有线电路门铃，以NE55集成芯片为核心，二极管、单组等元器件组合而成的以多谐振荡电路为设计核心，放大电路、反馈电路为辅的振荡电路。能根据震荡电路充、放电时震荡频率的不同，来改变电路中电流的大小来达到让门铃发出“叮咚”响声的功能，并能通过内部元器件的调整影响放电时间来达到门铃余音长度的改变作用。第5页共25页第1章引言1.1课题研究的背景随着现代科学技术的发展，门铃这一常见物品也朝着更加先进的方向改进，由于不同人们对门铃不同需求，常规的门铃已经不能满足市场的需要，门铃的改进与创新也已经成为人们研究的一项课题。1.2门铃的发展概况电子门铃的发展可以分为有源有线门铃、有源无线门铃、可视门铃、无源无线门铃几个阶段。最初的门铃是有源有线型，门铃的发射器与接收器之间是依靠电线连接，发射器发出的信号是通过电线传输至接收器，因而信号比较稳定，也不会发生误响，但是布线比较麻烦，很可能需要凿墙等，因而近几年逐渐淡出市场。之后无线型门铃便占据了市场，其发射器依靠12V电池供电，接收器依靠电池供电或者接市电。门铃按钮发射无线信号，室内机的无线信号接收器接收这一无线信号，进而响铃。避免了连线的问题，使用更加便捷。基于无线门铃的设计，人们又设计了可视门铃以及无源门铃。可视门铃顾名思义，既能进行语音通话，而且能看到来访者的图像。无线可视门铃产品功能：1.可视对讲功能：有客来访，按过门铃，自由对讲通话语音清晰，如在面前。无源门铃则是采用能量捕获技术的来驱动的无线门铃。该种无线门铃的发射器完全不需要电池，是依靠手按门铃按钮的能量转换为电能，驱动无线发射电路，实现无线门铃的功能。第6页共25页AD4.5V多谐振荡电路门铃反馈环节图1.11.4课题研究的主要内容多谐振荡器是电子门铃的主要器件，它对整个门铃电路起到决定性作用。而LM555则是多谐振荡器的核心器件。本课题在理论研究的基础上，将对电铃电路进行研究，要求门铃电路能够由开关控制发出“叮咚”的响声，声音尽量大且清晰。针对电子门铃的功能要求，本文将对以下几个方面进行研究：1.NE555芯片的研究2.多谐振荡电路的的设计；3.如何控制余音的长度；4.如何实现输出功率的放大；在上述研究基础上，设计一个简易门铃，其系统结构框图如图1.1所示，其技术指标如下：输入电压：4.5VAD等待电流：3.5mA鸣叫电流：120mA第7页共25页第2章NE555数字门铃电路的介绍2.1NE555数字门铃电路的原理与组成本电路是以NE555定时器为核心组成的“叮咚”门铃。其电路图如下。电路图中的NE555和R1、R2、R3、D2、D4、C3构成了一个多谐振荡器，S1是叮咚门铃的按钮开关，在平日，按钮开关处于断开的状态，此时D2没有导通，D4反向截止，R3接地，所以NE555的4号端口一直处于低电平，而NE555的4接口是复位端，当接入低电平时使其复位，所以3号端口无输出，扬声器不响。并且C3通过R1、R2充电，充电完成后C4两端电压约等于电源电压。当S1闭合时，D2正向导通，通过R3向C4充电，C4两端电压升高，此时NE555第8页共25页的4号端处于高电平，无法使其复位，与此同时，C3则通过R2向NE555的7端口放电，它们以及NE555和C5构成了一个多谢振荡器。此时f=1/0.7（2R+2R2）C2约等于1386Hz（R为D2与D4的电阻和，约为300欧）。松开S1时，已经充满电的C4开始放电，R2、R3、C3和NE555构成一个多谢振荡器，此时f=1/0.7（R1+2R2）C2约等于717Hz2.2电子门铃的主要原理技术多谐振荡器是电子门铃的重要组成部分，它对整个门铃电路的运行情况起到决定性作用。而LM555则是多谐振荡器的核心器件。本文设计的电子门铃所涉及主要原理有：（1）以NE555为基础的多谐震荡回路;（2）多谐振荡器的震荡效果；（3）功率放大器件对信号的放大效果；第9页共25页第3章NE555集成芯片的研究3.1555集成芯片简介555集成电路是一个把模拟电路和数字电路组合而成的混合电路，它将模拟功能与逻辑功能整合在一片独立的集成电路上，极大的拓宽了模拟集成电路的应用范围。555被广泛用于各种各样的计时器，脉冲发生器和振荡器等场合。凭借着模数结合的优势，555可以独立构成多种功能电路，且精度非常高，能够产生精确的时间延迟和振荡。时基集成电路的设计构想是在1970年由HansR.Camenzind和JimBall提出的。设计原型经过测试，被移植到Monochip模拟阵列，由WayneFoletta和QualidyneSemiconductors的工程师们进行具体设计。事后，Signetics公司接管了他们的设计并开始投入生产，正式量产的第一批555集成电路于1971年面世。根据应用范围又把555按编号细分为两个级别：商用级的NE555，温度范围0℃～+70℃和军用级的SE555，温度范围-55℃～+125℃。555时基集成电路的封装分为两种形式：高可靠性的金属罐式8脚封装（T封装）和低成本的环氧塑料8脚双列直插式封装（V封装）。封装号后缀在元件编号后面，因此Signetics公司生产的555按全编号分别为NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。这些元件编号对于业余应用来说，可以不必太过深究，但是若要把元件用在重要场合，从设计的环节就需要仔细考虑了。555名称的由来，按照很多技术文章的说法，555时基集成电路的3个“5”，是源自它电路基片上的三个误差极小的5kΩ电阻构成的基准电压电路。555的等效电路图如图1所示，从图1中可以清晰的看到R7、R8、R9这三只5kΩ的基准电阻，以串联的方式接在电源正极与地之间。但是它的设计者HansR.Camenzind曾明确表示，这个数字完全是随机得来的，设计者本人也没有给他设计的这个电路起过名字。事实上，它只是碰巧被生产它的Signetics公司编入了它们的5-X-X系列线性器件家族中，第一个5代表Signetics公司的5系列线性器件一族，后面两个5则是顺延的元件编号。Signetics公司第10页共25页后来被Philips公司收购，但是Philips和之后的其他各家芯片制造商都无例外地在它们的元件编号中保留了“555”这三个数字。3.2555集成芯片引脚说明根据各家制造商生产工艺的不同，标准的555时基集成电路在其硅芯片上包含有20个左右的晶体管、2个二极管和15个电阻。常见的555为塑封8脚双列直插式封装，这个封装的英文缩写为DIP8。555的引脚排列如下图2，芯片为引脚朝下，自缺口处逆时针起为1～8脚。此外，555还有两个扩展型号：二合一的14脚双列直插塑封双时基集成电路556；四合一的16脚双列直插塑封四时基集成电路558。对照图1的等效电路，标准555时基集成电路的8个引脚名称见图2，各自的用途如下。1．GND，电源地或低电平0V。通常被连接到电路的公共同地。2．TRIG，触发555使其启动的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。3．OUT，在555被触发的时间周期里，该输出脚电平移至比电源电压少1.7V的高电平。周期结束以后，电平回复到OV左右的低电平。高电平时，该脚最大输出电流约为200mA。4．RESET，低电平有效的复位脚，当一个低逻辑电平送至这个脚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。第11页共25页5．CTRL，这个引脚准许由外部电压改变芯片的触发和闸限电压。在555的单稳态或振荡模式下,可以通过该脚来改变或调整输出频率。6．THR，阈值高于2/3VCC，使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。7．DIS，这个引脚和OUT引脚有着相同的低电平电流输出能力，当输出为高电平时，其对地为高阻抗；当输出为低电平时，其对地为低阻抗。8．Vcc,555的正电源电压端。标准电压范围为4.5～16V。注意：四时基集成电路558内部的四组DIS和THR是连接工作的，它的TRIG下降沿也比555和556敏感。具体电气参数需查看对应生产商的数据手册。Signetics公司生产的标准塑封NE555，电气指标如表1所示。其他芯片制造商生产的555时基集成电路根据应用场合和各家的生产工艺，可能会有一些差异。此外还有555的低功耗CMOS版本，7555等。3.3555集成芯片内部结构555定时器的内部电路方框图下图所示，该集成电路由四部分组成：电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、输出缓冲器和放三极管。第12页共25页比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2Vcc/3和Vcc/3。A1和A2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2Vcc/3时，触发器复位，555的输出端3脚输出低