双音门铃实验报告

一. 电路功能：

1.每次按下按键能先后发出:i---5---两个音调。 2.i(1045Hz)音持续时间0.5s,5(784Hz)音持续时间1s

二.电路基本参数：

输入电压Vcc=5v， Vdd=-5v

三.电路原理框图：

按键 单稳态触发器 单稳态触发器 压控振 荡器 喇叭 求和与反相比例运算电路

图3-1 双音门铃电路组成框图

2．各部分的作用及要求

（1）按键：控制触发脉冲的产生。

（2）单稳态触发器：单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态；暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。本设计中采用555定时器构成单稳态触发器。

第一块单稳态触发器主要用于产生0.5S的定时时间，来控制i的音调。 第二块单稳态触发器主要用于产生1S的定时时间，来控制5的音调。

（3）反相求和与反相比例运算电路：该部分电路能先后产生两个不同的电压，本设计中采用双运算放大器LM358，采用双电源供电。

（4）压控振荡器：由电压控制，先后产生两个不同的震荡频率。本设计中采用555构成压控振荡器。

（5）喇叭：由压控振荡器产生的频率经三极管驱动后先后输送到喇叭，从而先后发出i---5---两个音调。

四.设计要求：

1. 每次按下按键能先后发出i---5---两个音调。 2. i（1045Hz）音持续时间0.5s，5（784Hz）。

五.工作原理与参数计算：

工作原理图如图5-1所示

图5-1双音门铃电路原理图

图5-1中第一和第二块555定时器均构成单稳态触发器，第三块555构成压控振荡器。第一块定时时间应设计为0.5s，第二块定时时间应设计为1s。两个定时器定时时间分别为

T11.1R2C1 （1） T21.1R4C4 （2）

根据式（1）和式（2） 取C1=10u，由此可得：R20.545454.54Ω，取标称值R247k。

1.110μT21.1R4C4

取C4=10u，由此可得：R4

对于第三块555构成的压控振荡器，其定时电容端电压3所示。容易求出

190909.09Ω，取标称值R491k。

1.110μvC6与输出电压

v

o4

的波形如图

Vt11lnCCVt220.5vo3vo3R5R6C6lnVCCCC0.5vo3 （3） VCCvo3ln20.7R6C6 （4）

输出信号周期为

Tt1t20.7R6C6R5R6C6lnVCC00.5vo3 (5) VCCvo3设发“i”音时

vo31/2VCC2.5V，则由式（5）得

30.4R51.1R6C6 (6) 2T'o0.7R6C6R5R6C6ln因为“i”的频率

f11045Hz，“5”的频率

f2784Hz，令

1f1'TO(0.4R51.1R6)C69.57104S （7）

给定R6和C6由式（7）可确定R5取100K。 设T1''Of212.76100.7R6C6(R5R6)C6ln4''VCC0.5vo3VCCv''o3 ，则

TOT\"OT'O(R5R6)C6ln3(VCC0.5v\"o3)

3(VCCv\"o3)(12.769.57)104S3.19104S （8）

当依式（7）确定各元件值后，由式（8）可得

v\"o30.7VCC3.5V (9)

压控振荡器波形图5-2所示

图5-2 压控振荡器波形图

运算放大器A1和A2分别构成反相求和与反相比例运算电路，若将A2设计成反相器，即增益为1，则：

vo3RvR97o1R9vo2 （10）

R8RW1、RW2可用来调整门铃音调。

当vo1为高电平时，vo3为2.5V，当vo2为高电平时，vo1和vo2输出高电平约3.5V，vo3为3.5V。RW1、RW2分别用于调节两个音调。运放采用5V，5V双电源供电。

根据式（10），取

vo13.5V，vo20V，vo32.5V和vo10V，vo23.5V，vo33.5V两个条件可计算出R7取7.5K，R8取5.1K。

六．555定时器简介：

1．555定时器的内部结构及引脚图

555的内部结构及引脚如图6-1所示。555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。只要适当配接少量元件，即可构成时基振荡、单稳触发等脉冲产生和变换的电路。如图6-1所示是NE555的内部结构及管脚排列图。

图6-1 555内部结构及引脚图

2．555的工作原理

555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路，是一种常见的集模拟和数字功能于一体的集成电路。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。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Vcc和Vcc。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Vcc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Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。 RD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Vcc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0.01F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。

3．555电路的引脚功能

555电路的引脚功能如表6-2所示

2313231323表6-2 555电路引脚功能

——TR 触发 1Vcc 31Vcc 31Vcc3 TH 阈值 >2Vcc 3—R 复位 高电平 DIS 放电端 导通 OUT 输出 低电平 2Vcc 3× × 高电平 H高电平 低电平 截止 导通 原状态 高电平 低电平 ×

七.电路调试：

1．在焊接好的电路板上各引出一条+5V的红色电源线、一条-5V的蓝色电源线和一条黑色地线；

2．在实验箱上调出+5V、-5V后，分别将两条电源线和地线接上； 3.打开电源开关，按下轻触开关，喇叭发出清晰的两个波段的声音；

4.将测频器探头接在三极管的C脚，长按轻触开关，微调RW2，调节频率至1045Hz； 5.将测频器探头接在三极管的C脚，将地线接在第二块555芯片的2脚，微调RW1，调节频率至784Hz；

6.用万用表和频率计分别测量每块555芯片3脚的输出电压和频率； 7.用万用表测量运放的输出电压； 8.用示波器测试各点波形； 9.将记录下来的数据填入下表。

八.数据测试：

测试电压 理论值 3.5V 1045Hz 0V 0Hz 0V 0Hz 3.5V 784Hz 2.5V 3.5V 1045 Hz 784 Hz 计算值 3.5V 1045Hz 0V 0Hz 0V 0Hz 3.5V 783Hz 2.5V 3.5V 1045 Hz 784 Hz 测量值 3.36V 1046.6Hz 0.01V 0Hz 0.01V 0Hz 2.03V 785.Hz 2.55V 2.87V 1047.03Hz 769.37Hz vo1“i”部分电压 vo1“i”部分频率 vo1“5”部分电压 vo1“5”部分频率 vo2 “i”部分电压 vo2 “i”部分频率 vo2 “5”部分电压 vo2 “5”部分频率 vo3 “i”部分电压 vo3 “5”部分电压 vo4 “i”部分频率 vo4 “5”部分频率

九.误差分析：

测量值与理论值以及计算值有差异的可能原因在于：

1. 实际情况选用的部分标称电阻与理论计算的电阻阻值不同造成的差异，例如电阻

R2理论值是45.5K,取的标称值为47K；

2. 使用的元器件本身数值的误差所造成的差异。例如碳膜电阻允许的误差在5%； 3. 输入电源电压值的偏差造成的误差； 4. 测量仪器本身特性所造成的误差。

十.总结

通过双音门铃的设计与制作这一实训项目，我了解了电路原理图中第一和第二块555定时器均构成单稳态触发器，第三块555构成压控振荡器，第一块定时时间应设为0.5s，第二块定时时间应设为1s。

由于距离上次使用protel软件过去了一段时间，所以对软件有了些生疏，使用起来有些疙瘩，操作不是很流利，很多操作都是询问老师或其他同学才知道的。但总算是顺利完成了布线。

在转印时，由于未等加热到指定温度，第一次出现了转印失败。转印的板边上油墨没有刷上。结果导致我又要重新刷板洗班在转印一遍。第二次转印我吸取了第一次的教训，等到了加热完成才送版，并且转印了两次才拿出来，终如愿的成功了。

在电路调试过程中遇到了几个坎，首先是电路本身没有连通。电源在单稳态电路与压控震荡电路中命名为“VCC”，而在反向放大器中命名为“+5”。软件未能报错，在制版完成后才发觉，终以跳线解决。另外，在安插芯片时，我没有仔细查看，随意安插，将LM385P与其中一块NE555P搞错，影响了调试进度。调试过程发现微调电阻无作用，更换了RW2。

此外，我进一步熟悉了protel99的相关功能和操作，学会了如何用PCB绘制元器件的封装。在进行打孔操作时，我会注意原理图中孔径大小、焊板与钻孔三者的区别与联系。

总而言之，本次短学期培训虽然过程比较辛苦，却极大地提高了我的实践操作能力，让我在劳累中体味到了收获的喜悦，同时也增强了我对实践课程的信心。

附录一 实物图

实物图正面

实物图反面

附录二 PCB图

附录三 元器件清单

双音门铃元器件清单

名称 一、电阻 碳膜电阻 碳膜电阻 碳膜电阻 碳膜电阻 碳膜电阻 碳膜电阻 碳膜电阻 碳膜电阻 二、电位器 微调电阻 三、电容 瓷片电容 电解电容 四、晶体管 二极管 三极管 五、集成芯片 555定时器 双运算放大器 六、开关 轻触按钮 七、喇叭 喇叭 八、其他 铜板 覆铜板 油纸 排插 导线 焊锡丝

100*80 8T 3色*8芯 1 1 1 4 若干 若干 0.5w 1 U4 6x6 1 S1 NE555P LM385P 3 1 U1 U2 U3 J2 1N4007 S8050 1 1 D1 NPN 104-0.01uf CD11-10V-10uf 4 2 C2 C3 C5 C6 C1 C4 W203 2 RW1 RW2 RT-0.25-2K RT-0.25-100K RT-0.25-7.5K RT-0.25-5.1K RT-0.25-20K RT-0.25-47K RT-0.25-51K RT-0.25-91K 2 1 1 2 3 1 1 1 R12 R8 R5 R7 R9 R10 R1 R3 R11 R2 R6 R4 型号 数量 备注